اصلاح پلی اسید لاکتیک با روش تزریق پلاستیک در صنعت بسته بندی
محصولات پلاستیکی، به ویژه در صنعت بسته بندی، به کالاهای اساسی تبدیل شده اند که تقریبآ در هر جنبه ای از زندگی ما نفوذ پیدا کرده اند. متأسفانه، بدون اثرات مخرب برای محیط زیست نمی توانند باشند. سراسر جهان با آلودگی ریزگردها مواجه است. با این حال، فناوری های سبز که وارد اقتصاد دورّانی می شوند، به موضوع مهمی تبدیل شده اند. بعنوان بخشی از این مطالعه، به بررسی اصلاح پلی اسید لاکتیک به منظور استفاده در صنعت بسته بندی پرداخته شده است. از آنجا که ذاتآ سفت و سخت است، برای بهبود شکل پذیری آن بایستی با پلی اسید لاکتیک (PLA) ترکیب شود. علاوه براین، از دو ترکیب مولکولی بالا مانند لوریل الکل اتیوکسیلاسیون، بلوک کوپلیمر اتیلن اکسید، پروپیلن اکسید و اسید استئاریک اتوکسیله شده و همچنین ترکیبات مولکولی کم مانند دی اتیل هگزیل، دی اتیل هگزیل سباکات، تری اتیلاز سباکات و تری اتیل سیترات استفاده می شود. نمونه های اکسترود شده از پلیمرهای پلاستیکی با استفاده از کالریمتری اسکن دیفرانسیل، تجزیه و تحلیل گرانشی حرارتی و خواص مکانیکی من جمله مدول یانگ مشخص شد. نرخ ذوب (MFR) و توزیع جرم مولی نیز تعیین شد. برای تمام نمونه های اصلاح شده، دمای انتقال شیشه (Tg) با توجه به نوع نرم کنندۀ بکار رفته به پایین ترین سطح می رسد. نرخ کششی نیز به طور قابل ملاحظه ای برای ADO به حدود 21 درصد افزایش یافت. بالاترین کشش برای SDO (35 درصد) ثبت شد، اگرچه دمای شیشۀ بالاتری هم به دست آمد. تجزیه پلیمر در هر دو نرم کننده (ADO و SDO) مشاهده نشد. برای این پلاستیک سازها، مدول یانگ تا 26 درصد کاهش داشت. با این حال، می توان نتیجه گرفت که اصلاحات خوبی انجام شده است. نرم کننده های انتخاب شده که با مواد غذایی در تماس هستند، به ویژه پلی وینیل کلراید (PVC)، از پتانسیل بسیار خوبی برای کاربرد در صنعت بسته بندی مواد غذایی برخوردار هستند.
در سال های اخیر، گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی که به موضوع مهم و جهانی تبدیل شده توسط اتحادیه اروپا و سایر اقتصادهای جهانی مطرح شده است. گزارش ویژۀ هیئت دولت در مورد "تغییرات اقلیمی و زمین" نشان دهندۀ مشکلات امروزی است و در مورد مشکلات زیست محیطی در آینده هشدار می دهد. امروزه، ضایعات پلاستیکی که پس از مصرف در طبیعت رها می شوند، بعنوان میکروپلاستیک ها به یک معضل جهانی بدل شده است. این میکروپلاستیک ها در آب دریا، آب های شیرین، فاضلاب، مواد غذایی، هوا و حتی آب آشامیدنی به وفور یافت می شوند. در پاسخ به این مشکل، اتحادیه اروپا در حال انجام اقداماتی برای تطبیق اقتصاد خود با آیندۀ "سبز" و همچنین تقویت حوزه های رقابتی است. حفاظت از محیط زیست و قوانین جدید مصرف کننده از اولویت های این طرح است که محصولات پایدار در کلیه کشورهای عضو را استاندارد سازی می کند. هدف از این کار، کاهش حجم ضایعات پلاستیکی است زیرا هر ساله حدود 26 میلیون تن زباله پلاستیکی در اتحادیه اروپا تولید شده که متأسفانه فقط 30 درصد از آن بازیافت می شود. برخی از آنها به کشورهای خارج از این اتحادیه صادر شده و درصد بیشتری از آنها هم در زمین دفن می شود. اما جدا از این، مشکل اصلی این است که این زباله ها در طبیعت (رودخانه و دریا) به پایان نمی رسند. یکی از این اقدامات، عرضه محصولات بسته بندی شده به بازار با شاخص انتشار گازهای گلخانه ای کم (GHG) است که چندان از لحاظ اقتصاد دورّانی مطلوب نیست. بنابراین، در حال حاضر تحقیقات گسترده ای با استفاده از پلیمرهای دوتایی سبز که از زیست توده استخراج شده و تحت فرایندهای تجزیه بیولوژیکی قرار گرفته اند، صورت می گیرد. امروزه استفاده از مواد زیست تخریب پذیر ممکن است به کاهش بیشتر پسماندهای جامد که بازیافت آنها غیرممکن بوده و یا اصلآ صرفه اقتصادی ندارند، کمک کند.
در صنعت بسته بندی، از بیوپلاستیک ها استفادۀ فراوانی می شود و همین امر زمینه را برای استفاده از فناوری های جدید و اکولوژیکی در این صنعت فراهم می کند. پلی اسید لاکتیک (PLA) متعلق به گروه های تخریب پذیر تهیه شده از زیست توده، چون که در مقایسه با پلیمرهای سنتی از خواص مکانیکی خوبی برخوردار است، در صنعت بسته بندی بسیار مورد توجه است. از آنجا که اتحادیه اروپا روی راهکارهای فناوری سبز متمرکز است، بیوپلیمرهایی مانند PLA مورد توجه صنایع مختلف قرار گرفته اند. با اینکه PLA قیمت بالاتری از پلیمرهای سنتی دارد، اما جنبه های اجتماعی و زیست محیطی آن مهم تر از هزینه های اقتصادی آن است. در کشورهای در حال توسعه یا توسعه یافته، مازاد مواد غذایی را می توان به بخش پلاستیک منتقل کرد. حتی استفاده از PLA در بسیاری از بخش های صنعتی ممکن است حجم ضایعات پلاستیکی در طبیعت را به حداقل برساند.
در تمام نمونه های اصلاح شده، دمای انتقال شیشه با توجه به نوع نرم کنندۀ استفاده شده، در مقایسه با نوع پلیمری به پایین ترین میزان رسید. دمای انتقال شیشه (Tg) در نمونه های 2، 3، 4 و 6 به کمتر از 40 درجه سانتیگراد رسید. پایین ترین Tg در سطح 34 درجه سانتیگراد برای ریگرانولیت نرم شده با اسید استئاریک اتوکسیله شده (نمونه 3) ثبت شد. همان طور که با کاهش مقدار مگاوات می توان کاهش MMD و افزایش MFR را مشاهده کرد، نرم کننده های ماکرومولکولی حاوی پیوندهای اتر باعث تجزیه پلیمر در طی فرایند گرانولاسیون مجدد می شوند. با توجه به MSDS صادر شده توسط سازندۀ PLA، فرآوری آن بین دمای 240-220 درجه سانتیگراد توصیه می شود. متأسفانه، تجزیۀ نرم کنندۀ بکار رفته در دمای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد رخ می دهد. کاهش دمای پردازش به کمتر از 200 درجه امکان پذیر نبود چون فرایند پردازش به دلیل وجود پلیمر کاملآ نرم شده، دچار اختلال نمی شود. در آزمایشات تزریق پلاستیک از محدوده دمایی 220-200 درجه سانتیگراد استفاده شد. به دنبال تجزیه نرم کننده (پیوندهای اتر)، مولکول های آب ظاهر می شوند که آنها هم به نوبۀ خود باعث تجزیه پلیمر می شوند. در زمان طراحی این مطالعه، فرض بر این بود که ممکن است بخشی از نرم کننده در حین کار تجزیه شود. با این حال، انتظار نمی رفت که تجزیۀ آن ساختار PLA را تحت تأثیر قرار داده و باعث تجزیه پلیمر شود. انتظار داشتیم تجزیۀ نرم کننده و ظاهر مولکول های کوچکتر، با توجه به تئوری حجم آزاد، منجر به کاهش تعادل بین مولکولی شود. طبق پژوهش های انجام شده مشاهده می شود که براساس این تئوری، افزایش جرم مولکولی نرم کننده تعیین کنندۀ افزایش ازدیاد طول است. بر همین اساس، بیشترین ازدیاد طول برای نرم کنندۀ SDO به دست آمد. در این مقاله به بررسی این مطلب پرداختیم که چگونه می توان خواص الاستیک PLA را بهبود بخشید. با این کار، فرصت های جدیدی در حوزه صنعت باز می کنیم که قبلآ دست نیافتنی بودند. علاوه براین، آگاهی مصرف کننده در سطح بالاتری قرار دارد و تمایل به خرید مواد غذایی در بسته بندی های زیستی رو به افزایش است.
