जैव-अपघटनीय जलीय पॉलीयूरेथेन के निर्माण का सिद्धांत एवं प्रकार

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जैव-अपघटनीय पॉलीयूरेथेन सामग्री को तैयार करने हेतु, पॉलीइसाइनेट संघटकों में मौजूद इसाइनेट समूहों की उच्च सक्रियता एवं प्राकृतिक उच्च-आणविक यौगिकों की जैव-अपघटनीय प्रकृति का उपयोग किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, कई हाइड्रॉक्सिल समूहों वाले प्राकृतिक उच्च-आणविक यौगिकों को पॉलीओल संघटकों के रूप में उपयोग में लाया जा सकता है; ऐसे में पॉलीओल संघटकों एवं पॉलीइसाइनेट संघटकों के बीच होने वाली अभिक्रिया के माध्यम से, सूक्ष्मजीवों द्वारा अपघटित किए जा सकने वाली आणविक श्रृंखलाओं को पॉलीयूरेथेन सामग्री में शामिल किया जा सकता है। जब मिट्टी के द्वारा अपघटन की प्रक्रिया की जाती है, तो सूक्ष्मजीवों के एंजाइमों के कारण सामग्री में जलविघटन एवं ऑक्सीकरण जैसी प्रतिक्रियाएँ होती हैं। इसके परिणामस्वरूप आणविक श्रृंखलाएँ छोटे आणविक द्रव्यमान वाले टुकड़ों में विभाजित हो जाती हैं। सूक्ष्मजीव इन छोटे आणविक द्रव्यमान वाले टुकड़ों को अवशोषित या उपयोग में लेते हैं, एवं चयापचय प्रक्रिया के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड, पानी एवं जैविक ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। इस प्रकार सामग्री का अपघटन हो जाता है। चूँकि पॉलीयूरेथेन, सामान्य सूक्ष्मजीवों के प्रति संवेदनशील होता है, इसलिए यह जैव-अपघटनीय सामग्रियों के निर्माण हेतु आदर्श कच्चा माल है। साथ ही, इसकी संरचना को आसानी से डिज़ाइन किया जा सकता है। इसी कारण, वर्तमान में जैव-अपघटनीय पॉलीयूरेथेन के कई प्रकार अनुसंधान किए जा रहे हैं; जिनमें पॉलीईथर-प्रकार का पॉलीयूरेथेन, पॉलीएस्टर-प्रकार का पॉलीयूरेथेन, एवं प्राकृतिक जैव-अपघटनीय पॉलिमरों से बना पॉलीयूरेथेन शामिल हैं। पॉलीईथर-आधारित पॉलीयूरेथेन बनाने हेतु उपयोग में आने वाले पॉलीईथरों में पॉलीऑक्सीएथिलीन (PEO), पॉलीटेट्रामेथिलीन ईथर (PTMEG), पॉलीऑक्सीप्रोपीलीन (PPO) आदि शामिल हैं। पॉलीईथर प्रकार की तुलना में, पॉलिएस्टर प्रकार का पॉलीयूरेथेन आसानी से विघटित हो जाता है; ऐसा मुख्य रूप से इसलिए होता है क्योंकि पॉलिएस्टर जैविक ऊतकों में आसानी से जल विघटन कर जाता है। आमतौर पर उपयोग में आने वाले पॉलिएस्टरों में PCL, PLA, PGA एवं इनके सह-पॉलिमर भी शामिल हैं; जैसे कि लैक्टिक एसिड/हाइड्रॉक्सीएसिटिक एसिड के सह-पॉलिमर (PLGA) आदि। कई अध्ययनों से पता चला है कि ये पॉलिएस्टर घटक भी अपने आप में अच्छी जैव-अपघटनीयता रखते हैं; इन्हें जीवित कोशिकाओं में सुरक्षित रूप से अपघटित किया जा सकता है। यंगडुक्किम एवं सहयोगियों ने रासायनिक संरचना में भिन्न-भिन्न वाले कई पॉलीएस्टर-आधारित पॉलीयूरेथेनों का संश्लेषण किया, एवं हाइड्रोलिसिस, एंजाइमी अपघटन एवं दफनाने जैसी विधियों के माध्यम से इनकी जैव-अपघटनीयता का अध्ययन किया। अध्ययनों से पता चला है कि अल्फाहेट डाइआइसोसाइनेट एवं अधिक मात्रा में “सॉफ्ट चेन” वाले पॉलीएस्टर पॉलीओल का उपयोग करके बनाए गए पॉलीयूरेथेन में अच्छी जैव-अपघटन क्षमता होती है।