پلی اتیلن PE زیست تخریب پذیر

دسته: مقالات منتشر شده در 14 آذر 1400
نوشته شده توسط Admin بازدید: 723

ارزیابی تجزیه پذیری پلی اتیلن زیست تخریب پذیر (PE)

تخریب اکسیداتیو حرارتی فیلم های پلی اتیلن حاوی پرواکسیدانت در سه دمای مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند که بطور معمول در شرایط کمپوست قرار می دهد. علاوه بر دما، غلظت اکسیژن نیز متفاوت بود. پس از دوره های مختلف، اثرات اکسیداسیون حرارتی با اندازه گیری جرم مولکولی مواد ارزیابی شد. در نتیجه، مشاهده شد علیرغم اینکه دما عامل مؤثری در سرعت تخریب ترمواکسیداتیو (اکسیداتیو حرارتی) مواد محسوب می شود؛ غلظت اکسیژن از اهمیت ناچیزی برخوردار است. همچنین مشاهده شد که درصورت تجزیه این ماده به اجزایی با جرم مولکولی کم، فرایند بیواسیمیلیشن رخ می دهد. سرعت زیست تخریب پذیری هوازی در مواد اکسیداسیون شده در شرایط کمپوست کنترل شده از طریق اندازه گیری دی اکسید کربن تولید شده ارزیابی شد. در این مطالعه، میزان جذب زیستی حدود 60 درصد بود و پس از 180 روز همچنان رو به افزایش است.

 

مقررات جدید زیست محیطی و نگرانی های روزافزون منجر به توسعه مواد پلیمری مختلفی شده است که از زیست سازگاری خوبی برخوردار هستند. کاربرد استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر رو به افزایش است. پلیمرهای مصنوعی و طبیعی بطور معمول زیست تخریب پذیر نیستند؛ مگر اینکه در صورت داشتن جرم مولکولی کم، توسط میکروارگانیسم ها جذب شوند. این بدان معناست که برای تولید محصولات مونومری و الیگومریک، تجزیه زیستی بایستی قبل از تجزیه بیوتیک یا غیر زنده صورت بگیرد. هیدروپلیمرهای زیست تخریب پذیر من جمله پلی استرها و نشاسته ترموپلاستیک با کمک فرایند هیدرولیز بیوتیک و غیر زنده تجزیه می شوند. پلی الفین ها که پلیمرهای هیدروکربنی آبگریز هستند، در برابر هیدرولیز مقاوم بوده و به همین دلیل نمی توانند تجزیه شوند. همچنین بعنوان محصولات تجاری نیز به دلیل وجود آنتی اکسیدان ها و تثبیت کننده ها در برابر اکسیداسیون و زیست تخریب پذیری مقاوم هستند. با این حال، میتوان آنها را با استفاده از افزودنی های پرواکسیدانی به اکسو زیست تخریب پذیر تبدیل کرد. فعال ترین پرواکسیدانت ها دارای ترکیبات فلزی هستند که آنها را قادر به تولید دو یون فلزی با ثبات مشابه و عدد اکسیداسیون تنها با یک واحد متفاوت می سازد. بنابراین، مواد با واکنش زنجیره ای رادیکال آزاد حاوی اکسیژن هوا تجزیه می شود. محصولات اولیه هیدروپراکسیدهایی هستند که می توانند تحت اثر کاتالیزوری یک پرواکسیدانت ترمولیز یا فتولیز شوند که منجر به قطع زنجیره و تولید محصولات اکسیداسیون با جرم مولکولی کم مانند اسید کربوکسیلیک ها، الکل ها، کتون ها و موم های هیدروکربن با جرم مولکولی کم می شود. همچنین پراکسیداسیون منجر به اصلاح سطح آبدوست می شود؛ برای میکروارگانیسم هایی قابل جذب است که می توانند اکسیداسیون با جرم مولکولی کم را جذب کنند. هدف از این کار، ارزیابی سینتیک تجزیه ترمواکسیداتیو مواد پلی اتیلن حاوی پرواکسیدان بود. سرعت تجزیه به نوع پلیمر، نوع و مقدار افزودنی، و همچنین دما بستگی دارد. قبلآ مشاهده شده بود که تجزیه در کمپوست پلی اتیلن حاوی پرواکسیدانت ها به دلیل فشار نسبی اکسیژن می تواند بسیار کند باشد. هدف اصلی از این مطالعه یافتن رابطه ای بین دما، محتوای اکسیژن و زمان مورد نیاز برای تولید محصولات اکسیداسیون زیست تخریب پذیر با جرم مولکولی کم است. سرعت زیست تخریب پذیری هوازی محصولات اکسیداسیون نیز در شرایط کمپوست کنترل شده با کمک اندازه گیری دی اکسید کربن تولید شده ارزیابی شد.

 

در اینجا، اکسیداسیون حرارتی در شرایط کاملآ تعریف شده حاکم بر واحدهای کمپوست صنعتی مورد بررسی قرار گرفته است. فرایندهای اکسیداسیون در دمای بالا (50-70 درجه سلسیوس) انجام می شوند، اما کاهش احتمالی محتوای اکسیژن در کمپوست به دلیل مصرف اکسیژن توسط میکروارگانیسم ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج از این بررسی ها نشان می دهد که مواد در تمام دماها به سرعت تجزیه می شوند؛ به نظر می رسد دما مهم ترین عامل در فرایند تجزیه باشد. مقادیر میانگین وزن مولکولی (Mw) هر دو ماده پس از 2 هفته در دمای 70 درجه سلسیوس و بعد از 8 هفته در دمای 60 درجه سلسیوس به کمتر از 5000 رسید. نمودارهای مشابهی برای هر دو مادۀ اکسید شده در هوا به ترتیب در اکسیژن10 و 5 درصدی ارائه شده است. در چند سال اخیر، اصول برهم نهی دما- زمان بعنوان روشی برای پیش بینی طول عمر مواد در آزمایشات پیری تسریع شده ایجاد شده اند. در اینجا، از این اصول به منظور تسهیل در مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات مواد با محتویات مختلف پرواکسیدانت در محیط های مختلف استفاده شده است. به همین دلیل، تحلیل برهم نهی با تغییر تمام داده ها به 60 درجه سلسیوس ازطریق عوامل زمانی چندگانه انتخاب شده تجربی انجام شده است. در شکل های زیر به ترتیب نتایج حاصل از Mw مادۀ AF 10 و  AF 20ارائه شده است.

 

شکل 1:

 Effect of oxygen content on the rate of degradation of the AF 10 material

شکل 2:

 Effect of oxygen content on the rate of degradation of the AF 20 material

 

این بدان معناست غلظت اکسیژن (حداقل بین 5-20 درصد) تأثیر قابل توجهی بر سرعت تجزیه فیلم های پلی اتیلن ندارد. ازطرفی، با مقایسه دو شکل ارائه شده در بالا کاملآ مشخص است که محتوای پرواکسیدانت بسیار مهم است. زمان اکسیداسیون در دمای 60 درجه سلسیوس که در مواد AF 10 برای دستیابی به جرم مولکولی10.000 ضروری است، تقریبآ 18 روز بود. دو برابر شدن محتوای پرواکسیدانت (مواد AF 20) منجر به کاهش زمان تا حدود 11 روز شد. با کمک داده تجربی بدست آمده، زمان دستیابی به Mw 10.000 در دماهای مختلف تعیین شد. لگاریتم های طبیعی این زمان ها براساس معادله آرنیوس در مقابل 1/T رسم شد.

 

در اکثر موارد، پلاستیک بایستی قبل از شروع تجزیه فیزیکی، یک عمر مفید از پیش تعیین شده را سپری کنند. در طول این عمر مفید نباید تغییرات قابل ملاحظه ای در خواص فیزیکی و مکانیکی آن ایجاد شود. با این حال پس از اینکه این ماده به مقصد نهایی خود برسد، تجزیه زیستی بایستی به سرعت اتفاق بیفتد. بنابراین، همه پلیمرهای زیست تخریب پذیر بین دستیابی به عملکرد مفید تکنولوژیکی و زیست تخریب پذیری سریع و مؤثر تعادل برقرار شده است. این تحقیق می تواند بعنوان مدلی برای پیش بینی رفتار مواد اکسو زیست تخریب پذیر در نظر گرفته شود که در آن میتوان عمر مفید و زمان مینرالیزاسیون را تعیین کرد. مشاهده شده است که دما مهمترین عامل مؤثر بر میزان تجزیه ترمواکسیداتیو مواد است؛ در حالی که غلظت اکسیژن اهمیت چندانی در فرایند اکسیداسیون ندارد. با ارزیابی سرعت تجزیه ترمواکسیداتیو در دماهای مختلف، انرژی فعال سازی هر دو ماده 106 کلیوژل/ مول تعیین بود که برای محاسبه طول عمر در محیط باز استفاده شد. این بررسی همچنین نشان داده است که در صورت تجزیه مواد با جرم مولکولی کم، مواد در محیط زیست جذب می شوند. میزان جذب زیستی در مطالعه ما پس از 180 روز حدود 60 درصد بود و همچنان رو به افزایش است.