تحسين إنتاج البلاستيك الحيوي

Abstract

يُعد إنتاج البلاستيك الحيوي من المخلفات الزراعية أحد الحلول الواعدة لتقليل الاعتماد على البلاستيك التقليدي المشتق من البترول ، مع تحقيق الاستدامة البيئية وإعادة تدوير النفايات ، في هذا العمل تم استخلاص بلاستيك حيوي من مخلفات البازلاء ، حيث تم تطبيق خطة تصميم المركزي المركب (Central Composite Design - CCD) لتحسين عملية الإنتاج ، مع متغيرين مستقلين رئيسيين: كتلة مخلفات البازلاء وكتلة الجلسيرين ، حيث هدف التصميم هو دراسة التأثير المشترك والتفاعلي للمتغيرين على الاستجابات الرئيسية ، و تم قياس خمسة استجابات رئيسية لتقييم الأداء: قابلية التحلل الحيوي، وامتصاص الماء، ومحتوى الرطوبة، وذوبان الماء، والمسامية ، و كشف التحليل الإحصائي باستخدام تحليل التباين (ANOVA) أن المسامية كانت النموذج الأكثر قوة (R² = 0.9786)، حيث عملت كل من كتلة البازلاء وكتلة الجلسرين كعوامل ذات دلالة إحصائية عالية (p < 0.0001)، و كانت قابلية التحلل الحيوي متأثرة بشكل أساسي بكتلة البازلاء (p = 0.0397)، حيث بلغت ذروتها عند 80.92% عند زيادة كتلة البازلاء إلى أقصى حد وتقليل الجلسرين إلى أدنى حد، في المقابل عمل الجلسرين كملدّن مهيمن مؤثرًا بشكل كبير على امتصاص الماء (p = 0.0007) ومحتوى الرطوبة من خلال تفاعلات تربيعية غير خطية، و تُظهر هذه النتائج أنه في حين أن نشا البازلاء يوفر الهيكل الأساسي القابل للتحلل الحيوي، يجب معايرة تركيزات الجلسرين بدقة لتحقيق التوازن بين كراهية الماء للمادة وسلامتها الهيكلية ، و يساهم هذا العمل في تعزيز الاقتصاد الدائري من خلال تحويل نفايات البازلاء إلى مادة ذات قيمة مضافة، مع تقليل التكلفة البيئية والاقتصادية مقارنة بالطرق التقليدية. The production of bioplastics from agricultural waste is a promising solution for reducing reliance on traditional petroleum-derived plastics, while also achieving environmental sustainability and waste recycling. In this work, bioplastics were extracted from pea waste. A Central Composite Design (CCD) was implemented to optimize the production process, with two main independent variables: pea waste mass and glycerol mass. The design aimed to study the combined and interactive effects of these two variables on the main responses. Five main responses were measured to evaluate performance: biodegradability, water absorption, moisture content, water solubility, and porosity. Statistical analysis using analysis of variance (ANOVA) revealed that porosity was the most robust model (R² = 0.9786). Both pea waste mass and glycerol mass acted as highly significant factors (p < 0.0001). Biodegradability was primarily influenced by pea waste mass (p = 0.0397), peaking at [insert value here]. 80.92% of the pea mass was maximized and the glycerol minimized. In contrast, glycerol acted as the dominant plasticizer, significantly influencing water absorption (p = 0.0007) and moisture content through nonlinear quadratic interactions. These results demonstrate that while pea starch provides a biodegradable basic structure, glycerol concentrations must be precisely calibrated to balance the material's hydrophobicity with its structural integrity. This work contributes to the circular economy by transforming pea waste into a value-added material, while reducing environmental and economic costs compared to traditional methods.