تبدیل پلی اتیلن: از عملکرد به خواص ضد باکتریایی برای کاربردهای پایدار
پلی اتیلن (PE) یکی از پرکاربردترین و همه کارهترین مواد پلاستیکی در سطح جهان است که به دلیل مقرون به صرفه بودن، ویژگیهای وزن کم و سهولت شکل پذیری آن ارزشمند است. این ویژگیها PE را در طیف گستردهای از کاربردها، از مواد بسته بندی گرفته تا پلاستیکهای ساختاری، ضروری می کند.
با این حال، علیرغم کاربرد گسترده آن، بی اثری شیمیایی ذاتی PE عملکرد آن را در برنامههای پیشرفته محدود میکند و پتانسیل آن را برای استفادههای نوآورانهتر مهار میکند.
برای بهبود این پتانسیل، معرفی گروههای عملکردی قطبی به PE ضروری است که میتواند به طور قابل توجهی خواص آن را افزایش دهد و درها را به روی برنامههای جدید باز کند. این چالش به یک تمرکز اصلی در شیمی پلیمر تبدیل شده است، جایی که توسعه روشهای کارآمد برای اصلاح PE توجه فزایندهای را به خود جلب کرده است.
یکی از موانع اصلی در اصلاح پلی اتیلن مقاومت شیمیایی است که عملکرد آن را با استفاده از روشهای مرسوم دشوار میکند. این بی اثری همچنین به تجمع ضایعات پلی اتیلن در محلهای دفن زباله کمک میکند و یک چالش زیست محیطی جدی ایجاد میشود. از آنجایی که آلودگی پلاستیک همچنان اکوسیستمها را در سرتاسر جهان تهدید میکند، یافتن راههایی برای بازیافت یا چرخش پلیاتیلن به محصولات ارزشمند ضروری است.
اگرچه برخی از رویکردها برای اصلاح PE وجود دارد، اما اغلب فاقد مقیاسپذیری یا کارایی هستند، که بر نیاز به راهحلهای نوآورانهای تاکید میکند که اثرات زیستمحیطی را با مزایای عملکردی برای این پلاستیک فراگیر متعادل میکند. در میان راهبردهای مختلف موجود، آمیناسیون به عنوان یکی از امیدوارکنندهترین روشها برای اصلاح PE ظاهر شده است.
چرا روی آمینها تمرکز میشود؟
آمینها گروههای مبتنی بر نیتروژن با یک یا چند اتم هیدروژن به شکل پیوند N-H هستند. این گروههای N-H میتوانند در پیوند هیدروژنی شرکت کنند و برهمکنشهای بین زنجیرههای پلیمری را ممکن میسازند. این نه تنها واکنش پذیری شیمیایی پلیمر را افزایش میدهد، بلکه عملکرد آن را در کاربردهای مختلف، از چسب تا پوشش، بهبود میبخشد.
با این حال، دستیابی به عاملی سازی کارآمد PE با آمینها یک چالش مهم بوده است. اکثر روشها به مراحل متعدد و پر انرژی نیاز دارند یا خطر تخریب خواص پلیمر را دارند.
در نتیجه، پیشرفت به سمت یک روش مقیاسپذیر و موثر برای آمیختن PE محدود شده است. قابل ذکر است، تبدیل گروههای N-H در پلیاتیلن آمینهشده به گونههای دیگر میتواند دامنه کاربردهای PE را بیشتر گسترش دهد.
از طریق اکتشاف گسترده، سعید عطایی بر روی یک فرایند کاتالیزوری به نام هیدرو آمینو آلکیلاسیون تمرکز کرده تا PE را به طور موثر آمیندار کند. این تکنیک که قبلا در اصلاح پلی پروپیلن استفاده میشد، نویدبخش تبدیل PE از طریق یک واکنش ساده و یک مرحلهای بود. این کار در مجله Angewandte Chemise International Edition منتشر شده است.
نقطه قوت این روش در کارایی آن نهفته است: در شرایط ملایم و بدون حلال کار میکند و از تخریب ناشی از رادیکال که در روشهای معمولی دیده میشود جلوگیری میکند. با استفاده از این رویکرد برای پلی اتیلن پایانهدار وینیل (VTPE)، که توسط NOVA Chemicals ارائه شده است، با موفقیت پلی اتیلن عامل دار با آمین را با حداقل مراحل واکنش ایجاد کرده و مقیاس پذیری و مقرون به صرفه بودن را افزایش داده است.
در دانشگاه بریتیش کلمبیا، گروه Hatzikiriakos آزمایشهای رئولوژیکی و مکانیکی را روی PE آمین شده انجام دادند. آنها دریافتند که معرفی گروههای آمین نه تنها خواص شیمیایی پلی اتیلن را تغییر میدهد، بلکه بر ویژگیهای فیزیکی آن نیز تأثیر میگذارد.
به عنوان مثال، دمای تبلور پلی اتیلن اصلاح شده افزایش یافته است که نشان دهنده برهمکنشهای بین مولکولی قوی تر در پلیمر به دلیل وجود گروههای آمین است. گروههای آمین همچنین آب دوستی (یا جذب آب) ماده را افزایش دادند، زیرا پیوندهای N-H میتوانند پیوندهای هیدروژنی را با مولکولهای آب تشکیل دهند.
به طور سنتی، بازیافت پلی اتیلن به دلیل بی اثر بودن شیمیایی آن چالش برانگیز بوده است، اما این رویکرد جدید اجازه میدهد تا زبالههای پلی اتیلن به منابع ارزشمند تبدیل شود. آمیختن زباله پلی اتیلن نوید قابل توجهی برای پایداری دارد و استفاده مجدد از آن را برای کاربردهای مختلف ممکن میسازد.
اکنون، دنیایی را تصور کنید که در آن نیازی به تمیز کردن دستهای خود در هر بار لمس سطحی ندارید.
چگونه آمیناسیون میتواند منجر به اثر ضد باکتریایی شود
گروههای آمین موجود در پلیمر را با درمان پلی اتیلن آمینه شده با محلول هیدروکلراید به گروههای آمونیومی با بار مثبت تبدیل میکنند. از آنجایی که باکتریها غشاهای سلولی با بار منفی دارند، به طور طبیعی جذب گروه آمونیومی با بار مثبت میشوند.
این برهمکنش الکترواستاتیکی غشای سلولی باکتری را مختل میکند و در نهایت باکتری را از بین میبرد. پس از این تحول،در دانشگاه کلگری، تیم Heyne، پلیمر اصلاح شده را در معرض باکتری استافیلوکوکوس اورئوس قرار داد. پلیمر تمام باکتریها را در مدت زمان کوتاهی از بین برد.
در اصل، سعید عطایی یک پلیمر ضد باکتری ایجاد کرد که پتانسیل استفاده را به عنوان پوشش روی سطوح روزمره دارد و راهی برای جلوگیری از گسترش میکروبها بدون نیاز به ضدعفونی مداوم ارائه میدهد.
نویسنده خبر: فاطمه درویشی
رفرنس:
Hydroaminoalkylation for Amine Functionalization of Vinyl Terminated Polyethylene Enables Direct Access to Responsive Functional Materials
https://phys.org/news/2024-11-polyethylene-functionalization-antibacterial-properties-sustainable.html
بدون دیدگاه