शोधकर्ताओं ने सिंथेटिक प्लास्टिक के विकल्प के लिए स्थानीय जड़ी बूटियों पर आधारित बायोडिग्रेडेबल कंपोजिट विकसित किए

प्रोफेसर सिंह अपने छात्र नितीन कुमार आर्य और आईआईटी बॉम्बे की टीम के साथ टिकाऊ कंपोजिट सामग्री विकसित करने में सक्रिय रूप से लगे हुए हैं। उनके पेटेंट इस तकनीक में प्रगति को दर्शाते हैं। उन्होंने सामान्य प्लास्टिक को मुंजा घास और बर्मुडा घास जैसी बायोडिग्रेडेबल सामग्री के साथ मिलाकर कई नई, पर्यावरण के अनुकूल सामग्री बनाई हैं। ये हरे कंपोजिट बढ़ी हुई ताकत, स्थिरता, हल्कापन, आर्थिक दक्षता और उच्च पुनर्चक्रण क्षमता की विशेषता रखते हैं, जो चक्रीय अर्थव्यवस्था की ओर बदलाव का प्रतीक है।

स्थानीय जड़ी बूटियों के लाभ

प्रोफेसर सिंह के अनुसार, जबकि कई अध्ययन कपास, लिनन या जूट जैसे वाणिज्यिक प्राकृतिक फाइबर पर ध्यान केंद्रित करते हैं, उनका काम प्रचुर मात्रा में स्थानीय जड़ी बूटियों की इंजीनियरिंग क्षमता को दर्शाता है, जिनका उन्नत पॉलिमर कंपोजिट में उपयोग के लिए अभी तक कम अध्ययन किया गया है।

पहले इको-कंपोजिट में अक्सर प्राकृतिक फाइबर को प्लास्टिक के साथ जोड़ने के लिए जटिल और महंगी रेसिपी, साथ ही रासायनिक संगतकारक, डिस्पर्सेंट और सिंथेटिक बाइंडर की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती थी। प्रोफेसर सिंह का काम इस विषाक्त जटिलता के अधिकांश हिस्से को दूर करता है। उनकी टीम ने प्लास्टिक को फाइबर के साथ मिलाने के पर्यावरण के अनुकूल तरीके विकसित किए हैं, जिससे कई पेटेंट प्राप्त हुए हैं। उनके शोध में एपॉक्सी रेजिन, उच्च घनत्व वाले पुनर्नवीनीकरण पॉलीथीन (एचडीपीई), पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) और पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) जैसे बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर को प्रबलित करने के लिए प्रचुर मात्रा में स्थानीय जड़ी बूटियों - साकरम मुंजा (मुंजा घास) और सिनोडोन डैक्टाइलॉन (बर्मुडा घास) का उपयोग किया जाता है, जो विशेषताओं में पारंपरिक सामग्रियों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं।

उत्पादन और परीक्षण के तरीके

प्रोफेसर सिंह की टीम ने बिना किसी रासायनिक बंधन एजेंट का उपयोग किए, बारीक कटे हुए साकरम मुंजा फाइबर को सीधे एचडीपीई ग्रेन्यूल्स के साथ मिलाने का एक तरीका विकसित किया। कंपोजिट घटकों को उच्च शक्ति वाले, पर्यावरण के अनुकूल पुर्जे बनाने के लिए एक्सट्रूज़न मोल्डिंग उपकरण से गुजारा जाता है, जो पारंपरिक ग्लास फाइबर कंपोजिट की तुलना में काफी सस्ते और हल्के होते हैं।

एक अन्य आविष्कार बर्मुडा घास का उपयोग करता है। भले ही इसे अक्सर तेजी से बढ़ने वाली खरपतवार माना जाता है, इसकी सघन, रेशेदार संरचना इसे एक उत्कृष्ट प्रबलन एजेंट बनाती है। बर्मुडा घास के उपचार से प्राकृतिक मोम और अशुद्धियों को हटाने के लिए एक साधारण क्षारीय घोल (सोडियम हाइड्रॉक्साइड) का उपयोग किया जाता है, जिससे फाइबर का एचडीपीई के साथ मजबूत जुड़ाव सुनिश्चित होता है। प्राप्त सामग्री में तन्य शक्ति होती है जो शुद्ध एचडीपीई की शक्ति से कहीं अधिक होती है।

प्रोफेसर सिंह बताती हैं कि प्राकृतिक फाइबर स्वाभाविक रूप से हाइड्रोफिलिक सतहें रखते हैं, जबकि एचडीपीई हाइड्रोफोबिक होता है। यह बेमेल आमतौर पर खराब फाइबर-मैट्रिक्स आसंजन, तनाव के अक्षम हस्तांतरण और यांत्रिक गुणों में गिरावट का कारण बनता है। महंगे संगतकारकों पर बहुत अधिक निर्भरता के बिना मजबूत इंटरफेसियल आसंजन प्राप्त करना एक गंभीर समस्या थी।

उद्योग और 3डी प्रिंटिंग में अनुप्रयोग

भारी औद्योगिक जरूरतों के लिए, शोधकर्ताओं ने मुंजा फाइबर और एपॉक्सी रेजिन के एक उच्च दक्षता वाले कंपोजिट का पेटेंट कराया है। पिघलने योग्य प्लास्टिक से हटकर, इस आविष्कार में मुंजा फाइबर को कपड़े में शामिल किया जाता है और उन्हें वैक्यूम असिस्टेड मोल्डिंग तकनीकों का उपयोग करके इलाज किए गए एपॉक्सी रेजिन से भिगोया जाता है। परिणाम जंगली घास और रेजिन के कंपोजिट में तन्य शक्ति में प्रभावशाली 40% वृद्धि है, जिससे यह सिंथेटिक ग्लास फाइबर के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है।

अपने नवीनतम शोध में, टीम ने एक अन्य सामान्य विनिर्माण प्रक्रिया - 3डी प्रिंटिंग - से जुड़ी समस्या का समाधान किया। शुद्ध एचडीपीई को सिकुड़न और ठंडा होने पर प्लास्टिक के विरूपण के कारण प्रिंट करना बेहद मुश्किल है। नितीन कुमार आर्य बताते हैं कि एचडीपीई को उच्च तापीय संकुचन और ठंडा होने पर विकृति के कारण एफडीएम-आधारित 3डी प्रिंटिंग के लिए संसाधित होने वाले सबसे कठिन थर्मोप्लास्ट में से एक माना जाता है, जिससे अक्सर परतों का खराब आसंजन और हिस्से की विफलता होती है। इस बाधा को दूर करना अनुसंधान का एक मुख्य लक्ष्य था।

आईआईटी बॉम्बे की टीम ने मुंजा घास की 5% से 40% तक सामग्री वाला 3डी प्रिंटिंग के लिए एक नया फिलामेंट विकसित किया है। जैसा कि वह बताते हैं, फाइबर में एचडीपीई की तुलना में कम तापीय विस्तार गुणांक होता है। इसका मतलब है कि प्लास्टिक की तरह, वे गर्म होने पर अत्यधिक विस्तार या संपीड़न से नहीं गुजरते हैं। एचडीपीई के साथ मिश्रित होने पर, फाइबर प्लास्टिक के लिए एक ढांचा के रूप में कार्य करते हैं, जिससे प्रिंटिंग के दौरान इसका विरूपण रोका जा सकता है। एक्सट्रूज़न और प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म के तापमान मापदंडों को सही ढंग से ट्यून करने से इस कंपोजिट को त्रुटिहीन रूप से प्रिंट किया जा सकता है, जिससे मजबूत और टिकाऊ पुर्जों का तेजी से प्रोटोटाइपिंग संभव होता है।

वाणिज्यिक संभावनाएं और निष्कर्ष

इन हाल ही में पेटेंट कराए गए सामग्रियों का वाणिज्यिक अनुप्रयोग व्यापक है और इसमें कई बड़े वैश्विक उद्योग शामिल हैं। चूंकि ये प्राकृतिक फाइबर कंपोजिट बहुत हल्के लेकिन कठोर होते हैं, इसलिए इनका उपयोग ईंधन टैंक, आंतरिक पैनल, डैशबोर्ड और बम्पर के लिए ऑटोमोटिव उद्योग में किया जा सकता है। भारत में, जहां वाहनों के निपटान और जीवन चक्र के संबंध में नियम तेजी से सख्त हो रहे हैं, प्लास्टिक या तो कुशलतापूर्वक पुनर्नवीनीकरण होने चाहिए या उच्च प्राकृतिक फाइबर सामग्री के साथ टिकाऊ सामग्रियों का उपयोग करके उत्पादित होने चाहिए।

घर पर, वे पर्यावरण के अनुकूल निर्माण पैनलों, लोड-बेयरिंग संरचनाओं, अस्थायी निर्माण शीट्स और उच्च गुणवत्ता वाले फर्नीचर, जैसे कुर्सियों और मेजों के लिए आदर्श हैं, जबकि दीमक या नमी से सड़ने से बचते हैं। उपभोक्ता वस्तुओं और पैकेजिंग के लिए, वे एकल-उपयोग या मुश्किल से पुनर्नवीनीकरण होने वाले प्लास्टिक को बदल सकते हैं। इन कंपोजिट्स को मजबूत घरेलू वस्तुओं, पुन: प्रयोज्य बर्तनों और पर्यावरण के अनुकूल पैकेजिंग में ढाला जा सकता है।

नितीन निष्कर्ष निकालते हैं कि इस अध्ययन ने दबाव ढलाई, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3डी प्रिंटिंग) और वैक्यूम फॉर्मिंग (वीएआरटीएम) का उपयोग करके एक ही प्राकृतिक फाइबर प्रणाली की क्षमता का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया है। प्रक्रियाओं की इतनी व्यापक अनुकूलता औद्योगिक स्केलेबिलिटी और विकसित कंपोजिट की वाणिज्यिक क्षमता को काफी बढ़ाती है।

चूंकि दुनिया कार्बन उत्सर्जन को कम करने और कार्बन या ग्लास फाइबर जैसे सिंथेटिक, गैर-पुनर्चक्रण योग्य सामग्रियों पर निर्भरता को कम करने के तरीके खोज रही है, इसलिए हरित उत्पादन आवश्यक हो जाता है। सामान्य, तेजी से बढ़ने वाली जंगली घास को पुनर्नवीनीकरण प्लास्टिक के लिए एक सुदृढीकरण एजेंट में बदलकर, वैज्ञानिक सस्ती और पर्यावरण के अनुकूल उत्पादन का मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं। यह घास से प्रबलित प्लास्टिक हमें हल्के ऑटोमोटिव पुर्जों से लेकर पर्यावरण के अनुकूल खाद्य पैकेजिंग तक, वास्तव में टिकाऊ उत्पादन के भविष्य के करीब लाता है।