پلی اتیلن LDPE در گلخانه‌های کشاورزی

پیری اقلیمی پلی اتیلن سبک در گلخانه‌های کشاورزی

پلی اتیلن سبک (LDPE) به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فردی ازجمله انعطاف پذیری، دوام و شفافیت پلاستیکی است که معمولا در تولید پوشش‌های گلخانه‌ای استفاده می شود. پتانسیل LDPE در مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش نقش مهمی در محافظت از گیاهان در برابر اشعه‌های مضر خورشید دارد. با این حال، ابتدا پیش بینی شده بود طول عمر این ماده اغلب توسط فرایند پیچیده پیری تضعیف می شود. در این مطالعه تلاش می شود تا چگونگی تغییر خواص مکانیکی و رفتار خزشی مواد پلی اتیلن (PE) تک لایه و سه لایه در 9 ماه پیری طبیعی مورد بررسی قرار گیرد. فیلم پلی اتیلن سه لایه ازنظر استحکام، الاستیسیته (35 درصد) و مقاومت در برابر خزش به دلیل مانع افزایش یافته در برابر عوامل محیطی، از پلی اتیلن تک لایه بهتر عمل می‌کند؛ به این معنا که 50 درصد کشیدگی را حتی پس از 9 ماه حفظ می کند، درحالی که پلی اتیلن تک لایه با مقاومت کششی 14 مگاپاسکال تا 50 درصد تجزیه می شود.

استفاده از طیف گسترده‌ای از مواد پلیمری به یک جنبه حیاتی در جامعه ما تبدیل شده است که به نوع و ویژگی های خاص آنها بستگی دارد. پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) به دلیل هزینه کم، انعطاف پذیری، دوام و پردازش آسان دو مورد از رایج ترین پلیمرهای مورد استفاده در ساخت فیلم هستند. از کوپلیمرهای اتیلن با وینیل استات یا وینیل الکل، کوپلیمرهای اتیلن با متاکریلیک اسید و پلی وینیل الکل نیز معمولا استفاده می‌شود زیرا دارای خواص بهبودیافته‌ای مانند افزایش شفافیت، چسبندگی و مقاومت در برابر رطوبت هستند. همچنین از فلوروپلیمرها مانند پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) و اتیلن پروپیلن فلوئوردار (FEP) نیز برای تولید فیلم در مواردی استفاده می شود که به مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت شیمیایی نیاز است. مصرف سالانه مواد پلاستیکی در بخش کشاورزی تقریبا 5 میلیون تن است که حدود 2 درصد از کل تولید پلاستیک در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. این میزان مصرف شامل محصولات پلاستیکی همچون فیلم‌های گلخانه ای، فیلم‌های مالچ، لوله‌های سیستم آبیاری، مواد بسته بندی و سایر محصولات پلاستیکی می شود که برای مقاصد مختلف کشاورزی استفاده می شوند. آگاهی از ویژگی های یک پلیمر هنگام انتخاب استفاده از آن ضروری است. شرایط آب و هوایی متغیر خواص فیزیکوشیمیایی آنها را که موجب تجزیه شیمیایی و فیزیکی آنها می شود تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین، پیری طبیعی (اقلیمی) نتیجۀ قرار گرفتن درمعرض عوامل مختلف آب و هوایی مانند تابش خورشید، نوسان دمای روز/شب، وزش باد، آب (رطوبت)، برف، تگرگ و شن است. این عوامل تعیین کننده عمر مفید پلیمرها، اثرات اقتصادی و زیست محیطی آنها هستند. نور خورشید عامل مضر اولیه در پیری گلخانه به شمار می رود. پیری، که نشان دهنده نوعی تجزیه پلیمرها است، به تکامل برگشت ناپذیر و کُند یک یا چند ویژگی ماده بستگی دارد که معمولا در پایان چرخه تولید رخ می دهد. با این وجود، مکانیسم تجزیه هنوز به خوبی درک نشده است.

تجزیه محیطی پلی اتیلن (PE) فرایندی پیچیده است زیرا بسیاری از مکانیسم‌های تجزیه باهم در جهت تجزیه کامل مواد عمل می‌کنند. از فیلم های گلخانه ای مورد استفاده در پلاستیک سازی باهدف ایجاد شرایط مناسب آب و هوایی جهت کنترل بهتر شرایط کشت استفاده می شود. درواقع، عملکرد اساسی آنها محافظت از محصول در برابر آب و هوای بد، به ویژه تگرگ و سرما، بهینه سازی شرایط رشد (نور، دما و رطوبت) و ایجاد یک محیط ایده آل برای رشد گیاهان است. علاوه براین، عملکرد پوشش گلخانه تا حد زیادی به خواص نوری و خواص مکانیکی آن بستگی دارد. این فیلم ها ممکن است تک لایه یا چند لایه باشند. در شکل زیر به ترتیب فیلم های پلی اتیلن تک لایه و سه لایه نشان داده شده است.

شکل 1:

در حالت دوم، فیلم ها از لایه های مختلف تشکیل شده اند. استفاده از فیلم تک لایه پلی اتیلن در ساخت گلخانه های کشاورزی ساده تر و ارزان تر از از سازه های سه لایه است. با این حال، زیان‌های احتمالی به دلیل خواص مانع ضعیف و دوام پلی اتیلن تک لایه ممکن است منجر به افزایش ضایعات و خسارات مالی شود. فیلم‌های سه‌لایه از گیاه در برابر رطوبت بهتر محافظت می کنند؛ اکسیژن و نور بیشتری نیز برای حفظ محصول، کاهش اتلاف و ضایعات فراهم می کند. استفاده از این نوع فیلم ها با مزایای محیطی همچون حفظ منابع همراه است. با پیشرفت تکنولوژی و تقاضای پلاستیک های زیست سازگار، اختلاف هزینه بین فیلم های تک لایه و سه لایه کاهش می یابد. انتخاب پلاستیک های سه لایه ازنظر اقتصادی و محیطی جذاب تر است. پیشرفت قابل توجه و جهت گیری آیندۀ مواد پلیمری در کشاورزی را می توان در قالب ادغام عناصر پلیمری زیست تخریب پذیر، طراحی فیلم هوشمند، گنجاندن نانوذرات در ماتریس‌های پلیمری، توسعه فیلم برای تسهیل در فرایندهای بازیافت، تولید فیلم های اتمسفر اصلاح شده، طراحی فیلم‌های خاص باهدف محافظت بیشتر در برابر اشعه ماوراء بنفش و استفاده از بیوپلیمرهای مشتق شده از منابع گیاهی یا میکروبی پیش بینی کرد. بسیاری از محققان به بررسی رفتار طولانی مدت فیلم های پلی اتیلن علاقه نشان دادند. دهبی و مراد اثرات پیری طبیعی را بر روی فیلم تک لایه و سه لایه پلی اتیلن سبک در مدت 7 ماه بررسی کرده و دریافتند که خواص مکانیکی، نوری، دوام و طول عمر فیلم های سه لایه بهتر از فیلم‌های تک لایه است.

جمع بندی

هدف از این مطالعه بررسی تاثیر پیری طبیعی بر خواص مکانیکی فیلم های تک لایه و سه لایه پلی اتیلن سبک است. برهمین اساس، در اینجا تست کششی و خزش بر روی هر دو نمونه پیر و غیرپیر انجام شد. روند پیری به معنای قرار دادن نمونه ها در شرایط پیری حرارتی طبیعی باهدف تکرار اثرات مواجهه محیطی طولانی مدت یا عمر مفید است. به طور کلی، براساس یافته های تجربی از این مطالعه می توان گفت:

- این مطالعه به هدف خود که ارزیابی کیفی و کمّی خواص مکانیکی کششی و خزشی فیلم های سه لایه و تک لایه بود دست یافته است.

- قدرت پارگی و الاستیک (نقطه تسلیم) درطول زمان تغییرات جزئی داشتند اما ازدیاد طول در هنگام شکست و استحکام نمونه ها در مدت طولانی کاهش یافته و پیر شدند.

- میزان کشیدگی فیلم سه لایه، درمقایسه با فیلم تک لایه، 75.55 درصد در هنگام شکست افزایش یافت.

- پلی اتیلن سبک تک لایه پس از 6 ماه با مقاوت کششی 14 مگاپاسکال به نیمه عمر خود می رسد. برخلاف فیلم پلی اتیلن سبک سه لایه، 9 ماه قرار گرفتن درمعرض شرایط طبیعی برای ازدیاد 50 درصدی طول درهنگام شکست کافی نبود.

- فیلم‌های سه‌لایه افزایش قابل‌توجهی در تنش شکستگی از خود نشان دادند که 57.88 درصد بیشتر از فیلم تک لایه بود. علاوه براین، آنها درمقایسه با فیلم تک لایه، همچنین افزایش قابل توجه 35 درصدی در تنش الاستیک داشتند.

- خزش اولیه و ثانویه در همه منحنی های خزش مشاهده شد؛ اما از آنجا که تست خزش در دماها و تنش های پایین انجام می شود، خزش سوم مشاهده نشد.

- استفاده از فیلم پلی اتیلن سبک سه لایه رویکرد محیطی پیشرفته و آگاهانه ای به منظور اثربخشی پایدار ارائه می دهد که ازطریق ادغام عناصر پلیمرهای زیست تخریب پذیر، طراحی فیلم هوشمند، گنجاندن نانوذرات در ماتریس های پلیمری و توسعه فیلم‌هایی که منجر به ساده‌سازی فرایندهای بازیافت می‌شوند قابل دستیابی است.