امروزه مواد پلاستیکی به واسطه ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی منحصربهفرد خود توانسته‌اند در بسیاری از صنایع مختلف جامعه بشری جایگاه ویژه‌ای را برای خود کسب کنند. اگر به اطراف خود دقت کنید درصد بسیار بالایی از مواد سازنده لوازم مختلف از جنس پلاستیک است. این امر نشان‌دهنده اهمیت مواد پلاستیکی در زندگی انسان‌ها است. هر متریالی که توسط انسان ساخته و یا از طبیعت کشف شده است، در اثر برخی عوامل محیطی و واکنش‌های شیمیایی تغییر شکل می‌دهد. پلاستیک نیز تحت تاثیر برخی از عوامل محیطی قرار مانند گرما و باکتری قرار می‌گیرد، اما چگونگی تغییر آن تماما به نوع عامل تغییردهنده بستگی دارد.
گرما و باکتری دو عامل تاثیرگذار در ماهیت پلاستیک هستند، اما چگونگی تاثیرگذاری این دو مورد یک مبحث علمی بسیار گسترده است. در ادامه این مقاله در رابطه با تاثیر گرما و باکتری بر پلاستیک و همچنین روند بازیافت آن به مواد شیمیایی به توضیحات بیشتری می‌پردازیم.
پلاستیک چیست و از چه ماده ای ساخته شده است؟
با توجه به کاربرد بسیار گسترده مواد پلاستیکی در زندگی روزمره انسان‌ها، همواره بسیاری از افراد با پرسش متداول پلاستیک چیست و از چه موادی ساخته شده است مواجه می‌شوند؟ پلاستیک در حقیقت یک ماده مصنوعی است که در اثر پلیمریزاسیون به وجود می‌آید. پلاستیک همان پلیمر است که در اثر اعمال حرارت و فشار در اشکال مختلفی تولید و عرضه می‌شود.
هیدروکربن‌ها مواد خام تشکیل‌دهنده پلاستیک هستند. این نوع مواد آلی در نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ یافت می‌شوند. با تعمیم دادن این دو جمله فوق می‌توان به این نتیجه رسید که مواد پلاستیکی از مواد طبیعی چون نفت، گاز و زغال سنگ و آهک ساخته می‌شوند.
به مولکول‌های تشکیل‌دهنده پلاستیک مونومر گفته می‌شود، این مولکول‌های توسط پیوندهای اتمی به یکدیگر متصل شده و ساختاری پلیمرها را به وجود می‌آورند. بسیاری از انواع مختلف پلاستیک از مواد پلیمری ساخته می‌شوند.
مهم‌ترین ویژگی‌های پلاستیک
مواد پلاستیکی به دلیل داشتن برخی ویژگی‌های منحصربهفرد نسبت به سایر متریال‌ها در صنایع مختلف بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله ویژگی‌های قابل توجه پلاستیک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- برخورداری از وزن کم
- عایق الکتریسیته
- مقاومت بالا در برابر ضربه و خوردگی مواد شیمیایی
- عایق حرارتی
- برخورداری از شفافیت بالا
تاثیر دو المان بسیار مهم گرما و باکتری بر روی رفتار شیمیایی پلاستیک
بسیاری از متریال‌ها همچون فلزات، آلومینیوم و… به دلیل اینکه در برابر مواد شیمیایی و باکتری‌های مختلف واکنش منفی از خود نشان می‌دهند کمتر در ساخت بسیاری از لوازم استفاده می‌شوند. برای نمونه فلزات به دلیل نداشتن مقاومت بالا در برابر اکسایش و رطوبت در ساخت لوازمی چون تجهیزات پزشکی و… مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
اما در مقابل مواد پلاستیکی بنا بر ماهیت شیمیایی خاص خود در برابر گرما واکنش مطلوبی از خود به نمایش می‌گذارند. دسته‌ای از مواد پلاستیکی به نام ترموپلاستیک‌ها وجود دارند که در اثر واکنش و حرارت تغییر شکل می‌دهند. در صنعت بسته بندی و ساخت لوازم مختلف این ویژگی از ترموپلاستیک‌ها همواره بسیار کاربردی است.
برای نمونه بسیاری از فیلم‌های بسته بندی مانند فیلم استرچ در اثر حرارت تغییر شکل داده و سپس به حالت اولیه خود باز می‌گردند. این ویژگی پلاستیک منجر به مورد توجه قرار گرفتن آن در صنعت بسته بندی شده است. به بیانی علمی‌تر عدم وجود ساختارهای تکراری در زنجیره مواد تشکیل دهنده پلاستیک‌ها باعث شده تا در برابر افزایش یا کاهش دما بتوانند خواص مکانیکی خود را تغییر دهند.
متخصصین از این ویژگی پلاستیک چه در مبحث کاربرد پلاستیک و چه در مبحث بازیافت آن به شکلی درست و صحیح استفاده می‌کنند تا علاوه بر نرسیدن آسیب به محیط زیست از این مواد منعطف در ساخت لوازم مختلف و صنعت بسته بندی استفاده شود.
تاثیر باکتری بر مواد پلاستیکی مختلف
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مربوط به مواد پلاستیکی مقاومت بالای آن‌ها در برابر باکتریها، انگل‌ها و بسیاری از میکروب‌ها است. در حقیقت پلاستیک بنا بر ساختار منحصربهفرد خود مانع از رشد باکتریها می‌شود. این مسئله در صنعت بسته بندی همواره بسیار مهم است. به همین جهت بیش از 80 درصد لوازم بسته بندی از جنس پلاستیک هستند.
باکتریها در مواجه با متریال‌هایی چون فلزات، چوب، شیشه و… محدودیت رشدی کمتری نسبت به مواد پلاستیکی دارند. از این رو با توجه به اهمیت بالای مسئله بهداشت رشد باکتریها و تماس آن‌ها با انسان‌ها منجر به بروز بیماری‌های خطرناک و مرگباری می‌شود.
مقاومت بسیار بالای مواد پلاستیکی در برابر باکتریها و جلوگیری از رشد و تکثیر آن‌ها باعث شده تا از آن‌ها در صنایع مختلفی به خصوص صنعت بسته بندی استفاده شود.
بسته بندی مواد غذایی و تجهیزات پزشکی
همان گونه که در مطالب بالا گفته شد، میکروب‌ها و باکتریها در محیط مواد پلاستیکی نمی‌توانند رشد و تکثیر یابند. از طرفی یکی از معضلات بزرگ در بسته بندی مواد غذایی و لوازم بهداشتی همچون تجهیزات پزشکی استفاده از متریال‌های مختلف منجر به کاهش سطح بهداشت می‌شود. به همین جهت از مواد پلاستیکی مختلف همچون فیلم‌های استرچ و شیرینگ در بسته بندی مواد غذایی و لوازم بهداشتی استفاده می‌شود.
تاثیر گرما و باکتری در بازیافت مواد پلاستیکی
یکی از چالش‌های بسیار بزرک مربوط به متریال‌های کشف شده توسط انسان مسئله چگونگی و مدت زمان بازیافت آن‌ها است. موادی همچون شیشه، فلزات مختلف و چوب به هنگام قرار گرفتن در محیط زیست و طبیعت در اثر نفوذ برخی عوامل محیطی چون رطوبت، اکسیژن و ذرات باکتریها تجزیه شده و از بین می‌روند. اما مسئله بازیافت مواد پلاستیکی کمی متفاوت‌تر از سایر متریال‌ها است.
همه ما می‌دانیم که مواد پلاستیکی بخش جدایی‌ناپذیر زندگی انسان‌ها است، اما باید به مسئله بازیافت آن نیز توجه زیاد کرد. در گذشته بازیافت مواد پلاستیکی یکی از معضلات بزرگ جامعه بشری بود، اما خوشبختانه امروزه با بهره‌گیری از علم و تکنولوژی انسان‌ها توانسته‌اند با انجام برخی آزمایشات علمی و بیوشیمی نوعی باکتری‌های مفید و تجزیه کننده مواد پلاستیکی را کشف کنند.
این نوع باکتریها در مدت زمان کوتاه‌تری مواد پلاستیکی مختلف را تجزیه می‌کنند. اما به هر حال فرایند بازیافت این مواد نسبت به سایر متریال‌ها طولانی‌تر است.
چگونگی تاثیر باکتری کشف شده در تجزیه مواد پلاستیکی
یک گروه تحقیقاتی با سرپرستی دکتر شوزوکه یوشیدا در شرکت فناوری توکیو با انجام تحقیقات و مطالعات گسترده روی موضوع باکتریها توانسته‌اند گروهی از باکتریها را کشف کنند که ضایعه‌های پلاستیکی را به مواد شیمیایی مفید بازیافت کنند. البته باید به این نکته توجه کرد که بازیافت مواد پلاستیکی و تبدیل آن‌ها به مواد شیمیایی مفید می‌تواند در توسعه بسیاری از صنایع تولیدی کمک شایانی کند.
این گروه در طی برخی فرایندهای شیمیایی و آزمایش باکتریها روی مواد پلاستیکی توانست انواع مختلفی از مواد پلاستیکی چون پلی استایرن، پلی اتیلن ترفتالات و پلی اتیلن با چگالی بالا HDPE را به ترکیبات زیست تخریب‌پذیری به نام پلی هیدروکسی آلکانوات تبدیل کرده و آن را به کربن و انرژی موردنیاز خود تبدیل کنند.
طی یک آزمایش گروه تحقیقاتی یوشیدا این باکتری را در داخل یک بطری پلاستیکی قرار دادند، بعد از گذشت چند هفته این بطری پلاستیکی به صورت کامل توسط باکتری تجزیه شده بود.
فرایند تجزیه پلاستیک توسط باکتری
البته فرضیه‌های بسیاری برای بازیافت مواد پلاستیکی وجود دارند که در اثر تجزیه این مواد به مواد شیمیایی مضر برای محیط زیست تبدیل می‌شوند. اما این تکامل باکتریایی که گروه یوشیدا آن را کشف کرده‌اند می‌تواند مواد پلاستیکی را به دو جز مونومری اصلی و بی‌خطر برای طبیعت تبدیل کند. دو جز حاصل از تجزیه پلاستیک در اثر فعالیت باکتری به ترتیب ترفتالیک اسید و اتیلن گلایکول نام دارند.
چگونگی تاثیر گرما بر بازیافت مواد پلاستیکی
دما یکی از عوامل بسیار مهم در مبحث بازیافت مواد پلاستیکی است. در حقیقت زمانی که مواد پلاستیکی بعد از قرار گرفتن در محیط زیست در اثر تغییرات دما از نظر ساختاری ضعیف‌تر شده و در نهایت دچار آسیب‌های فیزیکی می‌شوند. به بیانی دقیق‌تر تغییرات دمایی به خصوص افزایش گرما منجر به افزایش فواصل مولکول‌های تشکیل‌دهنده پلاستیک شده و در نهایت موجب از هم گسیختن زنجیره پلیمری و شکستن ساختار پلاستیک می‌شود.
جمع‌بندی
مواد پلاستیکی از دیرباز در جامعه بشری انسان‌ها کاربرد وسیعی داشته‌اند. پلاستیک به دلیل داشتن ماهیت منعطف، مقاوم، بهداشتی و ضد خوردگی در بسیاری از صنایع همچون بسته بندی، تولید لوازم الکتریکی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اما مسئله بازیافت این ماده پرکاربرد نیز از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. خوشبختانه دانشمندان با انجام آزمایشات مختلف توانسته‌اند نوعی از باکتری‌های تجزیه کننده مواد پلاستیکی و تبدیل آن‌ها به مواد شیمیایی مفید را کشف کنند. این باکتری توانایی تجزیه پلاستیک در عرض چند هفته را داشته و می‌تواند آن را به دو ماده شیمیایی مفید تبدیل کند.