بخشی از مقاله
فرآورده های نانو سلولزی کاملا زیست سازگار
چکیده
جامعه امروزی، به توسعه تولیدات زیستی جدیدی علاقه دارد که بتوانند جایگزین و یا تکمیل کننده تولیدات پتروشیمی باشند. با جایگزینی تنها دو درصد از پلیمرهای طبیعی به جای پلیمرهایی که هم اکنون در پتروشیمی ساخته می شوند، می توان به طوری چشمگیر رد پای کربن را کاهش داد. حفاظت از محیط زیست و منابع پایدار در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است؛ به شکلی که استفاده از الیاف طبیعی، به عنوان جایگزینی برای منابع غیر قابل تجدید در علم تکنولوژی مواد، توجهات را به سمت خود معطوف کرده است. این واقعیت که الیاف طبیعی، قابل بازیافت و تجزیه در طبیعت و تجدید شونده هستند در استفاده از این مواد در آینده نقش مهمی ایفاء می کند و علاقه روز افزون مصرف کنندگان به خرید محصولات دوستدار محیط زیست نیاز صنایع به استفاده از مواد طبیعی را افزایش داده است. در این تحقیق به معرفی فرآورده های نانو سلولزی کاملا سازگار با محیط زیست پرداخته شده است و همچنین نانو کاغذ به عنوان یک محصول زیستی محسوب می شود که پتانسیل های بالای در بکارگیری به عنوان محصل بسته بندی دارا
می باشد.
واژه های کلیدی: تولیدات زیستی، الیاف طبیعی، فرآورده نانو سلولزی، نانو کاغذ
۱ - مقدمه
موادی که امروزه در بسته بندی مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرند، اغلب برگشت پذیر نبوده و مشکلاتی را برای محیط زیست فراهم می کنند. موادی با اساس زیستی که امروزه در این بسته بندی ها مورد استفاده قرار می گیرند نانو بیو فرآورده های مرکب گروه دیگری از نانو فرآورده های مرکب ها می باشند که دارای پلیمر های زیستی هستند که براحتی در محیط قابل تجزیه می باشند. اندازه ذرات نانو سبب شده است که این مواد از سطح تماس بیشتری برخوردار باشند که باعث تغییر خواص این مواد می شود. تمامی ساختارهای زیستی و مصنوعی دارای مقیاس اولیه نانو می باشند که فناوری نانو امکان دستیابی به این ساختار ها و تغییر در ویژگی های آن ها را فرآهم می کند. امروزه بیشتر مواد مورد استفاده در بخش بسته بندی مواد غیر قابل تجزیه می باشند که از نظر محیط زیستی خطر جدی محسوب می شود. مواد زیست سازگار به عنوان یک رویکرد جدید در کاهش ضایعات بسته بندی و همچنین افزایش کارایی در حال توسعه و پیشرفت هستند. پلیمرهای مورد استفاده برای ساخت محصولات زیست سازگار در بسته بندی دارای محدودیت هایی از جنبه عملکردی، فرآیندی و حتی هزینه می باشند که با فناوری نانو در حل این مشکلات می توان گام نهاد. استفاده از پرکننده هایی که حداقل یک بعد در مقیاس نانو دارند در ساخت این فرآورده ها سبب تولید نانو فرآورده های پلیمری می شوند)1(.
۲- نانو تکنولوژی - ساخت محصولات زیست سازگار
باتوجه به این که در سالهای اخیر حفاظت از محیط زیست و منابع پایدار مورد توجه قرار گرفته است؛ استفاده از الیاف طبیعی برای جایگزینی با منابع غیر قابل تجدید در تکنولوژی مواد مورد توجه قرار گرفته است (۲). امروزه صنعت بسته بندی وابستگی زیادی به پلاستیک های بر پایه محصولات نفتی دارد که باعث افزایش نگرانی از دو جنبه اقتصادی و زیست محیطی شده است. کاهش مداوم منابع نفتی و احتمالا کاهش دسترسی به این منابع منجر به افزایش قیمت مواد خام خواهد شد، علاوه بر این به علت زیست تخریب پذیر نبودن این محصولات مشکلاتی را پس از مصرف بوجود خواهند آورد. بسته بندی بخش قابل توجهی را در زندگی روزانه تشکیل می دهد، بنابراین استفاده از محصولات بسته بندی بر پایه الیاف گیاهی از جنبه فراوانی و زیست محیطی بسیار مورد توجه واقع شده است (۳). سلولز فراوان ترین پلیمر زیست تخریب پذیر و تجدید شونده طبیعی می باشد که هر ساله در طبیعت تولید می شود. سالیانه حدود ۱۰۰ میلیارد تن سلولز در طبیعت تولید می شود. قسمت اعظم این مقدار، بصورت خالص (مانند آنچه در گیاه پنبه وجود دارد ) نیست بلکه در ترکیب با لیگنین و سایر پلی ساکاریدها (همی سلولزها) در الیاف گیاهان چوبی وجود دارد (۴). در دهه گذشته استفاده از سلولز در مقیاس نانو به خاطر مقاومت بالا، وزن کم و زیست تخریب پذیری در تولید ترکیبات زیستی مطالعه فراوانی شده است. )7,6,5(. فیبریلهای نخستین در کنار هم جمع شده و ساختار بزرگتری را به نام نانوفیبریل تشکیل می دهند(شکل ۱). استفاده از نانو رشته های سلولزی به عنوان تقویت کننده در سیستم های پلیمری زیست تخریب پذیر، رشته جدیدی در فناوری نانو محسوب می شود. نانو رشته های سلولز به دلیل تجدید پذیری، ویژگی های مکانیکی مطلوب و ناحیه سطح مخصوص بالا مورد توجه زیادی قرار دارند. مدول الاستیک نانو رشته های سلولز ۱۶۷/۵ گیگا
پاسکال بوده و افزودن آن به پلیمر باعث بهبود قابل توجهی در ویژگی های نانوفر آورده های مرکب نسبت به پلیمر خالص و یا میکرو و ماکرو فرآورده های مرکب می شود )8(. در این تحقیق ترکیبات و فرآوردههای سلولزی با رویکرد حفاظت از محیط زیست شده است.
شکل ۱- طرح شماتیکت از ساختار چوب
۳- فرآوردههای نانویی تماما سلولزی مواد مرکب در مهندسی مواد از دو یا چند ترکیب ساخته می شود که دارای خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی می باشند (۹). تلاش های زیادی در جهت استفاده از مقاومت بالای سلولز به شکل الیاف سلولزی در تقویت ماتریس های گرمانرم و گرماسخت انجام گرفته است که باعث محدودیت در خواص مقاومتی این محصولات شده است که علت آن را عدم سازگاری الیاف سلولز با سایر ساختارها میدانند. بنابراین استفاده از الیاف سلولزی در ساختار مواد مرکب با محدودیت هایی مواجه است (۱۰). فرآورده های تمام سلولزی به منظور حل این مشکل و مشکلاتی از این دست، پا به عرصه فرآورده های زیست تخریب پذیر گذاشتند. اولین بار فرآورده تمام سلولزی توسط نیشینو و همکاران تولید شد. استفاده از روش های جدید در ساخت این مواد ایزوتروپیک به تولید نانو فرآورده های تماما سلولزی منجر شده است. ساخت این نانوفر آورده های مرکب توسط انحلال در مایعات یونی روشی است که طی ۱۰سال گذشته رشد زیادی داشته است (۱۱). ساخت مستقیم نانو فرآورده های تمام سلولزی از میکروفیبرهای سلولزی با روش انحلال جزئی در مایع یونی، ساده، سریع و ارزان تر از روش های غیرمستقیم می باشد دستیابی به این روش به معنای صرفه جویی در هزینه و زمان و نیز آسان سازی فرآیند ساخت محصولات نانویی است که می تواند به تولید در مقیاس بالا و کم هزینه نانو ساختارها منجر شود (۱۲). پلاستیک های دارای الیاف شیشه تا قرنها باقی مانده و به آسانی از بین نمی روند، اما هر چیزی که در طبیعت ساخته می شود، می تواند در طبیعت نیز نابود شود اما ذرات سلولزی بعد از دفن زباله دوره عمری کمتر از ۹۰ روز دارند. در این زمان، آنها به دی اکسید کربن و آب برمی گردند و این دی اکسید کربن و آب می تواند دوباره توسط گیاهان دیگر جذب شود و در ساختن سلولز بیشتر مورد استفاده قرار گیرد (۱۳).
