روش های بازیافت، خواص و کاربرد پلیمرهای ترموپلاستیک بازیافتی
هدف از انجام این مطالعه ارائه بررسی آپدیت از پلیمرهای ترموپلاستیک با هدف دستیابی به مواد قابل بازیافت برای کاربردهای مختلف داخلی و صنعتی است. رویکرد سنتز بطور قابل توجهی خواص چنین موادی را تحت تأثیر قرار می دهد و این خواص به نوبه خود تأثیر قابل توجهی بر کاربردهای آنها دارند. باتوجه به خواص منحصر به فرد پلیمرهای ترموپلاستیک مانند مقاومت سایشی، چگالی کم یا طراحی کاربرپسند توانسته اند تولید پلاستیک را در 60 سال تا حد قابل توجهی افزایش دهند و نسبت به آلومینیوم یا سایر فلزات استفاده بیشتری دارد. همچنین، بازیافت در حال حاضر یکی از مهمترین اقدامات برای کاهش این اثرات است.
مواد پلیمری را میتوان بعنوان ترموست و ترموپلاستیک طبقه بندی کرد؛ ترموست به پلیمریزاسیون برگشت ناپذیر اطلاق می شود و این نوع پلیمر با واکنش شیمیایی یا گرما پخته شده و تبدیل به ماده ای غیرقابل ذوب و نامحلول می شود. ترموپلاستیک ها از زنجیره های مولکولی خطی تشکیل شده اند و این پلیمر در صورت گرم شدن، نرم شده و درصورت سرد شدن، سفتی می شود. پلیمرهای ترموپلاستیک با طیف وسیعی از مواد پلاستیکی نشان داده می شوند. سه نوع پلیمر ترموپلاستیک وجود دارد؛ نوع اول ترموپلاستیک های کریستالی که معمولآ نیمه شفاف بوده و دارای زنجیره های مولکولی با آرایش منظم هستند؛ در مقایسه با انواع دیگر، این پلیمرها مقاومت مکانیکی بیشتری دارند. برای مثال پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE). نوع دوم ترموپلاستیک های آمورف هستند که معمولآ شفاف بوده و دارای زنجیره های مولکولی با آرایش تصادفی هستند. برای مثال پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی متیل متاکریلات (PMMA)، پلی کربنات (PC)، پلی استایرن (PS) و اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS). نوع سوم پلیمرهای نیمه کریستالی با ترکیبی از خواص پلیمرهای کریستالی و آمورف هستند؛ برای مثال پلی استر پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) و پلی آمید ایمید (PAI). این پلیمرها از خواص منحصر به فردی (فیزیکی، حرارتی و الکتریکی) برخوردار هستند که کاربرد آنها را گسترده تر می کند. فرایند مدل سازی تزریقی، تکنیک اصلی پردازش پلیمر است که امکان ساخت انواع قطعات مختلف من جمله ماوس کامپیوتر را فراهم می کند. این مواد پلاستیکی به دلیل قیمت ارزان، وزن سبک، و دوام بالا را میتوان در مدل سازی قطعات مختلف بکار برد. در دهه های اخیربا افزایش چشمگیر تولید پلاستیک، زباله های پلاستیکی نیز در سراسر جهان افزایش یافته و به مشکلی جهانی و روزافزون تبدیل شده است. در سال های گذشته تلاش شد تا مشکل پلاستیک های بازیافتی با روش های متعددی (همچون بازیافت مکانیکی یا بازیافت شیمیایی) حل شود که منجر به تولید محصولات اقتصادی تر و زیست سازگارتر شد. هدف از این مقاله، بیان مزایا و معایب پلیمرهای ترموپلاستیک مورد استفاده در کاربردهای صنعتی با هدف رسیدن به چشم اندازهای بهتر است. میزان تولید پلاستیک در سال 2015 بیش از 322 میلیون تن در سال بود که در سال 2020 این میزان به 400 میلیون تن در سال افزایش خواهد یافت. باتوجه به داده های شرکت Plastics Europe در سال 2015، تولید پلاستیک جهانی 3.4 درصد نسبت به سال 2014 افزایش داشته است. افزایش مصرف محصولات پلیمری در زمینه های مختلف مواد زاید زیادی را تولید می کند که معادل بیش از 12 درصد از زباله های جامد شهری است. بنابراین، جهان به دلیل تولید حجم بالایی از زباله های پلاستیکی توسط صنایع و خانوارها با یک بحران مواجه است. از این رو به دلیل نگرانی های زیست محیطی، اقتصادی و نفتی، تلاش فزاینده ای برای مقابله با این بحران صورت گرفته است. همچنین گزارش شده است که 9 کشور در اروپا تا سال 2015 به دلیل ممنوعیت دفن زباله، به نسبت بازیابی بیش از 95 درصد از زباله های پلاستیکی پس از مصرف رسیده اند.
در طی سال ها مشاهده شد که فرایند بازیافت بهترین تکنیک برای تصفیه پسماند محصولات پلیمری است و روش های قدیمی مانند احتراق ضایعات پلیمری یا دفن آنها به دلیل ایجاد گرد و غبار باعث اثرات منفی بر محیط زیست می شود. امروزه، با ظهور نرم افزارهای تشخیصی من جمله آشکارسازهای تبدیل فوریه مادون قرمز نزدیک (FTIR) در فناوری های بازیافت میزان دقت و بهره وری اتوماتیک افزایش یافته است.
پلیمرهای ترموپلاستیک به دلیل ارزان، سبک و با دوام بودن کاربرد گسترده ای در قالب گیری مواد مختلف دارند. در 60 سال گذشته، تولید پلاستیک به میزان قابل توجهی افزایش یافته و باعث ایجاد بحران بزرگی در سراسر جهان شده است. هدف از این بررسی، ارائه یک بررسی آپدیت از پلیمرهای بازیافتی و روش های بازیافت پلیمرهای ترموپلاستیک است. همچنین به کاربردهای اصلی این پلیمرها باتوجه به طبقه بندی انجمن صنعت پلاستیک (SPI) و دیدگاه های جدید اشاره شده است. این مطالعه نشان می دهد که فرایند بازیافت در مقایسه با روش های قدیمی (احتراق و دفن زباله) که منجر به تأثیرات منفی بر محیط زیست من جمله ایجاد آلودگی و گازهای سمی می شوند، بهترین تکنیک برای مدیریت پسماندهای پلیمری محسوب می شود. پلاستیک های ترموپلاستیک با داشتن خواص منحصر به فردی مانند مقاومت سایشی، چگالی کم، استحکام بالا و طراحی کاربرپسند در مقایسه با آلومینیوم و دیگر فلزات مورد توجه قرار گرفته است. به این معنا که چگالی یک پارامتر بسیار مهم است زیرا اطلاعاتی را درمورد استحکام ذاتی سازۀ مورد استفاده بیان می کند؛ برای مثال PP و LDPE به دلیل چگالی کم برای تولید کامپوزیت سبک بهترین انتخاب هستند. دمای انتقال شیشه (Tg) مشخصه بسیار مهم دیگری در خواص مکانیکی پلیمرها است چرا که انعطاف پذیری پلیمرهای آمورف در صورت سرد شدن در زیر Tg، به شدت کاهش می یابد. در این دما هیچ تغییر ابعادی یا حرکتی در پلیمر مشاهده نمی شود. همچنین، خواص مکانیکی پلیمرهای ترموپلاستیک همچون استحکام کششی (برای عملکرد آنها در شرایط تنش بسیار مهم است) و مدول کششی (مقاومت پلیمرها در برابر تغییر شکل الاستیک) بسیار مهم است. در جدول زیر این پلیمرها و خواص آنها ارائه شده است.
جدول 1:
روش های پردازش چندگانه را میتوان دلیل اصلی استفاده از پلیمرهای ترموپلاستیک در کاربردهای مختلف نام برد. بازیافت و سوزاندن روش های معمول در بازیابی این پلیمرها هستند؛ سوزاندن زباله ها مشکلاتی مانند تولید گازهای سمی و خاکستر باقیماندۀ حاوی سرب و کادمیوم را به همراه دارد. ازطرفی، بازیافت دارای مزایایی همچون کاهش مشکلات زیست محیطی و صرفه جویی در مواد و انرژی است. پلاستیک را میتوان در محیط با چهار مکانیسم تجزیه کرد: تجزیه نوری، تجزیه حرارتی اکسیداتیو، تجزیه هیدرولیتیکی و تجزیه زیستی توسط میکروارگانیسم ها. تجزیه طبیعی پلاستیک با تجزیه نوری ناشی از اشعه ماوراء بنفش خورشید آغاز می شود که انرژی فعالسازی مورد نیاز برای ادغام اتم های اکسیژن در پلیمر را فراهم کرده و منجر به تجزیه ترمو اکسیداتیو می شود. در این مرحله، پلاستیک شکننده شده و با کمک چهار مکانیسم ذکر شده در بالا در طبیعت تجزیه می شود. بعد از شکنندگی پلاستیک و تبدیل شدن آن به قطعات کوچکتر، اگر زنجیره های پلیمری به وزن مولکولی پایین برسند توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می شوند. میکروارگانیسم ها کربن زنجیره های پلیمری را به دی اکسید کربن تبدیل کرده و یا آن را به بیومولکول ها وارد می کنند اما این فرایند دست کم 50 سال طول می کشد. بنابراین، بازیافت تنها راه حل برای این مسئله است چرا که اکثر پلاستیک های کالایی نسبتآ مقاوم بوده و بازیابی مونومر را تضعیف می کنند.
