عکس| تولید پلاستیک از صمغ درخت کاج
طی ۱۰۰ سال گذشته، پلاستیک‌ها و پلیمرها نحوه عملکرد جهان را تغییر داده‌اند، از هواپیما و اتومبیل گرفته تا رایانه و تلفن‌های همراه به‌طور تقریبی همه از ترکیبات مبتنی بر سوخت فسیلی تشکیل شده‌اند. کشف گروه تحقیقاتی دانشگاه ایالتی فلوریدا از یک پلاستیک جدید مشتق شده از صمغ کاج می‌تواند یک رویداد تحول‌آفرین برای مواد پایدار جدید باشد.
به گزارش نیوز وایز، جاستین کنمور، دانشیار شیمی و بیوشیمی، محقق اصلی تحقیق در مورد جزئیات کشف جدید اظهار کرد: این تحقیق گامی مهم در جهت تولید پلاستیک‌های جدید و دروازه‌ای است که می‌تواند منجر به تولید چندین ماده جدید شود.
کنمور بیان کرد: آنچه ما در حال حاضر می‌دانیم این است که پلاستیک، شیشه‌ای و از لحاظ حرارتی پایدار است، می‌تواند در دمای بالا ذوب شده و شکل بگیرد و در دمای محیط، سرد شود و به یک پلاستیک سخت تبدیل شود. یکی از اهداف بعدی آگاهی یافتن از برخی از خصوصیات مکانیکی این پلیمرهاست. بااین‌حال، این ماده دارای ویژگی‌های ساختاری بسیاری است و انعکاسی از پلاستیک‌هایی است که ما هر روز استفاده می‌کنیم، بنابراین نوید بسیاری از کاربردها را می‌دهد.
وی ادامه داد: «امروزه ۹۹ درصد پلاستیک‌ها از سوخت‌های فسیلی محدود با افزایش تقاضا و محدودیت دسترسی جغرافیایی تولید می‌شوند. تولید مواد از منابع تجدیدپذیر و به‌ویژه صمغ کاج که ممکن است بدون از بین بردن درخت برداشته شود تلاشی قابل‌توجه است.»
آلفا پینن، فراوان‌ترین مولکول تولید شده از صمغ کاج قابلیت تبدیل شدن به پلاستیک را دارد بنابراین در حال حاضر کاربردهای محدودی دارد. این ماده اولیه در پاک‌کننده‌ها و حلال‌های پایه سقز یافت می‌شود. مارک یارولیمک، دانشجوی دکترای دانشگاه ایالتی فلوریدا در رشته شیمی پلیمر که هدایت این تحقیق را بر عهده داشت، ابتدا آلفا-پینن را به‌صورت مصنوعی اصلاح کرد تا ترکیبی به نام دلتا پینن تهیه کند.
وی گفت: «من آلفا-پینن را تحت مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی، تصفیه‌های متعدد و چند آزمایش و خطا قرار دادم که در نهایت در تبدیل آن به دلتا-پینن موفقیت‌آمیز بود. هنگامی که ما دلتا پینن مایع خالص را بدست آوردیم، آن را از طریق یک واکنش نهایی شیمیایی به پلی دلتا پینن تبدیل کردم.»
یارولیمک و هیتر بوکبیندر که قبل از فارغ‌التحصیلی با مدرک لیسانس فیزیولوژی ورزشی، در سال ۲۰۲۰ به‌عنوان محقق دوره لیسانس در این پروژه فعالیت می‌کردند، طیف وسیعی از «پلیمریزاسیون» (واکنش‌های شیمیایی برای تبدیل مولکول‌های مایع کوچک به مولکول‌های بزرگ جامد) را انجام دادند تا میزان کارایی این مولکول را در تبدیل شدن به پلاستیک آزمایش کنند.
این آزمایش‌ها شامل اندازه‌گیری میزان تبدیل دلتا-پینن به پلاستیک در یک واکنش منفرد، میزان توانایی محققان در کنترل رشد مولکول و تاثیر متغیر بودن شرایط بر روی مواد بود. آنان همچنین خصوصیات مختلف مواد پلاستیکی مانند درجه حرارت ذوب شدن پلیمر و میزان حرارت قابل تحمل آن قبل از تجزیه و همچنین بررسی ساختار مولکولی مواد را مشخص کردند.
برایانا کویا، محقق تحصیلات تکمیلی در گروه کنمور، همزمان دلتا-پینن را تجزیه‌وتحلیل کرد تا بفهمد دلتا-پینن دارای خواص ترمودینامیکی مناسب برای انجام پلیمریزاسیون است یا خیر. کویا با استفاده از منابع مرکز محاسبات تحقیقاتی دانشگاه ایالتی فلوریدا، محاسبات نظریه تابعی چگالی را انجام داد و نتایج محاسباتی او به خوبی با یافته‌های آزمایشی یارولیمک و بوکبیندر برابر بود.
یارولیمک اظهار کرد: تبدیل این مولکول‌های زیست توده به پلاستیک‌های جدید با عملکرد مشابه برای ادامه زندگی ما ضروری است.
وی افزود: تغییر در پلاستیک‌های زیست بنیان به ما این امکان را می‌دهد که به سوی آینده حرکت کنیم.
کنمور تاکید کرد: ساخت پلاستیک‌های جدید زیست بنیان تنها نیمی از راه است، مورد دیگر سرنوشت نهایی پلاستیک است. برای این ماده با کارایی بالا، ماندگاری کوتاه از تجزیه زیستی نامطلوب خواهد بود اما هنوز هم به راهی برای بازیافت نیاز دارد و ممکن است به معنای توسعه فرآیندهای تجزیه از طریق یک محرک شیمیایی باشد.
در تحقیقات ما بر روی هر دو مورد سرمایه‌گذاری شده است. ما مواد جدیدی می‌سازیم همچنین در حال بررسی قابلیت بازیافت مواد شیمیایی آنها هستیم. این پلاستیک جدید را ساختیم اما این فقط آغاز کار است همچنین باید یاد بگیریم که چگونه پلاستیک را از بین ببریم و برنامه‌هایی برای شروع تحقیق در مورد آن داریم.
بوکبیندر خاطرنشان کرد: عضو شدن در این گروه تحقیقاتی شاید یکی از آموزشی‌ترین و جالب‌ترین تجربیاتی بود که در طول مدت حضورم در دانشگاه ایالتی فلوریدا داشتم. به نظر من، تجربه عملی جذاب‌ترین راه برای یادگیری است و یک اثر طولانی‌مدت دارد. من در مورد تحقیق و نقش خودم در این تجربه تا آخر زندگی‌ام صحبت خواهم کرد.
یافته های این تحقیق در مجله ACS Macro Letters منتشر شد.
