Зурвас бичих
Messenger
Залгах
- Batsuh
Байгаль дээрх бие организмууд яагаад полимер нэгдлүүдийг үйлдвэрлэдэг вэ?
-------------Биополимерматериал--------
Ургамал нь полимерийг төрөл бүрийн зорилгоор үйлдвэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл эдгээр нь ургамлын бүтээц даацын элемент, хуримтлуулагч, молекулын машинууд буюу үйлчлэгч бодисууд юм. Полимер нь маш бат бөх материалыг бий болгох чадвартай. Жишээлбэл, бат бэх сайтай тул эрт дээр үеэс модыг барилгын материалаар ашиглаж ирсэн билээ. Модоор дээврийн бүтээц эдлэл, тааз, хана ба шат хийдэг. Барилгын дотоод засал чимэглэлд модыг өргөнөөр ашигладаг. Үүний зэрэгцээ хэв хашмалд мөн ашигладаг. Байгалийн түүхий эд модны хэрэглээ нь түүнийг цааш боловсруулах аргууд гарснаар шахмал хавтан, үртсэн хавтан, фанерь зэргээр улам өргөжиж байна. Модны олон талт хэрэглээний шалтгаан нь түүний зохистой техникийн шинж чанар, өнгө үзэмж болон экологийн бүтээгдэхүүн зэрэг юм. Нарны гэрэлд модны ногоон навчинд (хлорофилл) агаарын ус ба нүүрстөрөгчийн давхар оксид исэлдэн нийлэгжсэний дүнд сахар, цардуул болон хүчилтөрөгч ялгардаг. Эдгээр нь шим тэжээлт эрдэс бодистой нийлэн целлюлоз ба лигнин зэрэг бусад полимер нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Ийнхүү шингээсэн бодисуудаа полимер болгон хувиргах химийн үзэгдлийг фотосинтезийн үзэгдэл гэнэ.
Модны эсэд агуулагдах түшигч, дамжуулагч болон хуримтлуулагч зэрэг полимерүүд нь төрөл бүрийн үүрэгтэй тул янз бүрийн бүтэцтэй байдаг. Түшигч полимерүүд нь модны бат бэхийг өсгөн модны ширхэглэлийг үүсгэдэг бол дамжуулагч полимерүүд нь шүүс дамжуулах ба хуримтлуулагч полимерүүд нь тэжээллэг бодисыг хуримтлуулдаг байна. Эдгээр полимерүүд дотроос хамгийн өргөн тархсан нь целлюлоз бөгөөд 150 жилийн өмнө орчин үеийн анхны нийлэг полимерийг гарган авч байжээ.
Зураг 1. Модны үртэснээс целлолюз гарган авдаг
Целлюлозыг ашиглан целлюлоид, целлофан, искоз, лиоцелл ба ацетилцеллюлоз зэрэг полимерүүдийг гарган авч киноны хальс, теннисний бөмбөг, сав баглаа боодлын хальс, ус нэвтэрдэггүй нэхмэл материал, гар утасны нүүр, хуванцар нүдний шил зэрэгт ашигладаг байна. Харин сүүлийн жилүүдэд барилгын материалд биополимер материалыг ашиглах судалгаа өргөнөөр хийгдэж байгаа аж. Жишээлбэл, ХБНГУ-ын Штутгартын их сургуулийн Биоматериалын институтын эрдэмтэд барилгын даацын элементэд биополимер материал ашиглах судалгааг нэр хүндтэй архитекторуудтай хамтран гүйцэтгэж байна.
Зураг 3. Байгалийн ширхэглэг материал ба биополимер ашиглан гаргаж авсан павильон
Энэхүү павильон нь хөнгөн, модон-ба биокомпозит материал-элементээс бүрдсэн байна. Эдгээр элементүүд нь гурван ширхэг модон багана дээр суурилсан бөгөөд бүтээцийн элемент тус бүрийг салган авч дахин боловсруулалтанд оруулах боломжтой аж. ХБНГУ-ын ШУКО компаний хөнгөнцагаан вакуум цонхны дулаан тусгаарлагч хэсгүүдийг биоматериал ашиглан хийжээ.
Зураг 4. Шуко компаний хөнгөнцагаан вакуум цонхны бүтэц
Биополимер материалын эрэлт хэрэгцээ өсөж байгаа нь хүрээлэн буй орчинг хамгаалах, нөхөн сэргээгдэхгүй түүхий эдийг хэмнэх болон хүний эрүүл мэндэд санаа тавих нь нэмэгдсэнтэй холбоотой юм. Ихэнх полимер материалыг газрын тосны түүхий эдээс гарган гарган авдаг бөгөөд энэ нь байгаль орчинд сөрөг нөлөө үзүүлэхээс гадна түүхий эдийн үнийн хэлбэлзлээс ихээхэн хамааралтай байдаг. Үүний зэрэгцээ тэдгээрийг дахин боловсруулах ба зайлуулах нь томоохон асуудал болоод байна. Иймээс хог хаягдлыг багасгах, түүхий эдийг хэмнэх үүднээс байгалийн гаралтай биополимер болон түүнээс материал гарган авах судалгааны ажил улам эрчимжиж байгаа аж. Эхний үеийн пиополимер материалын түүхий эдээр ихэвчилэн модификацид оруулсан цардуул ба целлюлозыг ашигладаг байна. Үүнээс гадна олс, мод болон маалингын ширхэглэг, шөрмөслөг хэсгийг полимер материалын бүтцэд дүүргэгч болон хүчитгэх компонент болгон ашигладаг байна.
Зураг 5. Биополимер масс
Биополимер материал нь нийлэг полимертэй харьцуулахад гэрэлд тэсвэртэй, усны уурыг нэвчүүлэх чадвартай, шахагдах чанар сайтай зэрэг давуу талуудтай учраас нийлэг полимер материалын шинж чанарыг сайжруулах нэмэлт болгон ашигладаг. Өнөөгийн судалгааны үр дүнгээс харахад орчин үед үйлдвэрлэн ашиглаж буй нийлэг материалуудыг (PP, PE, PVC) мөн байгалийн гаралтай түүхий эд буюу биоэтанолоос гарган авах боломжтой нь харагдаж байна. Мөн нийлэгжүүлэн гарган авсан полимер материалтай хамт хэрэглэснээр тэдгээрийн шинж чанарыг сайжруулаад зогсохгүй хог хаягдлыг бууруулах чухал ач холбогдолтой байна.
Биополимер материалын дараагийн үеийг ургамлын биологийн бүтцийг судлан тэдгээрийг мономерүүдэд задлаад дахин полимеризацийн урвалд оруулан биополимерэн гранулат гарган авах аргыг хэрэглэж байна. Биополимер массыг гарган авахад зөвхөн ургамлын гаралтай түүхий эд ашиглаад зогсохгүй мөн амьтны гаралтайг ч ашиглаж эхэлсэн байна.
Ургамал нь полимерийг төрөл бүрийн зорилгоор үйлдвэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл эдгээр нь ургамлын бүтээц даацын элемент, хуримтлуулагч, молекулын машинууд буюу үйлчлэгч бодисууд юм. Полимер нь маш бат бөх материалыг бий болгох чадвартай. Жишээлбэл, бат бэх сайтай тул эрт дээр үеэс модыг барилгын материалаар ашиглаж ирсэн билээ. Модоор дээврийн бүтээц эдлэл, тааз, хана ба шат хийдэг. Барилгын дотоод засал чимэглэлд модыг өргөнөөр ашигладаг. Үүний зэрэгцээ хэв хашмалд мөн ашигладаг. Байгалийн түүхий эд модны хэрэглээ нь түүнийг цааш боловсруулах аргууд гарснаар шахмал хавтан, үртсэн хавтан, фанерь зэргээр улам өргөжиж байна. Модны олон талт хэрэглээний шалтгаан нь түүний зохистой техникийн шинж чанар, өнгө үзэмж болон экологийн бүтээгдэхүүн зэрэг юм. Нарны гэрэлд модны ногоон навчинд (хлорофилл) агаарын ус ба нүүрстөрөгчийн давхар оксид исэлдэн нийлэгжсэний дүнд сахар, цардуул болон хүчилтөрөгч ялгардаг. Эдгээр нь шим тэжээлт эрдэс бодистой нийлэн целлюлоз ба лигнин зэрэг бусад полимер нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Ийнхүү шингээсэн бодисуудаа полимер болгон хувиргах химийн үзэгдлийг фотосинтезийн үзэгдэл гэнэ.
Модны эсэд агуулагдах түшигч, дамжуулагч болон хуримтлуулагч зэрэг полимерүүд нь төрөл бүрийн үүрэгтэй тул янз бүрийн бүтэцтэй байдаг. Түшигч полимерүүд нь модны бат бэхийг өсгөн модны ширхэглэлийг үүсгэдэг бол дамжуулагч полимерүүд нь шүүс дамжуулах ба хуримтлуулагч полимерүүд нь тэжээллэг бодисыг хуримтлуулдаг байна. Эдгээр полимерүүд дотроос хамгийн өргөн тархсан нь целлюлоз бөгөөд 150 жилийн өмнө орчин үеийн анхны нийлэг полимерийг гарган авч байжээ.
Зураг 1. Модны үртэснээс целлолюз гарган авдаг
Целлюлозыг ашиглан целлюлоид, целлофан, искоз, лиоцелл ба ацетилцеллюлоз зэрэг полимерүүдийг гарган авч киноны хальс, теннисний бөмбөг, сав баглаа боодлын хальс, ус нэвтэрдэггүй нэхмэл материал, гар утасны нүүр, хуванцар нүдний шил зэрэгт ашигладаг байна. Харин сүүлийн жилүүдэд барилгын материалд биополимер материалыг ашиглах судалгаа өргөнөөр хийгдэж байгаа аж. Жишээлбэл, ХБНГУ-ын Штутгартын их сургуулийн Биоматериалын институтын эрдэмтэд барилгын даацын элементэд биополимер материал ашиглах судалгааг нэр хүндтэй архитекторуудтай хамтран гүйцэтгэж байна.
Зураг 3. Байгалийн ширхэглэг материал ба биополимер ашиглан гаргаж авсан павильон
Энэхүү павильон нь хөнгөн, модон-ба биокомпозит материал-элементээс бүрдсэн байна. Эдгээр элементүүд нь гурван ширхэг модон багана дээр суурилсан бөгөөд бүтээцийн элемент тус бүрийг салган авч дахин боловсруулалтанд оруулах боломжтой аж. ХБНГУ-ын ШУКО компаний хөнгөнцагаан вакуум цонхны дулаан тусгаарлагч хэсгүүдийг биоматериал ашиглан хийжээ.
Зураг 4. Шуко компаний хөнгөнцагаан вакуум цонхны бүтэц
Биополимер материалын эрэлт хэрэгцээ өсөж байгаа нь хүрээлэн буй орчинг хамгаалах, нөхөн сэргээгдэхгүй түүхий эдийг хэмнэх болон хүний эрүүл мэндэд санаа тавих нь нэмэгдсэнтэй холбоотой юм. Ихэнх полимер материалыг газрын тосны түүхий эдээс гарган гарган авдаг бөгөөд энэ нь байгаль орчинд сөрөг нөлөө үзүүлэхээс гадна түүхий эдийн үнийн хэлбэлзлээс ихээхэн хамааралтай байдаг. Үүний зэрэгцээ тэдгээрийг дахин боловсруулах ба зайлуулах нь томоохон асуудал болоод байна. Иймээс хог хаягдлыг багасгах, түүхий эдийг хэмнэх үүднээс байгалийн гаралтай биополимер болон түүнээс материал гарган авах судалгааны ажил улам эрчимжиж байгаа аж. Эхний үеийн пиополимер материалын түүхий эдээр ихэвчилэн модификацид оруулсан цардуул ба целлюлозыг ашигладаг байна. Үүнээс гадна олс, мод болон маалингын ширхэглэг, шөрмөслөг хэсгийг полимер материалын бүтцэд дүүргэгч болон хүчитгэх компонент болгон ашигладаг байна.
Зураг 5. Биополимер масс
Биополимер материал нь нийлэг полимертэй харьцуулахад гэрэлд тэсвэртэй, усны уурыг нэвчүүлэх чадвартай, шахагдах чанар сайтай зэрэг давуу талуудтай учраас нийлэг полимер материалын шинж чанарыг сайжруулах нэмэлт болгон ашигладаг. Өнөөгийн судалгааны үр дүнгээс харахад орчин үед үйлдвэрлэн ашиглаж буй нийлэг материалуудыг (PP, PE, PVC) мөн байгалийн гаралтай түүхий эд буюу биоэтанолоос гарган авах боломжтой нь харагдаж байна. Мөн нийлэгжүүлэн гарган авсан полимер материалтай хамт хэрэглэснээр тэдгээрийн шинж чанарыг сайжруулаад зогсохгүй хог хаягдлыг бууруулах чухал ач холбогдолтой байна.
Биополимер материалын дараагийн үеийг ургамлын биологийн бүтцийг судлан тэдгээрийг мономерүүдэд задлаад дахин полимеризацийн урвалд оруулан биополимерэн гранулат гарган авах аргыг хэрэглэж байна. Биополимер массыг гарган авахад зөвхөн ургамлын гаралтай түүхий эд ашиглаад зогсохгүй мөн амьтны гаралтайг ч ашиглаж эхэлсэн байна.