أفلام بيوكومبوزيت من بوليهيدروكسي بيوتيрат / مطاط نفايات مكربن

تحويل الإطارات القديمة إلى مواد جديدة

كل عام تتكدس جبال من إطارات السيارات المهترئة، تقاوم التحلل وتشكل عبئًا طويل الأمد على المكبات والبيئة. وفي الوقت نفسه يسعى المجتمع إلى مواد بلاستيكية أكثر خضرة يمكنها التحلل طبيعيًا بدلاً من البقاء لقرون. تجمع هذه الدراسة بين هذين التحديين بطرح سؤال بسيط: هل يمكن خلط بقايا الإطارات الغنية بالكربون مع بلاستيك قابل للتحلل لإنتاج مواد جديدة مفيدة؟ من خلال جمع نفايات الإطارات المعاد تدويرها مع بلاستيك نباتي يُدعى PHB، يستكشف الباحثون طريقة لتحويل مشكلة التخلص إلى مورد ثمين للمنتجات المستدامة.

من نفايات الإطارات إلى كربون مفيد

يبدأ الباحثون بالمطاط المتبقي من الإطارات المستعملة ويعرضونه لمعالجة بدرجات حرارة عالية، وهي عملية تعرف بالتحلل الحراري (البيروليز)، التي تترك وراءها مادة صلبة غنية بالكربون. تتصرف هذه المادة، المسماة مطاط النفايات المكربن (CWR)، إلى حد ما مثل الفحم المطحون ناعمًا. بدلًا من ترك هذه المادة دون استخدام، يمزج الفريق كميات ضئيلة—بين 0.5% و2% بالوزن—داخل PHB، وهو بلاستيك قابل للتحلل تصنعه بعض البكتيريا. باستخدام طريقة صب بالمذيب، يذيبون PHB، ويخلطون جسيمات الكربون، ثم يتبخر السائل لتتشكل أفلام مركبة رقيقة ومرنة تشبه غلاف البولي، لكنها تظهر بمظهر داكن منقط بسبب الكربون المضمن.

اختبار مقاومة الحرارة والثبات

لمعرفة كيفية تصرف هذه الأفلام عند التسخين، يقيس الفريق كيفية تغير وزنها وامتصاصها للطاقة مع ارتفاع درجة الحرارة. يلاحظون أن جميع العينات تتحلل في ثلاث مراحل رئيسية عند التسخين. يتحلل الجزء الرئيسي من البلاستيك حول 290 درجة مئوية، وهو علامة مميزة لـPHB نفسه، بينما يتحلل الكربون المستخرج من الإطارات عند درجات حرارة أعلى قليلًا. والأهم أن إضافة الكربون لا تغير بشكل كبير درجات الحرارة التي يذوب عندها البلاستيك أو يبدأ بالتحلل، مما يعني أن نافذة معالجة PHB تظل محفوظة. ومع ذلك تزداد كمية البقايا غير القابلة للاحتراق أو الرماد بوضوح مع ازدياد مطاط النفايات المكربن، مما يشير إلى أن مادة الإطارات تظل كعمود فقري مستقر عندما يحترق البلاستيك.

إضافة التوصيل دون تغيير الكيمياء

يفحص الفريق أيضًا مدى قدرة الأفلام على توصيل الكهرباء، وهي خاصية مهمة لتطبيقات مثل التعبئة المضادة للكهرباء الساكنة أو مكونات إلكترونية بسيطة. يتصرف PHB النقي تقريبًا كعازل كهربائي، لكن عند إضافة كربون الإطارات ترتفع موصليته إلى النطاق النموذجي للمواد شبه الموصلة. يظهر أفضل أداء عند نحو 1% من المطاط المكربن، حيث تتشتت الجسيمات بشكل جيد بما يكفي لتشكيل مسارات مستمرة للشحنات الكهربائية. عند مستويات أعلى تبدأ الجسيمات بالتكتل، مما يقطع هذه المسارات ويخفض الموصلة قليلًا مرة أخرى. وفي الوقت نفسه تُظهر التحليلات الكيميائية باستخدام الأشعة تحت الحمراء تحولات طفيفة فقط في الإشارات المميزة لـPHB، مما يشير إلى أن الكربون المشتق من المطاط يجلس ضمن البلاستيك بدلًا من التفاعل معه بقوة.

داخل الفيلم: مسام وجسيمات مخلوطة جيدًا

تكشف صور المجهر لمقاطع الفيلم عن منظر داخلي مسامي، صاغته طريقة الصب من المحلول. أثناء تبخر المذيب ببطء تتشكل تجاويف دقيقة في جميع أنحاء المادة. ضمن هذا الهيكل الإسفنجي، تبدو جسيمات مطاط النفايات المكربن موزعة بشكل معقول، مما يدل على اختلاط جيد بين البلاستيك والحشو المعاد تدويره. يمكن أن تؤثر هذه البنية المسامية على سلوك المادة ميكانيكيًا وحراريًا، لكنها في هذه الحالة تظهر أيضًا أن طريقة تصنيع بسيطة ومنخفضة الطاقة يمكنها إنتاج أفلام وظيفية نسبياً ومتجانسة من خليط من البلاستيك القابل للتحلل وكربون مشتق من الإطارات.

ماذا يعني هذا للمنتجات الأكثر خضرة

بمصطلحات يومية، تُظهر هذه الدراسة أن نوعًا عنيدًا من النفايات—الإطارات القديمة—يمكن تحويله إلى مكون مفيد للبلاستيكات الأكثر خضرة. عبر إضافة كميات صغيرة جدًا من مطاط الإطارات المكربن يحافظ الباحثون على السلوك الأساسي لبلاستيك قابل للتحلل مع تعزيز توصيله الكهربائي وترك نقاط الذوبان والتحلل دون تغيير كبير. النتيجة هي فئة جديدة من الأفلام الرقيقة التي قد تُستخدم في التغليف ومنتجات أخرى حيث يُرغب في كل من الصداقة للبيئة والوظائف المضافة. وبدلًا من التكدس في المكبات، قد تجد الإطارات المستعملة حياة ثانية كجزء من مواد أكثر ذكاءً واستدامة.

الاستشهاد: Şen, F., Zor, M., Candan, Z. et al. Polyhydroxybutyrate / carbonized waste rubber biocomposite films. Sci Rep 16, 9703 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45256-z

الكلمات المفتاحية: بلاستيكات قابلة للتحلل البيولوجي, إعادة تدوير إطارات النفايات, بيوكومبوزيت, مواد مستدامة, أفلام ناقلة للكهرباء