یکی از بزرگترین مسایل و مشکلات گریبان‌گیر سازمان‌های امروزی، کمبود توانایی کارکنان سازمان‌ها برای حرکت در مسیر اهداف سازمانی است. سازمان‌های امروز نیازمند این هستند که کارکنان دانشی و توانمند در اختیار داشته باشند تا با تکیه بر توانایی و مهارت آنان در جهت دستیابی به اهداف متعالی از پیش تعیین شده سازمانی حرکت نمایند.

 

در این میان سازمان خصوصی‌سازی نیز که به موجب ماده (15) قانون برنامه سوم توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ایران (مصوب 1379) که با تغییر اساسنامه سازمان مالی گسترش مالكیت واحدهای تولیدی سابق تشكیل گردیده و از خرداد ماه سال 1380 عملاً فعالیت خود را با اهداف و وظایف جدید آغاز نموده، به عنوان یک سازمان بزرگ و تأثیرگذار در کشور که سهم مهم و تعیین کننده‌ای در اصلاح و بهبود ساختار پیچیده اقتصادی و بنگاه‌های کشور بر عهده دارد، با این مساله مهم مبتلا است. به همین دلیل با جستجو در علل و عوامل ناتوانی پرسنل سازمان مذکور، در ایفای کامل نقش‌های محوله و ماموریتهای اصلی آن که از جمله آنها می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد، در رسیدن به اهداف خود موفق شود:

– تنظیم راهكارهای مناسب برای دستیابی سریع و آسان به توسعه مشاركت عمومی در جهت تحقق ارتقاء كارآیی و افزایش بهره‌وری منابع مادی و انسانی و توسعه توانمندی‌های بخش‌های خصوصی و تعاونی

 

– تدوین برنامه‌های افزایش توانمند‌ی‌های بخش خصوصی و تشویق تشكیل گروه‌ها و تشكل‌های تخصصی و تربیت كارآفرینان.

 

– قیمت‌گذاری، بازاریابی و عرضه مناسب و بهنگام سهام شركتهای قابل واگذاری، طبق برنامه زمان‌بندی مصوب و

 همچنین اعتبارسنجی خریداران و انجام دقیق عملیات اجرایی و واگذاری سهام و مدیریت شركتهای دولتی و خصوصی‌سازی در چارچوب قوانین و مقررات.

– توانمندسازی بخش‌های تعاونی و خصوصی کشور، به منظور مشارکت آنان در اجرای صحیح سیاست خصوصی‌سازی، در راستای سیاستهای ابلاغ شده توسط مقام معظم رهبری.

 

– نظارت بر اجرای دقیق مفاد قراردادهای واگذاری، مدیریت و اجاره منعقده با بخش خصوصی كه طبق قراردادها به سازمان محول می‌شود و. ..

 

امروزه می‌توان ردپای پررنگی از عدم وجود انگیزه در کارکنان را یافت. امروزه کارکنان سازمان به مشوق یا واسطه‌هایی نیاز دارند تا بتوانند با داشتن تعهد و علاقه و انگیزه کافی در جهت اجرای موفق وظایف محول شده به آنها گام بردارند. این سازمان علی‌رغم اینکه در سالهای اخیر با تلاش زیاد برای تبدیل نمودن کارکنانی که به کار خویش آگاهی کافی ندارند، اقدام به آموزش، برگزاری نشستهای تخصصی و سمینارهایی برای افزایش توانمندی کارکنان نموده است، اما کمبود انگیزه کافی در روح کارکنان مانع اجرای موفقیت‌آمیز فعالیت‌های توانمندسازی کارکنان این سازمان شده است. به همین دلیل این تحقیق با تکیه بر اصول علمی ‌به دنبال دستیابی به پاسخ این پرسش اساسی است که:

 

آیا در سازمان خصوصی‌سازی، انگیزش بر توانمندسازی کارکنان تأثیر دارد؟ و در صورت وجود، این تأثیر چگونه است؟

 

1-3- اهداف تحقیق

 

هدف اصلی:

 

1. تعیین تأثیر انگیزش بر توانمندسازی کارکنان

اهداف فرعی:

 

1. تعیین تأثیر انگیزش بر افزایش شایستگی کارکنان

 

1. تعیین تأثیر انگیزش بر معنا دار شدن کار در چشم کارکنان

 

1. تعیین تأثیر انگیزش بر ایجاد احساس مؤثر بودن در کار

 

1. تعیین تأثیر انگیزش بر تقویت احساس استقلال در کارکنان

 

1. تعیین تأثیر انگیزش بر ایجاد حس اعتماد در کارکنان

1-4- اهمیت و ضرورت تحقیق

 

از آنجا که ناتوانی کارکنان یک سازمان و یا موسسه، می‌تواند در یک بازه زمانی، موجبات افول آن سازمان و همچنین کاهش بهره‌وری را فراهم آورد، لذا جستجوی موانع موجود در مسیر توانمندسازی کارکنان امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. از سوی دیگر، انگیزه همچون اهرمی ‌تمامی ‌فعالیت‌ها و اقدامات انسانی را به عنوان نیروی کاری سازمان‌های امروز، تحت شعاع خود قرار داده است. به همین دلیل اهمیت و ضرورت انجام این تحقیق را به طور خلاصه در قالب موارد زیر می‌توان دسته‌بندی کرد:

 

• لزوم حرکت به سمت پرورش کارکنان توانمند و دانشی

 

• ضرورت ایجاد انگیزه کافی برای کارکنان در جهت سرعت بخشیدن به پروژه‌های توانمندسازی کارکنان در سازمان

 

• اهمیت کشف محرک‌های برانگیزاننده در کارکنان برای ایجاد روحیه و افزایش تحرک سازمان

 

 

1-5- فرضیه‌های تحقیق

 

فرضیه اصلی:

 

انگیزش بر توانمندسازی  کارکنان سازمان خصوصی‌سازی تأثیر دارد.

 

فرضیات فرعی:

 

1. انگیزش بر احساس شایستگی کارکنان سازمان خصوصی‌سازی تأثیر دارد.

 

1. انگیزش بر احساس معنادار بودن شغل کارکنان سازمان خصوصی‌سازی تأثیر دارد.

 

1. انگیزش بر حس اعتماد کارکنان کارکنان سازمان خصوصی‌سازی تأثیر دارد.

 

1. انگیزش بر احساس اثربخشی کارکنان سازمان خصوصی‌سازی تأثیر دارد.

 

1. انگیزش بر حس استقلال کارکنان سازمان خصوصی‌سازی تأثیر دارد.

یکی از مهمترین دغدغه های مدیران سازمانها، تعهد و وفاداری اعضا به سازمان مطبوع خود است . سرعت و دقت در دستیابی به اهداف و کارکرد و بهره وری موثر در سازمان بستگی زیادی به نیروهای علمی وفادار و متعهدی دارد که بین اهداف سازمان و اهداف فردی خویش، ارتباط نزدیکی احساس نموده و به شغل خود نیز دلبستگی داشته باشند. از این رو، شناخت عوامل و شرایط موثر بر تعهد و تعلق سازمانی و دلبستگی شغلی، می تواند هر سازمانی را در بهبود عملکرد و جذب افراد توانمند یاری بخشد(وکسلر و بالفور[3]، 1996). تعهد سازمانی میزان تطابق و تعلق فرد به سازمان را منعکس می سازد (گریفین، 1377) تعهد سازمانی عبارت است از پیوند افراد به سازمان که بوسیله سه عامل مشخص می شود؛ الف ) اعتقاد قوی و پذیرش اهداف و ارزش های سازمان؛ ب) تمایل زیاد به سازمان؛ ج) میل قوی برای ماندن در سازمان. آلن و میر[4] (1977) تعهد سازمانی را نوعی حالت روانی تعریف می کنند که بیانگر تمایل، نیاز و یا الزام برای ادامه خدمت در یک سازمان است. آنها مدلی سه بعدی از تعهد سازمانی، متشکل از تعهد عاطفی، تعهد مستمر و تعهد هنجاری مطرح کرده اند.تعهد عاطفی به معنای وابستگی عاطفی فرد به سازمان است. تعهد مستمر، مربوط به تمایل به باقی ماندن در سازمان به خاطر هزینه های ترک سازمان یا پاداش های ناشی از ماندن در آن می باشد و سرانجام  تعهد هنجاری، احساس تکلیف به باقی ماندن به عنوان یک عضو سازمان را منعکس می کنند (به نقل از چانگ[5] و همکاران، 2007 ). از سوی دیگر یکی از عوامل موثر برتعهد سازمانی کارکنان فرسودگی شغلی است. رایج ترین تعریف فرسودگی شغلی مربوط به ماسلاچ و جکسون[6] (1993) است که آن را سندرمی روانشناختی متشکل از سه بعد خستگی احساسی ، مسخ شخصیت  و کاهش کفایت شخصی  دانستند. به این ترتیب ماسلاچ مفهومی سه بعدی از فرسودگی ارائه می دهد:

1- خستگی احساسی[7]

 

کاملا همانند متغییر فشار روانی عمل می کند، و به مثابه احساس زیر فشار قرار گرفتن و از میان رفتن منابع هیجانی در فرد قلمداد می شود. در این حالت ممکن است فرد بی رغبت و بی تفاوت شود و دیگر کار، هیچ شور و احساس مثبتی را در او بر نمی انگیزد.

 

2- مسخ شخصیت[8]

 

زمانی رخ می دهد که فرد به اشخاصی که دریافت کننده خدمات وی هستند، پاسخ منفی می دهد و یا با بی تفاوتی با آنان برخورد می نماید. مسخ شخصیت نشان دهنده نگرش منفی ارائه دهنده خدمات به دریافت کنندگان آن است. مسخ شخصیت معمولا پس از خستگی احساسی روی می دهد و در واقع نوعی پاسخ مستقیم به استرس شغلی است.

 

3- کاهش کفایت احساس شخصی[9]

 

کاهش احساس لیاقت و توان انجام موفقیت آمیز وظیفه است و در واقع نشان دهنده ارزیابی منفی فرد از خود در رابطه با انجام کار می باشد ( میرآب زاده و همکاران، 1386). بطور کلی موفقیت فردی به احساس کفایت و پیشرفت موفقیت آمیز در کار با افراد اطلاق می شود و افرادی که دچار کاهش موفقیت فردی می شوند از تلاشهای حرفه ای خود برداشتهای منفی دارند و احساس می کنند که در شغل خود پیشرفتی ندارند و در کار و تلاش و حرفه ی خویش نتایج مثبت بدست نمی آورند (ماسلاچ و جکسون، 1981، ص 101)  که در تحقیق حاضر از ابعاد فوق استفاده می شود.

 

امروزه تنیدگی و فرسودگی شغلی مشکلی شایع و جدی در میان افرادی است که بویژه در شغل های خدمات انسانی مشغول به فعالیت هستند.(آلن و میر، 2002) این پدیده زمینه ساز بیماریهای فیزیکی و عاطفی است که می تواند به افزایش غیبت از کار، ترک کار و کاهش تولید منجر شود( بولز و همکاران ، 2000) کارکنانی که از فرسودگی شغلی رنج می برند در کار خود کم انگیزه و کم فعالیت می شوند. ایشان از نظر روانی بی تفاوت، افسرده خستگی پذیر و زودرنج می گردند. از تمام جنبه های محیط کار خود، از جمله همکاران، ایراد گرفته و به پیشنهادات دیگران واکنش منفی نشان می دهند. کیفیت کار آنها، نه لزوماٌ کمیت، کاهش می یابد ( عزیزی و همکاران، 1386 به نقل از ولپین و همکاران، 1991)

.به طور کلی فرسودگی شغلی نوعی اختلال است که به دلیل قرار گرفتن شخص در معرض فشار روانی برای مدت طولانی، در وی ایجاد می شود و نشانه های مرضی آن نیز فرسودگی هیجانی، جسمی و ذهنی است( انیسی و همکاران 1389).  عملکرد شغلی افراد تحت تاثیر انگیزش، توانایی ها، خصوصیات، وضوح نقشها و فرصت فعالیت می باشد و توانایی منابع انسانی نیز خود تابع دانش شغلی و مهارت در انجام وظایف و فعالیت های شغلی است(رابینز[10] ، 1997). هر شغلی با تنش همراه است اما برخی مشاغل فشارهای روانی زیادی ایجاد می کنند و این امر معلول آن کار، نوع وظایف و مسئولیت های اینگونه شغل ها می باشد. با نگاهی به وضعیت شغلی دبیران مقطع متوسطه آموزش و پرورش ناحیه یک رشت می توان به مواردی از قبیل پشتیبانی در کار، گرفتن حمایت اجتماعی، کیفیت موسسات آموزشی، تمایل به کار و انگیزه آموزش اشاره نمود.

لذا هدف محقق از اجرای پژوهش حاضر، پاسخ به این سوال است که : آیا بین فرسودگی شغلی و تعهد کارکنان با توجه به سابقه کاری

 دبیران مقطع متوسطه آموزش و پرورش ناحیه یک رشت رابطه معنا داری وجود دارد؟

 

 

 

1-3) اهمیت وضرورت تحقیق

 

یكی از شاخص های برتری یك سازمان به سازمان دیگر دارا بودن نیروی انسانی متعهد است. وجود كاركنان متعهد وجهه سازمان را در اجتماع ارتقاء می دهد و زمینه رشد و توسعه آن را فراهم می كند. برعكس نیروی انسانی با تعهد اندك، نه تنها خود در جهت نیل به اهداف سازمان حركت نمی كند بلكه در ایجاد فرهنگ بی تفاوتی نسبت به مشكلات سازمان مؤثراست. ایده ای جدید ایجاد نمی شود و یا از بین می رود؛ اگر كسی نسبت به آن تعهد نداشته باشد. پس تعهد واقعی به این مفهوم است كه فرد خود و یا منابع حیاتی خود را برای پرورش ایده جدید بكار گیرد (گودرزوند چگینی و امین رود پشتی، 1391، ص 44). تعهد سازمانی یک متغیر مهم در درک رفتار کارکنان می باشد که با تاثیر بر عملکرد کارکنان باعث افزایش بهره وری، بهبود ارائه خدمات و افزایش کیفیت آن می گردد. محققان تعهد سازمانی را به عنوان یک متغیر مهم در فهم رفتار کارکنان می دانند بر این اساس، تعهد سازمانی اثرات بالقوه و جدی بر عملکرد سازمان دارد و به همین دلیل نادیده گرفتن آن و عواملی کا آنرا تحت تاثیر قرار می دهند، برای سازمان زیانبار است و هزینه های زیادی را به دنبال دارد (میرکمالی و همکاران،1388 ، صص 15). زمانى كه كاركنان به سازمانشان تعهد داشته باشند هزینه هایى كه باید از سوى سازمان براى آموزش كاركنان جدید به دلیل ترك كاركنان قبلى صرف شود، كاهش مى یابد. استخدام و جایگزینى هر نیروى جدید در حدود 70 تا 200درصد درآمد كارمند قبلى كه سازمان را ترك كرده است، هزینه در بر خواهد داشت (رمضانیان وهمکاران، 1392). تحقیقات نشان داده افرادی که تعهد سازمانی بالاتری دارند، دارای کارایی، اثربخشی، رضایت شغلی و عملکرد بهتری هستند، مدت بیشتری در سازمان می مانند و بیشتر کار می کنند. کمتر ترک خدمت می کنند، روابط صمیمانه تری با همکاران دارند، در تصمیم گیریها بیشتر مشارکت می کنند و مشارکت داده می شوند، و تضاد و ابهام نقش کمتری دارند (اشرفی و همکاران، 1389، ص 2). از سوی دیگر فرسودگی شغلی ، پیامدهای زیانباری  در سازمان، خانواده، زندگی اجتماعی و فردی بر جای می گذارد. از مهمترین آنها می توان به غیبت زیاد کارکنان، تأخیر متوالی، شکایت های مختلف روان تنی، کشمکش و تضاد در محیط کار، تغییر شغل و در نهایت ترک خدمت اشاره کرد. یک مطالعه نشان  می دهد که 4 درصد از ساعات کاری بر اثر غیبت ناشی از استرس و نارضایتی شغلی کارکنان از دست می رود (علوی و همکاران ، 1388،ص 23). هنگامی که فرسودگی شغلی رخ می دهد فقدان روزافزون واقع بینی، کاهش انرژی در ادامه فعالیت های سودمند، از دست دادن فلسفه نهایی زندگی و نبود احساس همدردی و اختلالهای روانی و جسمانی نمایان می شوند (محمدی، 1385، ص 15). با توجه به اثرات منفی فرسودگی شغلی بر عملکرد فرد که به صورت کاهش درآمد و مؤثر بودن در محل کار، غیبت از محل کار، ترک حرفه، مشکلات خانوادگی و زناشویی، استفاده از الکل و مواد مخدر، افسردگی و حتی خودکشی می باشد، شناخت این سندرم و عوامل مؤثر در ایجاد آن و در نهایت پیشگیری از وقوع این سندرم از اهمیت خاصی برخوردار می گردد (طلایی و همکاران، 1386، ص 237 ). بر مبنای پیشینه ی تئوری فرسودگی، این عامل تاثیرات منفی بسیاری بر روی خروجیهای عملکرد گذاشته و سبب افزایش ترک سازمان و یا حداقل قصد برای ترک سازمان خواهد شد(کیم[11]، 2011، ص 358). پژوهش هایی كه در حوزه ی فرسودگی شغلی انجام گرفته اند به خوبی اثرات زیانبار این سندرم را بر سلامت جسمانی، روانی و حتی اجتماعی انسان نشان می دهند. یكی از عمده ترین انگیزه هایی كه پژوهشگران را به سوی مطالعه فرسودگی شغلی هدایت كرد ه است نرخ بالای این پدیده در كاركنان می باشد. بنابراین، به وضوح روشن است كه فشارهای مزمنی كه كاركنان در سازمان ها با آن ها مواجه می شوند به مرو ر زمان و با ایجاد تغییر در شاخص های فیزیولوژیكی افراد، زمینه ی آسیب جدی ر ا برسلامت عمومی آنان ایجاد می نمایند. علاوه بر اثرات زیانبار فرسودگی شغلی بر افراد، سازمان ها نیز از پیامد های فرسودگی شغلی رنج می برند، از جمله می توان به كاهش عملكرد كاركنان، ترك شغل، كاهش تعهد سازمانی، كاهش خشنودی شغلی، افزایش هزینه های مربوط به بهداشت سلامتی كاركنان، كاهش خلاقیت و ذهن انگیزی در محیط كار، فقدان مشكل گشایی و نوآوری اشاره كرد (بشلیده وهمکاران، 1390، ص123). با توجه به رسالت و نقش موثر معلمان در رشد ابعاد وجودی دانش آموزان و تربیت نیروی  انسانی و مسوولان آتی که زمینه ساز و اساس رشد کشور در آینده خواهند بود،  اهمیت و سلامت بهداشت روانی معلمان آشکار است. حضور معلمان سالم، بانشاط و کارآمد می تواند چهره و محتوای سازمان آموزشی را متحول کند ومحیطی سالم برای فراگیران فراهم آورد. در حالی که معلم خسته، کسل و بی انگیزه فاقد تعهد نسبت به وظیفه سازمانی خود بوده و موجب اتلاف وقت و انرژی و عدم رشد و تکامل فراگیران خواهد بود.

 

 

 

1-4) اهداف تحقیق

 

اهداف اصلی :

 

رابطه بین فرسودگی شغلی و تعهد سازمانی با توجه به سابقه خدمت در بین دبیران آموزش و پرورش ناحیه یک رشت است.

 

 Burnout

 

[2] wider & Zimmerman

 

[3] balfor and Wexler

 

[4] Allen and Meyer

 

[5] Chang

 

[6] Maslach & Jackson

 

[7] Emotional exhaustion

 

[8] Depersonalization

 

[9] Low personal Accomplishment

 

[10] robins

 

[11] Kim

نیاز گسترده به مواد پلیمری در سال­های اخیر منجر به تلاش­های علمی و مهندسی زیادی جهت کشف، گسترش و اصلاح این مواد گردیده است. آمار نشان می­دهد که تولید و مصرف این مواد با توجه به جایگزین شدن آنها به جای مواد دیگر مانند شیشه، فلزات و غیره به سرعت رو به گسترش است. اما نکته قابل توجه این است که علیرغم رشد روزافزون تولید مواد پلیمری و نیاز صنایع مختلف به آنها، در سالهای اخیر مشکلات زیست محیطی ناشی از مصرف آنها نیز افزایش یافته است. سه راه عمده برای مقابله با این مسئله وجود دارد؛ راه اول بهره گیری از پلیمرهایی است که زنجیر اصلی آنها ذاتا زیست تخریب­پذیر می­باشد. راه دوم اختلاط پلیمرها با مواد زیست تخریب­پذیر است. روشهای مذکور از نقطه نظر فرایندی و ملاحظات اقتصادی و محدودیت انتخاب مواد و چگونگی اختلاط، قابل تعمق هستند و دشوارهای خاص خود را دارند.

راه سوم طراحی و سنتز کوپلیمرهایی است که در ساختار شیمیایی آنها واحدهای زیست تخریب­پذیر وجود دارد. با توجه به گستردگی مواد تجزیه­پذیر طبیعی می­توان سیستم­های پلیمری زیست تخریب­پذیر مختلفی را با ساختارهای مولکولی مورد نظر انتخاب و از طریق اختلاط با یکدیگر تهیه یا از طریق روشهای مختلف پلیمریزاسیون سنتز نمود. در دو دهه اخیر پلیمرهـای زیست ­تخریب­پذیر[1] و پلی­استرهای ترموپلاستیک برگرفته از منابع تجدید شدنی به طور گسترده­ای مورد مطالعه و تحقیـق قرار گرفـته­اند [1]. پلیمرهای زیست تخریب پذیر نیز جزء موادی هستند که در محیط­های فیزیولوژیکی[2] توسط فرایند شکست زنجیر به بخش­های کوچکتر و در نهایت به مواد کوچک مولکول ساده و پایدار تبدیل می­شوند. تخریب آنها می­تواند از طریق میکروارگانیسم­های هوازی[3] یا غیرهوازی[4]، فرایندهای فعال بیولوژیکی (مانند واکنشهای آنزیم) و یا گسسته شدن آبکافتی[5] باشد. در جدول 1 انواع مختلف پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و سنتزی نشان داده شده است [2]. چنانچه در این جدول مشاهده می­شود دسته­ای از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، پلی یورتان­ها می­باشند. به دلیل حضور نواحی[6] نرم و سخت در ساختار شیمیایی پلی یورتانهای سگمنته، این دسته از مواد دارای خواص منحصر به فردی هـستند به گـونه­ای که با تغییر سگمنتهای نرم و سخت موجود در آنها می توان یک سیستم پلیمری زیست تخریب با خواص موردنظر تهیه نمود. دسته مهمی از پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر پلی (استر یورتان­ها)[7] هستند که پلی­اُل مورد استفاده در تهیه آنها یک پلی­استر پلی­اُلِ زیست تخریب پذیر می­باشد. گروه­های استری موجود در ساختار شیمیایی پلی­اُل مصرفی (پلی استر پلی­اُل) قابلیت هیدرولیز در محیط زیست را دارند و موجب زیست تخریب­پذیری زنجیرهای اصلی پلی یورتان می­شود. یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیست سازگار مورد استفاده به عنوان بلوک ساختاری در تهیه پلی­یورتان­های زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید[8] است. هدف اصلی در این پروژه سنتز پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید و بررسی ارتباط ساختار- خواص در آنها می­باشد. همچنین اثر حضور اسیدهای چرب و نانوذرات بر خواص نهایی پلی یورتان­های مذکور مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

در این راستا، در بخش­های بعدی مطالبی در مورد پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید (شیمی لاکتیک اسید و پلی لاکتیک اسید، مزایا و معایب و کاربردهای آن) آمده است. سپس نیز با توجه به معایبی که برای پلی لاکتیک اسید وجود دارد مباحث مرتبط با اصلاح آن نیز به طور کامل بیان شده است. سپس با توجه به رویکرد به کار گرفته شده در این پروژه، مختصری در مورد اسیدهای چرب توضیح داده شده است. نهایتا پیشنهاد پروژه ارائه گردیده است.

 

 

 

جدول 1: پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و سنتزی [2]

 

2- پلی یورتان­های زیست تخریب­پذیر

 

دسته مهمی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، پلی یورتان­ها هستند. پلی یورتان ها، گروهی از پلیمرها هستند که از یک دی ایزوسیانات[9]، یک بسـط دهنده زنجیر[10] و یک پلی اُل[11] (مـانند پلی استـر یا پلـی اتر) تهـیه مـی شـونـد. پـلـی­یورتان­هایی که از واکنش این اجزاء با یکدیگر به دست می آیند در واقع کوپلیمرهای چند بلوکـی[12] یـا پلـی­یورتان­های سگمنتی[13] هستند که شامل سگمنت­های سختِ یـورتانی و سگـمنـت­هـای نــرمِ پـلی­استری یا پلی اتری می­باشند. سگمنت سخت به مانند یک فیلر تقویت کننده عمل کرده و باعث پایداری ابعادی پلی یورتان می­گردد و سگمنت نرم نیز خاصیت الاستومری به آن می­دهد [3]. خواص فیزیکی شیمیایی این نوع پلیمرها به طور مستقیم به ترکیب درصد شیمیاییِ سگمنت­های سخت و نرم، وزن مولکولی و نسبت آنها بستگی دارد [4].

 

پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر، دسته­ای از پلی یورتان­ها هستند که در تهیه آنها از پلی­اُل­هایی استفاده می­شود که دارای خاصیت زیست تخریب­پذیری هستند. به عنوان مثال می­توان از پلـی یـورتان­های زیست تخریب­پذیری که بر پایه نشاسته [5]، پلی­کاپرولاکتون [6]، استر اسیدهای چـرب [7] و هـمچنیـن پلـی­لاکتیک اسید [9,8] هستند نام برد. دی ایزوسیانات­های استفاده شده در ساخت پلی یورتـان­های زیسـت تخـریب­پذیـر مـی­توانند مشابه با ساخت پلی یورتان­های مرسوم با گروه­های الکلی پلی­ال وارد واکنش شده و تولید گروه­های یورتانی را به دنبال داشته باشند [5] یا اینکه می­توانند به عنوان یک بسط دهنده زنجیر عمل کنند [9] که در این حالت پـلی­استرهای به کار گرفته شده در ساخـت پلی یـورتـان، پـلی­استرهایی با وزن مولکولی پایین (پیش پلیمر) بوده و دی ایزوسیانات به عنوان یک بسط دهنده زنجیر عمل کرده و پلی­یورتانی با وزن مولکولی بالا تهیه شده است.

 

پلی یورتان­های زیست تخریب پذیرِ تهیه شده بر پایه پلی استرهای زیست سازگار به طور گسترده­ای در کاربردهای بیوپزشکی[14] مورد استفاده و آزمایش قرارگرفته­اند. نکته­ای که در مورد این نوع از پلـی یورتان­ها حائز اهمیت است این است که علیرغم خواص مکانیکی و زیست سازگاری خوبی که دارند، پایداری مولکولی آنها در طولانی مدت در محیـط بافت­های زنده محدود است [10]. پلی (استر یورتان­ها) کاربردهای گسترده­ای به عنوان لوازم پزشکی دارند. تخریب این مواد از طریق هیدرولیز شیمیایی یا آنزیمی در اتصال استر آلیفاتیکی آنها صورت می­گیرد. پایداری در برابر هیدرولیز پلی (اتر یورتان­ها) از پلی (استر یورتان­ها) بیشتر است، اما پلی (اتر یورتان­ها) می­توانند هم توسط فرایندهای اکسیداسیونی و هم توسط فرایندهای هیدرولیزی (که می­توانند توسط آنزیم­ها تسریع یابند) تخریب شوند [11]. همچنین، علیرغم این حقیقت که محدودیت در پایداری مولکولیِ پلی یورتان­ها باعث ایجاد مشکلاتی در ساخت اندام ­های مصنوعی بدن توسـط این مـواد شده است، اما تحـقیقات گسـترده­ای در زمینه ساخـت و توسـعه پـلی­یورتان­های زیست تخریب پذیر انجام شده و در حال گسترش است [12].

 

همان­گونه که در بالا هم بدان اشاره شد، زیست تخریب پذیری پلی (استر یورتان­ها) از طریـق تخریـب گـروه­های استری موجود در زنجیره اصلی پلیمر صورت می­گیرد. یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیست سازگار مورد استفاده به عنوان بلوک ساختاری در تهیه پلی­یورتان­های زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید[15] است. پلی لاکتیک اسید عضوی از خانواده پلی استرهای آلیفاتیک است که تحقیقات اولیه در مورد آن بیشتر بر روی خواص و کاربردهای بیوپزشکی پلی لاکتیک اسید متمرکز بوده است.

 

2-1- پلی یورتان های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید

 

سنتز پلی (استر یورتان) زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید شامل دو مرحله است: مرحله اول آن سنتز پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید هیدروکسیله[16] با جرم مولکولی پایین توسط پلیمریزاسیون کندانسیونی لاکتیک اسید است که در این مرحله ماده­ای مانند 1و4-بوتان­دی­اُل استفاده می­شود تا انتهای زنجیرهای PLA گروه­های هیدروکسیل (-OH) نشانده شود. در مرحله دوم نیز زنجیرهای پیش پلیمر حاصل توسط یک دی ایزوسیانات به یکدیگر متصل می­شوند تا پلی (استر یورتان) با جرم مولکولی بالا تهیه شود. روند انجام دو مرحله مذکور به صورت شماتیک در طرح 1 آمده است [13].

 

طرح 1: طرح شماتیک سنتز پلی (استر یورتان) از لاکتیک اسید [13]

 

تحقیقاتZeng  و همکارانش [9] در ساخت پلی (استر یورتان­)های (PEU) بر پایه پلی لاکتیک اسید و پلی بوتیلن سوکسینات (PBS) نشان می­دهد که وزن مولکولی پلی یورتان با افزایش مقدار PBS افزایش می­یابد. آنالیز حرارتی نمونه­ها نیز نشان می­دهد که سگمنت­های PLA و PBS در فاز آمورف با یکدیگر سازگار بوده و کریستالیزاسیون PEU بیشتر به دلیل PBS اتفاق می­افتد، همچنین پلی یورتان­های نهایی نسبت به پلی لاکتیک اسید هیدروکسیله از پایداری حرارتی بیشتری برخوردارند. همچنین نتیجه دیگر تحقیقات ایشان [14] در رابطه با تخریب این نوع از پلی استر یورتان­ها حاکی از این است که پایداری حرارتی پلی استر یورتان­های حاصل از PLA و PBS در هوا نسبت به نیتروژن بیشتر است؛ به بیان دیگر تخریب حرارتی PEU در نیتروژن راحت­تر از تخریب حرارتی آن در هوا رخ می­دهد.

 

در تحقیقی که Rich و همکارانش [15] در رابطه با پلی استر یورتان­های بر پایه پلی لاکتیک اسید انجام داده­اند از پرکننده­های بیوسرامیکی در تهیه کامپوزیت­های زیست­سازگار (به منظور ساخت استخوان مصنوعی) استفاده کرده­اند. نتیجه مطالعات آنها نشان می­دهد که افزودن فیلرهای بیوفعال سرامیکی باعث افزایش سفتی، مدول و دمای انتقال شیشه­ای پلی یورتان می­گردد که نشان از برهم کنش قوی بین فیلر و ماتریس دارد. همچنین پس از حدود 5 هفته از شروع هیدرولیز کامپوزیت­های مذکور هنوز خواص دینامیکی مکانیکی قابل قبولی از نمونه­ها دیده شده است.

 

در مطالعه­ای که توسط Borda و همکارانش [16] صورت گرفته است پلی یورتان­های بر پایه پلی لاکتیک اسید سنتز شده است و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی جرم مولکولی پلی یورتان نهایی بررسی شده است. این پارامترها شامل زمان واکنش، دمای واکنش، نسبت مولی مواد اولیه (پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید و دی ایزوسیانات) و مقدار اضافی و نوع ایزوسیاناتِ به کار گرفته شده، و همچنین نوع کاتالیستِ استفاده شده می­باشد. بر طبق تحقیق ایشان، افزایش زمان واکنش باعث افزایش جرم مولکولی PEU نهایی می­گردد، اما افزایش بسیار زیاد زمان واکنش منجر به تولید پلیمر شبکه­ای و غیرقابل حل در حلال می­شود. از اینرو بهترین حالت برای زمان واکنش بر طبق تحقیقات ایشان، مدت زمان 3 تا 5 ساعت برای MDI و 6 تا 8 ساعت برای TDI است. پس از تثبیت زمان واکنش، در رابطه با تاثیر دمای واکنش نتایج حاصل نشان می­دهد که زمان واکنش تاثیر شدیدی بر وزن مولکولی دارد و بهترین مقدار در مورد این پارامتر، دمای °C 110 می­باشد. همچنین از بین کاتالیست­های مورد بررسی، موثرترین کاتالیست برای افزایش سرعت واکنش ترکیب اکتُئات قلع[17] می­باشد که منجر به بالاترین وزن مولکولی می­گردد. در رابطه با فاکتور تاثیرگذار بعدی که نسبت مولی PLA و ایزوسیانات است نتایج ایشان حاکی از این واقعیت است که افزایش غلظت ایزوسیانات، سرعت واکنش بین ایزوسیانات و گروه کربوکسیل را افزایش می­دهد، البته این امر منجر به افزایش نرخ واکنش بین ایزوسیانات با هیدروژن گروه آمیدی نیز می­شود که نتیجه آن افزایش احتمال شبکه­ای شدن می­باشد. بنابراین بایستی در این راستا مقدار بهینه این نسبت لحاظ گردد. بر اساس تحقیقات صورت گرفته، نسبت مولی بهینه نسبت میزان سه به یک ایزوسیانات به PLA برای هر دو نوع ایزوسیانات MDI و TDI است.

 

نتیجه مطالعه Ren و همکارانش [17] در رابطه با تاثیر پارامتر زمان واکنش بر جرم مولکولی، دمای انتقال شیشه­ای و دمای ذوب پلی استر یورتان­های بر پایه لاکتیک اسید و تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) نیز نشان می­دهد فزایش زمان واکنش پیش پلیمر لاکتیک اسید هیدروکسیله (PLA-OH) با دی ایزوسیانات تا دو ساعت باعث افزایش جرم مولکولی پلی یورتان نهایی و در نتیجه افزایش دمای ذوب و انتقال شیشه­ای آن می­گردد اما با افزایش بیشتر زمان واکنش، به دلیل تخریب حرارتی و همچنین کاهش گروه­های فعال جرم مولکولی کاهش می­یابد. بنابراین زمان­های کوتاهتر و دماهای پایین­تر پلیمریزاسیون از تخریب حرارتی و واکنش­های جانبی جلوگیری کرده و وزن مولکولی پلی یورتان نهایی را افزایش می­دهد. در تحقیق دیگر توسط این گروه [18] از HDI به عنوان بسط دهنده زنجیر استفاده شده است و وزن مولکولی و دمای انتقال شیشه­ای پلی یورتان نهایی با پیش پلیمر لاکتیک اسید مقایسه شده است. متوسط وزنی وزن مولکولی پلی یورتان تهیه شده در اثر واکنش بسط زنجیر تا حدود 10 برابر پیش پلیمر لاکتیک اسید نیز رسیده است و دمای انتقال شیشه­ای آن حدود 5 درجه افزایش داشته است. این افزایش چندین برابر وزن مولکولی به این دلیل است که با طولانی شدن زمان واکنش، اتصال چندین زنجیر به همدیگر و در نتیجه افزایش وزن مولکولی امکان­پذیر می­گردد. البته مقدار اضافی گروه ایزوسیانات ممکن است با دیگر انتهاهای زنجیرها واکنش داده و گروه­های آمیدی به وجود آورَد که این گروه­ها در اثر واکنش با گروه یورتانی تشکیل گروه­های آلوفانات[18] می­دهد که منجر به شاخه­ای شدن زنجیر و در نتیجه افزایش پلی دیسپرسیته پلی یورتان می­گردد.

 

در سال­های اخیر با توجه به بحث آلودگی محیط زیست و همچنین افزایش قیمت مواد پلیمریِ بر پایه نفت، پلی لاکتیک اسید بیشتر مورد توجه قرار گرفته است تا بتواند در آینده جایگزین مواد پلیمری دیگر گردد. اما معایبی مانند شکنندگی، پایداری حرارتی پایین و هزینه بالا باعث محدود کردن کاربردهای آن گشته است. لذا رویکرهای مختلفی در جهت اصلاح آن در نظر گرفته شده است. در ادامه پس از معرفی بیشتر این پلیمر، مطالبی در رابطه با اصلاح آن در راستای بهبود خواص آن آورده شده است.

 

3- پلی (لاکتیک اسید)

 

3- 1- شیمی لاکتیک اسید و پلی لاکتیک اسید و روش­های تولید آنها

 

پلی لاکتیک اسید (PLA) یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر است که توسعه آن با سنتز لاکتاید[19] (فرمولِ منتشر شده توسط بیشاف و والدن[20] در سال 1893) شروع شد. پلی لاکتیک اسید با وزن مولکولی پایین اولین بار توسط کاروترز[21] و همکارانش سنتز شد [19]. کمپانی دوپونت[22] در سال 1954 تولید این پلیمر را به صورت تجاری شروع کرد [20]. تجاری شدن این پلیمر جهت تهیه الیاف آن با استحکام بالا توسط اتیکون[23] با نام تجاری ویکریل[24] در سال 1972 صورت گرفت [21]. کمپانی­های شیمادزو[25] و کانبوگوسن[26] (ژاپن) نیز در سال 1992 الیاف پلی لاکتیک اسید را به صورت آزمایشی تولید کرده و سپس در سال 1994 تولید تجاری آن را تحت نام تجاری لاکترون[27] شروع کردند [22]. پس از آن هم در سال 1997 شرکت فرانسوی فایبر وب فرانس[28] الیاف PLA را تحت نام تجاری دپوسا[29] تولید کردند [23]. شیمی پلی لاکتیک اسید شامل پلیمریزاسیون لاکتیک اسید و فرایند کردن آن می­باشد.

 

لاکتیک اسید با فرمول بسته HOCH3CHCOOH یک مولکول کایرال[30] است که به صورت دو انانتیومر[31]، L- و D- لاکتیک اسید، وجود دارد (شکل 1) که در واقع در برابر نور پلاریزه فعالیت نوری از خود نشان می­دهند. ایزومر L صفحه نور پلاریزه را ساعتگرد و ایزومر D صفحه نور پلاریزه را پادساعتگرد می­چرخاند. فرم غیر فعال نوری آن، موسوم به فرمِ مِزو[32] مخلوطی از تعداد مول­های مساوی (مخلوط راسمیک[33]) از ایزومرهای D و  L است [24].

 

شکل 1: ایزومرهای نوری لاكتیك اسید[24]

 

لاکتیک اسید طی فرایند گلیکوژنولیز[34] (تبدیل گلیکوژن[35] به گلوکز[36] از طریق فعالیت آنزیـمی) در مـاهیـچه­های پستانداران تولید می­شود. همچنین لاکتیک اسید به راحتی و با بازدهی بالا توسط فرایند تخمیر[37] نشاسته سیب زمینی یا شیره قند یا دكستروز ذرت تهیه می­شود [22]. تولید تجاری این ماده توسط فرایند تخمیر یا مواد اولیه پتروشیمی امكان­پذیر است. روش مورد استفاده در پتروشیمی در شكل 2 نشان داده شده است. لاكتیك اسیدی كه از این روش تهیه می­شود مخلوط راسمیك ایزومرهای L و D است كه از نظر نوری هم غیر فعال است [24]. این روش تا سال 1990 به عنوان روش تولید رایج در تولید لاكتیك اسید بود تا اینكه رویكرد تخمیر با توجه به مقرون به صرفه بودن مورد توجه قرار گرفت به گونه­ای كه امروزه روش معمول و تجاری تولید لاكتیك اسید، روش تخمیر است كه در آن نشاسته ذرت توسط تخمیر باكتریایی به لاكتیك اسید تبدیل می­شود. لاكتیك اسیدی كه از این روش تهیه می­شود منحصراً (بیش از 5/99 درصد) شامل ایزومر L می­باشد. در حال حاضر كمپانی کارگیل داو پلیمرز[38] بزرگترین تولید كننده پلی لاكتیك اسید در دنیاست [22].

 

شکل 2: روش پتروشیمی در تولید لاكتیك اسید[24]

 

پلیمریزاسیون لاكتیك اسید به پلی لاكتیك اسید با جرم مولكولی بالا به دو روش امكان­پذیر اسـت (شـكل 3):

 

• تراكم مستقیم، كه پلیمریزاسیون تراكمی مستقیم لاكتیك اسید به پلی لاكتیك اسید است و به صورت محلولی و تحت خلا صورت می­پذیرد [24].

 

• تشكیل حدواسطِ لاكتاید (دیمر حلقوی) و سپس تبدیل آن به پلی لاكتیك اسید از طریق پلیمریزاسـیون حلـقه­گشا كه در غیاب حلال صورت می­گیرد [25].

شکل 3: سنتز پلی لاكتیك اسید 24]،[25

 

در روش اول (تراكم مستقیم)، از حلال استفاده می­شود که به منظور حذف آب تولید شده، این فرایند تحت دما و فشار بالا انجام می­شود. این رویكرد توسط كاروترز مورد استفاده قرار گرفت و هنوز هم توسط برخی كمپانی­ها مانند میتسوئی کمیکالز[39] به كار گرفته می­شود. پلیمر مربوطه ماده­ای با وزن مولكولی پایین تا متوسط اسـت كه مـی­توان با جفت شدن زنجیره­های آن توسط انواع ایزوسیانات، اپوكسی یا پراكسید به گستره­ای از وزن مولكولی­ها دست پیدا كرد [24]. در روش دوم (عاری از حلال)، یک دیمر حلقوی حدواسط، موسوم به لاکتاید، تولید می­شود که توسط تقطیر خالص می­گردد. پلیمریزاسیون حلقه­گشای لاکتاید در حضور کاتالیست منجر به تولید PLA با وزن مولکولی کنترل شده می­شود. با کنترل زمان اقامت، نوع و غلظت کاتالیست و دما می­توان نسبت و نیـز توالی بخش­های D- و L- لاکتیک اسید را در پلیمر نهایی کنترل کرد [25].

 

پیشرفت­های اخیر در فرایند تخمیر گلوکز موجود در ذرت باعث کاهش شدید هزینه تولید لاکتیک اسید شده است. در حال حاضر بسیاری از کمپانی­ها پلی لاکتیک اسید را برای بازارهایی نظیر بسته بندی، فیلم، الیاف نساجی و محصولات دارویی تولید می­کنند. مهمترین مشخصه پلی لاکتیک اسید که به نوعی مهمترین توانایی آن به حساب می­آید این است که می­توان با اصلاح آن، خواص فیزیکی یا مکانیکی آن را بهبود

 بخشید. در مورد اصلاح این پلیمر به تفصیل بحث خواهد شد. دمای انتقال شیشه­ای این پلیمر در گستره 55 تا 70 درجه سانتیگراد و دمای ذوب آن هم در گستره 170 تا 180 درجه سانتیگراد است. برخی از خواص فیزیکی این پلیمر در جدول 2 آمده است [26].

 

لاکتاید دارای سه ایزومر فضایی است: D- ، L- و مزو- لاکتاید. ترکیب درصد شیمیایی این ایزومرهای فضایی تاثیر قابل ملاحظه­ای بر روی دمای ذوب، نرخ کریستالیزاسیون، میزان کریستالیزاسیون و خواص مکانیکی پلیمر نهایی دارد [27].

 

[1] بر طبق استاندارد ASTM D-5488-94d ، واژه زیست تخریب پذیر برای یک ماده به معنی توانایی تجزیه شدن آن ماده و تبدیل آن به دی اکسید کربن، آب، متان، ترکیبات غیرآلی یا توده­های زنده­ است. مکانیسم عمده برای تخریب ماده، عملکرد آنزیمی میکروارگانیسم­هایی است که باعث تخریب می­شوند

 

[2] Phisiological Environments

 

[3] Aerobic

 

[4] Anaerobic

 

[5] Hydrolitic Cleavage

 

[6] Domain

 

[7] Poly(ester urethane) (PEU)

 

[8] Poly (lactic acid) – PLA

 

[9] Diisocyanate

 

[10] Chain Extender

 

[11] Polyol

 

[12] Multiblock PU

 

[13] Segmented PU

 

[14] Biomedical Applications

 

[15] Poly (lactic acid) – PLA

 

[16] Hydroxyl-terminated PLA (PLA-OH)

 

[17] Stannous Octoate (Tin(II) Octoate)

 

[18] Allophanate

 

[19] Lactide

 

[20] Bischoff and Walden

 

[21] Carothers

 

[22] DuPont

 

[23] Ethicon

 

[24] VICRYL

 

[25] Shimadzu

 

[26] Kanebo Gohsen

 

[27] Lactron

 

[28] Fiber-Web France

 

[29] Deposa

 

[30] Chiral

 

[31] Enantiomer

 

[32] Meso Form

 

[33] Racemic

 

[34] Glycogenolysis

 

[35] Glycogen : ماده شبیه به نشاسته، موجود در بافت­های حیوانات (نشاسته حیوانی) و قابل تبدیل به دکستروز (گلوکز)

 

[36] Glucose

 

[37] Fermentation

 

[38] Cargill Dow Polymers

 

[39] Mitsui Chemicals

سرمایه و نیروی انسانی از ارکان اصلی تولید هستند و تامین این عوامل و تخصیص بهینه آنها لازمه رشد اقتصادی است. این تخصیص مستلزم وجود بازار و عملکرد مطلوب نیروهای بازار است. دررابطه با سرمایه بازار بورس می­تواند این وظیفه را بر عهده داشته باشد. مهم­ترین وظیفه بازار بورس، جذب سرمایه­های پراکنده و هدایت آنها بسوی فعالیت­های سرمایه­گذاری از طریق یک فرآیند تخصیص بهینه است.

نوسان قیمت سهام نیز در تمام بازارهای بورس امر طبیعی و عادی است، اما در هر صورت می­توان با یک پیش­بینی از قیمت سهام ترکیبی مطلوب از آنها را انتخاب و نوسان­ها را کاهش داد. پیش­بینی شاخص­های مهم بازار بورس می­تواند گامی در جهت افزایش و شفاف نمودن اطلاعات در بازار سرمایه باشد.

پیش­بینی شاخص­های بورس یا بازار سرمایه همواره مورد توجه مطالعات بوده است. این توجه در سال­های اخیر منجر به پیشرفت الگوهای مورد استفاده در پیش­پیش‌بینی شده است. لیکن باید پیش­بینی را مورد توجه قرار داد که با دقت بیشتری صورت گیرد و نسبت به نتایج واقعی مشاهده شده خطای کمتری داشته باشد.

 

پیش­بینی­ سری­های زمانی یکی از مهم­ترین روش­های پیش­بینی است که در آن از مشاهدات گذشته­ی یک متغیر به منظور توسعه­ی مدل و پیش­بینی در آینده استفاده می­گردد. روش­های سری زمانی، درطول چند دهه گذشته توسعه بسیاری یافته اند، اما یکی از مهمترین و

 پرکاربردترین آن­ها مدل خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته (ARIMA) می­باشد که  تحت عنوان روش باکس و جنکینز شناخته می­شود.

 

خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته (ARIMA) که خلاصه شده‌ی (Autoregressive Integrated Moving Average) می‌باشد، یکی از پرکاربردترین مدل‌ها در پیش‌بینی سری‌های زمانی در طول سه دهه‌ی گذشته بوده است، اما پیش‌فرض اصلی آن این است که رابطه‌ی خطی میان ارزش‌های سری برقرار باشد. بنابراین رابطه‌های غیرخطی بوسیله‌ی مدل خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته نمی‌توانند خوب توضیح داده شوند.

 

یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده در پیش‌بینی سری‌های زمانی  شبکه‌ی عصبی است که توان تخمین روابط غیر‌خطی مختلفی را دارا می‌باشد (اصطلاحاً به شبکه‌ی عصبی تخمین زننده‌ی همگانی می‌گویند). اما استفاده از شبکه، طبق ادبیات تحقیق در روابط خطی نتایج پیچیده‌ای در بر داشته است.

 

نوع دیگر از روش­های پیش­بینی سری زمانی رگرسیون بردار پشتیبان(SVR ) است. ماشین بردار پشتیبان، تابع رگرسیون را با به کارگیری یک دسته تابع خطی تخمین می زند و عملیات رگرسیون را با تابعی که انحراف از مقدار واقعی در آن به میزان کمتر از ɛ مجاز است انجام می دهد سپس با کمینه کردن ریسک ساختاری ، بهترین جواب را ارائه می دهد.[57]

 

بطور کلی باید به این نکته اشاره کرد که دانستن الگوی داده‌ها، مبنی بر خطی و غیرخطی بودن در دنیای واقعی کمی دشوار است و به ندرت سری‌های زمانی به طور خالص خطی و غیرخطی می‌باشند و اغلب از هر دو الگو تبعیت می‌کنند. بنابراین مسأله اینجاست که چگونه می‌توانیم قیمت پایانی و دامنه‌ی نوسان قیمت را با خطای کمتری پیش‌بینی کنیم؟

 

1-2) تشریح و بیان موضوع

 

در زمینه مدل‌سازی سری­های زمانی، روش­های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدل‌های سنتی مانند میانگین متحرک، هموارسازی نمایی و خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته پیش‌بینی آینده را به روابط خطی از گذشته محدود می‌نمایند و الگوهای خطی را مدل سازی می­کنند. از این مدل‌ها به دلیل سادگی در فهم و کاربرد در دهه‌های اخیر بسیار استفاده شده است. با وجود انعطاف پذیری بالای مدل خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته در مدل سازی الگوهای خطی این مدل نمی­تواند الگوهای غیر خطی را خوب مدل سازی کند.

 

به دلیل مشاهده الگوهای غیرخطی در دنیای واقعی یک سری از مدل‌های غیرخطی مانندARCH GARCH,   ،TGARCH  مطرح گردیدند. همگی این مدل‌ها، الگوهای غیرخطی بخصوصی­ را­ توضیح می‌دهند.

 

اما شبکه عصبی مجازی(ANN) توان و قدرت پیش‌بینی روابط غیرخطی را داراست و کاملاً انعطاف پذیر عمل می‌نماید. شبکه­های عصبی مصنوعی از عناصر عملیاتی ساده­ای ساخته می­شوند که به صورت موازی در کنار یکدیگر عمل می­کنند. این عناصر که از سیستم­های عصبی زیستی الهام گرفته شده­اند، در تلاش­اند که به صورت ناپارامتریک، مغز انسان را شبیه سازی نمایند. نكته حائز اهمیت در استفاده از مدل شبکه عصبی وجود نتایج متفاوت برای روابط خطی است. برای مثال مارکهام و راکس اذعان داشتند عملکرد شبکه عصبی برای مساله‌های رگرسیون خطی وابسته به اندازه نمونه و سطح شوک (Noise) می‌باشد. [53]

 

از طرفی ماشین بردار پشتیبان (SVM) به عنوان تکنیک نوین یکی از روش­های یادگیری ماشینی است که بر مبنای تئوری یادگیری آماری واپنیک در دهه 90 میلادی توسط واپنیک و همکارانش ارائه گردید.  این روش از جمله روش‌های نسبتاً جدیدی است که در سال‌های اخیر کارایی خوبی نسبت به روش‌های قدیمی‌تر از جمله شبکه‌های عصبی پرسپترون نشان داده است. رگرسیون بردار پشتیبان این عمل را با تابعی كه انحراف از مقدار واقعی در آن به میزان كمتر از ɛ مجاز است، انجام می­دهد.

 

همانطور که ذکر شد با وجود مزایای متعدد، شبکه های عصبی با محدودیت هایی از جمله مدل­سازی روابط خطی و همچنین نیازمند بودن به شمار بالای نمونه برای آموزش(به منظور انجام فرآیند یادگیری) مواجه می­باشد. اما چون دانستن خصوصیات داده­ها مبنی بر خطی و یا غیر خطی بودن در واقعیت کمی دشوار است و از طرفی به ندرت روابط کاملا خطی و یا کاملا غیر خطی مشاهده می­شود، بنابراین این ایده به ذهن می­رسد که ترکیب مدل خطی آریما با مدل­های غیر خطی شبکه عصبی پیشخور و ماشین بردار پشتیبان می­تواند باعث بهبود دقت پیش­بینی گردد.

 

در مدل ترکیبی سعی بر این داریم ابتدا روابط غیر­خطی در پسماندها را با استفاده از شبکه­ی عصبی و رگرسیون بردار پشتیبان شناسایی کرده سپس پسماندهای بدست آمده را به مدل خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته اضافه کنیم. با این ترکیب، بخش خطی بوسیله‌ی مدل خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته و بخش غیرخطی بوسیله‌ی شبکه عصبی و رگرسیون بردار پشتیبان پیش‌بینی خواهد شد.

 

با عنایت به مطالبی كه ذكر شد این سوال پیش می­آید كه کدامیک از مدل­های رگرسیون بردار پشتیبان، شبكه عصبی، خودرگرسیو میانگین متحرک انباشته و مدل­های تركیبی، با دقت بالاتر و خطای كمتری توانایی پیش­بینی شاخص بورس اوراق بهادار تهران را دارد؟

 

[1]- Autoregressive Integrated  Moving Average

 

[2] -Universal

 

-2 Support vector regression

 

[4] -AutoRegressive conditional heteroskedasticity

 

[5]- Generralized autoregressive conditional heteroskedasticity

 

[6] -Threshold Generralized autoregressive conditional heteroskedasticity

 

-Artificial Neural Network 4

 

5-Markham

 

[9] – Rakes

 

[10]-Support vector machine

 

[11]-vapnik

حضور ترکیبات آلی در آب یکی از عمده­ترین منابع اصلی آلودگی محیط­های آبی می­باشند. امروزه گازها اهمیت خاصی پیدا کرده­اند به طوری که عمده خوراک­های صنایع شیمیایی گازها هستند که می­توان به آمونیاک، نیتروژن، اکسیژن، گازهای طبیعی اتیلن و پروپیلن اشاره کرد. جداسازی یک یا چند گاز در بسیاری از صنایع لازم و ضروری است. بسیاری از این ترکیبات برای جانوران و گیاهان و محیط زیست خطرناک هستند. ترکیبات آروماتیک سمی­تر از ترکیبات آلیفاتیک هستند و اجزای با وزن ملکولی متوسط سمی­تر از اجزای سنگین­تر (نظیر قیرها) می­باشند. از فرایندهایی که امروزه برای جداسازی به کار می­روند می­توان به تقطیر سرمایشی، جذب­سطحی، جذب و جداسازی غشایی اشاره کرد ] 4 – 1 [ .

در فرایندهای زیادی در پالایشگاه­ها، پتروشیمی­ها و صنایع زیردستی نیاز به آب وجود دارد ولی در همه این فرایندها نیاز به آب تصفیه شده با درجه ی خلوص بالا نیست و می­توان از آب­های بازیابی شده نیز در بسیاری از موارد استفاده کرد. قسمت عظیمی از آب مورد استفاده می­تواند بازیابی گردد و کسری از آن به علت تبخیر در مراحل مختلف هدر می­رود. عمده­ترین منابع تولید پساب­های نفتی و پالایشگاهی، جریان پساب حاصل از عملیات نفتی و گازی میادین خشکی  و دریایی است. بازیابی پساب­ها به خصوص در نواحی نفت خیز خشک به دلیل کمبود آب بسیار مهم است. حجم آب تولیدی در حین فرایندهای نفتی که اصطلاحاً به آن آب تولید شده گفته می­شود در مورد میادین خشکی ایالات متحده سالانه در حدود 33 میلیارد بشکه تخمین زده شده است . این آب­های تولیدی به علت دارا بودن مقادیر قابل توجهی مواد نفتی، آلی و معدنی قابلیت تزریق به چاه یا تخلیه در آب­های سطحی را ندارند ] 5 [. شکل 1-1 یک نمونه از موازنه آب در یک پالایشگاه را نشان می­دهد.

 

به طور تقریبی 5 تا 3/5 متر مکعب پساب (با فرض اینکه آب خنک کن مورد استفاده در پالایشگاه بازگردانی شود) به ازای هر تن نفت خام ورودی به پالایشگاه تولید می­شود و کیفیت پساب­های تولیدی و خصوصیات آن­ها به نوع و وضیعت فرایند بستگی دارد ] 6 [.

 

2-1- ترکیبات موجود در پساب­های پالایشگاهی

 

پساب­های حاصله از بخش­ها و فرایندهای مختلف بسته به ماهیت هر مرحله دارای مشخصه­های آلایندگی متفاوتی هستند. ترکیبات حاضر در پساب­ های مختلف عبارتند از هیدروکربن­ها (آلیفاتیک یا آروماتیک)، کامپونت­های نیتروژن، ترکیبات فنلی، نفت­خام، حلال­ها، کلرید­ها، گوگرد و … ] 7 [. در جدول 1-1، منابع آلاینده­های صنایع پالایشگاهی آورده شده استو

 

همان گونه که در جدول فوق بیان شده است منابع مختلف و همچنین آلاینده­های مختلفی برای برای ایجاد آلودگی در آب در صنایع پالایشگاهی و صنایع زیردستی وجود دارد از آنجا که در این پروژه تمرکز ما در حذف آمونیاک می­باشد از بیان سایر آلاینده­ها و روش­های حذف آن­ها خودداری می­کنیم.

 

3-1- استاندارد دفع پساب

 

صنعتی شدن موجب پیشرفت اقتصادی کشورها می گردد. با این حال ، موجب مصرف منابع طبیعی و افزایش تقاضای انرژی نیز می شود. به علاوه ضایعات صنعتی یکی از نگرانی های محیط زیستی است. دفع فاضلاب بدون تصفیه مناسب می تواند اثرات مخرب طولانی مدتی به خصوص بر روی گیاهان و آبزیان منطقه داشته باشد. از این رو لازم است که صنایع با آلودگی بالا روش­های تصفیه مناسبی را برای کاهش آلودگی پساب های خود در نظر بگیرند]  7 ، 6 [ بدین منظور، برای پساب هایی که وارد محیط زیست می شوند، استانداردهایی تعیین شده است. این استانداردها بر حسب اینکه پساب ها وارد چه محیطی می شوند، متفاوت است. برای مثال، استاندارد آب دریا و آب مورد استفاده در کشاورزی متفاوت است. جدول (1-2) حدود مجاز برخی آلاینده های صنعتی برای تخلیه به آب های سطحی ، چاه جاذب و مصارف کشاورزی و آبیاری را نشان می دهد.

 

تبصره 1 –  تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که پساب خروجی ،غلظت کلراید ،سولفات و مواد محلول منبع پذیرنده را در شعاع 200 متری بیش از 10 درصد افزایش ندهد.

 

تبصره 2 – تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که پساب خروجی ،غلظت کلراید ،سولفات و مواد محلول پساب خروجی نسبت به آب مصرفی بیش از 10 درصد نباشد.

 

تبصره 3 –  درجه حرارت باید به میزانی باشد که  بیش از 3 درجه سانتیگراد در شعاع 200 متری محل ورود آن، درجه حرارت منبع پذیرنده را افزایش یا کاهش ندهد.

 

تبصره 4 – تعداد تخم انگل ( نماند) در فاضلاب تصفیه شده شهری در صورت استفاده از آن جهت آبیاری محصولاتی که به صورت خام  مورد استفاده قرار می­گیرند، نباید بیش از یک عدد در لیتر باشد.

 

در میان آلاینده های موجود درآب­های فرایندی که نیاز به تصفیه دارند، غلظت عمومی آمونیاک  در پساب­های تولید شده در پالایشگاه­های نفت و پتروشیمی متفاوت می­باشد و خروجی از واحد های سنتی حاوی مقادیر آمونیاک بیشتر ازحد قبول استانداردهای بین­المللی است.

 

مقادیر آمونیاک موجود در پساب­های آلوده به آمونیاک که به آب­های سطحی تخلیه می­شوند گاهی به 2000  میلی­گرم بر لیتر می­رسد، این مسأله مخرب و تأسف­بار است.

 

4-1- مشکلات ناشی از وجود آمونیاک وکامپونت­های نیتروژن در آب

 

تعداد زیادی فرایند های صنعتی در صنایع پالایشگاهی و در صنایع زیردستی وجود دارد که لازم است آمونیاک  (NH3) وکامپونت های نیتروژن از ترکیبات سایر گازها یا بخار های آبی جدا شود. وجود کامپونت های نیتروژن و آمونیاک در آب باعث چنین مشکل محیطی می شوند ]  7 ، 6 [. برخی از این مشکلات عبارتند از :

 

– انباشتگی در آب های سطحی

 

– افزایش اثر سمی بر روی ماهیان

 

– کاهش ضریب ضدعفونی

 

– خطر مسمومیت ساکنین ساحلی

 

– افرایش میزان اکسیژن حل نشده در آب

 

– مشکلات بچه های مبتلا به یرقان و …

 

بنابراین کنترل کامپونت­های نیتروژن و آمونیاک در پساب­های صنعتی و همچنین آب­های سطحی الزامی است ] 7 [ .

 

5-1- روش­های حذف آمونیاک و کامپونت­های نیتروژن در آب

 

تلاش­های زیادی برای حذف یا جذب آمونیاک و کامپونت­های نیتروژن از آب­های سطحی و پساب­های صنعتی شده­­است تا یک روش جذب عملی وکارآمد برای رفع این مشکل مطرح شود    ] 7 [. روش­های زیادی برای جداسازی آمونیاک  و کامپونت­های نیتروژن آزمایش شده است ] 7 [، از قبیل :

 

– تخریب حرارتی

 

– تبخیر

 

– روش­های شیمیایی و فیزیکی

 

– روش­های بیولوژیکی شامل نیتروژن دهی / نیتروژن گیری

 

– کلردار کردن نقطه شکست

 

– تبادل آهن

 

– زدودگی هوا

 

– جداسازی با انجماد کامل

 

– روش های غشایی

 

روش­های معمول در تصفیه پساب­های آلوده به آمونیاک در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی تخریب حرارتی، تبخیر و فرایندهای جذب و واجذب غشایی می­باشد ] 7 [ . روش های تخریب حرارتی و تبخیر دارای معایب متعددی هستند، از قبیل :

 

– فرایند شدیداً به تغییر کیفیت پساب حساس است.

 

– تجهیزات به کار رفته اندازه بزرگی دارند.

 

– در برخی از موارد ماده شیمیایی نیاز است.

 

– بسته به کاربرد آن هزینه عملیات ممکن است بالا باشد.

 

– ممکن است حجم لجن زیادی تولید شود.

 

– نمی توان به خلوص با درجات بالا دست یافت.

 

– نیاز به کنترل دقیق و اپراتورهای با مهارت برای رسیدن  به عملیات بهینه دارد.

 

با توجه به معایب بیان شده و اهمیت آب­های عاری از آلودگی در صنایع مختلف وهمچنین آب­های سطحی روش­های نوین غشایی مطرح شدند.