نانوذرات پوست تخم مرغ و بهبود خواص پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر

به گفته‌ی کنفسیوس: نی سبزی که برابر بادی خم می‌شود از بلوط ستبری که برابر طوفان در هم می‌شکند قوی تر است". جمله‌ی جالبی است که مفهوم آن برای مواد به کار رفته برای بسته بندی‌ها نیز صدق می‌کند. در واقع بسته بندی‌هایی که برای مواد غذایی به کار می‌رود نیز می‌بایست در برابر صدمات، فشارها و ضربات وارده در طی حمل و نقل تاب بیاورند و نشکنند تا محصول داخل آن‌ها سالم به دست مصرف کننده برسد. طی چند دهه‌ی اخیر پلاستیک‌ها یکی از بهترین مواد برای چنین کاربردی به شمار می‌رفتند، موادی نسبتا ارزان که بتوانند به سادگی فرآوری شده و به شکل دلخواه در بیایند و ماده‌ی درون خود را از عوامل خارجی محفوظ نگه دارند. اما مشکل بزرگی که این مواد برای ما به ارمغان می‌آروند درست پس از مصرف اشکار می‌شود؛ زباله‌هایی که سال‌ها و قرن‌ها باقی می‌مانند و با حضور خود محیط زیست و جانداران حاضر در آن را – که شامل خود ما هم می‌شود- آلوده و تخریب می‌کنند.

پژوهشگران برای حل این مشکل، از پوسته‌ی تخم مرغ بهره گرفته اند و با اضافه کردن پوسته‌ی تخم مرغ شکسته به پلیمرهای زیست تخریب پذیر ماده‌ای زیست تخریب پذیر، مقاوم و البته منعطف ساختند که به ویژه برای کاربردهای بسته بندی خواص مناسبی از خود نشان می‌دهد.

برخلاف زمانی که ترک برمی دارند، اگر پوسته‌ی تخم مرغ را در جهت طولی خود بکشید مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند به طوری که می‌توان آن‌ها را در مقاومت یزلیز با سنگ یا بتن دانست. پؤوهشگران در دانشگاه توسکگی آلاباما از همی استجکام بالا برای افزایش انعطاف پذیری و و مقاومت مکانیکی پلاستیک‌ها زیستی بهره برده اند.

آن‌ها با خرد کردن این پوسته‌های تخم مرغ و مخلوط کردن آن با ترکیب مخصوصی از پلاستیک‌های زیستی آمیزه‌ی پلاستیکی را توسعه داده اند که نسبت به پلاستیک‌ها زیستی موجود در بازار از انعطاف پذیری بسیار بالاتری برخوردار است. به اعتقاد این گروه ویژگی‌های مکانیکی این پلاستیک در کنار زیست تخریب پذیری آن موجب می‌شود تا بتوان از این ماده به خوبی در کاربرد بسته بندی بدون نگرانی از آسیب به طبیعت بهره برد.

برای یافتن بهترین راه حل، این گروه پس از آزمودن تعداد زیادی از پلاستیک ها، به فرمولی متشکل از پلیمر نفتی پلی بوتیرات آدیپات ترفتالات (PBAT) به میزان ۷۰ درصد و پلیمر زیستی و تجدیدپذیری پلی لاکتیک اسید که از نشاسته‌ی ذرت قابل تولید است به میزان ۳۰ درصد دست یافتند که اگر جزء اول آن برپایه‌ی نفت است ولی در عرض سه ماه در خاک تجزیه شده و به طبیعت بر می‌گردد.

اگرچه مخلوط این پلیمرها استحکام و زیست تخریب پذیری مناسبی ارائه می‌دهد ولی از شکنندگی بسیاری نیز برخوردار است که این برای کاربردهای روزمره مناسب نیست. برای همین این پژوهشگران از نانوذرات به دست آمده از پوسته‌ی تخم مرغ به عنوان ماده‌ای متخلخل، سبک وزن برای تقویت پلیمر اصلی بهره بردند که همچون خود اجزای پلیمری به سرعت در خاک تجزیه شده و به کلسیم کربنات تبدیل می‌شود.

برای ساخت این نانوذرات این پژوهشگران ابتدا پوسته‌های تخم مرغ را شسته و آن‌ها را در پلی پروپیلن ساییدند تا پس از قرار گیری تحت امواج فراصوت مکانیکی به نانوذراتی تا ۳۵۰/۰۰۰ برابر کوچک تر از قطر موی انسان تبدیل کند. بخش بسیار کوچکی از این ذرات برای افزودن به آمیزه‌ی ۷۰/۳۰ پلی بوتیرات آدیپات ترفتالات و پلی لاکتیک اسید افزوده شد تا خواص آن تا ۷۰۰ درصد در زمینه‌ی انعطاف پذیری و خمش بهبود یابد. ویژگی که آن را به ماده‌ای بسیار مناسب برای بسته بندی‌های خرده فروشی یا کیسه‌های حمل مواد یا غذاها (برای مثال جعبه‌های قرارگیری تخم مرغ ها) تبدیل می‌کند.

این گروه قصد دارد تا محصول پژوهش خود را در گردهمایی انجمن شیمی آمریکا ارائه کند ضمن اینکه می‌خواهند دیگر کاربردهای بالقوه نانوذرات به دست آمده از پوسته‌ی تخم مرغ خود را در حوزه‌هایی همچون ترمیم زخم، بازسازی استخوان و دارورسانی بیازمایند.