Microplastics in aquatic environments and the sustainable (nano)composite biodegradable and/or biocompatible polymer blends as mitigation solutions to plastic pollution

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τα χαρακτηριστικά των μικροπλαστικών στο υδάτινο περιβάλλον, την παρακολούθηση, την εξάπλωση και τη βιώσιμη διαχείρισή τους. Παγκοσμίως, η ρύπανση από μικροπλαστικά απειλεί την άγρια ζωή, τα αρπακτικά και τους ανθρώπους, επηρεάζοντας τα θαλάσσια ενδιαιτήματα παγκοσμίως. Εφιστά την προσοχή στην αξιολόγηση και την παρακολούθηση της μόλυνσης από μικροπλαστικά. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει ένα χρονοδιάγραμμα της εμφάνισης και της εξέλιξης των μικροπλαστικων, εξετάζοντας τη συσχέτισή τους με τα ποσοστά ανακύκλωσης, τα ποσοστά υγειονομικής ταφής και τα κακοδιαχειριζόμενα απορρίμματα. Η εξεύρεση υποκατάστατων για τα συμβατικά πλαστικά είναι ζωτικής σημασίας. Η παρούσα διατριβή προτείνει εναλλακτικές μεθόδους αξιοποίησης των πλαστικών αποβλήτων, αναδεικνύοντας την ανάγκη για βελτιωμένες μεθόδους διαχείρισης των αποβλήτων. Τα βιοδιασπώμενα πλαστικά αποτελούν μια βιώσιμη εναλλακτική λύση λόγω της ταχύτερης αποσύνθεσής τους και της ευπάθειάς τους στους μικροοργανισμούς. Η διατριβή διερευνά την επαναχρησιμοποίηση και την ανακύκλωση εμπορικών πολυμερών με την ενσωμάτωση βιοσυμβατών υλικών, όπως νανοσύνθετα με βάση το PET και νανοενισχυτικά, εξετάζοντας την επίδρασή τους στη μορφολογία, τα επιφανειακά χαρακτηριστικά και τη θερμική σταθερότητα μέσω ανάμιξης τήγματος. Διερευνά επίσης τη χρήση πολυμερών βιολογικής βάσης όπως το PLA στις πλαστικές συσκευασίες, με στόχο τη μείωση της ρύπανσης από πλαστικά μέσω της επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσης εμπορικών πολυμερών με βιοσυμβατά υλικά, εστιάζοντας σε μείγματα PET/PLA από ανακυκλωμένα πλαστικά. Μια μελέτη δημιούργησε μείγματα που περιείχαν 50% έως 90% ΡΕΤ και νανοάργιλο για να εξετάσει την επίδρασή τους στη μορφολογία, τα επιφανειακά χαρακτηριστικά και τη θερμική σταθερότητα. Η προσθήκη νανοαργίλου αύξησε την τραχύτητα και τη θερμική σταθερότητα των μειγμάτων, αλλά υποβαθμίστηκε κατά τη διάρκεια δύο διεργασιών. Η επιμόλυνση του rPET με rPLA μειώνει τη θερμική σταθερότητα, οδηγώντας σε υποβαθμισμένα υλικά. Η παρούσα μελέτη διερευνά τα ανακυκλώσιμα απόβλητα PET και PLA, προσδιορίζοντας βιώσιμα μίγματα και τις επιπτώσεις της αργίλου, με στόχο τη δημιουργία χρήσιμων προϊόντων από απόβλητα μίγματα πολυεστέρα. Η μελέτη διερευνά την κινητική της θερμικής αποικοδόμησης των μιγμάτων PET/PLA χρησιμοποιώντας μη ισοθερμικά θερμοβαρυμετρικά δεδομένα και ένα μοντέλο προσομοίωσης που βασίζεται σε μηχανισμό τυχαίας διάσπασης. Το μοντέλο, βελτιωμένο από την ιδέα των Simha και Wall, περιγράφει με ακρίβεια τη θερμική αποικοδόμηση των μιγμάτων PET/PLA σε ένα ευρύ φάσμα μετατροπής, αντιμετωπίζοντας ένα σημαντικό πρόβλημα στην ανακύκλωση πολυμερών. Αποκαλύπτει διακυμάνσεις στους ρυθμούς μετατροπής, με τις χαμηλές μετατροπές να επιταχύνουν τη διάσπαση του PLA και τις ενδιάμεσες μετατροπές να επηρεάζουν ενδεχομένως συνεργιστικά την παρουσία νανοσωματιδίων. Η παρουσία στρωμάτων νανοαργίλου σε νανοσύνθετα πολυμερή κατά τη θερμική αποικοδόμηση μπορεί είτε να λειτουργήσει ως φράγμα μεταφοράς μάζας στα πτητικά προϊόντα είτε να επιταχύνει την αποσύνθεση μέσω καταλυτικής δραστηριότητας. Μικρές ποσότητες νανοαργίλου βελτίωσαν τη θερμική σταθερότητα. Δημιουργήθηκε ένα θεωρητικό κινητικό μοντέλο, λαμβάνοντας υπόψη τα αυτοκαταλυτικά αποτελέσματα από την παραγωγή καρβοξυλικών ομάδων κατά τη διάσπαση του πολυεστέρα. Χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο βασισμένο στη διάχυση για να ληφθούν υπόψη αυτές οι επιδράσεις. Προτάθηκε ένα ελεγχόμενο από τη διάχυση μοντέλο της επίδρασης της αργίλου στη θερμική αποικοδόμηση των μιγμάτων πολυμερών, με βάση τα κινητικά χαρακτηριστικά και τρεις τροποποιήσιμες παραμέτρους. Οι προβλεπτικές ικανότητες του μοντέλου διερευνήθηκαν σε ισόθερμες συνθήκες, σηματοδοτώντας την πρώτη φορά που προτείνεται ένα τέτοιο μοντέλο.