در طول دهه گذشته و به دنبال چالش های جهانی موجود نظیر زباله های دریایی و آلودگی میکروپلاستیک ها و نگرانی رو به رشد برای محیط زیست، تقاضا برای محصولات زیست سازگار و زیستی(بیو) نیز افزایش یافته است.
ترجمه: آزاده موحد
به گرزارش سرویس اطلاع رسانی نساجی امروز، پارلمان اروپا اخیرا در پاسخ به تغییر ایجاد شده در افکار عمومی، استفاده از کالاهای پلاستیکی یک بار مصرف را از سال 2025 ممنوع اعلام کرده است.
نیاز به استفاده از مواد اولیه جایگزین که پایاتر هم باشند منجر به انجام تحقیقاتی در رابطه با تولید پلاستیک های زیستی از مواد اولیه تجدید پذیر شده است. البته در حال حاضر ظرفیت تولید پلاستیک های زیستی تنها حدود یک درصد از کل ظرفیت تولید پلاستیک در جهان است و حتی اگر نرخ رشد سالانه تولید پلاستیک های زیستی به 20 درصد هم برسد باز تولید پلاستیک های متداول بر آن غالب است.
نیاز به محصولات زیستی
صنایع نساجی یکی از بزرگ ترین مصرف کننده های مواد اولیه زیستی بوده و تا سال 2030، 20 تا 50 درصد این مواد در محصولات نساجی به کار گرفته خواهد شد.
صنایع نساجی برای رفع تقاضای مصرف کننده باید علاوه بر دسترسی به الیاف با کارایی بالا و نخ های صد در صد تهیه شده از مواد اولیه زیستی از دانش مربوط به فرایندهای تولیدی متناظر نیز برخوردار باشد.
موضوع تحقیق موسسه مواد اولیه زیستی آخن-ماستریخت(AMIBM) نیز در همین رابطه است و به تولید مواد اولیه زیستی جدید از مواد اولیه تجدیدپذیر و جریان های ضایعاتی می پردازد.
موسسه فوق دارای دو اصل تحقیقاتی مهم است. اصل اول توسعه روش های سنتز مونومرهای جدید برای تبدیل به پلیمرهای ممتاز می باشد. از آن جایی که این روش ها هنوز در مقیاس آزمایشگاهی در دسترس نیستند پس اصل دوم به تولید مواد افزودنی زیستی نظیر رنگزاها و روان کننده ها به عنوان جایگزینی برای مواد افزودنی پلیمری مشتق شده از منابع فسیلی می پردازد.
استفاده از مواد افزودنی زیستی امکان تولید مواد اولیه کاملا زیستی با خواص قابل مقایسه با پلیمرهای پرکاربرد را فراهم می کند. با در نظر گرفتن تقاضا برای مواد اولیه پایا لازم است تا از پتانسیل گذار به اقتصادی پایا و مبتنی بر محصولات زیستی بهره برداری شده و سرعت انجام تحقیقات نیز بیشتر شود. در این صورت است که تضمین می شود این مواد از نظر تجاری و در یک چارچوب زمانی معین در دسترس خواهند بود.
بسیاری از گروه های تحقیقاتی در سرتاسر جهان در جستجوی مواد اولیه زیستی جدید و یا بهبود خواص مواد اولیه موجود و توسعه پلیمرهای زیستی جدید می باشند. ساختار شیمیایی پلیمرهای زیستی دارای مزیت های منحصر به فردی نظیر قابلیت تبدیل شدن به کامپوست است اما در بسیاری از موارد نیاز به اضافه کردن تا 30 درصد وزنی مواد افزودنی برای به دست آوردن خواص ایده آل بر این مزیت ها سایه می اندازد.
نمونه هایی از مواد افزودنی که در منسوجات به کار می روند عبارتند از روان کننده ها و آنتی استاتیک ها برای رسیدن به بهره وری بالا در طول انجام فرایند، عوامل هسته زا و کندکننده های شعله برای رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب و رنگزاها و مواد بی خطر برای رسیدن به کیفیت پایدار مورد نیاز صنعت و ظاهر مورد قبول مصرف کننده. بیشتر این افزودنی ها از منابع فسیلی مشتق می شوند و بر پایایی محصولات تهیه شده از پلیمرهای زیستی تاثیر منفی می گذارند.
نخستین رنگزای مصنوعی در قرن نوزدهم کشف شد. پس از آن و در پی انجام تحقیقات بیشتر رنگزاهای مصنوعی دیگری نیز تولید شد تا جایی که این رنگزاها جایگزین تمام انواع رنگزاهای طبیعی مورد استفاده در فرایندهای صنعتی شدند.
رنگزاهای مصنوعی ارزان تر بوده و احتمال محو شدن آن ها کمتر است و می توان با استفاده از سنتز شیمیایی، کیفیت پایداری را حاصل کرد. البته نگرانی از سمی بودن و روش های تولید غیرپایای این رنگزاها باعث تقاضای مجدد برای رنگزاهای طبیعی شده است. با اصلاح رنگزاهای طبیعی پیش از به کارگیری آن ها در پلیمرها می توان بر حساسیت آن ها در برابر حرارت و نور ماورای بنفش غلبه کرد.
رفع موانع
در پروژه BFBF1به بررسی چالش های حال حاضر و آینده مربوط به استفاده از پیگمنت ها و رنگزاهای طبیعی در پلیمرهای ذوب شده پرداخته می شود. در این پروژه فعالان صنعت نساجی و چهار دانشگاه در هلند مشارکت دارند.
علی رغم آلایندگی بالای آب در اثر فرایند رنگرزی در حمام، این روش همچنان متداول ترین روش رنگرزی منسوجات می باشد. (صنعت نساجی دومین صنعت بزرگ آلاینده آب در جهان است.)
در نتیجه افرادی که در این پروژه مشارکت داشتند تصمیم گرفتند برای استفاده از رنگزاهای طبیعی از روش دوپ دایینگ(اضافه کردن رنگزا به مذاب یا محلول پلیمری الیاف در مرحله ریسندگی) استفاده کنند که این خود چالش های زیادی را به همراه داشت. رنگزاهای طبیعی باید در برابر حرارت و تنش های مکانیکی داخل اکسترودر مقاوم باشند و از شدت رنگی آن ها کاسته نشود.
رنگزاهای طبیعی مورد استفاده در پروژه BFBF پس از استخراج از کارخانه از نظر ثبات نوری و شدت رنگی مورد بررسی قرار می گیرند.
این رنگزاها پس از استخراج و پالایش به صورت کپسول درون نانوذراتی که از نظر شیمیایی دچار تغییر شده اند قرار می گیرند تا ثبات نوری آن ها بهبود پیدا کند. تمرکز این تحقیق بر روی اتصال موفقیت آمیز رنگزاهای طبیعی با سطح نانوذرات است تا از این طریق از رنگزاها در برابر تنش های مکانیکی وارد شده و اشعه فرابنفش محافظت شود.
موسسه AMIBM همچنین در پروژه دیگری به نام BB1002 با هدف توسعه مواد افزودنی زیستی برای پلیمرهای نساجی شامل روان کننده ها، کندکننده های شعله، رنگزاها، عوامل اتصال دهنده و هسته زا مشارکت دارد. برای مثال یک عامل هسته زای زیستی که برای پلی لاکتیک اسید تولید شده بود باعث شده تا در حال حاضر این پلیمر یکی از پرکاربردترین پلیمرهای زیستی مورد استفاده شود.
سرعت پایین پلیمریزه شدن پلی لاکتیک اسید استفاده از آن را در مواردی که نیازمند استحکام مکانیکی بالاست با مشکل روبرو می کند چون همان طور که می دانیم خواص مکانیکی یک پلیمر به درجه بلورینگی و آرایش آن بستگی دارد.
سرعت بالای تولید در فرایند ذوب ریسی که اصلی ترین فرایند تولید الیاف است باعث می شود زمان کمی برای سرد شدن پلیمر مذاب در اختیار داشته باشیم. در نتیجه برای رسیدن به درجه بلورینگی مناسب به عامل هسته زا نیاز است.
موسسه AMIBM در این پروژه به توسعه و بررسی ملکول های ارگانیک که قابلیت خود اتصالی در پلیمر مذاب را در زمان سرد شدن آن داشته باشند و به طور هم زمان به عنوان عوامل هسته زا عمل کنند، می پردازد. با این کار حوزه ساختار بلوری آرایش یافته باقی می ماند و در نتیجه امکان استفاده از پلی لاکتیک اسید فراهم می شود.
موسسه همچنین به دنبال ملکول های ارگانیک جایگزین برای رفع مشکل مربوط به تجزیه شدن زنجیر اصلی پلیمری می باشد چون در اثر تجزیه و حضور گروه های الکی در انتهای زنجیر خواص مکانیکی پلیمر دچار افت می شود.
انجام چنین تحقیقاتی باعث تسهیل مرحله گذار به سوی اقتصادی زیست سازگار و پایا می شود اما هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. برای غلبه بر چالش جهانی زباله های دریایی لازم است تا دانشگاه و صنعت با هم متحد شده و دانش و مهارت های خود را با هم یکی کنند تا این گذار صورت گیرد و نوید بخش آینده ای نو در این حوزه باشد.