بررسی پلیمرهای طبیعی به عنوان جایگزین پلیمرهای مصنوعی
مشکل زیست محیطی ناشی از تولید زباله‌های پلاستیکی به یک مشکل مهم تبدیل شده است زیرا تجزیه آنها دشوار است. بنابراین باید تلاش کرد تا مواد گیاهی را به عنوان مواد اولیه جایگزین منابع نفتی در ساخت پلیمرها به منظور تولید فناوری‌های ساخت پلاستیک ساخته شده از مواد طبیعی که می‌توانند در زمان کوتاهی تجزیه شوند یا همان بیوپلاستیک کرد. نشاسته یکی از پلیمرهای طبیعی است که می‌توان از آن برای تولید مواد بیوپلاستیک استفاده کرد چون به راحتی تجزیه می‌شود اما این بیوپلاستیک دارای معایبی همچون آبدوست بودن است. در روش ساخت بیوپلاستیک‌ها از نشاسته، می‌توان از نشاسته کاساوا و نشاسته سیب زمینی شیرین استفاده کرد. فرایند ساخت بیوپلاستیک‌ها شامل مراحل اختلاط، حرارت دادن، هم زدن، چاپ و خشک کردن است. علاوه بر مواد اولیه در نشاسته بکار رفته، لازم است مواد نرم کننده مانند گلیسرول و دیگر مواد افزودنی اضافه شود. در ساخت بیوپلاستیک‌ها از دو نوع نشاسته کاساوا اصلاح شده یعنی نشاسته کاساوا به عنوان یک عنصر اساسی، گلیسرول، آب، اسید استیک و به عنوان همان ترکیب با افزودن الکل برای مقایسه استفاده شد. ویژگی‌های بیوپلاستیک‌ها در نشاسته کاساوا شامل مشاهدات سطحی SEM، تبلور با استفاده از XRD و تعیین گروه‌های عاملی با استفاده از FTIR می‌شود. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که تجزیه بیوپلاستیک‌ها در ترکیب با الکل افزایش می‌یابد. با توجه به تحلیل XRD، این ترکیب دارای تبلور پایینی است. نتایج تحلیل FTIR حضور آلکان CH، استرهای C=O و گروه‌های عامل آلکن‌های CH را نشان داد. در حالی که SEM یک سطح صاف را نشان می‌دهد. از آنجا که در ساخت بیوپلاستیک‌ها از نشاسته سیب زمینی شیرین به عنوان ماده پایه، نرم کننده گلیسرول، کیتوزان، اسید استیک و آب مقطر استفاده می‌شود، تحلیل تست‌ها شامل تست‌های مکانیکی استحکام کششی و ازدیاد طول است. اثر افزودن غلظت نرم کننده گلیسرول و تقویت کننده کیتوزان بر خواص مکانیکی بیوپلاستیک‌ها خواص متضادی در استحکام کششی و ازدیاد طول آنها نشان داد. با افزودن غلظت گلیسرول مقاومت کششی کاهش می‌یابد، در حالی که افزودن کیتوزان منجر به افزایش استحکام کششی می‌شود.
در زندگی روزمره، اکثر ما از مواد پلاستیکی استفاده می‌کنیم. استفاده از پلاستیک تقریباً در سراسر جهان گسترش یافته است. در ساخت اکثر اقلام مورد نیاز مانند تجهیزات الکترونیک، لوازم خانگی، مواد غذایی و نوشیدنی‌ها از پلاستیک به دلیل سبک وزن بودن، شکل دهی آسان و کم هزینه بودن برای بسته بندی استفاده می‌شود. پلیمر ماده‌ای است که از فرایند پلیمریزاسیون به دست می‌آید. در فرایند پلیمریزاسیون، چند مولکول ساده به نام مونومر از طریق فرایند شیمیایی در مولکول‌های پیچیده تر ترکیب می‌شوند.
پلیمرها به دو دسته تقسیم می‌شوند: پلیمرهای طبیعی و مصنوعی. پلیمرهای مصنوعی از مواد شیمیایی و مواد غیرتجدید پذیر ساخته شده‌اند. اما مواد پلیمری طبیعی پلیمرهایی هستند که از مواد طبیعی ساخته شده‌اند که سریعتر از پلیمرهای مصنوعی تجزیه می‌شوند. مواد پلاستیکی به دلیل دارا بودن خواص برتری مانند وزن سبک، شفافیت، مقاومت در برابر آب، و قیمت نسبتا ارزان کاربرد گسترده‌ای دارد. پلاستیک‌هایی که در زندگی روزمره استفاده می‌کنیم، معمولا از پلیمرهای مصنوعی ساخته شده توسط انسان مانند انواع پلاستیک، لاستیک مصنوعی، الیاف مصنوعی و مواد شیمیایی ساخته شدند که نمی‌توانند توسط میکروارگانیسم‌های موجود در محیط تخریب شوند. ناتوانایی میکروارگانیسم‌ها در تجزیه این مواد تأثیر منفی دارد به طوری که می‌تواند به دلیل تجمع زباله‌های پلاستیکی آلودگی محیطی ایجاد کند. بدنه اصلی پلاستیک در طی ده‌ها و صدها سال تخریب می‌شود. در صورت سوزاندن پلاستیک، انتشار کربن حاصل از سوختن آن محیط زیست را آلوده می‌کند. بنابراین به تحقیقات بیشتری در تولید مواد بسته بندی پلاستیکی سازگار با محیط زیست نیاز است. در ساخت بیوپلاستیک‌ها با پایه نشاسته، پلاستیک‌ها دارای معایبی همچون پایین بودن خواص مکانیکی و آبدوستی هستند. راه غلبه بر این معایب، ترکیب کردن نشاسته با دیگر بیوپلیمرها مانند گلیسرول و سوربیتول است. بیوپلاستیک‌های حاوی نرم کننده‌های گلیسرولی صاف با شکستگی‌ها و حفره‌های کوچک هستند. هدف از این مقاله، باتوجه به معایب گفته شده، بررسی پلاستیک‌های ساخته شده از پلیمر طبیعی است که سریعتر از پلاستیک‌های معمولی تجزیه می‌شوند.
در جدول زیر تاثیر افزودن غلظت گلیسرول به عنوان یک نرم کننده بر روی استحکام کششی و ازدیاد طول بیوپلاستیک‌ها ارائه شده است.
جدول 1:
نرم کننده گلیسرول خاصیت ارتجاعی را با کاهش درجه پیوند هیدروژنی و افزایش فاصله بین مولکول‌های پلیمر را افزایش می‌دهد. گلیسرول، در مقایسه با سوربیتول، حلالیت بالایی در بیوپلاستیک‌های نشاسته‌ای ایجاد می‌کند که منجر به ایجاد سطح پلاستیکی صاف تر و انعطاف پذیر می‌شود. در اینجا، خواص متضادی بین استحکام کششی و ازدیاد طول به دنبال تأثیر افزودن غلظت گلیسرول نرم کننده به بیوپلاستیک‌های تولید شده به روش مکانیکی مشاهده شد. چیزی که با افزودن غلظت گلیسرول مشاهده شد باعث افزایش مقدار ازدیاد طول می‌شود؛ به این معنا که افزایش طول در غلظت 0.5 درصد گلیسرول مشاهده نشد، ازدیاد طول در غلظت 1 درصد 21.66 درصد بود، در غلظت 1.5 درصد نیز ازدیاد طول 39.16 درصد بود. افزودن غلظت گلیسرول باعث کاهش مقدار مقاومت کششی می‌شود. کشش قوی بیوپلاستیک ازدیاد طول آنها را نشان می‌دهد. بنابراین با افزایش غلظت گلیسرول کاهش می‌یابد. در غلظت گلیسرول 1 درصد، استحکام کششی 11.58 مگاپاسکال است و در 1.5 درصد نیز 8.83 مگاپاسکال مشاهده شد.
و در نهایت:
بهترین خواص مکانیکی در مقاومت کشش مکانیکی غلظت‌های مختلف گلیسرول در غلظت 0.5 درصد، یعنی 19.23 درصد مشاهده شد. در حالی که بهترین ازدیاد طول در غلظت 1.5 درصد معادل 39.16 درصد بود. خواص مکانیکی در بهترین مقدار ازدیاد طول در غلظت 1 درصدی کیتوزان تا 32.62 درصد بود زیرا هر چه مقدار ازدیاد طول بیشتر باشد، بسته بندی پلاستیکی انعطاف پذیرتر است و همچنین، بهترین مقدار استحکام کششی در غلظت 2 درصدی کیتوزان برابر با 5.60 مگاپاسکال است. با بیشتر شدن غلظت کیتوزان، مقدار مقاومت کششی در غلظت‌های 1 و 2 درصد به ترتیب تا 4.90 و 5.60 مگاپاسکال افزایش می‌یابد اما در غلظت 3 درصدی، در 4.22 مگاپاسکال بدون تغییر می‌ماند زیرا در طول فرایند هم زدن و حرارت دادن، محلول بیوپلاستیک نسبت به غلظت قبلی بسیار چسبناک است به طوری که هنگام هم زدن محلول بیوپلاستیک، به سختی هم زده می‌شود و کمتر همگن است. در فرایند چاپ، چاپ محلول‌های بیوپلاستیک سخت است زیرا محلول ویسکوزیته بالایی دارد. علاوه براین، فرایندهای گرمایش و خشک کردن بر خواص مکانیکی و مورفولوژیکی بیوپلاستیک‌ها تاثیر می‌گذارد. روش ساخت بیوپلاستیک‌ها از نشاسته کاساوا و نشاسته سیب زمینی شیرین بهینه تر است زیرا در تولید آن از روش‌های مدرن مانند مرحله هم زدن با استفاده از همزن و مرحله خشک کردن با استفاده از فر استفاده می‌شود در حالی که در تهیه بیوپلاستیک‌های حاوی نشاسته کاساوا از ابزارهای دستی مانند هم زدن با استفاده از قاشق یا خشک کردن با نور خورشید استفاده می‌شود.
