الیاف پلی استر با منشا گیاهی

دکتر شاهین کاظمی – دکتری مهندسی شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

مقدمه

الیاف پلی استر با منشا گیاهی :: با افزایش سهم استفاده از الیاف مصنوعی نظیر پلی استرها، پلی آمیدها، پلی اولفینها (پلی پروپیلن) و … در صنایع نساجی، میزان توجه نسبت به مساله بازیافت و تاثیرات زیست محیطی استفاده از پلیمرهای مصنوعی که مسائلی نظیر برداشت بیشتر از منابع و سوختهای 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 و … 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 ۲۰۱۰ 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 ۳۰ 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 ۲۰۱۱ 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 (PEF ) نموده است که به خوبی می توان از آن در تولید بطری، فیلم، ظروف بسته بندی و نگهداری مواد (نظیر سینی، فنجان و …) 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 آنرا در تمام کاربردهای روزمره پلی استر PET نظیر الیاف، فیلم، بطری و … جایگزین نمود و به همین دلیل شاید عرضه اقتصادی این پلیمر را بتوان انقلابی در صنایع وابسته به پلی استر نامید.

شکل ۱ – تصویر شماتیک فرآیند تولید پلی استر زیست سازگار (مواد اولیه – فرآیند تبدیل – محصول)

همانگونه که در شکل ۱ نشان داده شده است جهت تولید مواد پلیمری می توان از منابع نفتی (علامت قطره در شکل) و یا منابع گیاهی (علامت برگ در شکل) استفاده نمود که بر حسب میزان استفاده از این مواد می توان فرآیند را سبز (دوستدار محیط زیست) و یا معمولی قلمداد نمود.

فرایند XYX

به کمک فرایند کاتالیز می توان از روش XYX جهت تولید بسیاری از مواد پلیمری از منابع ۱۰۰% طبیعی نظیر شکر گیاهی استفاده نمود. مهمترین فلسفه در طراحی فرایند XYX توجه به استفاده از منابع کاملاً طبیعی و تجدیدپذیر با یک قیمت رقابتی و اقتصادی است که حداقل تاثیر 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 ۷۰-۵۰ درصد دی اکسید کربن کمتری در فضا منتشر می شود که حاکی از تطابق بسیار عالی این فرآیند با محیط زیست می باشد. (شکل ۲)

شکل ۲ – میزان تولید دی اکسید کربن در فرآیند تولید انواع مختلف پلی استرهای زیست سازگار

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. بطور کلی فرآیند XYX دارای ۲ مرحله فرآیند کاتالیستی است:

–    مرحله اول:

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

–    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. (شکل ۳)

شکل ۳ – اصول کلی فرآیند XYX جهت تولید PEF

تجاری سازی

در سال ۲۰۱۱ 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 ۲۰۱۶ میلادی نیز یک واحد صنعتی با ظرفیت ۵۰۰۰۰ تن در سال آغاز بکار خواهد نمود.

همانگونه که مشخص است از ۲و۵-فوران دی کربوکسیلیک اسید (FDCA) می توان به عنوان جایگزین ماده شیمیایی ترفتالیک اسید خالص (PTA) 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 (شکل ۴). نتایج بدست 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.

شکل ۴ – استفاده از FDCA جهت تولید پلیمرهای مختلف و کاربردهای آن

همانگونه 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 بدست آمده دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مناسبی است.

سایر کاربردها

همانگونه که اشاره شد از منومر FDCA علاوه بر تولید پلی استر می توان جهت تولید سایر انواع پلیمرها نظیر پلی آمید نیز استفاده نمود. بطور 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.

مرجع:

New Biobased Polyester Fiber, Chemical Fibers International, 1/2014, pp. 32-34.

منبع : شماره ۲۵ مجله کهن

————————————————————————————

این مطلب را نیز بخوانید
پیشنهاد سردبیر : الیاف مصنوعی یا الیاف بشر ساخت چیست ؟ 

————————————————————————————
تحریریه مجله نساجی کهن
ارسال مقالات و ترجمه جهت انتشار در سایت : info@kohanjournal.com