پلی پروپایلن
Download
Report
Transcript پلی پروپایلن
سمینار کارشناس ی ارشد
تجزیه زیستی پلیمرهای مصنوعی (پلی اتیلن و پلی پروپایلن)
استاد راهنما :جناب آقای دکتر پوربابایی
استاد درس :جناب آقای دکتر حیدری
ارایه :عاطفه اسماعیلی
تابستان1389
مقدمه
ما تنها يك كره زمين براي زيست داريم و اين كره ميبايد براي صدها و هزارن نسل ديگر زنده و پويا
باقي بماند .حذف پويايي و دوبارهزايي كره زمين در دراز مدت نابودي نسلهاي آتي و در كوتاه مدت فقر
و نا اميدي را به همراه ميآورد و تعجب اينكه تنها موجودي كه ميتواند مرگ كره زمين را به همراه
آورد و پويايي زندگي آن را به مخاطره اندازد « انسان » اشرف مخلوقات است.
پالستيك ،به عنوان يك نوآوري بشر در قرن بيستم ،منشا بسياري از تحوالت مثبت در جهان شده
است .در طی 30سال گذشته ،مواد پالستیکی نقش مهمی را در تغیير شکل زندگی مردم ایفا نموده
اند و ميزان مصرف آنها در جوامع توسعه یافته و در حال توسعه همچنان در حال افزایش است.
مقدمه
هرآنقدر كه توليد انواع مختلف پالستيكها و كاربرد آن گسترش پيدا كرد به همان ميزان
مظلوميت كره خاكي خود را شاهد بودهايم كه به چهسان در طول ساليان دراز ،محل دفن
ميلياردها تن از محصوالت پالستيكي بوده است.
براستي با بحران پالستيكهاي مصرف شده كه در محيط زیست رها شدهاند و عالوه بر بد
منظره كردن طبيعت ،آسيبهاي جبران ناپذيري بر مسيرهاي جريان آزاد آب ،صدمه بر حيوانات و
آلودهسازي خاك را به همراه دارد چه بايد كرد؟
از این رو در این مطالعه ،مروری بر تجزیه پلیمرهای مصنوعی (پالستیک ها) بخصوص از منظر
زیستی خواهیم داشت.
تعاریف
پلیمر:
مشتق شده از یک لغت يوناني به معناي قسمت هاي بسيار ( بسيار = polyو قسمت ها =
:merosماکروملکول های متشکل از ملکول های کوچک (ساالرآملی.)1383,
پالستیک :
از واژه یونانی plastikosبه معنی قادر به قالب در آمدن در اشکال مختلف مشتق شده است
) .(Joel, 1995
• پلیمرهای مصنوعی بت قابلیت ذوب و شکل پذیری تحت دما و فشار پایين
• زنجيره های بلند ملکولهای پلیمریک دست ساز بشر ( .)Scott, 1999
• تولید جهانی ساالنه 140 ،میلیون تن پلیمرهای مصنوعی (.)Shimao, 2001
• تولید 57میلیون تن ضایعات پالستیکی در سال در مقیاس جهانی ( Kathiresan,
.)2003; Bollag etal, 2000
پالستیک های مورد استفاده در صنایع بسته بندی :پلی اتیلن ( ،)PEپلی پروپایلن ()PP
استایرن ( ،)PSپلی وینیل کلراید ( ،)PVCپلی اورتان ( )PURو پلی اتیلن ترفتاالت (.)PET
پلی
مزایای مواد پالستیکی:
• مقاومت در برابر خوردگی های فيزیکی و شیمیایی و شرایط جوی
• عایق حرارت و الکتریسیته
• سبک بودن
• قیمت پایين
معایب مواد پالستیکی:
• بحران آلودگی سفید بدلیل افزایش دراماتیک تولید و فقدان زیست تجزیه پذیری
(.)Albertsson etal., 1987
• سد کنندگی مسير جریان آبها
• مرگ و مير حیوانات دریایی در اثر بلعیدن قطعات پالستیکی (ساالنه یک میلیون پرنده
دریایی و حدود 100000جانور دریایی همچون دولفين ها ،الک پشت ها ،پنگوئن ها و
انواع نرم تنان
مرگ ریز
• ممانعت از ورود نور خورشید به خاک در اثر تجمع روی زمين
کاهش حاصلخيزی خاک
موجودات مفید خاک
معایب مواد پالستیکی:
تخریب خصوصیات شیمیایی خاک
• آزاد شدن ترکیبات اسیدی از پالستیک ها
کاهش حاصلخيزی خاک
• وجود سرب و کادمیوم به عنوان مواد افزودنی در پلی اتیلن
• آزاد شدن استالدهید از پلی اتیلن ترفتاالت
• بحث سوزاندن پالستیک ها و خطرات آن
پلی اتیلن (:)PE
پلی اتیلن ،پلیمری متشکل از زنجيره های بلند مونومرهای اتیلن است ،که بر اساس ميزان
انشعابات و دانسیته اش ،به انواعی چون :پلی اتیلن با دانسیته کم (سبک) ،متوسط،
زیاد (سنگين) ،پلی اتیلن خطی با دانسیته کم و پلی اتیلن با دانسیته بسیار کم تقسیم
بندی میشود.
موارد کاربرد :ساخت انواع لوله ،کیسه های متنوع پالستیکی ،بشکه های حمل مواد
شیمیایی ،بطریهای پالستیکی جهت نگهداری شير ،روغن ،آب میوه ،انواع اسباب بازی و ..
)1پلی اتیلن با دانسیته کم :Low Density Poly Ethylene
وجود زنجيره ها و شاخه های بلند و کوتاه بسیار بدلیل فرآیند فشار باالی تولید
پایين بودن درجه بلورینگی
انعطاف پذیری خوب
نقطه ذوب و چگالی پایين ()9/0 -0/ 94g.cm -3
استفاده در صنایع فیلم سازی
)2پلی
اتیلن خطی با دانسیته کم Linear Low Density Poly Ethylene
ملکول های با ساختار خطی بدنه اصلی و اتصال گروه های آلکیلی بصورت شاخه
کاهش درجه بلورینگی و چگالی نسبت به پلی اتیلن با دانسیته باال
()0/9- 0/94g.cm3
استفاده در ساخت عایق سیم و کابل و کیسه های میوه و زباله
)3پلی اتیلن با دانسیته بسیار کم:
با ساختاری مشابه ،LDPEاما حضور شاخه های کوتاه بیشتر
کاهش درجه بلورینگی و چگالی نسبت به پلی اتیلن با دانسیته پایين
()86/0-0/ 9 g.cm-3
کاربرد :ساخت لوله های پزشکی و صنایع بسته بندی گوشت
پلی
اتیلن با دانسیته باال High Density Poly Ethylene
افزایش انسجام ،مقاومت شیمیایی و
وجود ساختار خطی و عدم حضور انشعاب
چگالی نسبت به پلی اتیلن با دانسیته پایين ( )0/ 96g.cm-3
موارد کاربرد :ساخت لوله های آب ،ژئومبرن ها ،ميز و صندلی ،ظروف مواد شوینده و
قطعات الکتریکی.
پلی پروپایلن ()PP
پلیمری با ساختار خطی ،متشکل از مونومرهای پروپایلن (پروپن) ،با درجه بلورینگی
حدواسط LDPEو .HDPE
موارد کاربرد :تولید الیاف ،لوازم خانگی و صنعتی ،موکت ،فرش ماشینی ،صنایع اتومبیل و
لوله های سبز
این پلیمر ،از لحاظ نحوه جهت گيری و قرارگيری گروه های متیل بر روی زنجيره اصلی ،به
سه دسته طبقه بندی میشود:
• پلی پروپایلن ایزوتاکتیک ()Isotactic PP
معمول ترین فرم پلی پروپایلن ،با جهت گيری مشابه تمامی گروههای متیل بر روی زنجيره
حداکثر پیوندهای واندروالس بين زنجيره ها و افزایش مقاومت
اصلی
• پلی پروپایلن آتاکتیک ()Atactic PP
ظهور بی نظمی و پیوندهای
جهت گيری تصادفی گروه های متیل بر روی زنجيره اصلی
واندروالس ضعیف بين زنجيره ها و پایين ترین ميزان مقاومت و نقطه ذوب در بين سایر انواع
• پلی پروپایلن سیندیوتاکتیک ((Syndiotactic PP
برقراری
جهت گيری مشابه گروه های متیل بر روی زنجيره اصلی بصورت یک در میان و
پیوندهای واندروالس محکم ،ميزان مقاومت و نقطه ذوبی به مقدار حدواسط دو نوع دیگر
پر مصرف ترین پلیمرها در ایران و جهان:
پلی اتیلن ،با تولید ساالنه 51 ،میلیون تن ،پر مصرف ترین پلیمر در جهان است .پس از آن،
پلی پروپایلن با تولید ساالنه 31میلیون تن و پلی استر (پلی اتیلن ترفتاالت) و پلی وینیل
کلراید ،در جایگاه دوم تا چهارم قرار دارند (ساالرآملی.)1383 ،
ایران با رشد 44درصدی ظرفیت ،بیشترین رشد ظرفیت پلیمرهای اساس ی را در منطقه
داراست .پس از ایران ،کشورهای قطر و عربستان ،به ترتیب با 23و 13درصد رشد
ظرفیت ،در مقام دوم و سوم قرار دارند (ساالرآملی.)1383 ،
اما از لحاظ نوع محصول ،بیشترین رشد ظرفیت ،مربوط به پلی اتیلن ترفتاالت،
پلی پروپایلن و پلی اتیلن است.
تجزیه پالستیکها (پلیمرهای مصنوعی):
هر گونه تغیير فيزیکی یا شیمیایی در پلیمر در اثر فاکتورهای محیطی مانند نور ،گرما،
حرارت ،رطوبت ،شرایط شیمیایی و یا فعالیت بیولوژیکی تحت عنوان تجزیه پالستیک
محسوب میشود.
در حقیقت ،فرآیندهای القا کننده تغیير در خصوصیات پلیمر ،به سبب واکنشهای
فيزیکی ،شیمیایی و بیولوژیکی ،که نتیجه آن ،شکست پیوند ،تغیير شکل شیمیایی و
تشکیل گروه های عملکردی است ،به عنوان تجزیه پلیمر دسته بندی شده اند ( Shah
.)etal, 2008
تجزیه زیستی پلیمرها
(:)polymer biodegradation
تجزیه زیستی ،فرآیندی است که توسط آن ،اجزای آلی از طریق میکروارگانیسم
های زنده شکسته میشوند.
ً
قبال ،تجزيه زيستي بعنوان تجزيه مواد توسط عمل ميكروارگانيسمها تعريف ميشد .اين
عمل منجر به چرخه درآمدن كربن ،معدني شدن مواد آلي( CO2و H2Oو نمكها) و توليد
زیستتوده تازه ميشود (.)Dommergues & Mangenton, 1972
در حال حاضر ،پيچيدگي تجزيه زيستي بهتر شناخته شده و نميشود آنرا براحتي خالصه كرد
(.)Belal, 2003; Grima, 2002
تجزيه زيستي مواد پليمريك شامل مراحل مختلفي است و این پروسه ميتواند در هر مرحله
متوقف شود (.)Pelmont, 1995
این مراحل عبارتند از:
• زوال زیستی ()biodeterioration
• قطعه قطعه شدن زیستی ()biofragmentation
• جذب ()assimilation
اما ،در طبيعت ،فاكتورهاي زیستی و غيرزیستی بطور سينرژيستي براي تجزيه مواد آلي،
ايفاي نقش ميكنند .مطالعات متعدد راجع به تجزيه زيستي برخي پليمرها نشان ميدهد كه
تجزيه غير زيستي جلوتر و مقدمتر از جذب ميكروبي است ( ;Kister et al, 2000
.)Proikakis et al, 2006
در نتيجه ،تجزيه غير زيستي نبايد ناديده گرفته شود.
مشاركت عوامل غير زيستي در تجزیه:
در معرض قرارگرفتن مواد پلیمریک در شرایط بيرون ()outdoor
مکانیکی ،شیمیایی و حرارتی ،با درجه اهمیت بیشتر و کمتر در مواد
تغیير توانایی مواد پلیمریک برای تجزیه زیستی
ایجاد تغیيرات
در اغلب نمونهها ،پارامترهاي غير زيستي در سست كردن ساختار پليمريك شركت ميكنند ،و مواد
در اين راه ،متوجه تغييرات ناخواستهاي ميشوند ( Helbling et al, 2006; Ipekoglu et al,
.)2007گاهي اوقات ،اين پارامترهاي غيرزنده يا بعنوان فاكتورهاي سينرژيستي يا براي شروع
پروسه تجزيه زيستي مفيدند ( .)Jakubowicz et al, 2006مطالعه نقش و مشاركت شرايط
غير زنده براي تخمين بهتر پايايي مواد پليمريك ضروري است.
)1تجزیه
مکانیکی:
تجزيه مكانيكي ميتواند بخاطر كمپرس شدن ،تنش و كشش يا نيروهاي برش ي اتفاق بيفتد.
در مقياس ماكروسكوپي ،خسارات و آسيبها بطور فوری و ناگهاني قابل مشاهده نيستند
( ،)Duval, 2004اما در مقياس مولكولي ،تجزيه ميتواند شروع شود.
فاكتورهاي مكانيكي در طول فرایند تجزيه زيستي غالب نيستند اما خسارات مكانيكي میتواند
تجزيه را فعال كند يا سبب تشدید آن شود ).(Briassoulis, 2005
)2تجزیه
نوری:
مواد زيادي ،حساس به نور هستند .حساسیت پلیمرها به تجزیه نوری مربوط به توانایی
جذب بخش مضر پرتو توپوسفریک خورشید است که شامل پرتوافکنی UV-B
( )295-315nmو پرتوافکنی ،)315-400nm( UV-Aمسئول تجزیه نوری مستقیم است.
فعال شدن و بر انگیخته شدن الکتون
ایجاد تغیيراتی در وزن ملکولی پلیمر ،شکسته
جذب پرتوهای پر انرژی بخش ماوراءبنفش
اکسیداسیون و شکست پلیمر
ها
شدن ،ترک خوردن ،سفید شدن و تغیير رنگ (.)Olayan etal,1996
افزودن عمدی ساختارهای ملکولی حساس به نور ،به چهارچوب پلیمر ،جهت القای تجزیه
نوری ( )Kounty et al, 2006; Wiles & Scott, 2006و استفاده از این استراتژی برای
تولید پلیمرهای با قابلیت تجزی پذیری باالتر ( Schyichuket al, 2001; Weiland et al,
.)1995
تجزیه حرارتی (گرمایی):
زوال و تخریب ملکول در نتیجه زیاد گرم شدن ( )overheatingاست.
در دمای باال ،اجزای ستون زنجيره بلند پلیمر میتواند شروع به جدا شدن کند،
(شکست ملکولی) و با یکی دیگر از ملکولها برای تغیير خصوصیات پلیمر واکنش دهد.
تجزیه شیمیایی:
• اکسيژن به عنوان قوی ترین
• هیدروليز (;.)Muller et al, 1998 Yi et al, 2004; Tsuji & Ikada, 2000
قابلیت بیشتر ساختارهای آمورف برای تجزیه ،نسبت به چهارچوب های ملکولی کریستالی
محرک شیمیایی تجزیه مواد (.)Briassoulis, 2005
زوال زیستی (:)biodeterioration
زوال زيستي يك تجزيه سطحي و ظاهري است كه خصوصيات شيميايي ،فيزيكي و مكانيكي
مواد را تغيير ميدهد.
ً
زوال زيستي اساسا نتيجه فعاليت ميكروارگانيسم رشد كننده روي سطح و يا داخل مواد
است (.(Hueck, 2001; Walsh, 2001.
ميكروارگانيسمهاي شركت كننده در زوال زيستي بسيار متنوعاند و متعلق به باكتریها ،پروتوزوآ،
جلبكها ،قارچها و گروه گلسنگها اند ( .)Wallstrom et al, 2005آنها ميتوانند كنسرسيوماي
با يك ساختار سازمان یافته كه بيوفيلم ناميده ميشود تشكيل دهند ( .)Gu, 2003اين حصير
ميكروبي كه بعنوان سينرژيسم عمل ميكند ،خسارات جدي ای را روي مواد مختلف بر ميافكند
(.)Flemming 1998, GU et al, 1996a,b, 1997, 1998a,b, 2007
میکروارگانیسم ها از طرق مختلف در زوال زیستی شرکت میکنند:
• طریقه فيزیکی
• طریقه شیمیایی
• و مسير آنزیمی
(1راه فيزیکی زوال زیستی توسط میکروارگانیسم ها:
•
•
چسبیدن به سطح پلیمر از طریق تولید لعابی از پلی ساکاریدها (.)Capitelli et al, 2006
نفوذ میسلیوم میکروارگانیسم های رشته ای بدرون مواد
منافذ (.)Bonhomme et al, 2003
ایجاد ترک و افزایش سایز
)2راه شیمیایی زوال زیستی توسط میکروارگانیسم ها:
• تولید پلیمرهای برون سلولی (سورفاکتانت ها)
• تجمع آالینده های اتمسفریک بدلیل حضور لعاب
(.)Zanardini et al, 2000
• تولید اسیدهای آلی توسط باکتری های شیمیولیتوتروف
تسهیل نفوذ گونه های میکروبی
توسعه میکروارگانیسم ها بر سطح پلیمر
نبتروزوموناس
نیتروباکتر
تیوباسیلوس
نیتروز اسید
اسید نیتریک
اسید سولفوریک
( & Rubio et al, 2006; Crispim & Gaylard, 2005 Robert et al, 2002; Braams
;.)Wanscheid, 2000
• تولید اسیدهای آلی توسط باکتری های شیمیوارگانوتروف مانند اسید اگزالیک ،گلوکونیک ،گلوتاریک ،سیتریک و
فوماریک (.)Jenings & lysek, 1996
نقش اسیدهای مذکور:
• تثبیت و رسوب کاتیون ها از ماتریکس پلیمر (.)Warscheid & Braams, 2000
• تعامل با اجزای سازنده پلیمر و افزایش فرسایش سطح (.ugauskas et al, 2003)L
• ایفای نقش ،بعنوان منبع کربن برای قارچ ها و باکتری ها ی رشته ای جهت توسعه میسلیوم ( Hakkarainen
.)et al, 2000
•پروسه های اکسیداسیون:
جذب کاتیونهای آهن و منگنز توسط برخی باکتری های
شیمیولیتوتروف وقارچها توسط واکنشهای اکسیداسیون
()Pelmont, 2005
ترشح آنزیمهای برون سلولی چون پروکسیدازها
کاتیون ها و تجزیه هیدروکربن ها
اکسیداسیون
( ;Enoki et al, 1997, 1897; Zapanta & Tien, 1997; otsuka et al, 2003
.)Hofrichter, 2002
)3راه آنزیمی زوال زیستی توسط میکروارگانیسم ها:
برخی مواد با اینکه بعنوان پلیمرهای سرسخت در نظر گرفته میشوند (مانند پلی اورتانPVC ،
و پلی آمید) ،هدف زوال زیستی قرار میگيرندShah et al, 2008; Szostak-kotawa (.
.)2004; Howard, 2002; Shimao, 2001
آسیب پذیری میکروبی این پلیمرها به بیوسنتز لیپاز ،اوره آز ،استراز و پروتئاز نسبت داده
میشود ( .)Flemming, 1998; Lugaoskas et al, 2003
آنزیم های درگير در زوال زیستی برای شکست پیوندهای خاص و ویژه ،نیاز به حضور کوفاکتور
دارند (یعنی کاتیونهای موجود در ماتریکس مواد و کوآنزیم های سنتز شده توسط میکروارگانیسم
ها) (.)Pelmont, 2005
راه های تخمين زوال زیستی:
(1ارزیابی تغیير شکل های ماکروسکوپیک:
(زبر و نا صاف شدن سطح ،ایجاد سوراخ و ترک ،تغیير رنگ و توسعه میکروارگانیسم ها روی
سطح ( Bikiaris et al, 2006; Lugauskas et al, 2003; Kim et al, 2006b; Rosa
.)et al, 2006
آزمایشات استاندارد شده ای جهت برآورد زوال زیستی توسط کلونيزاسیون میکروارگانیسم ها روی
پتری دیش وجود دارد ( NF X41-513,ASTM G21-70, ASTM G22-76, ISO 846,
.)ISO 11266; NF x41-514 Krzan et al,2006
استفاده از تکنیک های آنالیتیکی مکمل برای تصحیح آناليزها ( میکروسکوپ فوتویونیک
( ،)Tchmutin et al, 2004میکروسکوپ الکترونی ( Preeri et al, 2003, Ki & park,
;2001; Peltola et al, 2000; Hakkarainen et al, 2000; Tserki et al, 2006
) Marques calvo et al, 2006; Kim et al, 2006b; Zhao et al, 2005و
میکروسکوپی پالریزه ( .)Tsuji et al, 2006میکروسکوپی اتمیک فورس )(atomic force
میتواند برای مشاهده توپولوژی سطح پلیمر استفاده شود ( Chanprateep et al,
.)2006
)2اندازه گيری کاهش وزن:
این روش بطور پیوسته برای تخمين زیست تخریب پذیری استفاده میشود .این روش برای تست-
های زیست تخریبپذیری درجا استاندارد شده است ( ;NF EN ISO 13432; ISO 14852
.)Krzen et al, 2006; ISO 14855 Krzen et al, 2006
)3ارزیابی تغیير خصوصیات رئولوژیک
زوال زیستتی درونتی میتوانتد توستط تغیيتر خصوصتیات رئولتوژیکی ارزیتابی شتود (
،)Kiekens, 2002مقاومتت کش ت ی بتا یتک تستتر کش ت ی ( Tsuji et al, 2006; Kim et al,
،)2006b; Ratto et al, 1999طتول و امتتداد در شکستت توستط یتک تستتر مکتانیکی ( Tserki et
،)al, 2006درص تتد طوی تتل ش تتدگی و ارتج تتاعی ب تتودن توس تتط آناليزه تتای حرارت تتی مک تتانیکی دینامی تتک
( )Domenek et al, 2004اندازه گيری میشود.
& Van de velde
)4تولید محصول:
تولید گلوکز به دنبال ادعای تجزیه مواد پلیمریک حاوی سلولوز (.)Aburto et al, 1999
قطعه قطعه شدن زیستی (:)biofragmentation
یک پدیده الزم برای رخداد بعدی است که جذب نامیده میشود.
میکروارگانیسم ها روشهای مختلفی برای شکست پلیمرها دارند .آنها آنزیمهای ویژه ای ترشح و یا تولید
رادیکالهای آزاد میکنند.قطعه قطعه شدن زیستی ،اساسا توسط آنزیم ها انجام میشود که خود به طرق
مختلفی صورت می پذیرد:
• هیدروليز آنزیمی:
ً
قطعه قطعه شدن بیولوژیکی (زیستی) اساسا توسط آنزیم هایی رهبری میشود که متعلق به اکسید رداکتازها و
هیدروالیزها هستند .سلوالزها ،آمیالزها و کوتینازها هیدروالزهایی هستند که براحتی توسط میکروارگانیسم های
خاک برای هیدروليز پلیمرهای طبیعی فراوان (مانند سلولز ،نشاسته و کوتين) سنتز میشوند.
• اکسیداسیون آنزیمی:
زمانیکه واکنش های شکست توسط آنزیم های ویژه ،سخت هستند (یعنی نواحی کریستالی ،مناطق آبگریز ،موانع
فضایی) ،سایر آنزیم ها در تغیير شکل ساختار ملکولی درگير میشوند:
تسهیل قطعه قطعه شدن
تولید گروه های پروکسیل و الکل
.1منواکسيژنازها و دی اکسيژنازها
.2پروکسیدازها (هموپروتئين ها) ()Hofrichter,2002
.3اکسیدازها (متالوپروتئين های حاوی اتم های مس
•اکسیداسیون
رادیکالی:
افزودن یک گروه هیدروکسیل و تشکیل گروههای کربوکسیل و کربونیل سبب افزایش قطبیت ملکول
میشود.
تسهیل حمله بیولوژیکی
افزایش خاصیت آبدوستی
بهر حال ،ساختارهای کریستالی و شبکههای ملکولی با نظم باال ( )Muller et al, 1998بدلیل محدودیت
دسترس ی به بخشهای درونی این ساختار ها ،برای حمله آنزیمی مناسب نیستند.
راه های تخمين قطعه قطعه شدن زیستی:
هنگامي يك پليمر بعنوان یک پلیمر قطعه قطعه قطعه شده در نظر گرفته ميشود که مولكولهاي با وزن
مولكولي پائين در محيط كشف شوند .تكنيك آناليزي كه اغلب براي تمييز دادن اليگومرها با وزن مولكولي
مختلف استفاده ميشود GPC ،است که كروماتوگرافي اخراج سايز ) (SECنيز ناميده ميشود ( Preeti
;et al, 2003; Ki & Park, 2001; Hakkarainen et al, 2000; Ratto et al, 1999
Bikiaris et al, 2006; Marten et al, 2005; Rizzarelli et al, 2004; Kawai et al,
.)2004; Marquies _ Calvo et al, 2006
ً
HPICو GCمعموال براي شناسايي مونومرها و اليگومرها در محیط مايع (;Araujo et al, 2004
)Gattin et al, 2002يا در يك فاز گازي ( )Witt et al, 2001بكار ميروند.
تغييرات شيميايي عملكردي براحتي توسط FTIRرديابي ميشوند ( Kim et al, 2006b; Nagai,
.)et al, 2005
تست های آنزیماتیک جهت برآورد تمایل طبیعی برای دپلیمریزه کردن سوبسترا در محیط مایع
(Bikiaris et al, 2006; Marten et al, 2005; Rizzarelli et al, 2004; Cerda-
.)Cuellar et al, 2004
تست منطقه شفاف ()Abou zeid, 2001 Belal, 2003;( )clear zone test
جذب:
جذب يك پديدة منحصر بفرد است كه در آن يك اتحاد واقعي از اتمهاي قطعات پليمريك ،درون سلولهاي
ميكروبي وجود دارد.
بطور طبيعي ،مولكولهاي جذب شده ممكن است نتیجه زوال زيستي و يا قطعه قطعه شدن زيستي
گذشته باشد.
در درون سلول ،مولكولهاي انتقال يافته ،از طريق مسير كاتابوليكي اكسيده ميشوند كه بسته به
تواناييهاي ميكروبي براي رشد در شرايط هوازي يا بيهوازي ،منتهي به توليد آدنوزين تري فسفات
) (ATPو عناصر تشكيل دهنده ساختار سلولي میشود.
راه های تخمين پدیده جذب:
جذب بطور کلی توسط متدهای تنفس سنجی استاندارد شده برآورد میشود ( Krzan et al, ISO
،)14852که شامل اندازهگيری مصرف اکسيژن یا تصاعد Co2است ( .)Pagga, 1997کاهش اکسيژن
از طریق کاهش فشار ردیابی میشود ( . )Mossartdier-Nageotte et al, 2006شناسایی گازهای
متصاعد شده توسط GCبه تحقق می انجامد .این تکنیک برای تخمين تصاعد CO2نيز استفاده میشود
اما در بیشتر موارد FTIR ،ترجیح داده میشود ( Lefaux et al, 2004; Itavaara & Vikman,
.)1995کمیت CO2در یک محلول قلیایی برای تشکیل رسوب بدام میافتد .هیدروکسید اضافی با یک
محلول اسیدی تیتر میشود (.)Peltola et al, 2000; Calmon et al, 2000
تنها روش برای اثبات جذب در محیطهای پیچیده استفاده از یک پلیمر برچسب زده شده با رادیوها برای
انجام تنفس سنجی CO2 14است ( .)Rasmussen et al, 2004; Reid et al, 2001بهرحال ،این
تست خطرناک و گران نیاز به اتاق آزمایشگاهی ویژه ،تجهيزات خاص و تکنیکهای متوالی دارد و بعالوه ،زمان
بر است.
مروری اجمالی بر مطالعات انجام شده در زمینه تجزیه زیستی پلی اتیلن و پلی
پروپایلن:
بدنبال تحقیقاتی که اخيرا در جهت بررس ی زیست تخریب پذیری پلی اتیلن (پالستیک) با کمک و استفاده
از میکروارگانیسم های مختلف صورت گرفته است ،سویه های توانمندی شناسایی و معرفی شده اند.
بستتیاری از محققتتين نشتتان دادنتتد کتته پالستتتیک ستتاخته شتتده از مخلتتوط پلتتی اتتتیلن و نشاستتته ،در ختتاک
.)Swift,تلقت تتیح بت تتا
تخریت تتب پت تتذیر است تتت ،امت تتا ایت تتن پروست تته بت تتی نهایت تتت آهست تتته پت تتیش ميت تترود (1993
میکروارگانیسم ،میتواند این پروسه را در خاک تشدید کند.
Buyukgungorدر سال ،2000تاثير قارچ Phanerochate
& Orhan
chrysosporiumسویه ( )ATCC 34541را در افزایش تخریب پذیری فیلم های پلی اتیلن مخلوط
با نشاسته ( )%12در محیط خاک ارزیابی کردند و با تلقیح نمونه های خاک با قارچ مذکور و اختالط نمونه
ها با فیلم های پالستیک پلی اتیلن /نشاسته ،در پی مقایسه نمونه های خاک تلقیح شده با قارچ ،با نمونه
شاهد ،یافتند که تخریب فیلم مخلوط پلی اتیلن /نشاسته در خاک تلقیح نشده کمتر از خاک تلقیح شده با
قارچ ،در طول یک دوره 6ماهه بود .آنها نشان دادند که این قارچ ،جزء اصلی فعال در میکروفلورای خاک
است.
ميزان CO2متصاعد شده از خاک تلقیح شده با این جدایه ،افزایش تدریجی را طی 40روز نشان داد
) )Gilan etal, 2004باکتری Rhodococcus ruberسویه C 208را جداسازی کردند که
قادر به مصرف پلی اتیلن به عنوان تنها منبع کربن است .این سویه ،پلیاتیلن را با نرخ %86/0در هفته
تخریب میکند .آبگریزی این سویه ،آنرا قادر به تشکیل بیوفیلم متراکم روی سطح پای اتیلن ساخته و در
نتیجه ،قابلیت آنرا برای تجزیه زیستی بهبود می بخشد.
باکتریها در بیوفیلم بسیار متفاوت از حالت پالنکتونی شان میشوند ( )Stoodley etal, 2002و
اغلب یک توالی توسعه یافته تشکیل دهنده ساختارهای چند سلولی پیچیده (میکروکلونی) که توسط
شبکه ای از کانالهای آب احاطه میشود را نشان میدهند (.)Molin, & Nielson-Tolker, 2000
از آنجا که پلی اتیلن در محلولهای آبی نامحلول است ،باکتریهای تولیدکننده بیوفیلم می توانند در تخریب
زیستی آن موثرتر باشند .شواهد ،اثبات کننده همبستگی بين کمبود کربن و آبگریزی باکتری در تحقیقات
گذشته گزارش شده است (.)Sakharovski etal, 1999
مشخص شده که سطوح باکتریایی در محیط های فقير از نظر کربن نسبت به محیط های حاوی کربن
آبگریزتر و چسبنده تر میشوند و احتماال قابلیت دسترس ی پایين به منبع کربن در محیط کشت باکتری
رودوکوکوس روبر ،که حاوی پلی اتیلن بعنوان تنها منبع کربن بود ،تعامالت هیدروفوبیک و توسعه
بیوفیلم را افزایش و تخریب زیستی پلی اتیلن را بهبود بخشیده است.
توانایی رودوکوکوس روبر برای تشکیل بیوفیلم روی سطوح پلی اتیلن ،به آبگریزی سطوح
سلولهایش نسبت داده شده است.
Lee etal, 1991نيز توانایی گونه Phanerochateو استرپتومایسس تخریب کننده لیگنين را
در تجزیه ترکیبات پلی اتیلن در فیلم های مخلوط پلی اتیلن /نشاسته گزارش کردند .
Hadad etal, 2005باکتری ترموفیلیک borstelensis Brevibacillusسویه 707را از خاک
جداسازی کردند که قادر به مصرف پلی اتیلن منشعب با دانسیته کم ،به عنوان تنها منبع کربن و در نتیجه،
تجزیه آن بود.
انکوباسیون پلی اتیلن با این باکتری در 30روز تحت دمای 50درجه سانتیگراد ،وزن ملکولی پلی اتیلن را %11
کاهش داد .به عالوه ،این محققين ،تاثير پیش تیمار اکسیداسیون نوری را نيز بر تخریب زیستی پلی اتیلن
بررس ی کردند و نشان دادند که پلی اتیلنی که قبل از تلقیح با باکتری ،تحت اکسیداسیون نوری با U.Vواقع
شده بود ،حداکثر تخریب زیستی را نشان داد که علت آن ،تشکیل بقایای کربونیل در طی اکسیداسیون نوری
است که براحتی توسط باکتری به مصرف ميرسد.
یک اثر سینرژیستی بين اکسیداسیون نوری و
تخریب زیستی پلی اتیلن یافت شده است
(.)Albertsson etal, 1978
دلیل افزایش زیست تخریب پذیری پلی اتیلن در
پیش تیمار اکسیداسیون نوری ،افزایش خاصیت
هیدروفیلیک سطوح آن به دنبال تشکیل گروه
های کربونیل طی اکسیداسیون نوری است که
میتوانند توسط میکروارگانیسم ها به مصرف
برسند ( Cornell et al, 1984
.)Albertsson,1978, 1980,
( ،)Kaczmarek etal, 2005تجزیه زیستی پلی پروپایلن ایزوتاکتیک حاوی 5-30درصد سلولوز را
همراه با پیش تیمار اکسیداسیون UVدر خاک بررس ی کردند و تغیيرات ناش ی از تجزیه نوری و
بیولوژیکی را از طریق تست های کش ی و اسپکتروسکوپی FTIRو تغیيرات مرفولوژی سطح را از
طریق میکروسکوپ الکترونی ( )SEMارزیابی کردند و مشاهده نمودند که تجزیه زیستی و نوری
مخلوط پلی پروپایلن /سلولوز در مقایسه با پلی پروپایلن خالص بسیار شدیدتر است و
آناليزهای FTIRو SEMدو تکنیک مفید برای تخمين تغیيرات سطح پلیمر در طول تجزیه می باشند..