خانواده بزرگ بایو پلاستیک‌ها
بایوپلاستیک‌ها تنها یک ماده واحد نیستند. آنها از یک خانواده کامل از مواد با خواص و کاربردهای مختلف تشکیل شده‌اند. براساس تعریف بایوپلاستیک اروپا (European Bioplastics) ، یک ماده پلاستیکی به عنوان بایوپلاستیک شناخته می‌شود در صورتی که این ماده زیست پایه یا قابل تجزیه بیولوژیکی باشد یا از هر دو خاصیت برخوردار باشد.
زیست پایه (Biobased):
اصطلاح ” “biobased به این معنی است که ماده یا محصول تا حدی از زیست توده (گیاهان) تولید شده است. این زیست توده‌ها شامل موادی مانند ذرت، نیشکر یا سلولز هستند.
زیست تخریب‌پذیر(biodegradable):
تجزیه بیولوژیکی فرآیندی شیمیایی است که طی آن میکروارگانیسم‌هایی که در محیط وجود دارند مواد را به مواد طبیعی مانند آب، دی‌اکسیدکربن و کمپوست تبدیل می‌کنند (که به مواد افزودنی مصنوعی نیازی نیست). روند تخریب زیستی به شرایط محیطی اطراف به عنوان مثال مکان یا دما ،نوع مواد تشکیل‌دهنده و کاربرد بستگی دارد.
مواد “ زیست پایه” با “زیست تخریب‌پذیر” برابر نیستند.
خاصیت تخریبپذیری زیستی به منبع یک ماده بستگی ندارد بلکه با ساختار شیمیایی آن مرتبط است. به عبارت دیگر ، 100 درصد پلاستیک‌های زیست پایه ممکن است از نظر بیولوژیکی تجزیه‌ناپذیر باشند در حالی که 100 درصد پلاستیک‌های فسیلی می‌توانند زیست تخریب‌پذیر باشند.
فواید بایوپلاستیک
بایوپلاستیک‌ها در حال تکمیل صنعت پلاستیک‌ها هستند. محصولات بایوپلاستیکی در مقایسه با نسخه‌های سنتی و معمولی آنها مزایای زیادی دارند که استفاده از منابع تجدیدپذیر برای تولید بایوپلاستیک‌ها مهمترین مزیت این مواد است.
- منابعی که برای تولید این مواد مصرف می‌شود به صورت سالانه (حداقل) کشت می‌شوند.
- امکان استفاده از زیست توده‌ها در ابتدا برای مواد و سپس برای تولید انرژی وجود دارد.
- امکان کاهش اثر کربن و انتشار گازهای گلخانه‌ای مواد و محصولات
- همچنین امکان صرفه جویی در منابع فسیلی با جایگزینی گام به گام آنها وجود دارد.
انواع مواد بایوپلاستیک – سه گروه اصلی
خانواده بایوپلاستیک‌ها به سه گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
- 1. پلاستیک‌های زیست پایه یا تا حدی زیست پایه و تجزیه‌ناپذیر از نظر زیستی مانندPE ،PP یا PET زیست پایه و پلیمرهای زیست پایه با عملکرد فنی مانند PTT یا TPC-ET ؛
- 2. پلاستیک‌هایی که هم زیست پایه هستند و هم زیست تخریب‌پذیر، مانند PLA ، PHA یا PBS ؛
- پلاستیک‌هایی که بر اساس منابع فسیلی ساخته شده و زیست تخریب‌پذیر هستند ، مانند PBATو PCL.
ظرفیت تولید بایوپلاستیک‌ها آینده صنعت پلاستیک را شکل خواهد داد.
نمودار “سیستم مختصات مواد بیوپلاستیک” در زیر انواع متداول بایوپلاستیک‌ها و نحوه طبقه‌بندی آنها را براساس زیست تخریبپذیری و محتوای زیست پایه آنها نشان می‌دهد.
نمونه‌هایی از مواد بایوپلاستیک شناخته شده
پلی الفین و PET با پایه زیستی، زیست تخریب ناپذیر
پلاستیک‌های متداول مانندPE ، PP و PVC نیز می‌توانند از منابع تجدیدپذیرکه معمولاً شامل بیواتانول می‌شود، ساخته شوند. Bio-PE هم اکنون در مقیاس وسیعی تولید می‌شود ( 200000 تن در سال توسط Braskem ، برزیل ؛ و همچنین پروژه‌های بعدی که توسط Dow Chemicals برنامه‌ریزی شده است.)
Bio-PP و Bio-PVC به زودی این روند را دنبال می‌کنند. از PET پلی استر زیست پایه ، هم برای کاربردهای فنی و هم برای بسته‌بندی استفاده می‌شود (عمدتا برای بطری‌های نوشیدنی، به عنوان مثال “بطری گیاهی” Coca-Cola ). خواص این محصولات با نسخه‌های فسیلی آنها یکسان است در حالی که دوره تولید و تجاری‌سازی این مواد بطور قابل توجهی کوتاه‌تر است.
پلیمرهای فنی/ عملکردی زیست پایه و زیست تخریب ناپذیر
این گروه بزرگ شامل بسیاری از پلیمرهای خاص مانند پلی‌آمیدهای زیست پایه (PA) ، پلی‌استرها (به عنوان مثال PTT ،PBT ) ، پلی‌یورتان‌ها (PUR) و پلی‌اپوکسیدها است. اکثر آنها کاربرد متنوعی دارند. برخی از کاربردهای فنی معمول این مواد شامل: الیاف نساجی (روکش صندلی‌ها، فرش‌ها) ، مصرف در صنعت خودرو مانند کف برای نشستن، پوشش‌ها، کابل‌ها، شیلنگ‌ها و روکش‌ها چند مورد از این مصرف‌ها هستند. معمولاً عمر عملیاتی آنها چندین سال به طول می‌انجامد. بنابراین، از آنها به عنوان مواد ماندگار یاد می‌شود و تجزیه بیولوژیکی جزء خواص این مواد نیست.
پلاستیک‌های زیست پایه، زیست تخریب‌پذیر
این گروه شامل ترکیب نشاسته با سایر مواد است که ساخته شده از نشاسته اصلاح شده ترموپلاستیک و سایر پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر می‌باشد و همچنین پلی‌استرها مانند اسیدپلی‌لاکتیک (PLA) یا پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات (PHA) است. این مواد برخلاف مواد سلولزی (سلولز بازسازی شده یا سلولز-استات) فقط در چند سال گذشته در مقیاس صنعتی موجود بوده‌اند. تاکنون، این مواد عمدتا برای محصولات کوتاه مدت مانند بسته‌بندی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، با این وجود این نوآوری بزرگ در صنعت پلاستیک به دلیل معرفی مونومرهای جدید زیست پایه مانند اسیدسوکسینیک، بوتاندیول، پروپان دیول یا مشتقات اسید چرب همچنان در حال رشد است.
چندین ماده از این گروه، در درجه اولPLA ، در مسیر جدیدی قرار دارند. در حقیقت به دور از تجزیه بیولوژیکی این مواد به دنبال راه‌حل‌هایی برای بازیافت آنها پس از مصرف هستند. اساس تجدیدپذیری این مواد اکنون در کانون توجه و توسعه فنی قرار گرفته است. پروژه‌های آزمایشی با هدف فرایندها و جریان‌های بازیافت ایجاد شده‌اند. این پیشرفت پویا ثابت می‌کند که پلاستیک‌های زیستی توانایی شکل دادن به صنعت پلاستیک و تولید مواد جدید و نوآورانه و رقابتی را دارند.
پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر، با پایه فسیلی
آنها گروه کوچکی از بایوپلاستیک‌ها هستند و عمدتا در ترکیب با نشاسته یا بایوپلاستیک‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا آنها با تجزیه بیولوژیکی و خواص مکانیکی خود کاربردها و خواص ویژه این مواد را بهبود می‌بخشند. این پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر در حال حاضر هنوز در فرایندهای تولیدات پتروشیمی ساخته می‌شوند. با این حال، نسخه‌های زیست پایه این مواد در حال توسعه هستند و در آینده نزدیک در دسترس خواهند بود.
