تحولات آينده صنعت پليمر و تأثيرات رشد بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي

اگر دورههاي تكامل توليد علم و تكنولوژي را مورد بررسي قرار دهيم، زماني در عصر كشاورزي قرار داشتيم؛ سپس عصر صنعت شكل گرفت و بعد از آن نيز عصر اطلاعات كه در عصر اطلاعات، دانش (Knowledge) به عنوان نيروي هدايتگر عمل ميكردند. عصر حاضر، عصر ارتباطات است كه در اين عصر ايدهها و در واقع بصيرت و دورانديشي است كه به عنوان نيروي محرك در همه زمينههاي تحقيقاتي عمل ميكند.

چرخه عمر تكنولوژيها

همانطور كه ملاحظه ميشود در دورهاي كه از سال 1990 شروع و تا 2050 ادامه دارد نانوتكنولوژي به عنوان يك عامل تعيينكننده در همه تحقيقات اعم از صنعتي و غيرصنعتي ايفاي نقش ميكند.

در تعريف نانوتكنولوژي ميتوان گفت زمينهاي است كه در آن دانشمندان سعي در دستكاري مواد در سطح فرامولكولي (Supera molecular) دارند كه اين فرايند منجر به ساخت مواد كاملاً جديد با خواص و عملكرد كاملاً جديد خواهد شد. نظير موادي كه در عين سبكي، فوقالعاده محكم، مقاوم و هوشمند هستند.

البته ميتوان گفت كه در اين تكنولوژي جديد، علم شيمي هم نقش ايفا ميكند. در واقع شيمي و مواد شيميايي در تعامل با علوم مولكولي هستند و به عبارتي ديگر شيمي در سطح نانوشيمي در اين تكنولوژي جديد ايفاي نقش ميكند.

البته نانوتكنولوژي به دو صورت در زمينه تحقيقات شيميايي در آينده تأثيرگذار است: يكي سودآور كردن فرايندهاي شيميايي و ديگري نوآوري در صنايع شيميايي.

مركز تحقيق و توسعه (R&Dها) با افزايش بازدهي از طريق بهبود فرآيند و تكرار پذيركردن از طريق به حداقل رساندن خطا، استفاده از منابع تجديدپذير و مصرف كمتر انرژي، صنايع شيميايي را حمايت ميكنند. ابزار رسيدن به اين هدف به وسيله بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي ايجاد خواهد شد.

به طور كلي فرض ما در ارائه يك دورنما براي صنايع پليمري و تجارت مواد پليمري بر اين است كه:

- اگرچه باريكبيني در فعاليتها ممكن است در كوتاهمدت به علت افزايش ارزش سهام مفيدتر باشد، ولي در درازمدت ممكن است به دليل جلوگيري از نوآوري زيانبار باشد.

- در آينده شركتهاي هيبريد (Hybrid) توسعه پيدا خواهند كرد و به خاطر وجود امكانات متنوع و بهكارگيري مهارتهاي غير معمول، نوآورترين شركتهاي تحقيقات پليمري خواهند بود.

- علوم مواد (Material sciences) و علوم زندگي (Life sciences) در آينده فرصتهاي زيادي را جهت نوآوري ايجاد ميكنند كه در اين راستا لازم است يك تعامل و تعادل صحيح بين اين علوم به وجود آيد. در واقع ميتوان گفت كه برآيند تحقيقات حاصل در زمينه بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي، تعيينكننده آينده تحقيقات پليمري خواهد بود.


طبيعت و دستاوردهاي مصنوعي


طبيعت نقش مؤثري در هدايت ما ايفا ميكند. با دقيق شدن در طبيعت مثلاً در مورد گياهان، در چگونگي و نحوه قرارگرفتن استخوانهاي جانوران و انسانها، در ساختار ماهيچهها و غيره، در همه اينها عمل بهينهسازي (Optimise) به خوبي مشاهده ميشود.


آينده صنايع پليمري و مواد پليمري


يكي از روندهاي مؤثر بر صنايع پليمري آن است كه شركتها از كسب و كار (Business) مواد به سوي كسب و كار علوم زندگي((Life sciences در حال سوق يافتن هستند.روند ديگر حركت به سمت توليد قطعات و محصولات پليمري به طور انبوه است؛ در واقع صرف مواد پليمري توليد نميشوند بلكه محصولات پليمري به صورت قطعات ساخته شده ارائه ميشوند. در اين ميان توليد پليمرهاي با كارايي بالا (High performance) و پليمرهاي عاملدار (Functional) كه نقش تعيينكنندهاي در صنايع شيميايي دارند، همچنان مورد توجه زياد شركت­ها هستند ولي روندي كه در مورد اين دسته از پليمرها مشاهده ميشود نيز آن است كه توسعه آنها توسط صنايعي كه اين مواد را به كار خواهند گرفت نظير صنايع الكترونيك، صنايع پزشكي و غيره صورت ميپذيرد.

بنابراين در جمعبندي مطالب بالا ميتوان گفت كه در آينده سود حاصل از كسب و كار پليمرها، از قطعات ساخته شده از آنها حاصل مي­شود و نه لزوماً از خود مواد پليمري.

در مواد سنتزي انتخاب اجزا بر اساس قيمت است ولي در مواد طبيعي انتخاب اجزا بر اساس بازيافت كامل آنها و كمترين انرژي مورد نياز براي ايجادشان است. مواد طبيعي داراي خواص ساختاري بسيار مناسبي هستند و كنترل دقيقي در سطوح مولكولي آنها انجام ميگيرد؛ بهينهترين طراحي ماكروسكوپيك در آنها صورت گرفته است. در حاليكه در مواد سنتزي تمركز روي بهينه كردن يك جنبه خاص صورت مي­گيرد. در مواد سنتزي ممكن است كه ما مواد را ساده و سريع مثلاً با يك قالبگيري تزريقي ايجاد كنيم ولي با نظم فرامولكولي سازگاري ندارند.

در نهايت موارد زير را ميتوان از طبيعت آموخت:

بازيافت كامل مواد

كنترل در سطح مولكولي

نظم بخشيدن در سطح نانو

پليمرهاي عاملدار با فرايند پذيري وخواص ساختاري خوب

همافزايي بين علوم مواد و علوم زندگي
همافزايي بين علوم مواد و علوم زندگي باعث ميشود كه:

الف) ما از جعبهابزار علوم زندگي (بيوتكنولوژي، Fermentation، Enzymology ) استفاده ميكنيم:

- براي توليد منومرها يا پليمرها

- براي اصلاح و عاملدار سازي پليمرها

ب) از جعبه ابزار علوم مواد براي كاربردهاي علوم زندگي استفاده ميكنيم:

- بستهبنديهاي هوشمند

- براي توليد پليمرهاي زيستسازگار و قابل بازيافت در طبيعت

به سوي نانوتكنولوژي مولكولي

بررسيها نشان ميدهند كه تحقيقات ما زماني در سطح ماكرو و بعد ميكرو بود و اكنون در سطح نانو است. در واقع جهتگيري ما از سال 1950 تا 2050 بهسمت نانوتكنولوژي است و علوم آينده در اين راستا قرار ميگيرند. بايد به جهتگيري خود توجه كنيم و وضعيت آينده را در نظر بگيريم. مثلاً در كارخانجات فعلي، هر بار محصول متفاوتي با فرآيند متفاوت توليد ميكنيم، به مصرف انرژي و مواد اوليه زيادي نياز داريم و ضايعات فراوان است. ولي در صنايع آينده سيستم عوض ميشود و گياهان به عنوان كارخانجات توليد كننده عمل خواهند كرد. سيستم­ها از طريق آنزيمها كنترل ميشوند و توجه ما به حركت تكتك مولكولها در طي يك فرآيند معطوف خواهد شد.




نتيجه گيري كلي



درست پرداختن به پديدهها در پليمرها، طراحي و سنتز پليمرهايي كه در آنها مجموعهاي از باندهاي هيدروژني وجود دارد و ساخت سيستمهاي ايدهآل باعث ميشود كه محدوديتهاي ژنتيكي برداشته شود. سنتز پليمرها به سمت آنهايي كه حلال (Media) آنها آب است گرايش پيدا خواهند كرد و كاربرد پليمرها، در ساخت ابزارهاي پلاستيكي الكتروني كه حجم بالايي از مواد نيمههادي را ايجاد مي­كنند، افزايش پيدا خواهد كرد.

شركتهاي هيبريد ايجاد شده، توسعه مييابند و اين شركتها براي ايجاد تعادل و تعامل صحيح بين تمركزگرايي و تنوعگرايي نقش بسيار مهمي را ايفا ميكنند.

تصور ما بر اينست كه همراهي علوم مواد و علوم زندگي ميتوانند فرصتهاي بيشماري را در آينده براي تحقيقات فراهم آورند و بيشترين فرصتها و رقابتها در جهش به سمت پيچيدگي بيشتر مواد سنتزي ايجاد خواهد شد و نهايتاً فرامولكولهاي پليمري بر پايه پيوندهاي هيدروژني، در آينده بيشترين زمينه تحقيقات و پيشرفت را فراهم خواهند نمود