بازیافت پلی اتیلن ترفتالات PET

دسته: مقالات منتشر شده در 24 آبان 1400
نوشته شده توسط Admin بازدید: 329

بازیافت پلی اتیلن ترفتالات در منسوجات با ارزش افزوده بالا

این مطالعه به بررسی مسائل پیش رو در استفاده و دفع پلی اتیلن ترفتالات (PET) می پردازد که علاوه بر بررسی PET بکر و بازیافتی، شامل کاربردهای احتمالی آن نیز می شود. این مطالعه براساس روش فعلی بازیافت PET تدوین شده است. بازیافت این ماده شیمیایی مطلوب ترین روش برای مدیریت پسماند است که فرصتی را برای کاهش مصرف نفت، انتشار دی اکسید کربن و زباله های PET که به دلیل تجزیه ناپذیر بودن نیاز به دفع دارند فراهم می کند. فناوری و سیستم های پیشرفته برای کاهش آلودگی، بازیافت مکانیکی، شیمیایی و همچنین کاربردهای آن در اینجا مورد بررسی قرار گرفته و امکان بازیافت اکثر زباله های PET از محل دفن آنها پیشنهاد می شود.

 

پلی اتیلن ترفتالات (PET) که معمولآ در صنعت نساجی به آن "پلی استر" گفته می شود، یکی از مهمترین پلی استرهای ترموپلاستیک است که به دلیل استحکام کششی، ضربه پذیری بالا، فرایند پذیری، مقاومت شیمیایی و پایداری حرارتی بالا دارای کاربردهای گسترده ای همچون ساخت بطری، الیاف، قالب گیری و حتی ورق های صنعتی است. الیاف PET که ابتدا توسط دوپونت ثبت شد، بیش از 50 درصد از بازار الیاف مصنوعی جهان را به خود اختصاص داده است. در اواخر دهه 1950، فیلم ساخته شده از آن در فیلم های اشعه ایکس، عکسبرداری، کاست ضبط و همچنین مواد اولیۀ بسته بندی انعطاف پذیر مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از روشهای قالب گیری دمشی برای افزایش کشش PET آغاز شد که به ایجاد ساختارهای سه بعدی منجر شد و در نتیجه، در اوایل دهه 1970 تعداد تولید کنندگان بطری های سبک و نشکن PET افزایش یافت. این پیشرفت ها در فرایند تولید PET منجر به تنوع کاربردهای صنعتی آن شد که افزایش تقاضای مصرف کنندگان در پی داشت. مجموعه ظرفیت تولید جهانی نیز در سال 2008 بالغ بر 64400 کیلوتن (کیلوتن در سال) بود. الیاف و بطری های پلی استر به ترتیب 63.5 و 30.3 درصد از این ظرفیت جهانی را به خود تخصیص داده اند؛ در حالی که کاربرد پلی استر در تولید فیلم و رزین مهندسی فقط 6.2 درصد است. محصولات PET مانند الیاف و بطری ها به بخش عمده ای از زندگی بشر تبدیل شده اند؛ بطوری که تولید و مصرف مداوم آنها افزایش یافته است. PET برخلاف دیگر پلیمرهای طبیعی، یک پلیمر غیر قابل تجزیه در محیط طبیعی است که در صورت پراکندگی در محیط زیست باعث آلودگی محیطی می شود. روشهای فعال کردن خواص زیست تخریب پذیری در این ماده شیمیایی بسیار پیچیده و پر هزینه هستند. بنابراین مدیریت ضایعات PET با مفهوم آپ سایکلینگ به دلیل افزایش PET و عدم تجزیه آن در محیط زیست به یک موضوع اجتماعی مهم تبدیل شده است. در شکل زیر مفهوم بازبهره به روش بازیافت تفسیر شده است.

 

شکل 1:

 Resource recirculation loop

 

استفاده گسترده از PET منجر به بروز مشکلات در مدیریت پسماند می شود. دفن زباله های آن به دلیل محدودیت فضا و آلودگی زمین بلامانع است؛ اگرچه با سوزاندن آنها میتوان انرژی تولید کرد اما به دلیل انتشار اجتناب ناپذیر گازهای سمی از تجزیه زنجیره های مولکولی PET و مواد افزودنی باقیمانده در پسماندها، حتی نمیتوان آنها را سوزاند. به همین دلیل، بازیافت آن بهترین راهکار برای افزایش بهره وری در مدیریت اقتصادی پسماند PET محسوب می شود. ازطرفی، بازیافت PET نیز باتوجه به آگاهی از نگرانی های زیست محیطی، حفظ انرژی و مواد اولیۀ کمیاب با اقتصاد ملی مرتبط است. از آنجا که PET بکر قیمت ثابت و پایینی دارد، بایستی از یک فناوری مقرون به صرفه برای این فرایند بازیافت استفاده کرده و آن را توسعه داد. از زمان اولین بازیافت PET در سال 1977، مطالعات زیادی برای بررسی روشهای بازیافت صورت گرفته و همچنین نرخ بازیافت آن نیز بطور مداوم رو به افزایش بوده است. انتظار می رود مصرف جهانی PET تا سال 2017 به حدود 19.1 تن برسد که بین سالهای 2017-2021 سالانه 5.2 درصد افزایش می یابد. همانطور که در شکل زیر باتوجه به گزارشات Noone نشان داده شده است، اکثر PET بازیافتی به الیاف تبدیل شده است.

 

شکل 2:

Applications of recycled PET flakes based on data from Noone 2008 

 

دو نوع الیاف PET وجود دارد: الیاف نسبتآ جهت دار (POY) و الیاف کوتاه که برای کاربردهای نهایی باتوجه به خواص مواد مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، این الیاف بسیار مهم و کاربردی هستند زیرا بعنوان محصولات میانی نقش مهمی در صنایع منسوجات ایفا می کنند. پسماندهای PET را میتوان به روشهای مختلفی من جمله روشهای شیمیایی و مکانیکی بازیافت کرد. روش بازیافت اولیه همان اکستروژن مجدد یا روش کلاسیک بازیافت PET است که شامل بازیافت مواد فرسوده برای تولید محصولات اصلی می شود. با این حال، از آنجا که پلیمرهای مختلف و سایر مواد مانند کاغذ، رنگدانه ها، فلزات و چسب ها بعنوان مواد بسته بندی پلاستیکی کاربرد دارند؛ این امر ضرورت فرایند بازیافت را نشان می دهد، اگرچه این روش بازیافتی بسیار دشوار است. ازطرفی، دارای مزایایی همچون سادگی فرایند و کم هزینه بودن است. بازیافت ثانویه همان روش بازیافت مکانیکی است که در دهه 1970 تجاری شد. این روش با پردازش مجدد ضایعات PET به گرانول پس از جداسازی پلیمر از آلاینده ها انجام می شود. به این روش "بازیافت مواد" نیز گفته می شود که شامل دسته بندی و جداسازی زباله، شستشو برای حذف آلاینده ها، آسیاب و خرد کردن، و فرایند پردازش مجدد می شود. انتشار زباله های PET مسئله اصلی در بازیافت مکانیکی است زیرا پیچیدگی و آلودگی این زباله ها انجام فرایند بازیافت مکانیکی را دشوار می کند. کاهش کیفیت محصول نیز عیب اصلی این فرایند محسوب می شود چرا که گرمای همجوشی باعث اکسیداسیون نوری و تنش مکانیکی ناشی از واکنش معکوس می شود. بنابراین این روش بازیافتی برای تولید محصولاتی با استانداردهای کیفی بالا مناسب نیست. سومین روش بازیافت همان بازیافت شیمیایی است که به دلیل محدودیت های زیاد بازیافت مکانیکی زباله های PET، پتانسیل بالایی داشته و باعث بازیابی ترکیبات پتروشیمی زباله های PET می شود. استفاده از این روش به دلیل قیمت پایین مواد اولیه پتروشیمی در مقایسه با هزینه های فرایند تولید مونومرها یا الیگومرهای PET از ضایعات PET، مقرون به صرفه نبوده است. بازیافت مواد شیمیایی این مزیت را دارد که پلیمریزاسیون پلیمرهای پر انرژی انجام شده در حین ساخت اولیه PET را معکوس کند که از لحاظ ارزیابی چرخه عمر، یک فاکتور کلیدی محسوب می شود. پلیمریزاسیون پسماندهای PET را میتوان با هیدرولیز، متانولیز و گلیکولیز انجام داده و به رزین PET یا دیگر پلی استرهای غیراشباع تبدیل کرد و همچنین مواد خام را نیز میتوان برای انواع زیادی از محصولات تهیه کرد. چهارمین روش بازیافت، روش بازیافت انرژی یا سوزاندان ضایعات PET است. با سوزاندن پسماند میتوان به انرژی حرارتی ذخیره شده در ضایعات PET ازطریق بهبود انرژی شیمیایی آنها دست یافت. چون که این روش به دلیل انتشار گازهای سمّی موجود باعث آلودگی هوا و خطرات جدی برای سلامتی جانداران می شود، چندان مطلوب نیست. در نهایت، میتوان گفت که این مطالعه بر روشهای بازیافت مکانیکی و شیمیایی در بازیافت پسماندهای PET متمرکز است. همچنین فناوری و سیستم های بازیافت فعلی را بررسی و ارزیابی کرده است.

 

بازیافت PET یک استراتژی برای مدیریت زباله های PET با مزایای اقتصادی و زیست محیطی است. مطالعات گسترده ای در مورد سنتز، خواص و پردازش PET بکر و همچنین کامپوزیت های آنها برای عملکرد بالا در این مقاله گزارش شده است. علاوه بر این بررسی ها، بسیاری از فرایندهای علمی نیز به این منظور توسعه یافته اند. این مطالعه مزایا و معایب روشهای بازیافت مکانیکی و شیمیایی را با تأکید بر کاربردهای صنعتی بیان می کند. میتوان از PET بازیافت شدۀ مکانیکی در کاربردهای مختلف صنعت نساجی استفاده کرد و همچنین محصولات حاصل از بازیافت شیمیایی را نیز بعنوان خوراک پلی یورتان و رزین های پلی استر غیراشباع بکار برد. باوجود این تلاشها برای افزایش کاربرد و خواص PET با گرید بازیافتی بعنوان جایگزینی برای PET بکر، بازیافت پسماند PET روشی مؤثر برای افزایش عملکرد محیطی و صنعت مد و نساجی PET است.