אז מה הם המאפיינים של סיבים כימיים מבוססי ביו?
קודם כל, חומרי הגלם הם תוצרי לוואי של צמחים ובעלי חיים, אשר מתחדשים ויכולים להשיג פיתוח בר קיימא.
שנית, לסיבים כימיים מבוססי ביו יש טביעת רגל פחמנית נמוכה יותר: בהשוואה לסיבים מבוססי נפט מסורתיים, אטומי הפחמן הכלולים בסיבים כימיים מבוססי ביו הם כולם או חלק מהביומסה. במקרה של ביומסה, צמחים סופגים CO₂ מהאטמוספירה של כדור הארץ ומסנתזים מולקולות טבעיות חדשות המכילות פחמן באמצעות פוטוסינתזה. זה לא מייצר פליטות פחמן נוספות בכל מחזור החיים, אם באמצעות מתכלות בסביבה או בעירה לתוך CO₂. לכן, סיבים כימיים מבוססי ביו יש את המאפיינים של הפחתת פליטת פחמן הכוללת או לא עלייה פליטת פחמן.
שלישית, רוב הסיבים הכימיים המבוססים על ביו יכולים להציג מתכלות מעולה ותאימות ביולוגית: על פי המבנה הכימי הספציפי, כמה סיבים כימיים מבוססי ביו יכולים להיות מושפלים בקומפוסט, בסביבה טבעית ואורגניזמים, ויש להם תאימות ביולוגית טובה, אשר ניתן להשתמש בהם בשדות ביו-רפואיים.
מה הקשר בין סיבים ביוסינתזיים לסיבים מתכלים?
בשנים האחרונות, הפיתוח של פלסטיק מתכלה ומוצרי סיבים הפך חשוב במיוחד כמו הזיהום הסביבתי העולמי שנגרם על ידי השפלה קשה של מוצרי פלסטיק וסיבים מסורתיים בסביבה הטבעית ואת בעיית הזיהום החמורה יותר ויותר של מיקרופלסטיק. בפרט, יישום הדרגתי של "האיסור על פלסטיק" במדינות שונות יאסור על שימוש במוצרים מסוימים שיש להם פוטנציאל לגרום לזיהום מיקרופלסטי. עם זאת, סיבים כימיים מתכלים מתייחסים בעיקר לחומר הגלם שלה המכיל ביומסה צמחית מתחדשת או רכיבי ביומסה מן החי, בעוד סיבים מתכלים יכולים להיות נגזרים מבסיס ביולוגי או בסיס נפט.
לכן, סיבים biosynthetic ≠ סיבים מתכלים
● סיבים מבוססי נפט, שאינם מתכלים (רביע II):
סיבים כימיים מסורתיים המבוססים על נפט כגון פוליאסטר, פוליאמיד, פוליפרופילן וספנדקס נמצאים כולם ברביע זה. סיבים אלה יש נקודת התכה גבוהה, גבישים גבוהים, מבנה מולקולרי רגיל, תכונות מכניות מצוינות, ויש להם עמידות הידרוליזה טובה ועמידות בפני קורוזיה כימית, כך השפלה בסביבה הטבעית היא איטית מאוד. לדוגמה, בסביבה הטבעית, פוליאולפין יכול להיות מושפל על ידי חמצן תרמי כאשר נחשף לאור השמש, אבל שיעור השפלה הוא נמוך מאוד. פוליזן בצפיפות נמוכה (LDPE) נחשב לא מתכלה מכיוון שהוא מתפרק ל- CO₂ בשיעור של 0.35% בלבד ב-2.5 שנים.
● סיבים מתכלים מבוססי ביו ומתכלים (רבע I):
כל הסיבים העיקריים המבוססים על ביו (סיבים טבעיים) וסיבים כימיים מחודשים מבוססי ביו שומרים על מבנה הפוליסכריד או החלבון של ביומסה טבעית, כך שלמוצרי הסיבים שלהם יש מתכלות מלאה הדומה לזו של ביומסה טבעית. עם זאת, סיבים סינתטיים מבוססי ביו, כגון חומצה פולילאקטית (PLA) ו polycaprolactone (PCL), יש מתכלות טובה עקב אובדן מסה, השפלה מכנית, מינרליזציה לתוך מולקולות קטנות כגון פחמן דו חמצני ומים בפתרונות קומפוסט והשפלה אנזים נייטרלי. מנקודת המבט של ניתוח מחזור החיים, סוג זה של סיבים הוא חומר הסיבים הידידותי ביותר לסביבה ואקולוגית.
● סיבים ביו-מבוססים אך לא מתכלים (רביע IV):
התכלות של חומרים פולימריים היא תהליך מורכב, אשר קשור קשר הדוק למבנה הכימי ואת המאפיינים של החומרים עצמם. למרות כמה חומרים סיבים כימיים יש תכונות ביולוגיות, הם קשים להשפיל בגלל גבישיות גבוהה שלהם תכונות תרמיות מעולה. לדוגמה:
(1) סיבים ביולוגיים PTT(פולי (פרופילן גליקול טרפטלט):
מונומר דיאלקוהול המשמש פוליאסטרים PTT ביולוגי הוא ביולוגי 1, 3-propanediol (PDO). PDO יכול להיות מיוצר מדגנים בשיטות ביולוגיות. שימוש נוסף בשיטת esterification ישירה (עם p-בנסבך קרבוקסילית ותגובה ישירה PDO) או שיטת טרנסאסטריפיקציה (חומצה טרפתלית = מתיל אסתר ותגובת טרנסאסטר PDO) מוכן. סיבי PTT יש עמידות טובה יותר, מודולוס מתיחה נמוכה יותר התארכות גבוהה יותר בהפסקה מאשר סיבי פוליאסטר אחרים. יש לו רכוש צביעה טוב. קפלי כתפיים ומגע רך. זהו סוג חדש של סיבים מבוססי ביו עם עמדה מובילה בינלאומית בסין בשנים האחרונות. עם זאת, פוליאסטר PTT מבוסס ביו דומה פוליאסטר ואין לו מתכלה. היתרון האקולוגי שלה הוא שזה יכול להפחית ביעילות את טביעת הרגל הפחמנית של המוצר, אבל קשה להשפיל את המוצר דרך הסביבה הטבעית לאחר פסולת.
(2) סיבי PEF (פוליאתילן פורן דיארבוקסילאט):
בדומה לפוליאסטר PTT מבוסס ביו, פוליאסטר PEF מוכן ממונומר דיקרבוקסילי מבוסס ביו, כלומר, פוראן-2 מבוסס ביו, חומצה דיקרבוקסילית 5-דיקרבוקסילית ואתילן גליקול. חומצה דיפורמית פוראן ניתן להכין ביומסה טבעית כגון עמילן או תאית על ידי תסיסה ביולוגית או שיטות כימיות. סיבי PEF דומים לסיבים PET בנקודת ההיתוך וטמפרטורת המעבר של הזכוכית. למרות שדווח כי PEF יש מתכלה מסוימת, קצב ההתכלות שלה הוא איטי יחסית. על פי תקני הקומפוסט המתכלים הנוכחיים, סיבי PEF אינם מתכלים. חומרים אחרים המבוססים על ביו כגון ניילון 56 וסיבי PDT מבוססי ביו גם נופלים לקטגוריה זו.
חומרים וסיבים פולימריים מתכלים מבוססי נפט (רביע II):
כאמור, התכלות של חומרים פולימריים היא תהליך מורכב יחסית, הקשור קשר הדוק למבנה הכימי ולמאפיינים של החומרים עצמם. למרות שחלק מחומרי הסיבים הכימיים נגזרים בעיקר מנפט, הם מראים ביצועי מתכלות טובים בשל מבנה השרשרת המולקולרית הגמיש שלהם, הידרוליזה של קשרים אסתר, והשפלה מיקרוביאלית או אנזימטית. לדוגמה:
הכנת תרכובת חשובה PGA (אלכוהול polyacetate) - דימתיל אוקסלט (DMO), הוא מוכן מפחם כחומר גלם, באמצעות הידרוליזה, הידרוליזה, פילמור. למרות PGA עשוי פחם, יש לו מתכלה טובה והוא יכול להיות מושפל לחלוטין בתוך 1-3 חודשים. מוצרי השפלה הם מים ופחמן דו חמצני, אשר אינם רעילים לחלוטין ובלתי מזיקים. PGA משמש לעתים קרובות לתפרים כירורגיים נספגים עם מתכלות גבוהה ותאימות ביולוגית. PGLA(פולי (אתילן לקטיד)) מוכן על ידי קופולימריזציה של 9 אתיל לקטיד (PGA) ו 1 לקטיד (PLA) בחלק מסוים. אם לקטיד מוכן בשיטה ביולוגית, PGLA יכול להיקרא סיבים ביו-מבוססים ומתכלים. ל-PGLA חוזק מתיחה גבוה, תאימות ביולוגית טובה ומתכלות, והוא משמש גם בתפרים כירורגיים הניתנים לספיגה.
מקור:https://mp.weixin.qq.com/s/hY3G8X05Daktu6K5j8sJ6w
סין סיבים אופנה