روشهای بازیافت، خواص و کاربرد پلیمرهای ترموپلاستیک بازیافتی
هدف از این مطالعه، بررسی پلیمرهای ترموپلاستیک اصلی به منظور دستیابی به مواد قابل بازیافت در کاربردهای مختلف صنعتی و داخلی است. رویکرد سنتز به طور قابل توجهی خواص چنین موادی را تحت تأثیر قرار می دهد و این خواص نیز تأثیر چشمگیری بر کاربردهای آنها دارند. تولید پلاستیک در 60 سال گذشته با توجه به خواص منحصر به فرد پلیمرهای ترموپلاستیک همچون مقاومت سایشی، چگالی کم یا طراحی کاربر پسند افزایش چشمگیری داشته است و از آلومینیوم یا سایر فلزات بیشتر استفاده می شود. همچنین، در حال حاضر بازیافت یکی از مهم ترین اقدامات برای کاهش این اثرات و یکی از پویاترین حوزه های امروزی در صنعت پلاستیک است.
مواد پلیمری را می توان به دو گروه ترموست ها و ترموپلاستیک ها تقسیم کرد. پلیمرهای ترموست به پلیمریزاسیون برگشت ناپذیر اشاره می کند که در اثر واکنش شیمیایی یا حرارت پخته شده و به ماده ای غیر قابل حل تبدیل می شود. ترموپلاستیک ها از زنجیره های مولکولی خطی تشکیل شده اند که در هنگام گرم شدن، نرم می شوند و با سرد شدن، سفت و سخت می شوند. پلیمرهای ترموپلاستیک شامل طیف وسیعی از مواد پلاستیکی می شوند؛ در کل، می توان گفت که سه نوع از آنها وجود دارد:
- ترموپلاستیک های کریستالی: معمولآ نیمه شفاف بوده و حاوی زنجیره های مولکولی با آرایش منظم هستند. در مقایسه با دیگر انواع، این پلیمرها مقاومت مکانیکی بیشتری دارند. پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن با چگال کم (LDPE) و پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) جزء این دسته هستند.
- ترموپلاستیک های آمورف: معمولآ شفاف بوده و آرایش مولکولی تصادفی دارند. پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی متیلن متاکریلات (PMMA)، پلی کربنات (PC)، پلی استایرن (PS) و اکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS) جزء این دسته هستند.
- پلیمرهای نیمه کریستالی: دارای خواص ترکیبی پلیمرهای کریستالی و پلیمرهای آمورف هستند. پلی استر پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) و پلی آمید ایمید (PAI) از این دسته هستند.
این پلیمرها از خواص منحصر به فردی (فیزیکی، حرارتی و الکتریکی) برخوردار هستند که آنها را در بسیاری از کاربردها موفق می کند. فرایند مدل سازی تزریقی یک تکنیک اصلی در پردازش پلیمری است که امکان ساخت قطعات مختلف مانند ماوس رایانه را فراهم می کند. این مواد پلاستیکی به دلیل ارزان بودن، سبک بودن و استحکام بالا قابلیت استفاده در بخش های مختلف را دارند. در دهه های اخیر، تولید پلاستیک افزایش قابل توجهی داشته و باعث تجمع زباله ها در مقیاس جهانی شده است. در سال های گذشته، تلاش شد تا مشکل پلاستیک های بازیافتی با روش های متعددی (مانند بازیافت مکانیکی یا بازیافت شیمیایی) حل شود که منجر به تولید محصولات اقتصادی می شود. هدف از این مطالعه، بررسی مزایا و معایب پلیمرهای ترموپلاستیک بکار رفته در کاربردهای صنعتی، بازیافت آنها و چشم انداز یک صنعت زیستی و اقتصاد سبز است.
پلیمرهای ترموپلاستیک بازیافتی
استفاده از پلیمرهای ترموپلاستیک به دلیل خواص منحصر به فرد مانند مقاومت سایشی، چگالی کم، استحکام بالا و طراحی کاربر پسند در مقایسه با آلومینیوم یا سایر فلزات بیشتر است. چگالی یک پارامتر بسیار مهم است چرا که اطلاعاتی را از استحکام بالقوۀ ساختاری ارائه می دهد؛ برای مثال، در صورت تولید کامپوزیت با حداقل وزن ممکن، تقویت کننده کتان در صورت استفاده از PP و LDPE، بهترین انتخاب (به دلیل چگالی کم) است. دمای انتقال شیشه (Tg) مشخصۀ دیگری است که در بررسی خواص مکانیکی پلیمر بایستی در نظر گرفت زیرا انعطاف پذیری پلیمرهای آمورف با سرد شدن در کمتر از Tg، به شدت کاهش می یابد. در این دماها، هیچ تغییر ابعادی یا حرکت قطعه ای در پلیمر وجود ندارد. همچنین، خواص مکانیکی من جمله استحکام کششی (که برای عملکرد آنها در شرایط تنش مهم است) و مدول کشش (مقاومت پلیمرها در برابر تغییر شکل الاستیک) در پلیمرهای ترموپلاستیک بسیار مهم است. در جدول زیر، خواص پلیمرهای ترموپلاستیک اصلی ارائه شده است.
جدول 1:
همچنین، با توجه به شکل زیر می توان گفت که هزینه ساخت پلاستیک به دلیل تولید انبوه آن کمتر است.
شکل 1:
دلایل عمده ایی که باعث کاربرد گستردۀ پلیمرهای ترموپلاستیک در حوزه های مختلف می شوند، عبارتند از:
-پلیمرهای ترموپلاستیک را می توان با چند روش پردازش کرد که منجر به تولید انواع محصولات پلاستیکی می شود.
- برای یک کاربرد خاص چندین ترکیب، شرایط عملیاتی، مواد افزودنی، فیلرها و تقویت کننده ها استفاده می شوند.
- از چندین سیستم تولید برای تولید اقلام پلاستیکی با کمترین هزینه استفاده می شود.
بازیافت و سوزاندن زباله روش های متداولی برای بازیابی پلیمرهای ترموپلاستیک هستند. سوزاندن مشکلاتی مانند انتشار گازهای سمی و خاکستر باقی ماندۀ حاوی سرب و کادمیوم را به همراه دارد. اما بازیافت مزایایی مانند کاهش مشکلات زیست محیطی و صرفه جویی در مواد و انرژی را در پی دارد. پلاستیک را می توان در محیط زیست با چهار مکانیسم تجزیه نوری، تجزیه حرارتی اکسیداتیو، تجزیه هیدرولیتیکی و تجزیه زیستی توسط میکروارگانیسم ها تجزیه کرد. تجزیه طبیعی پلاستیک با تجزیه نوری ناشی از اشعه ماوراء بنفش خورشید آغاز می شود که انرژی فعال سازی مورد نیاز برای ادغام اتم های اکسیژن در پلیمر را فراهم کرده و منجر به تجزیه ترمواکسیداتیو می شود. در این مرحله، پلاستیک شکننده شده و به قطعات کوچکتر تقسیم می شود تا اینکه زنجیره های پلیمری به وزن مولکولی پایین رسیده و توسط میکروارگانیسم ها متابولیزه شوند. میکروارگانیسم ها کربن زنجیره های پلیمری را به دی اکسید کربن تبدیل کرده یا آن را به بیومولکول ها وارد می کنند، اما این فرایند حداقل 50 سال طول می کشد. با این حال، یک راه حل برای این مشکلات بازیافت خواهد بود زیرا اکثر پلاستیک های کالایی نسبتآ پایدار بوده و بازیابی مونومر را تضعیف می کند.
در نتیجه، با توجه به یافته های بدست آمده می توان گفت که پلیمرهای ترموپلاستیک از خواصی مانند ارزان بودن، سبک بودن و استحکام بالا برخوردار هستند که آنها را برای قالب گیری در محصولات مختلف با کاربردهای گسترده موفق می کند. در طی 60 سال گذشته، تولید پلاستیک به طور قابل توجهی افزایش یافته و باعث ایجاد مشکل بزرگی در جهان شده است. هدف از این مقاله، بررسی به روز از پلیمرهای بازیافتی اصلی و روشهای بازیافت پلیمرهای ترموپلاستیک است. همچنین به بیان کاربردهای اصلی پلیمرهای ترموپلاستیک بر اساس طبقه بندی انجمن صنعت پلاستیک (SPI) و دیدگاه های جدید با اشاره به این پلیمرها می پردازد. در نهایت، این مطالعه نشان می دهد که فرایند بازیافت در مقایسه با روش های قدیمی (سوزاندن ضایعات پلیمری یا دفن در زیر زمین) که با ایجاد گرد و غبار، دو و مواد سمی منجر به اثرات زیست محیطی منفی می شود، بهترین تکنیک برای بازیابی ضایعات محصولات پلیمری محسوب می شود.
