الیاف پلی استر با منشا گیاهی

الیاف پلی استر با منشا گیاهی

با افزایش سهم استفاده از الیاف مصنوعی نظیر پلی استرها، پلی آمیدها، پلی اولفینها در صنایع نساجی، میزان توجه نسبت به مساله بازیافت و تأثیرات زیست محیطی استفاده از پلیمرهای مصنوعی که مسائلی نظیر برداشت بیشتر از منابع و سوخت های فسیلی را در پی خواهد داشت نیز بیشتر شده است.از بین پلیمرهای مصنوعی با توجه به سهم غالب پلی استر میزان توجه به بازیافت این ماده بیش از سایر مواد می باشد.

در حال حاضر می توان پلیمر پلی استر به صورت فیلم، ظروف بسته بندی، الیاف نساجی را مورد بازیافت فیزیکی و شیمایی قرار داد و از محصول آن مجدداً برای تولید کالاهای مصرفی استفاده نمود. البته با توجه به هزینه های بازیافت و تولید مجدد، غالباً از مواد مذکور جهت تولید الیاف مصنوعی بازیافتی استفاده می شود و در حال حاضر بسیاری از شرکتهای صاحبنام جهان در این عرصه مشغول به فعالیت می باشند.

به عنوان مثال در طی جام جهانی 2010 آفریقای جنوبی، شرکت نایک البسه ورزشی خاصی را که تماماً از بطری های پلی استر بازیافتی تولید نموده بود عرضه نمود که با استقبال عمومی مناسبی نیز مواجه شد. علاوه بر مسائل زیست محیطی و همچنین کمک به حفظ منابع طبیعی یکی از مسائل مهم در تولید این البسه کاهش میزان مصرف انرژی 30 درصدی در تولید آنها است که به نوبه خود منجر به تولید کمتر گازهای گلخانه ای و دی اکسید کربن و … می شود.

پس از بازیافت پلیمرهای مصنوعی قدم بعدی در این عرصه تولید پلیمرهای با منشا گیاهی می باشد که نه تنها جهت تولید آنها از مواد دوستدار محیط زیست استفاده شده است بلکه پس از مصرف می توان به راحتی آنها را مورد فرایند بازیافت قرار داد.

از سال 2011 میلادی شرکت آوانتیوم هلند با همکاری شرکت کوکاکولا اقدام به تولید یک گونه جدید از پلی استر با منشا گیاهی با نام پلی اتیلن فورانوات نموده است که به خوبی می توان از آن در تولید بطری، فیلم، ظروف بسته بندی و نگهداری مواد استفاده نمود.

شرکت آوانتیوم یک شرکت پژوهش محور می باشد که توانسته است فنآوری تولید پلیمر PEF را تحت نام تجاری XYX ابداع و به بازار عرضه نماید. این پلی استر جدید کاملاً از منابع طبیعی ساخته شده است و آزمایشات نشان داده است که به خوبی می توان آن را در تمام کاربردهای روزمره پلی استر PET نظیر الیاف، فیلم، بطری جایگزین نمود و به همین دلیل شاید عرضه اقتصادی این پلیمر را بتوان انقلابی در صنایع وابسته به پلی استر نامید.

فرایند XYX

به کمک فرایند کاتالیز می توان از روش XYX جهت تولید بسیاری از مواد پلیمری از منابع 100% طبیعی نظیر شکر گیاهی استفاده نمود. مهم ترین فلسفه در طراحی فرایند XYX توجه به استفاده از منابع کاملاً طبیعی و تجدیدپذیر با یک قیمت رقابتی و اقتصادی است که حداقل تأثیر را در محیط زیست ایجاد نماید.در این فنآوری مواد طبیعی به بلوکهای شیمیایی سازنده مواد نظیر فورانسیکس و لویولینیکس تبدیل می شود و سپس این مواد به عنوان اجزای سازنده پلیمر مورد استفاده قرار می گیرد.

موسسه کوپرنیک دانشگاه اوترخت هلند در یک ارزیابی مستقل چرخه زیست محیطی (LCA) تولید این پلیمر جدید را مورد بررسی قرار داد و اثبات نمود که در کل چرخه فرایند تولید این پلیمر جدید نسبت به سایر انواع پلیمرهای مصنوعی مخصوصاً پلی استر به نسبت 70-50 درصد دی اکسید کربن کمتری در فضا منتشر می شود که حاکی از تطابق بسیار عالی این فرآیند با محیط زیست می باشد.

فرآیندپذیری پلیمر

جهت عرضه تجاری یک پلیمر به بازار بایستی ابتدا از فرآیندپذریری مناسب آن اطلاع حاصل نمود. به همین منظر شرکت آوانتیوم بررسی های متعددی از بابت نحوه تبدیل این مواد به پلیمر نهایی به انجام رساند که همگی در رقابت با فرآیند سنتی تبدیل سوختهای فسیلی به مواد پلیمری قرار دارند. به طور کلی فرآیند XYX دارای 2 مرحله فرآیند کاتالیستی است:

مرحله اول

• هیدرولیز کاتالیستی مواد کربوهیدراتی در الکل (نظیر متانول) و تبدیل آن به مواد الکوکسی متیل فیورفیورال و یا لویولینیکس

 مرحله دوم

• اکسیداسیون کاتالیستی مواد الکوکسی متیل فیورفیورال (RMF) در اسید استیک و تولید اسید فوران دی کربوکسیلیک (FDCA)جهت تولید پلی استر PEF علاوه بر موارد فوق نیازمند مرحله سوم واکنش کاتالیستی و پیوند FDCA با منواتیلن گلایکول (MEG) نیز می باشیم.

تجاری سازی

در سال 2011 میلادی برای اولین بار واحد نیمه صنعتی تولید این پلیمر در شهر گلین هلند آغاز به کار نمود و از آن زمان تاکنون مشغول عرضه این پلیمر می باشد و تا انتهای سال 2016 میلادی نیز یک واحد صنعتی با ظرفیت 50000 تن در سال آغاز بکار خواهد نمود.همان گونه که مشخص است از 2و5-فوران دی کربوکسیلیک اسید می توان به عنوان جایگزین ماده شیمیایی ترفتالیک اسید خالص در فرایند پلیمری شدن پلی اتیلن ترفتالات استفاده نمود.

البته یکی از نکات قابل توجه قابلیت استفاده از این منومر در تولید سایر انواع پلیمرها نظیر پلی آمیدها، پلی یورتانها، رزینهای پوششی، نرم کننده ها و … می باشد. نتایج به دست آمده حاصل از واکنش پلیمری شدن FDCA با منواتلین گلایکول حاکی از پایداری بسیار مناسب این فرآیند می باشد. پلی استر تولیدی نیز دارای خصوصیات و مقاومت حرارتی بالایی نظیر پلی اتیلن ترتفتالات می باشد.

همان گونه که مشخص است در تولید پلی استر PEF از سوختهای فسیلی استفاده نشده است به همین دلیل میزان تولید دی اکسید کربن در فرآِند تولید آن ناچیز می باشد. از طرف دیگر خود گیاهان با جذب انرژی خورشید دی اکسید کربن را به کربوهیدرات تبدیل می نمایند که این چرخه نیز باعث کاهش آلایندگی محیط زیست می شود.

کاربردهای PEF

بررسی ها نشان می دهد که از پلیمر PEF می توان جهت تولید الیاف به منظور استفاده در تولید البسه، فرش و کفپوشها، منسوجات یکبار مصرف، منسوجات خانگی و … استفاده نمود.با توجه به خصوصیات محافظتی بسیار عالی این پلیمر، کاربرد آن در مواردی که نیازمند فیلمهای با قابلیت نفوذپذیری کنترل شده هستند نیز مناسب می باشد.

بازیافت

از نکات قابل توجه در استفاده از پلی استر PEF قابلیت بازیافت فیزیکی این پلیمر مشابه سایر انواع پلی استرها نظیر PET می باشد. به عبارت دیگر پس از استفاده از این پلیمر می توان الیاف و یا بطری های تهیه شده از آن را مجدداً ذوب نموده و به سایر قطعات تبدیل نماییم.

بررسی ها نشان می دهد که این پلی استر جدید تطابق پذیری خوبی با سایر انواع پلی استرها دارد و به همین دلیل در هنگام فرآیند بازیافت می توان آنها را به صورت مخلوط با یکدیگر مورد فرآیند قرار داد و در انتها پلیمر به دست آمده دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مناسبی است.

سایر کاربردها

همان گونه که اشاره شد از منومر FDCA علاوه بر تولید پلی استر می توان جهت تولید سایر انواع پلیمرها نظیر پلی آمید نیز استفاده نمود. به طور کلی پلی آمیدها از خصوصیات عملکردی و دوام بالاتری نسبت به پلی استرها برخوردار هستند.

از پلی آمید تولید شده از این مواد نیز می توان در صنایع نساجی به منظور تولید البسه، لباسهای ورزشی، کفپوشها و … استفاده نمود. در کنار صنایع نساجی استفاده از پلی آمیدهای زیست سازگار در سایر صنایع نظیر ساخت قطعات خودرو، قطعات لوازم الکتریکی و … نیز به تازگی رایج شده است.

جهت گسترش کاربرد این روش زیست سازگار شرکت آوانتیوم همکاری مشترکی را با شرکت سولوی آغاز نموده است که این شرکت از شرکتهای بسیار صاحبنام در حوزه تولید پلی آمیدهای خاص می باشد.

در طی این همکاری بیشترین فعالیت به شناسایی تفاوتهای احتمالی این پلی آمیدهای تولید شده از دو روش معطوف شده است و پیش بینی می شود با حصول نتایجی مشابه فرایند پلیمری شدن پلی استر، فرایند تجاری تولید پلی آمید زیست سازگار نیز به زودی عرضه شود.