Biyobozunur ve Biyo-Bazlı Polimerler
Biyobozunur polimerler, hidroliz veya enzimatik etki yoluyla zararsız ürünlere ayrışmaktadır; biyo-bazlı polimerler ise yenilenebilir hammaddelerden üretilmektedir. Bu iki özellik birbiriyle örtüşmekle birlikte farklıdır ve her ikisi de geleneksel plastiklerin çevresel yükünü ele almaktadır.
Tanım
Biyobozunur polimerler, hidroliz veya mikrobiyal ve enzimatik etkiyle düşük molar kütleli ürünlere ayrışabilen ve nihayetinde mineralize olabilen polimerlerdir; biyo-bazlı polimerler ise tamamen veya kısmen petrolden ziyade yenilenebilir biyolojik hammaddelerden sentezlenen polimerlerdir.
Kapsam
Bu konu, bozunmak üzere tasarlanmış polimerleri ve yenilenebilir kaynaklardan elde edilen polimerleri kapsamaktadır: polilaktik asit, poliglikolik asit, polikaprolakton ve polihidroksialkanoatlar gibi hidrolize olabilen polyesterler; nişasta ve selüloz türevleri gibi polisakkarit bazlı malzemeler; hidrolitik ve enzimatik bozunmanın kimyası; biyobozunurluk ve biyo-bazlı köken arasındaki ayrım; ve özellikler, maliyet ve kullanım ömrü sonu yollarındaki ödünleşimler.
Temel sorular
- Bir polimeri biyobozunur yapan kimyasal özellikler nelerdir?
- Biyobozunurluk ve biyo-bazlı köken nasıl farklılık gösterir ve bu ayrım neden önemlidir?
- Polilaktik asit gibi hidrolize olabilen polyesterler nasıl bozunur?
- Geleneksel plastiklerin yerini almayı sınırlayan özellik ve maliyet ödünleşimleri nelerdir?
Temel kuramlar
- Hidrolitik ve enzimatik bozunma
- Ester, amid veya glikozidik bağlar içeren ana zincirler, su veya enzimler tarafından organizmaların metabolize edebileceği daha küçük parçalara ayrılabilir; bozunma hızı bağ kimyasına, kristaliniteye, hidrofiliteye ve çevreye bağlıdır.
- Biyo-bazlı ve biyobozunur ayrımı
- Bir polimerin yenilenebilir kökeni ve bozunabilirliği birbirinden bağımsızdır: bazı petrol türevi polimerler biyobozunur iken, bazı biyo-bazlı polimerler dayanıklıdır, bu nedenle sürdürülebilirlik iddiaları için her özellik ayrı ayrı değerlendirilmelidir.
Mekanizmalar
Biyobozunma genellikle hidrolize olabilen ana zincir bağlarının—alifatik polyesterlerde ester bağları, polisakkaritlerde glikozidik bağlar—yalnızca su ile veya mikrobiyal enzimler tarafından katalize edilerek parçalanmasıyla başlamaktadır. Bu süreç, parçaların asimile edilip karbondioksit, su ve biyokütleye mineralize olabilecek kadar küçülene kadar molar kütleyi azaltmaktadır. Bozunma hızı, bağ kimyası, kristalinite, yüzey alanı, hidrofilite ve çevresel nem, sıcaklık ve mikrobiyal aktivite koşulları tarafından belirlenmektedir. Biyo-bazlı polimerler ise hammaddeye göre tanımlanmaktadır: laktik asit veya biyo-kökenli etilen gibi monomerler, ortaya çıkan polimerin bozunup bozunmadığına bakılmaksızın fermantasyon veya bitki kaynaklarından elde edilmektedir.
Klinik önem
Bu malzemeler, plastik atık sorununu ele almakta ve tıbbi işlevler sağlamaktadır: kompostlanabilir ambalajlar, tarımsal malç filmleri ve gıda servis ürünleri kalıcı çöp miktarını azaltmaktadır; polilaktik ve poliglikolik asit gibi rezorbe olabilen polyesterler ise vücutta güvenli bir şekilde bozunan dikişler, ilaç salım matrisleri ve doku mühendisliği iskeleleri için kullanılmaktadır. Gerçekçi benimsenme, özelliklerin, maliyetin ve uygun kullanım ömrü sonu altyapısının eşleşmesine bağlıdır.
Tarihçe
Alifatik polyesterler, Carothers'ın 1930'larda incelediği ilk sentetik polimerler arasındaydı ancak başlangıçta çok kolay hidrolize oldukları için bir kenara bırakılmıştı. Aynı hidrolize olabilirlik, daha sonra onları değerli kılmış, 1970'lerden itibaren rezorbe olabilen dikişler ve kontrollü salım sistemleri geliştirilmiştir. Plastiklerin kalıcılığına ilişkin endişeler arttıkça polilaktik asit gibi büyük ölçekli biyoplastikler ticarileştirilmiştir.
Öne çıkan isimler
- Wallace Carothers
- Robert Langer
İlgili konular
Temel eserler
- young2011
- odian2004
Sıkça sorulan sorular
- Her biyo-bazlı polimer biyobozunur mudur?
- Hayır. Köken ve bozunabilirlik birbirinden bağımsızdır. Bitki kaynaklı etilenden yapılan biyo-bazlı polietilen, sıradan polietilen ile kimyasal olarak aynıdır ve biyobozunmazken, bazı petrol türevi polyesterler bozunmaktadır.
- Polyesterler neden bu kadar yaygın biyobozunur polimerlerdir?
- Ester bağları hidrolize ve enzimatik parçalanmaya duyarlıdır, bu nedenle ana zincir küçük, metabolize edilebilir parçalara ayrılabilir. Bu durum, polilaktik asit gibi alifatik polyesterleri hem kompostlanabilir hem de rezorbe olabilen tıbbi malzemeler olarak kullanışlı kılmaktadır.