مشاهده‌ی قبلی: دستگاه فتوکپی چگونه کار می‌کند؟

مشاهده‌ی بعدی: شوخی با هگزا فلوئورید سولفور

یک داستان
پلاستيك در سال 1850 میلادی و در شبی كشف شد كه يك گربه، موشي را روي ميزهاي آزمايشگاه دنبال مي‌كرد. داستان از این قرار بود که به خانه يك شيميدان آلماني آدولف اشپيتلر موش زده بود بنابراين او گربه‌اش را به خانه آورد. گربه در حال دنبال کردن موش بود که ناگاه به يك شيشه فرمالدئيد (ماده بدست آمده از زغال سنگ) روی میز آزمایشگاه برخورد كرد و كمي از اين فرمالدئيد را روي پنير متصل به تله موش پاشيد. فرداي آن روز اشپيتلر كه در حال تمیز کردن ريخت و پاش شب قبل بود دريافت كه پنير مانند سنگ سخت شده است. او كه كنجكاو شده بود، فرم آلدئيد را با شير مخلوط كرد. نتيجه اين كار، كازئين بود يعني نخستين پلاستيك جهان.
مقدمه
پلاستیک‌ها به عنوان یک صنعت قوی، از اتومبیل‌ها گرفته تا علم پزشکی در جهان شناخته شده‌اند. پلاستیک‌ها دارای مزایای زیادی هستند چرا که پلیمرها را می‌سازند و اغلب مقاومت شیمیایی بالایی دارند و کاملا بادوام و پایدارند. هر ساله در آمریکا ۵۰ میلیون تن پلاستیک تولید می‌شود. لذا امرزه تصور دنیای بدون پلاستیک غیرممکن است. به دلیل وجود مواد با وزن مولکولی بالا‌، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین منومرهای آنها تخریب‌ناپذیر هستند. پلاستیک‌های تجزیه‌ناپذیر یک مشکل اکولوژیکی مهم به شمار میآیند. هر ساله صدها هزار تن پلاستیک به محیط زیست دریایی، ریخته می‌شود و یا در مناطق اقیانوس انباشته می‌شوند و باعث می‌شود تقریبا یک میلیون جانور دریازی به علت خفه شدن در انبوه پلاستیک، از بین بروند. سوزاندن پلاستیک‌ها یک راه مبارزه با تجزیه‌ناپذیری آنهاست ولی این روش گران و خطرناک است ضمن این که مواد شیمیایی مضر از قبیل اسید هیدروکلریک و نیز سیانید هیدروژن در طول سوخته شدن پلاستیک‌‌ها آزاد می‌شوند. مشکلات زیست‌محیطی پلاستیک‌ها سبب شده است تا دانشمندان به دنبال  تهیه‌ی پلاستيک‌هايي با مشکلات زيست‌محيطي کمتري باشند.

پلاستيک‌هايي که با نور تجزيه مي‌شوند
 ساختمان بسياري پلاستيکهايي که تحت تأثير نور تجزيه مي‌شوند، در اثر پرتوهاي فرابنفش (پس از چند هفته يا ماه) از هم مي‌پاشند و آنها را مستعد تجزيه ميکروبي مي‌سازد. عيب اين نوع پلاستيک‌ها اين است که بسياري از مکان‌هاي دفن زباله نور کافي ندارند. از اين رو، ساختمان اين پلاستيک‌ها دست نخورده باقي مي‌ماند و براي تجزيه ميکروبي آماده نميشود،

پلاستيک‌هايي که در ساختمان خود نشاسته دارند
  در پلاستيک‌هاي نشاسته‌اي، ملکول‌هاي نشاسته قطعات کوتاهي از پلي اتيلن را به هم متصل مي‌سازند. وقتي اين پلاستيک‌ها در مکان‌هاي دفن زباله دور ريخته مي‌شوند، باکتري‌هاي خاک به ملکول‌هاي نشاسته حمله مي‌کنند و قطعات پلي‌اتيلن را براي تجزيه ميکروبي رها مي‌سازند. کمبود اکسيژن در مکان‌هاي دفن زباله و اثر مهاري قطعات پلي‌اتيلن بر عملکرد باکتري‌ها، از جمله معايبي است که استفاده از اين پلاستيک‌ها را محدود مي‌سازد.

پلاستيک‌ها با منشا ميکروبی
   دسته‌ی سوم پلاستيک‌هايي هستند که به‌وسيله‌ي ميکروب‌ها يا به‌کمک آنها توليد مي‌شوند. اين پلاستيک‌ها که پلاستيک سبز ناميده شده‌اند، توجه زيادي را به خود معطوف داشته‌اند و به نظر مي‌رسد که دوستان خوبي براي صنعت و طبيعت باشند.
   در سال 1925 دانشمندان پی به باکتری‌هایی بردند که قادر به تولید پلیمری به نام پلی هیدروکسی بوتیرات  (PHB)و پلی هیدروکسی آلکانات  (PHA)هستند و از آن جا بود که پلاستیک‌های زیستی کشف شد.

 انواع زيادي از باکتري‌های موجود در خاک در شرایط سخت (کمبود نیتروژن و فسفر) قند را به کپسول‌های پلاستیکی موسوم به پلي هيدروکسي آلکانوات  (PHA)تبدیل می‌کنند. PHA از خانواده‌ی پلی‌استرها و به‌عنوان یک نوع پلاستیک زیستی است که تنها توسط میکروارگانیسم‌ها سنتز می‌شود. PHA در 30% باکتری‌های ساکن در خاک سنتز می‌شود. PHA ها عموما از زیر واحدی به نام بتا هیدروکسی آلکانوات و به‌واسطه مسیری ساده با آنزیم از استیل-کوآنزیم A ساخته شده و معروف‌ترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است که متاسفانه شکننده است بنابراین به‌تنهایی در صنایع به‌کار نمی‌رود. در بهترین پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر منومرهای PHA به دو شکل وجود دارند، منومرهای کوتاه زنجیر PHA که متشکل از 3-هیدروکسی بوتیرات (3HB) و 3-هیدروکسی والرات  (3HV)است و منومرهای زنجیر متوسط که شامل اتصال 3-هیدروکسی هگزانوات(3HH) ، 3-هیدروکسی اکتانوات (3HO)، 3-هیدروکسی دکانوات (3HD) و 3-هیدروکسی دودکانوات(3HDD)  است.
PHAها اغلب برای تجزیه شدن به شرایط محیطی ویژه‌ای نیاز ندارند، چنانکه تحت هر شرایطی به سرعت تجزیه می‌شوند.

بیوسنتز PHA
 جهت تولید PHA به روش زیستی، به محیط کشت باکتری که فاقد نیتروژن است مواد مغذی ضروری مانند نشاسته و گلوکز (منبع قندی) و والریک اسید (اسید چرب پنچ کربنی) اضافه می‌کنند. پلاستیک تولید شده سپس بصورت گرانول هایی در پیکره سلولی باکتری ذخیره می‌شود. ۸۰ درصد یا بیشتر از وزن سلول‌های باکتری معمولا شامل این کوپلیمر است. در مرحله بعد با به کارگیری یک حلال قوی مثل کلروفرم داغ، گرانول‌های کوپلیمری را از پیکره سلولی استخراج می‌کنند. پس از خشک کردن عصاره سلولی، در مرحله بعد با آسیاب کردن کوپلیمر، آن را به صورت پودر یا قرص در می‌آورند و در بسته‌بندی‌هایی نظیر بطری شامپو برای استفاده عرضه می‌شود.

 در حال حاضر دانشمندان قادرند که با کلون کردن مسیرهای بیوسنتز تولید باکتری‌های PHA و انتقال آن به باکتری‌های غیر تولید کننده PHA نظیر E.coli پلاستیک‌های زیستی جدیدی تولید کنند. روش دیگر جداسازی ژن‌های تولید کننده ی PHA از باکتری و انتقال آن به گیاهان از جمله ذرت است.

پلاستیک پرتقالی
   دانشمندان آمريکايی توانسته‌اند به وسيله پوست پرتقال و دی اکسيد کربن، يک نوع پلاستيک جديد بسازند. این پژوهشگران توانستند با ترکيب دی اکسيد کربن که عمده‌ترين گاز گلخانه‌ای است و يک نوع روغن موجود در پوست پرتقال يک پليمر تازه ساخته‌اند.
   ليمونين يک نوع ترکيب کربنی است که 95 درصد روغن موجود در پوست پرتقال را تشکيل می‌دهد و از آن برای خوشبو کردن مواد پاک‌کننده استفاده می‌شود.
   در این پژوهش، یکی از مشتقات لیمونین به نام اکسید لیمونین در حضور یک ترکیب کمکی طی فعل و انفعالی شيميايی با دی اکسيد کربن، پليمر تازه‌ای به نام کربنات پلی ليمونين تشکيل داد. منبع قابل تجديد اين پليمر دارای بسياری از خصوصيات پلی استيرين است که در بسياری از محصولات پلاستيکی يک بار مصرف استفاده می‌شود.

نتیجه گیری

   مشکلات محیطی و اکولوژیکی پلاستیک‌های تجزیه‌ناپذیر موجود در جامعه ما، با ایجاد راهکارهای طبیعی قابل حل خواهند بود. ما قادريم با استفاده از منابع کاملا قابل تجديد، پلاستيکی با کيفيت خيلی خوب بسازيم و به حفظ زمین کمک کنیم و زمین را به یک مکان زیبا تبدیل کنیم.

نویسنده: عاطفه قویدست
دانشجوی سال دوم دکتری شیمی آلی
دانشگاه گیلان

منبع:
 

مشاهده‌ی قبلی: دستگاه فتوکپی چگونه کار می‌کند؟

مشاهده‌ی بعدی: شوخی با هگزا فلوئورید سولفور