در سال های اخیر، نگرانی های زیست محیطی نوآوری در صنعت تولید را به ویژه در تولید محصولات تک-استفاده تزریق پلاستیک های سنتی، از پتروشیمی، ایجاد چالش های زیست محیطی قابل توجه به دلیل طبیعت غیر قابل تجزیه و تحلیل خود، به عنوان یک جایگزین پایدار ظهور کرده اند، ارائه پتانسیل برای کاهش زباله های پلاستیکی و اثرات زیست محیطی این تغییر صرفا یک روند لازم برای کاهش فن آوری کربن و پاسخ دادن به اصول تجزیه و تحلیل کربن است.

پلیمرهای زیست پذیر چیست؟

پلیمرهای زیست شناختی مواد قادر به شکستن به مواد طبیعی مانند آب، دی اکسید کربن و بیوماها از طریق عمل میکروارگانیسم ها هستند.این پلیمرها می توانند از منابع تجدید پذیر مانند نشاسته ذرت، نیشکر یا سلولز مشتق شوند نمونه های رایج شامل پلی لاکتیک اسید (PLA)، پلی هیدروکسیالاکونوسات (PH)، و پلاستیک های مبتنی بر نشاسته، فرایند پردازش زیستی، بستگی به همه شرایط خاص از آلودگی میکروبی دارد، و تجزیه و تحلیل دقیق دارد.

انواع پلیمر های Bological برای تزریق

اسید چندلاکتیک (PLA)

PLA یکی از گسترده ترین پلیمر های زیست شناختی در قالب تزریق است.درived از نشاسته گیاهی تخمیر شده، آن را ارائه می دهد وضوح و فرایند پذیری PLA معمولا در برش بار مصرف، فنجان ها و ظروف مواد غذایی استفاده می شود، با این حال، شکننده بودن و مقاومت حرارتی پایین استفاده از آن در برنامه های با درجه حرارت بالا.

Polyhydroxyalkanoates (PHA)

PHA توسط تخمیر باکتری از قندها یا چربی ها تولید می شود، بی سواد بودن عالی در محیط های مختلف، از جمله شرایط دریایی و خاک را نشان می دهد. PHA دارای نقطه ذوب بالاتر از مقاومت PLA و رطوبت بهتر است، و آن را برای بسته بندی فیلم ها و ظروف سفت مناسب می کند، با این حال، هزینه بالاتر و پنجره پردازش محدود چالش هایی برای مقیاس تزریق در قالب سازی تزریق ایجاد می کند.

پلاستیک های مبتنی بر Starch

Starch، که اغلب با دیگر پلیمر های زیست محیطی مانند PLA یا PHA ترکیب می شود، هزینه را کاهش می دهد و باعث افزایش کارایی زیستی می شود. Thermoپلاستیک نشاسته (TPS) می تواند با استفاده از تجهیزات قالب برداری معمولی با پارامترهای اصلاح شده پردازش شود.این مواد در کیسه های مخلوط، صفحات قابل استفاده و فیلم های ماکروچ کشاورزی استفاده می شود.

Polybutylene Succinate (PBS) و Polycaprolactone (PCL)

PBS و PCL پلی استر های زیست شناختی مصنوعی با انعطاف پذیری و قابلیت پردازش هستند. PBS مقاومت بالاتری نسبت به PLA ارائه می دهد، در حالی که PCL دارای نقطه ذوب پایین مناسب برای کاربردهای خاص مانند ایمپلنت های پزشکی است. هر دو می توانند با دیگر بیوپلیم مخلوط شوند تا خواص را خیاط کنند.

ویژگی های کلیدی مورد نیاز برای تزریق

برای استفاده موثر از پلیمر های زیست محیطی در قالب تزریق تک استفاده، چندین خواص مواد حیاتی هستند.این شامل شاخص جریان ذوب (MFI) برای پر کردن قابلیت، ثبات حرارتی برای جلوگیری از تجزیه و تحلیل در طول پردازش، قدرت مکانیکی برای عملکرد نهایی استفاده، و محتوای رطوبت ثابت برای جلوگیری از هیدرولیزر و تنظیم تفاوت های معمول، بسیاری از بیوپلیوسکوپی هستند و نیاز به نقص های پیش خشک برای جلوگیری از خنک سازی یا تنظیم تفاوت های محاسباتی دارند.

مزایای در محصولات تک-استفاده

  • مزایای زیست محیطی: [FLT 1] کاهش زباله و آلودگی طولانی مدت در محیط های دفن زباله و محیط های دریایی.
  • قابلیت پیش بینی: برخی از پلیمر های زیست محیطی را می توان تحت شرایط صنعتی، بازگشت مواد مغذی به خاک تشکیل داد.
  • منابع تجدید پذیر: از مواد خام پایدار مشتق شده، کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی.
  • انطباق اجباری: [FLT 1] با مقررات فزاینده ای در مورد مدیریت زباله های پلاستیکی مانند ممنوعیت های پلاستیکی تک استفاده در اتحادیه اروپا و کانادا ملاقات می کند.
  • تجدید نظر مصرف کننده: [FLT 1] تقاضای رو به رشد برای محصولات سازگار با محیط زیست، پذیرش بازار و وفاداری نام تجاری را هدایت می کند.
  • کاهش کربن فوت: ارزیابی چرخه عمر اغلب نشان می دهد انتشار گازهای گلخانه ای پایین تر در مقایسه با پلاستیک های مبتنی بر نفت.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم مزایای آنها، پلیمرهای تجزیه و تحلیل شده با چالش های خاصی در برنامه های تک-استفاده تزریق استفاده می کنند.این شامل هزینه های تولید بالاتر در مقایسه با پلاستیک های سنتی، خواص مکانیکی محدود مانند قدرت کششی و بلند مدت، و حساسیت به شرایط زیست محیطی مانند رطوبت و دما در طول ذخیره سازی و استفاده است. علاوه بر این، دفع مناسب و ساخت و ساز برای تحقق مزایای زیست محیطی بدون ایجاد امکانات صنعتی ضروری است.

چالش های پردازش

قالب تزریق پلیمرهای تجزیه و تحلیل شده اغلب نیاز به کنترل تنگ تر بر دما و زمان خنک کننده دارد. PLA، به عنوان مثال، دارای یک پنجره پردازش باریک است و می تواند در صورت گرم کردن بیش از حد، تخریب حرارتی را انجام دهد. طرح های قالب ضعیف می تواند منجر به کوچک شدن بالا یا صفحه جنگ شود.

پارامترهای پردازش برای پلیمرهای Bological

برای دستیابی به کیفیت ثابت در قطعات تک مصرف تزریق، بهینه سازی فرایند اجباری است. پارامترهای کلیدی شامل پروفایل های دمای بشکه، سرعت تزریق، فشار، زمان خنک کننده و دمای قالب است. برای PLA، محدوده دمای ذوب معمولی از 170 درجه سانتیگراد به 190 درجه سانتیگراد، در حالی که PHA نیاز به دمای پایین در حدود 160 درجه سانتیگراد به 180 درجه سانتی گراد قبل خشک ضروری است: نیاز به کاهش خواص حرارتی بیشتر برای کاهش میزان رطوبت.

اثرات زیست محیطی و ارزیابی چرخه زندگی

ارزیابی جامع چرخه عمر (LCA) پلیمرهای زیست محیطی نشان می دهد هر دو فرصت و تجارت (offs) در حالی که آنها ارائه می دهند پایین کربن و بی تحرکی، تغییرات استفاده از زمین برای کشت خوراک می تواند بر تنوع زیستی متمرکز شود، انرژی مورد نیاز برای تولید زباله های شهری در حال ظهور نیز باید استانداردهای مانند EN 13432 [F] و [1] مواد قابل مقایسه با این حال تعریف بسیاری از مواد طبیعی برای ساخت و کاهش مواد شیمیایی6.

چارچوب تنظیم مقررات و استانداردها

دولت های سراسر جهان سیاست هایی را برای کاهش آلودگی پلاستیکی تک مصرف می کنند. [۱] دستورالعمل پلاستیک های تک کاربرد اتحادیه اروپا (EU 2019/904) و قوانین ممنوعیت پلاستیک تک استفاده کانادا درخواست جایگزین های تجزیه و تحلیل شده را فراهم می کند، اگرچه نیازهای قابل اعتماد برای مشتریان و محصولات به طور فزاینده ای مورد نیاز است.

روند بازار و اتخاذ

استفاده فعلی

پلیمرهای زیست محیطی در حال حاضر به سهم کوچک اما در حال رشد از بازار جهانی پلاستیک می پردازند.با توجه به Bioپلاستیک های اروپایی، ظرفیت تولید جهانی برای بیوپلاستیک ها در سال 2022 تقریبا 2.2 میلیون تن بود، با بسته بندی بزرگترین بخش کاربردی است.

بخش های صنعت

  • خدمات غذایی: فنجان، صفحات و ظروف به دلیل فشار قانونی و تصویر برند، در اوایل پذیرش هستند.
  • پزشکی: پلیمرهای زیست شناختی در مدفوع، دستگاه های تحویل مواد مخدر و ایمپلنت های موقت، استفاده از بی ثباتی استفاده می شود.
  • کشاورزی: فیلم های مولک و سفال گیاهان از بی سوادی در خاک بهره مند می شوند.
  • کالاهای مصرفی: بسته بندی مراقبت شخصی و تیغ های یکبار مصرف، استفاده از بیوپلی را بررسی می کند.

رانندگان نوآوری

تحقیقات و توسعه تمرکز بر بهبود خواص حرارتی و مکانیکی از طریق نانوسیم ها، مخلوط ها و فن آوری های افزودنی مانند NatureWorks و علمی در حال پیشرفت راه اندازی های تولید در مقیاس تجاری هستند.

چشم انداز آینده

توسعه پلیمرهای پیشرفته زیست محیطی با خواص پیشرفته در حال انجام است. نوآوری ها هدف بهبود دوام، روند پذیری و مقرون به صرفه بودن هزینه، علاوه بر این، افزایش آگاهی مصرف کننده و مقررات سخت تر محیط زیست احتمالا سرعت بخشیدن به پذیرش در صنعت است، همکاری بین تولید کنندگان، سیاستگذاران و محققان برای گسترش استفاده از پلیمر های زیست شناختی در محصولات تک قالب سازی منفرد، با این حال، می تواند مانع تولید دقیق تر باشد.

نتیجه گیری

پلیمرهای زیست محیطی یک مسیر امیدوار کننده برای کاهش بار زیست محیطی محصولات تک مصرف را ارائه می دهند، در حالی که چالش هایی مانند هزینه، محدودیت پردازش و زیرساخت های پایان عمر پایدار باقی مانده است، تحقیقات مداوم و حمایت نظارتی در حال پیشرفت هستند، برای تولید کنندگان، سرمایه گذاری در این مواد در حال حاضر آنها را برای انطباق طولانی مدت و رهبری بازار در یک جهان به طور فزاینده ای آگاه است، تغییر بدون تلاش های پایدار و ساخت صنایع تزریق پایدار می تواند آنها را تنظیم کند.