बायोडिग्रेडेबल और बायो-आधारित पॉलिमर

बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर हाइड्रोलिसिस या एंजाइमी क्रिया के माध्यम से हानिरहित उत्पादों में टूट जाते हैं, जबकि बायो-आधारित पॉलिमर नवीकरणीय फीडस्टॉक से बनाए जाते हैं; ये दोनों गुण ओवरलैप करते हैं लेकिन अलग-अलग हैं, और दोनों पारंपरिक प्लास्टिक के पर्यावरणीय बोझ को संबोधित करते हैं।

Definition

बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर वे पॉलिमर होते हैं जिन्हें हाइड्रोलिसिस या माइक्रोबियल और एंजाइमी क्रिया द्वारा कम-मोलर-द्रव्यमान वाले उत्पादों में तोड़ा जा सकता है और अंततः खनिजकृत किया जा सकता है, जबकि बायो-आधारित पॉलिमर वे पॉलिमर होते हैं जो पेट्रोलियम के बजाय नवीकरणीय जैविक फीडस्टॉक से पूरी तरह या आंशिक रूप से संश्लेषित होते हैं।

Scope

यह विषय उन पॉलिमर को शामिल करता है जिन्हें निम्नीकृत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और उन पॉलिमर को भी जो नवीकरणीय संसाधनों से प्राप्त होते हैं: हाइड्रोलिजेबल पॉलिएस्टर जैसे कि पॉलीलैक्टिक एसिड, पॉलीग्लाइकोलिक एसिड, पॉलीकैप्रोलैक्टोन, और पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्केनोएट्स; पॉलीसैकराइड-आधारित सामग्री जैसे स्टार्च और सेलूलोज़ डेरिवेटिव; हाइड्रोलिटिक और एंजाइमी निम्नीकरण की रसायन विज्ञान; बायोडिग्रेडेबिलिटी और बायो-आधारित उत्पत्ति के बीच का अंतर; और गुणों, लागत और अंत-जीवन मार्गों में व्यापार-बंद।

Core questions

• कौन सी रासायनिक विशेषताएं एक पॉलिमर को बायोडिग्रेडेबल बनाती हैं?
• बायोडिग्रेडेबिलिटी और बायो-आधारित उत्पत्ति में क्या अंतर है, और यह अंतर क्यों महत्वपूर्ण है?
• पॉलीलैक्टिक एसिड जैसे हाइड्रोलिजेबल पॉलिएस्टर कैसे निम्नीकृत होते हैं?
• कौन से गुण और लागत व्यापार-बंद पारंपरिक प्लास्टिक के प्रतिस्थापन को सीमित करते हैं?

Key theories

हाइड्रोलिटिक और एंजाइमी निम्नीकरण

एस्टर, एमाइड, या ग्लाइकोसिडिक लिंकेज वाले बैकबोन को पानी या एंजाइमों द्वारा छोटे टुकड़ों में तोड़ा जा सकता है जिन्हें जीव चयापचय करते हैं; निम्नीकरण दर लिंकेज रसायन विज्ञान, क्रिस्टलीयता, हाइड्रोफिलिसिटी और पर्यावरण पर निर्भर करती है।

बायो-आधारित और बायोडिग्रेडेबल का अंतर

एक पॉलिमर की नवीकरणीय उत्पत्ति और उसकी निम्नीकरणीयता स्वतंत्र हैं: कुछ पेट्रोलियम-व्युत्पन्न पॉलिमर बायोडिग्रेडेबल होते हैं जबकि कुछ बायो-आधारित पॉलिमर टिकाऊ होते हैं, इसलिए स्थिरता के दावों के लिए प्रत्येक गुण का अलग से मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

Mechanisms

बायोडिग्रेडेशन आमतौर पर हाइड्रोलिजेबल बैकबोन लिंकेज—एलिफैटिक पॉलिएस्टर में एस्टर बॉन्ड, पॉलीसैकराइड में ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड—के क्लीवेज से शुरू होता है, या तो केवल पानी द्वारा या माइक्रोबियल एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होकर, मोलर द्रव्यमान को कम करता है जब तक कि टुकड़े आत्मसात होने और कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और बायोमास में खनिजकृत होने के लिए पर्याप्त छोटे न हो जाएं। दर लिंकेज रसायन विज्ञान, क्रिस्टलीयता, सतह क्षेत्र, हाइड्रोफिलिसिटी और नमी, तापमान और माइक्रोबियल गतिविधि की आसपास की स्थितियों द्वारा नियंत्रित होती है। बायो-आधारित पॉलिमर को इसके बजाय फीडस्टॉक द्वारा परिभाषित किया जाता है: लैक्टिक एसिड या बायो-व्युत्पन्न एथिलीन जैसे मोनोमर किण्वन या पौधों के स्रोतों से आते हैं, इस बात से स्वतंत्र कि परिणामी पॉलिमर निम्नीकृत होता है या नहीं।

Clinical relevance

ये सामग्री प्लास्टिक कचरे को संबोधित करती हैं और चिकित्सा कार्य प्रदान करती हैं: कंपोस्टेबल पैकेजिंग, कृषि मल्च फिल्में, और खाद्य सेवा के बर्तन लगातार कचरे को कम करते हैं, जबकि पॉलीलैक्टिक और पॉलीग्लाइकोलिक एसिड जैसे रिसोर्बेबल पॉलिएस्टर का उपयोग टांके, दवा-वितरण मैट्रिक्स और ऊतक-इंजीनियरिंग मचान के लिए किया जाता है जो शरीर में सुरक्षित रूप से निम्नीकृत होते हैं। यथार्थवादी अपनाने के लिए गुणों, लागत और उपयुक्त अंत-जीवन बुनियादी ढांचे के मिलान पर निर्भर करता है।

History

एलिफैटिक पॉलिएस्टर 1930 के दशक में कैरोथर्स द्वारा अध्ययन किए गए पहले सिंथेटिक पॉलिमर में से थे, लेकिन शुरू में उन्हें बहुत आसानी से हाइड्रोलाइज्ड होने के कारण अलग रख दिया गया था; वही हाइड्रोलिजेबिलिटी बाद में उन्हें मूल्यवान बना दिया, जिसमें 1970 के दशक से रिसोर्बेबल टांके और नियंत्रित-रिलीज़ सिस्टम विकसित किए गए और प्लास्टिक की दृढ़ता के बारे में चिंता बढ़ने पर पॉलीलैक्टिक एसिड जैसे बड़े पैमाने पर बायोप्लास्टिक का व्यावसायीकरण किया गया।

Key figures

• Wallace Carothers
• Robert Langer

Seminal works

• young2011
• odian2004

Frequently asked questions

क्या हर बायो-आधारित पॉलिमर बायोडिग्रेडेबल होता है?

नहीं। उत्पत्ति और निम्नीकरणीयता स्वतंत्र हैं। पौधे-व्युत्पन्न एथिलीन से बना बायो-आधारित पॉलीइथाइलीन सामान्य पॉलीइथाइलीन के रासायनिक रूप से समान होता है और बायोडिग्रेड नहीं होता है, जबकि कुछ पेट्रोलियम-व्युत्पन्न पॉलिएस्टर निम्नीकृत होते हैं।

पॉलिएस्टर इतने सामान्य बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर क्यों हैं?

उनके एस्टर लिंकेज हाइड्रोलिसिस और एंजाइमी क्लीवेज के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए बैकबोन को छोटे, चयापचय योग्य टुकड़ों में तोड़ा जा सकता है। यह पॉलीलैक्टिक एसिड जैसे एलिफैटिक पॉलिएस्टर को कंपोस्टेबल और रिसोर्बेबल चिकित्सा सामग्री के रूप में उपयोगी बनाता है।