پلاستیک های هوشمند به پلاستیک هایی گفته می شود که می توانند نسبت به تغییرات محیط اطرافشان (مانند دما، فشار، نور، رطوبت، pH یا میدان الکتریکی) واکنش نشان دهند. این نوع از پلاستیک ها با استفاده از فناوریهای نوین تولید میشوند و دارای ویژگیهای خاص و پیشرفتهای هستند که فراتر از خصوصیات معمول پلاستیکها عمل میکنند.
پلاستیک ها می توانند سخت و سفت باشند مانند یگ گالن 20 لیتری و یا نرم مانند انواع اسباب بازی های پلاستیکی، اما آیا یک پلاستیک می تواند هم نرم باشد و هم مستحکم و سفت؟ یکسری از پلاستیک های هوشمند که LCE هم نامیده می شوند و مخفف liquid crystalline elastomers هست این ویژگی را دارند. در ادامه به ابعاد مختلف موضوع پلاستیک های هوشمند می پردازیم و بیشتر با آن ها آشنا می شویم.
پلاستیک های هوشمند دارای انواع گوناگونی هستند که هریک در صنعتی خاص کاربرد بیشتری داری در ادامه با انواع و کاربردشان آشنا می شویم.
پلاستیک های هوشمند تغییر شکلدهنده نسبت به محیط
بعضی از انواع پلاستیکهای هوشمند با تغییر دما یا نور میتوانند شکل و حالت خود را تغییر دهند. این مواد برای کاربردهایی نظیر پزشکی (مانند ایمپلنتها یا تجهیزات پزشکی که با بدن سازگار میشوند) یا صنعت خودروسازی (برای بهبود ایمنی و کارایی خودروها) بسیار مناسب هستند.
پلیمرهای حافظه دار، از جمله مواد دو شکل، مدتی است که ابداع شده اند و وجود دارند. این در حالی است که اولین پلیمر سهشکل که میتواند از شکل A، به شکل B و سپس به شکل C تغییر کند از مواد جدید MACL ساخته شده است. این ماده شامل بخشهای پلی (اپسیلون-کاپرولاکتون) (PCL) و پلی بخش های سیکلوهگزیل متاکریلات (PCHMA) می باشد. دانشمندان مرکز تحقیقات توسعه زیست مواد GKSS در Teltow، در نزدیکی برلین، و موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در کمبریج، ایالات متحده، این مواد جدید را با ترکیب دو پلیمر متمایز متشکل از مولکولهای بلند و زنجیرهمانند و افزودن پیوندهایی ایجاد کردند.
در پلیمرهای جدید با قابلیت تغییر سهشکل (Triple-shape polymers)، یک دمای بحرانی دوم وجود دارد که در آن شکل سوم میتواند “قفل” شود.
این پدیده به این دلیل است که دو نوع پلیمر مختلف به یکدیگر پیوند متقاطع دارند که هر کدام به دو دمای متفاوت واکنش نشان میدهند و در هر دما، انواع مختلفی از پیوندهای متقاطع را تشکیل میدهند. این بدان معناست که هر زنجیره پلیمری در این ترکیب میتواند شکل کلی ماده را تغییر دهد. اولین تغییر شکل در یک دما رخ میدهد و تغییر دوم در دمای دیگری ایجاد میشود.
در نتیجه، این ساختارهای پلیمری میتوانند به دو دمای متفاوت پاسخ دهند و این امکان را فراهم میکنند که ماده به طور قابلتوجهی رفتار و شکل خود را بسته به شرایط حرارتی تغییر دهد و این ویژگی در طراحی مواد پیشرفته برای کاربردهای مختلف صنعتی و پزشکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
پلیمرهای خودترمیم شونده
این نوع پلاستیکها میتوانند پس از آسیب دیدن، به طور خودکار ترمیم شوند. این قابلیت در صنعت خودروسازی و بستهبندی برای افزایش طول عمر محصولات و کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری مورد استفاده قرار میگیرد. تصور کنید بسته بندی محصولاتتان پیس از آسیب خودشان را ترمیم کنند و همواره سالم و بدون نشتی و بریدگی باقی بمانند.
مقالات متعددی در رابطه با پلیمرهای خود ترمیم شونده توسط دانشمندان در مجله نیچر چاپ گردیده است. اگر بحث های تخصصی و علمی گذر کنیم خودترمیمی به قابلیت یک ماده برای بازیابی از آسیبهای فیزیکی اطلاق میشود. برای ساخت پلیمرهای خودترمیمشونده از روشهای فیزیکی و شیمیایی استفاده شده است. این روشها شامل انتشار و جریان، اثرات حافظهشکل، سیستمهای خودترمیم ناهمگن، بازآرایی و بازسازی پیوندهای کووالانسی، دینامیک شیمی فرامولکولی یا ترکیبی از اینها هستند.
پلاستیکهای تغییر رنگدهنده
برخی از پلاستیکهای هوشمند قادر به تغییر رنگ هستند. این ویژگی میتواند در بستهبندی هوشمند، نشان دادن وضعیت یا تازگی محصولات غذایی، یا در محصولات مصرفی که نیاز به تغییر رنگ بر اساس دما یا رطوبت دارند، کاربرد داشته باشد. این نوع از پلاستیک ها می توانند تحول شگرفی را در حوزه بسته بندی پلاستیکی ایجاد کنند. به عنوان مثال خرید بطری یک لیتری عمده را در نظر بگیرید که برای موارد مختلفی اعو از کود و سم و اکسیدان مورد استفاده قرار می گیرد. این محصولات حساس هستند و بنا به کاربردشان حتی می توانند خطرناک باشند. بسته بندی پلاستیکی هوشمند این محصولات نه تنها می تواند ظاهر شکیلی به محصولات دهد بلکه می تواند به صورت هوشمندانه از بسیاری از خطرات و آسیب ها نیز جلوگیری نماید.
پلاستیکهای با حافظهشکل
این نوع پلاستیکها که با نام Shape Memory Plastics نیز شناخته می شوند، میتوانند به یک شکل خاص برگردند، حتی بعد از تغییر حالت! بهطور مثال، در پزشکی برای ایمپلنتها و ابزار جراحی یا در فناوریهای پوشیدنی مورد استفاده قرار میگیرند.
پلاستیکهای زیستتخریبپذیر هوشمند
این پلاستیکها با فناوریهای پیشرفته طراحی شدهاند تا بعد از مدت زمان مشخصی یا در شرایط خاصی (مانند قرار گرفتن در معرض رطوبت یا نور) تجزیه شوند. این ویژگی به کاهش زبالههای پلاستیکی و آسیب به محیط زیست کمک میکند.
جمع بندی
در یک نتیجه گیری کلی می توان گفت پلاستیکهای هوشمند، بهخاطر نوآوری و عملکرد بالا، در حال ایجاد تحولات عظیم در صنایع مختلف از جمله پزشکی، خودروسازی، بستهبندی و الکترونیک و فناوری های پیشرفته هستند. این پلاستیکها علاوه بر کاربردهای متنوع، به بهبود پایداری محیطی و کاهش زبالههای پلاستیکی نیز کمک میکنند. در نتیجه می توانند مشکل اصلی استفاده از پلاستیک ها یعنی آسیب های زیست محیطی را برطرف کنند.