پلی یورتان پرشاخه زیست تخریب پذیر با پایه روغن آفتابگردان بعنوان یک ماده لایه نازک
مواد پیشرفته زیست تخریب پذیر تهیه شده از روغن نباتی با معماری پرشاخه ای در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این مطالعه، پلی یورتان پرشاخه اصلاح شده با روغن آفتابگردان و پلی یورتان خطی (LPU) با استفاده از تولوئن دی ایزوسیانات، پلی کاپرولاکتون، بوتاندیول و مونوگلیسرید روغن به ترتیب با و بدون پنتا اریتریتول بعنوان یک واحد چند منظوره سنتز شدند. ساختار پلی یورتان ها با مطالعات FTIR، NMR و XRD تایید شدند. بررسی ¹H NMR ساختار پرشاخه با درجه انشعاب 0.76 را برای HBPU نشان داد. همچنین اثبات شد که خواص فیزیکی و مکانیکی مانند مقاومت در برابر ضربه (90 به 100 سانتیمتر)، سختی خراش (4.3 به 4.7 کیلوگرم)، استحکام کششی (18.9 به 23.18 مگاپاسکال) و ازدیاد طول در هنگام شکست (750 به 700 درصد) همراه با زیست تخریب پذیری که ازطریق روش کشت براث با استفاده از سویه های سودوموناس آئروژینوزا و باسیلوس سوبتیلیس و پایداری حرارتی (239 در مقابل 250 درجه سلسیوس) آزمایش شد، در HBPU عملکرد بهتری از LPU دارند. از این رو، HBPU سنتز شده بر پایه بیومتریال از خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی خوبی برخوردار است و زیست تخریب پذیر بودن آن این پتانسیل را دارد که بعنوان یک ماده لایه نازک در کاربردهای چند منظوره و پیشرفته استفاده شود.
به دلیل مشتق شدن پلیمرها از منابع نفتی و زیست تخریب ناپذیر، تا درازمدت در محیط باقی مانده و به نگرانی های زیست محیطی دامن می زنند. 50 درصد از پلاستیک های تولید شده، مواد بسته بندی و ظروف یکبار مصرف وزن سبکی دارند. این محصولات در سراسر جهان، پس از استفاده دور ریخته شده و باعث آلودگی محیط زیست می شوند. با این حال، پلیمرهای زیست تخریب پذیر تهیه شده از منابع نفتی بعنوان مواد لایه نازک به زمان بیشتری برای وارد شدن به صنایع بسته بندی و زیست پزشکی نیاز دارند. بر همین اساس، استفاده از منابع تجدید پذیر احیا شده است. پیشرفت هایی نیز در زمینه شیمی سبز، به ویژه استفاده از انرژی های تجدید پذیر به جای تخلیه مواد خام یا مواد اولیه در شرایط اقتصادی و فنی مطلوب حاصل شده است. از میان منابع تجدید پذیر، استفاده از روغن نباتی بعنوان ماده اولیه در سنتز پلیمر مورد توجه جوامع علمی قرار گرفته است. سه عامل اصلی برای استفاده از روغن نباتی در سنتز پلیمر ذکر شده است: افزایش زیست تخریب پذیری، انعطاف پذیری به دلیل زنجیره طولانی آلکیل و زیست سازگاری به دلیل ترکیب ساختاری آن. بنابراین، روغن آفتابگردان بطور بالقوه حاوی ترکیبات اسید چرب (اسید پالمیتیک 6.3، اسید استئاریک 4.2، اسید اولئیک 18.3، اسید لینولئیک 69، لینولنیک اسید 0.4 و دیگر موارد 1.8 درصد) است که در این مطالعه با هدف سنتر بیوپلیمر مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه براین، پلی یورتان های تهیه شده از مواد لایه نازک مصرف بالایی در زمینه های مختلف مانند عایق های سطحی، دستگاه های الکترومکانیکی مانند حسگرها؛ محرک ها و مبدل ها، کاربردهای زیست پزشکی مانند استنت کرونری؛ پیوند عروقی؛ دریچه قلب؛ کیسه خون؛ اکسیژن ساز خون، دیالیز کلیه؛ کاتتر؛ لنز تماسی؛ کاشت حلزون و ظروف آزمایشگاهی دارند. فیلم های پلی یورتان در مقایسه با دیگر فیلم ها من جمله PVC از مزیت های مهمی برخوردار هستند. همانند PVC، دارای خواص جوش مشابهی هستند و برابر با PVC از استحکام خوبی در فیلم نازک تر برخوردار هستند؛ فاقد نرم کننده بوده و هم با اکسید اتیلن و هم با تابش گاما قابل استریل هستند؛ عمدتا زیست تخریب پذیر بوده و در برابر الکل به خوبی مقاوم هستند. بنابراین، در اینجا ما پلی یورتان را به دلیل تطبیق پذیری خوب در ساختار و خواص، زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری انتخاب کردیم.
مهم تر از همه، پلیمرهای دندریتیک یعنی پلیمرهای پرشاخه و دندریمرها پیشرفته ترین مواد پلیمری هستند که سال های اخیر به دلیل معماری منحصر به فردشان همچون نداشتن درهم تنیدگی، عملکردهای سطحی بالا و غیره بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین از خواصی مانند ویسکوزیته کم، واکنش پذیری بالا، حلالیت بالا، حفره داخلی و غیره برخوردار هستند. بنابراین، پلیمرهای پرشاخه به دلیل پروتکل سنتز تک مرحله ای و عدم نیاز به خالص سازی پلیمر در هر مرحله از سنتز، بر دندریمرها ترجیح داده می شوند. در برخی از مطالعات گزارش شده است که معماری پرشاخه در مقایسه با آنالوگ خطی معمولی، دارای خواص بهبود یافته است. اخیرا کالیتا و همکارانش سنتز پلی یورتان پرشاخه زیست تخریب پذیر را گزارش دادند که پتانسیل استفاده بعنوان ماده بسته بندی، تجهیزات زیست پزشکی و غیره را دارد. در سال 2012، گزارشی از سنتز آزاد ایزوسیانات پلی یورتان پرشاخه ارائه شد که دارای پایداری حرارتی پایین است و هیچ گونه خواص مکانیکی برای آن ذکر نشده است. فلورین و همکارانش هم در مقایسه با آنالوگ های خطی، مواد عایق با استفاده از پلی اترهای پرشاخه را بعنوان پیش سازهای دارای خواص حرارتی و مکانیکی بهتر معرفی کردند. با این حال، در این مطالعه سنتز روغن آفتابگردان تهیه شده از HBPU همراه با آنالوگ خطی و مطالعه تطبیقی آنها ارائه شده است. پلی یورتان های سنتز شده و خواص مختلفی همچون فیزیکی-مکانیکی، حرارتی و زیست تخریب پذیری نیز در کاربردهای لایه نازک ارزیابی شدند.
نتیجه گیری
HBPU تهیه شده از روغن آفتابگردان تهدیدی برای محیط زیست محسوب نمی شود و آنالوگ خطی آن هم با استفاده از تکنیک پیش-پلیمریزاسیون و چندین تکنیک مختلف تحلیلی و ابزاری با موفقیت سنتز شد. مشخص شد که HBPU از لحاظ خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و زیست تخریب پذیری بهتر از نمونه های خطی عمل کرد. همچنین می توان گفت که HBPU زیست تخریب پذیر اصلاح شده با روغن آفتابگردان دارای واحد چند منظوره و ساختار کروی، نسبت به آنالوگ خطی دارای مزایای ساختاری و ترکیبی است. این عملکرد کلی و قابل قبول مشاهده شده از HBPU آن را بعنوان یک ماده مناسب برای برنامه های کاربردی لایه نازک معرفی کرد که پتانسیل خوبی برای جایگزینی یا به حداقل رساندن استفاده از مواد زیست تخریب ناپذیر و مواد مشتق شده از منابع نفتی دارد.
