ما هي البوليمرات الطبيعية؟ البوليمرات الطبيعية هي مواد بوليمرية مشتقة من مصادر طبيعية مثل النباتات والحيوانات والميكروبات، وتختلف هذه المواد عن البوليمرات الاصطناعية التي تتم إنتاجها بواسطة الإنسان باستخدام النفط والغاز وغيرها من المصادر الاصطناعية. وتشمل البوليمرات الطبيعية مثل السليلوز والكيتين والكيراتين والبروتينات والأحماض الدهنية، وتستخدم هذه المواد في العديد من التطبيقات الصناعية مثل الأغشية والألياف والمواد اللاصقة والتعبئة والتغليف والأدوية والمواد الغذائية.
البوليمرات الطبيعية
البوليمرات الطبيعية هي مركبات عضوية طبيعية تتكون من سلاسل طويلة من الجزيئات المتكررة المعروفة باسم المونومرات. وتتميز البوليمرات الطبيعية بأنها تتكون من مواد قابلة للتحلل الحيوي والتي يمكن تحويلها إلى مواد عضوية طبيعية بسهولة، وبالتالي يمكن التخلص منها بطرق بيئية دون أن تسبب ضررًا كبيرًا للبيئة.
من أمثلة البوليمرات الطبيعية:
– السليلوز: وهي مادة عضوية توجد بكثرة في النباتات والأشجار وتستخدم في العديد من التطبيقات مثل التغليف، الورق، الصناعات الغذائية والأدوية.
– البروتينات: وهي مواد عضوية توجد في الحيوانات والنباتات وتستخدم في صناعة الأغذية والأدوية والمواد اللاصقة.
– الكيتين: وهي مادة توجد بكثرة في القشرة الخارجية للحشرات والقشريات وتستخدم في العديد من التطبيقات مثل الأغشية والأقمشة المضادة للبكتيريا والمواد اللاصقة.
– اللين: وهي مادة تستخرج من شجرة الكاوتشوك وتستخدم في صناعة الإطارات والأحذية والقفازات.
تتميز البوليمرات الطبيعية بأنها تحتوي على روابط كيميائيةتختلف عن البوليمرات الاصطناعية، وتتميز بقابلية التحلل الحيوي والتفكك بواسطة الكائنات الحية، وبالتالي فهي تساهم في تقليل التلوث البيئي وتحسين جودة الحياة. ومن المهم الإشارة إلى أن البوليمرات الطبيعية ليست دائمًا بديلًا مثاليًا للبوليمرات الاصطناعية، حيث قد تواجه بعض الصعوبات في التخزين والتصنيع والمتانة والأداء في بعض التطبيقات.
ما هي البوليمرات الطبيعية؟
في الماضي ، قبل ظهور البوليمرات الاصطناعية واللدائن ، استخدمت البشرية البوليمرات الطبيعية. على الرغم من أن البوليمرات الطبيعية ، على عكس البوليمرات الاصطناعية ، ليست اختراعات بشرية ولا يتم بيعها من قبل شركات كيميائية مختلفة ، إلا أن هذه البوليمرات مهمة جدًا وتلعب دورًا مهمًا في الحياة.
كما أن البوليمرات الاصطناعية تسبب العديد من المشاكل مثل تلويث البيئة بسبب انخفاض معدل التحلل ، وارتفاع درجة حرارة الأرض والتسبب في تآكلها ، وإنتاج ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاجها. تسببت هذه الأسباب في أن استخدام البوليمر الطبيعي بدلاً من البوليمر الصناعي له أهمية خاصة.
تتماستخدام البوليمرات الطبيعية بشكل متزايد في الصناعات الحيوية والمستدامة، حيث تعتبر بديلًا مستدامًا للبوليمرات الاصطناعية التي تسبب تلوثًا بيئيًا كبيرًا. ويمكن أن تحسن استخدام البوليمرات الطبيعية في صناعة الأغذية والتعبئة والتغليف والأدوية والمواد الكيميائية الأخرى، وتحسين كفاءة الإنتاج وتقليل التأثير البيئي للصناعات التي تستخدم هذه المواد.
ما هو البوليمر؟
عندما ترتبط عدة مئات من المونومرات ببعضها البعض وتشكل سلاسل جزيئية طويلة ، فإنها تسمى البوليمرات. تعني كلمة “بولي” عدة وتعني “مير” جزءًا ، وكلمة بوليمر لها جذور يونانية. يُعرَّف مونومر بأنه أصغر وحدة مكونة للبوليمر. تسمى عملية تكوين البوليمر أيضًا البلمرة ، وهي عملية ربط المونومرات معًا من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية.
أنواع البوليمرات الطبيعية
وفقًا لمصدر البوليمرات وطريقة تحضيرها ، يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات رئيسية. هنا سنراجعها بإيجاز.
القسم الأول
بعض البوليمرات الطبيعية هي تلك الموجودة في جسم الكائنات الحية ولا يظهر دور الإنسان في تحضيرها. يمكن استخدام هذه البوليمرات ، ومنها النشا والسليلوز والبروتين ، مع تعديلات في العمليات الصناعية.
أحد هذه البوليمرات هو DNA و RNA ، وهما مهمان جدًا في الجينات والعمليات البيولوجية. يتم تصنيع العديد من البروتينات والببتيدات والإنزيمات بمساعدة الحمض النووي الريبي الشائك. تعتبر الإنزيمات مهمة من خلال المساعدة في الآليات الكيميائية في الجسم والببتيدات من خلال المساعدة في بناء بعض المكونات الهيكلية مثل الشعر والجلد. السكريات وبوليمرات السكر وكذلك البولي ببتيدات هي من بين البوليمرات الطبيعية الأخرى.
الفئة الثانية
هناك بوليمرات طبيعية أخرى اصطناعية ولكن لها قاعدة طبيعية. هذه الأنواع من البوليمرات مصنوعة من المونومرات الطبيعية وحمض عديد حمض اللاكتيك مثال على ذلك. يتم الحصول على حمض polylactic عن طريق فتح حلقة بلمرة حمض اللبنيك.
الفئة الثالثة
تسمى الفئة الأخيرة من البوليمر الطبيعي البوليمرات الميكروبية. تتكون هذه الفئة من البوليمرات بمساعدة البكتيريا والميكروبات ، ومثال على ذلك بولي هيدروكسي بوتيرات.
المزايا العملية للبوليمرات الطبيعية
البوليمر الطبيعي ، لأنه مشتق من الطبيعة ، يتحلل بسرعة. أيضًا ، مع استخدام هذه الأنواع من البوليمرات ، يتم تقليل احترار الأرض بسبب تقليل استهلاك الزيت. أدت هذه الأسباب أيضًا إلى توسيع استخدام هذه البوليمرات.
نظرًا لحقيقة أن الطعام يفسد بسرعة ، فإن تغليف هذه المواد مهم جدًا للحفاظ على جودته. تعتبر العبوات النشطة بيولوجيًا (القابلة للتحلل) من أفضل أنواع العبوات المستخدمة حاليًا. زاد استخدامها بسبب زيادة الحرارة العالمية والملوثات البيئية وكذلك انخفاض كمية المنتجات البترولية والبتروكيماوية.
ما فائدة البوليمرات الطبيعية؟
تحظى البوليمرات الطبيعية بمجموعة من الفوائد المهمة في الصناعات الطبية، ومن أهم هذه الفوائد:
1- البيولوجية
تتميز البوليمرات الطبيعية بأنها تتفاعل بشكل جيد مع الأنسجة الحية وتخفض من فرصة حدوث التحسس والتفاعلات السلبية.
2- الإيكولوجية
تعتبر البوليمرات الطبيعية مصادر مستدامة ومتجددة، ويتم إنتاجها من مصادر طبيعية مثل النباتات والحيوانات والميكروبات، وبالتالي يتم تقليل الاعتماد على المصادر الأصطناعية غير المتجددة مثل النفط.
3- القابلية للتحلل
تتحلل البوليمرات الطبيعية بشكل طبيعي بفعل العوامل البيئية مثل الحرارة والرطوبة والأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي فإنها تساهم في تقليل التلوث البيئي وتحسين صحة البيئة.
4- القابلية للتشكيل
تتميز البوليمرات الطبيعية بأنها يمكن تشكيلها بسهولة وتصنيعها في شكل مختلف، وبالتالي يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات الطبية المختلفة.
5- الآمنة للاستخدام
تعتبر البوليمرات الطبيعية آمنة للاستخدام في الصناعات الطبية، حيث تم تقييم أجراء العديد من الدراسات والاختبارات السريرية على هذه المواد وتبين أنها لا تسبب ضررًا على الجسم، كما أنها تتفاعل بشكل جيد مع الأنسجة الحية. ولذلك، فإن البوليمرات الطبيعية تستخدم في العديد من التطبيقات الطبية المختلفة، مثل الأجهزة الطبية والمواد الجراحية والعدسات اللاصقة والتعويضات العظمية والمواد اللاصقة والعديد من التطبيقات الأخرى.
ما هو Polylactic؟
تعد Polylactics مثالًا على البوليمرات الاصطناعية ذات الأساس الطبيعي ، ولأن لها العديد من الخصائص ، فإن سعرها أقل ، لذلك يتم استخدامها في كثير من الأحيان. لكن هذا البوليمر له سلسلة من القيود بسبب هيكله الخطي. على سبيل المثال ، إنه هش ، وقليل من الاستقرار الحراري ونفاذية عالية.
نتيجة لذلك ، لاستخدام هذا البوليمر ، يجب تحسين خصائصه. يمكن تحضير هذه البوليمرات من مصادر متجددة مثل الذرة. في الماضي ، كانت المواد متعددة اللاكتات تُستخدم فقط لإنتاج خيوط الخياطة ، ولكن الآن تُستخدم هذه المواد أيضًا في إنتاج الحاويات البلاستيكية وصناعة النسيج.
مزايا استخدام عديد حمض اللبنيك
متعدد اللاكتات عبارة عن بوليمرات تمنع التلوث البيئي. لأنه بعد استهلاك المنتجات المصنوعة من هذا البوليمر ، فإنها تتحلل وتتفكك بالقرب من التربة. ميزة أخرى لحمض polylactic هي منع زيادة غازات الدفيئة.
أيضًا ، هذا البوليمر متوافق مع الأنسجة الحية. لأن المواد الأولية لإنتاجها نباتات ولا تنقل لها في تغليف المواد الغذائية وغيرها. مع استخدام حمض polylactic ، لا يتم استخدام الزيت كمواد خام ويتم استخدام موارد وقود أقل في هذا المجال. من أهم مزايا هذا البوليمر أنه نظرًا لأن المواد الخام المستخدمة في إنتاجه هي نباتات ، فمن السهل إنتاج الكثير من المواد الخام.
