مقاله بیوپلاست ها و شیمی سبز

اختصاصی از یارا فایل مقاله بیوپلاست ها و شیمی سبز دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:34

فهرست مطالب:

چکیده :    2
دنیای پلیمر    3
مقدمه    5
ساختار پلیمرها    5
پلیمر مصنوعی    16
بیوتکنولوژی از بازیافت مواد تا تولید مواد    18
پلیمرهای قابل تجزیه    19
بیوپلاستیک‌های میکروبی    21
ساختمان فیزیکوشیمیایی    22
چرخه تولید توسط باکتری‌ها    23
خواص و کاربرد    24
مزایای بیوپلیمر چیست    25
گیاهان تولیدکننده    27
ارگانیه های تولیدکننده بیوپلیمر ها    27
قابلیت تجزیه    28
قابلیت تولید صنعتی    29
نتیجه گیری    30
چه سرنوشتی در انتظار بیوپلاستیک ها است؟    31
کاربردهای بالقوه برای بیوپلاستیک ها    32
تولید بیوپلیمر (پلی هیدروکسی بوتیرات) از گاز طبیعی    33



بیوپلاست ها و شیمی سبز
چکیده :

تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می‌باشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده‌اند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده‌اند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.
 البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌ای قابل ذوب ایجاد می‌شود که می‌توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد.در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.


دنیای پلیمر
بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد آلی (عمدتا هیدروکربنها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازیها, بسته بندیها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگها و لوله های انتقال أب , مواد پوششی به عنوان رنگها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیکهای اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا در ساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.
پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . أنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از أنها شفاف بوده و می توانند جایگزین شیشه ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند. اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند . عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتمها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها «فرایند دوپینگ (به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادیهای پلیمری از نوع N و P به دست می أیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می شود که الکترونها بتوانند در امتدا د اتمهای کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می شود.
هدف بیوتکنولوژی محیطی افزایش تحمل فرآیندهای تولیدی محیط اطراف ماست که با استفاده از به کارگیری سیستم‌های بیولوژیک صورت می‌پذیرد. اگر چه دامنه بازیافت مواد با توسعه های اخیر در زمینه بازیافت گیاهی پیشرفت خوبی داشته است , اما اخیراً حرکت بیوتکنولوژی محیطی از کوشش در بازیافت مواد به سمت کوشش در تغییر مراحل تولید مواد به عنوان یک راه جایگزین آغاز شده است. هر ساله چیزی در حدود 6 10*100 تن از انواع مواد پلاستیکی به محیط وارد می‌شود که منبع ایجاد مشکلات فزاینده‌ای شده است. سه راه حل بازیافت حرارتی , بازیافت معمولی و تهیه کمپوست راه‌هایی است که برای حل مشکلات آلودگی پلاستیک‌ها پیشنهاد می‌‌گردد. اما امروزه سعی می‌گردد تا به جای حل مشکل پلاستیک‌ها از طریق بازیافت , انواع پلاستیک‌های سازگار با محیط تولید گردد که عمدتاً شامل بیوپلاستیک‌ها می‌گردد. یکی از این بیوپلاستیک‌ها , پلاستیکهای تولید شده توسط میکروب‌هاست که هم به خوبی قابل تجزیه در محیط است و هم به دلیل ساختمان شیمیایی خاصی که دارد دارای کاربردهای بسیار وسیعی در زمینه‌های مختلف صنایع غذایی , دارویی و شیمیایی گردیده است و به نظر می‌رسد در آینده‌ای نه چندان دور به خوبی جایگزین پلاستیک‌های امروزی خواهد گردید.
 

مقدمه
دیگر برای شیمیدان‌ها , افزایش تولید و کاهش قیمت محصولات مختلف با توجه به محدودیت‌های ایجاد شده در زمینه ضایعات و سمیت محصولات از طرف ادرات محیط زیست و سازمان های مربوطه چندان اقتصادی و یا در دسترس نیست , بنابراین محدودیت‌های ایجاد شده به دلیل ایجاد آلودگی باعث گردیده است تا دانشمندان نگاهی جدید به شیمی داشته باشند. به این معنی که علاوه بر توجه به بازدهی و قیمت باید سلامتی انسان و صدمات محیطی نیز در واکنش ها و فرآیندهای مورد استفاده جهت تولید محصولاتدر طول مدت ساخت و پس از ساخت در نظر گرفته شود. این جوهر و بنیان شیمی سبز است, در دامنه شیمی سبز , تحقیقات سنتز مواد آلی جدید در چند سال اخیر با تحقیقات بیوتکنولوژی که به واسطه آن مواد شیمیایی به وسیله سیستم های بیولوژیک تولید می‌گردد همراه شده است. بیوکاتالیز که در واقع تولید یک ماده به وسیله سلولهای زنده است و بیوترانسفرمیشن , که تبدیل یک ماده به ماده دیگر است و به وسیله سلول کامل و یا آنزیم‌های جدا شده از آن انجام می‌شود , می‌تواند مزایای بسیاری در مقایسه با سنتز شیمیایی مواد آلی داشته باشد. فرآیندهای بیولوژیک ابزار بسیار قدرتمندی برای تبدیل و یا تولید مواد است و علاوه بر این , فرایندهای بیولوژیک در مقایسه با فرآیندهای سنتز شیمیایی مواد آلی بسیار با محیط سازگارند. بنابراین بیوتکنولوژی یک ابزار ضروری برای تولید مواد شیمیایی , پلیمرها و مواد دارویی است و اهمیت آن نیز در آینده افزایش خواهد یافت.
ساختار پلیمرها
اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکولهای ساده ألی به نام منومر به دست می أیند. برای مثال پلی اتیلن (PE) پلیمری است که از پلیمریزاسیون با افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می أید. هر مولکول اتیلن یک منومر نامیده می شود.
با ترکیب مناسبی از حرارت, فشار و کتالیزور , پیوند دوگانه بین اتمهای کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین أن می شود. اکنون دو انتهای أزاد این منومر به رادیکالهای أزاد تبدیل میشود, به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می تواند به را دیکالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل ( مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکولهای دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند . این مولکول با قابلیت انجام واکنش , زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تکرارمیشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمر به جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است . با بزرگتر شدن زنجیر مولکولی ( در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند.
به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی , مرحله ای و .... انجام گیرد.در پلیمریزاسیون افزایشی , تعدادی از واحدهای تکراری به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می کنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد, با دادن انرژی (حرارتی , نوری) به مولکولهای اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه , به وجود می آید. سپس رادیکالهای آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل میگیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می یابد .
از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد, که در این صورت مولکول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل می گیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدر تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد , تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچکتر میشود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی که واحدهای تکراری تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند, رشد خاتمه می یابد.
از دیگر روشهای پلیمریزاسیون, پلیمریزاسیون مرحله ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می اورند. در بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون مرحله ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می گیرد . این نوع واکنشها گاهی پلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می شوند.
شاخهاولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی.
 پلیمرها به سه گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
 ۱- پلاستیک های گرمانرم
۲- پلاستیک های گرما سخت یا ترموست ها
 ۳- الاستومرها
 ترموپلاستیک ها با افزایش دما نرم شده و با خنک شدن به سختی اولیه اشان برمی گردند و بیشتر قابل ذوب هستند، به عنوان مثال، نایلون، پلاستیک های گرما سخت (ترموست ها) وقتی گرم می شوند، سخت شده و هنگام سرد شدن به سختی اولیه برمی گردند. این مواد توسط کاتالیزورها یا گرم شدن تحت فشار به یک شکل دائمی تبدیل می شوند. الاستومرها نظیر رابرها می توانند بدون پاره شدن و گسستن در برابر تغییر شکل مقاومت کنند.