The Plasticization Effect of Hydroxylated Palm Stearin Plasticizer (HPS) Towards High-Density Polyethylene (HDPE) Via Compression Moulding

दुनिया प्लास्टिक से सराबोर है, एक ऐसी सामग्री जिसे इसके स्थायित्व के लिए सराहा जाता है फिर भी इसकी निरंतरता के लिए आलोचना की जाती है। इस प्लास्टिक कचरे का अधिकांश हिस्सा एकल-उपयोग वाली वस्तुओं से आता है जो थोड़े समय के लिए उपयोग की जाती हैं और फिर फेंक दी जाती हैं, जिससे लैंडफिल भर जाते हैं और पारिस्थितिकी तंत्र प्रदूषित हो जाता है। इसके जवाब में, वैज्ञानिक लगातार इन सामग्रियों को अधिक प्रबंधनीय बनाने के तरीके खोज रहे हैं, या तो उन्हें तेजी से टूटने योग्य बनाकर या नवीकरणीय संसाधनों का उपयोग करके उन्हें संसाधित करने के नए तरीके खोजकर। एक आशाजनक मार्ग में सामान्य प्लास्टिक की रासायनिक संरचना में बदलाव करना शामिल है ताकि उन्हें काम करने में आसान बनाया जा सके या जैव-आधारित घटकों को शामिल किया जा सके जो अंततः सामग्री को विघटित होने में मदद कर सकें। इस प्रयास के केंद्र में 'प्लास्टिसाइज़र' की अवधारणा है, जो एक कठोर प्लास्टिक में मिलाया जाने वाला पदार्थ है ताकि उसे नरम और लचीला बनाया जा सके, ठीक वैसे ही जैसे आटे को गूंथने में आसान बनाने के लिए उसमें तेल मिलाया जाता है। जबकि सिंथेटिक प्लास्टिसाइज़र लंबे समय से मानक रहे हैं, शोधकर्ता जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता कम करने और इन सामग्रियों के पर्यावरणीय प्रोफाइल को बेहतर बनाने के लिए तेजी से पौधों पर आधारित विकल्पों की ओर मुड़ रहे हैं।

हाल ही में, मलेशिया के यूनिवर्सिटी टेक्नोलॉजी मरा (Universiti Teknologi MARA) के शोधकर्ताओं ने आज उपयोग में आने वाले सबसे सामान्य प्लास्टिकों में से एक के लिए एक विशिष्ट पादप-आधारित समाधान की खोज की: हाई-डेंसिटी पॉलीइथाइलीन (HDPE)। यह वह मजबूत, कठोर प्लास्टिक है जिसका उपयोग दूध के जग से लेकर डिटर्जेंट की बोतलों तक बनाने के लिए किया जाता है। टीम ने ताड़ के तेल (पाम ऑयल) से प्राप्त एक नए, रासायनिक रूप से संशोधित घटक की जांच की, जिसे हाइड्रॉक्सिलेटेड पाम स्टीरिन (HPS) के रूप में जाना जाता है। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह प्राकृतिक पदार्थ HDPE के लिए एक प्रभावी प्लास्टिसाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है, जो प्लास्टिक के पिघलने और ढलने के तरीके में सुधार करता है, बिना इसकी आवश्यक मजबूती को नष्ट किए। इस पाम तेल व्युत्पन्न को प्लास्टिक में विभिन्न मात्राओं में मिलाकर, शोधकर्ताओं का लक्ष्य एक बायो-हाइब्रिड सामग्री बनाना था जो निर्माण के लिए आसान हो और संभावित रूप से अधिक पर्यावरण के अनुकूल हो, जबकि उन उपयोगी गुणों को भी बनाए रखे जो HDPE को इतना व्यापक रूप से उपयोग किए जाने योग्य बनाते हैं।

शोधकर्ताओं ने HDPE के ठोस पेलेट्स लेना शुरू किया और उन्हें एक मशीन में HPS पाउडर के साथ मिलाया जो मिश्रण को एक समान, पिघले हुए मिश्रण में गर्म करता है और हिलाता है। उन्होंने तीन अलग-अलग रेसिपी का परीक्षण किया, जिसमें वजन के अनुसार 10, 20 और 30 प्रतिशत पाम तेल व्युत्पन्न मिलाया गया। जैसे ही HPS को पेश किया गया, मशीन का प्रतिरोध नाटकीय रूप से गिर गया। उन्होंने जितना अधिक पाम तेल व्युत्पन्न मिलाया, सामग्री को मिलाना उतना ही आसान होता गया। HPS की उच्चतम मात्रा वाले मिश्रण में, शुद्ध प्लास्टिक की तुलना में सामग्री को मिलाने के लिए आवश्यक प्रयास में लगभग 80 प्रतिशत की कमी आई। यह इंगित करता कि पादप-आधारित घटक सफलतापूर्वक प्लास्टिक के अणुओं की लंबी कड़ियों के बीच घुस गया था, जिससे उन्हें एक-दूसरे के पास स्वतंत्र रूप से फिसलने की अनुमति मिली। प्रतिरोध में इस कमी का मतलब था कि सामग्री को कारखाने के परिवेश में संसाधित करना बहुत आसान और कम ऊर्जा-गहन होगा।

हालाँकि, इस बढ़ी हुई प्रसंस्करण सुगमता के साथ मजबूती में समझौता भी हुआ। जब शोधकर्ताओं ने मोल्डेड प्लास्टिक की पट्टियों को मजबूती परीक्षण के लिए खींचा, तो उन्होंने पाया कि अधिक HPS मिलाने पर सामग्री कमजोर हो गई। शुद्ध HDPE टूटने से पहले बल की एक महत्वपूर्ण मात्रा को सहन कर सकता था, लेकिन 30 प्रतिशत HPS वाले मिश्रण ने अपनी लगभग आधी ताकत खो दी। सामग्री कम खिंचाव वाली भी हो गई; जहाँ शुद्ध प्लास्टिक टूटने से पहले अपनी मूल लंबाई के लगभग पांच गुना तक खिंच सकता था, वहीं सर्वाधिक HPS वाले मिश्रण ने उस दूरी के एक-तिहाई से भी कम तक खिंचाव दिखाया। एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे टूटी हुई सतहों को करीब से देखने पर, टीम ने देखा कि शुद्ध प्लास्टिक की संरचना घनी और संकुचित थी। इसके विपरीत, HPS वाले मिश्रणों में छोटे काले छेद या रिक्त स्थान (voids) दिखाई दिए, जो सुझाव देते हैं कि दोनों सामग्रियां पूरी तरह से एक एकल, निर्बाध पदार्थ में नहीं मिलीं। इन अंतरालों ने, प्लास्टिक की कड़ियों के बीच बढ़े हुए स्थान के साथ मिलकर, यह समझाया कि क्यों सामग्री नरम हो गई और भारी भार उठाने में कम सक्षम हो गई।

अध्ययन ने यह भी जांचा कि गर्मी के तहत प्लास्टिक कैसा व्यवहार करता है। जब गर्म किया गया, तो शुद्ध HDPE एक विशिष्ट तापमान पर पिघल गया, लेकिन HPS के जुड़ने से इसका गलनांक थोड़ा कम हो गया, जिससे सामग्री कम तापमान पर ढलने के लिए तैयार हो गई। दिलचस्प बात यह है कि पादप-आधारित घटक ने ठंडा होते समय प्लास्टिक को थोड़ा उच्च तापमान पर अपनी ठोस क्रिस्टलीय संरचना बनाने के लिए प्रोत्साहित किया। इन बदलावों के बावजूद, प्लास्टिक के भीतर क्रिस्टलीय संरचना की कुल मात्रा काफी हद तक समान रही, जिसका अर्थ है कि भले ही इसे नरम किया गया, लेकिन HDPE की मौलिक प्रकृति सुरक्षित रही। हालाँकि, सामग्री की ताप प्रतिरोध क्षमता पर असर पड़ा। शुद्ध प्लास्टिक 400 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान को सहन कर सकता था, लेकिन सर्वाधिक HPS वाले मिश्रण ने बहुत कम तापमान पर विघटित होना शुरू कर दिया, जिसमें 100 डिग्री से अधिक की गिरावट आई। यह सुझाव देता है कि जबकि नया घटक प्लास्टिक को पिघलने और आकार देने में आसान बनाता है, यह अंतिम उत्पाद को उच्च ताप के प्रति अधिक संवेदनशील भी बनाता है।

अंत में, शोधकर्ताओं ने यह जांचने के लिए कि क्या HDPE और पाम तेल व्युत्पन्न के बीच कोई रासायनिक प्रतिक्रिया हुई है, एक ऐसी तकनीक का उपयोग किया जो सामग्री द्वारा अवशोषित प्रकाश का विश्लेषण करती है। परिणामों ने दिखाया कि कोई नया रासायनिक बंधन नहीं बना; दोनों पदार्थ बस एक-दूसरे के बगल में बैठे थे, रासायनिक रूप से बदलने के बजाय भौतिक रूप से परस्पर क्रिया कर रहे थे। इसने पुष्टि की कि HPS ने एक वास्तविक प्लास्टिसाइज़र के रूप में कार्य किया, जो रासायनिक रूप से बदलने के बजाय भौतिक रूप से प्लास्टिक की कड़ियों को अलग करके काम करता है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हाइड्रॉक्सिलेटेड पाम स्टीरिन HDPE को संसाधित करने में आसान बनाने के लिए एक व्यवहार्य, जैव-आधारित विकल्प है, जो प्लास्टिक को पिघलाने और मिलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा को काफी कम कर देता है। जबकि यह सामग्री को कमजोर करता है और इसकी ताप प्रतिरोध क्षमता को कम करता है, ये निष्कर्ष अधिक टिकाऊ प्लास्टिक मिश्रण बनाने की दिशा में एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं, बशर्ते कि भविष्य के कार्य यह सुधार सकें कि पादप-आधारित घटक को सिंथेटिक प्लास्टिक के साथ कितनी अच्छी तरह मिश्रित किया जाए ताकि मजबूती बनाए रखी जा सके।