کامپوزیت پلی اتیلن سبک بازیافتی

دسته: مقالات منتشر شده در 30 مرداد 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 424

خواص مورفولوژیکی، مکانیکی، حرارتی و سه گانۀ مصالح ساختمانی زیست سازگار: کامپوزیت های اتیلن سبک بازیافتی با فیلر غبار کوره بلند

این مطالعه به بررسی توسعۀ یک ماده کامپوزیتی پایدار با استفاده از ضایعات فلزی صنعت آهن، فولاد و ضایعات پلاستیکی صنعت پلاستیک به منظور کاهش ضایعات حاصل از فرایندهای تولید محصولات مختلف صنعتی و مدیریت پسماند این صنایع می پردازد. همچنین، مقادیر مختلف گرد و غبار کوره بلند (BFD) که ضایعات اصلی صنعت آهن و فولاد محسوب شده و بعنوان فیلر اتیلن سبک بازیافتی استفاده می شود، با اتیلن سبک (LDPE) برای تولید مواد کامپوزیتی مخلوط شد. خواص مورفولوژیکی، مکانیکی، دمای نرم شدگی ویکات، سختی و مقاومت سایشی کامپوزیت های LDPE پر شده با BFD نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. افزایش BFD در LDPE بازیافتی باعث بهبود مقاومت حرارتی، افزایش رسانایی حرارتی و مقاومت سایشی مواد کامپوزیتی شد. علاوه براین، مشخص شد که مواد کامپوزیتی از خواص مکانیکی خوبی در ارزیابی آزمایشات مکانیکی برخوردار هستند. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که مواد کامپوزیت تولید شده می تواند بعنوان کفپوش در صنعت ساختمان استفاده شود که صرفه جویی در مواد خام و منابع را به همراه داشته و از طرفی، خطرات زیست محیطی را به حداقل می رساند.

 

در صنعت آهن و فولاد، به ازای هر تن فولاد بیش از 400 کیلوگرم ضایعات جامد تولید می شود که بیشتر آن به صورت سرباره در ساخت سیمان برای صنایع ساختمان و راهسازی استفاده می شود. علاوه بر سرباره، ضایعات آهن و فولاد را می توان بعنوان گرد و غبار، لجن و مقیاس آسیاب طبقه بندی کرد. این مواد جامد در ساخت و ساز نسبت به سرباره کاربرد مطلوبی ندارند. اگرچه می توان آنها را با تبدیل مجدد به کوره بلند (BF) بازیافت کرد اما به طور سنتی، بازیافت آنها بدون پیش تصفیۀ گران قیمت به دلیل اندازه ذرات و محتویت ناخالصی ناشی از K₂O، Na₂O و روی بسیار دشوار است. علاوه براین، مقدار زیادی از کسری ها و اندازه های مختلف نسبت های مصرف مؤثر و بازیافت را پیچیده می کند. در این فرایند، مشکل سازترین زباله های جامد گرد و غبار کوره بلند (BFD) و غبار مبدل اکسیژن (OCD) هستند. در صنعت آهن و فولاد ترکیه، سالانه 425-375 هزار کیلوگرم محصول BFD تولید می شود. بنابراین، این ضایعات به فضای زیادی برای دفن نیاز دارند که در نتیجه، هزینه های هنگفتی به همراه دارد. در این میان، به دلیل داشتن مقادیر بالایی از فلزات سنگین باعث آلودگی محیط زیست نیز می شوند. چندین مقاله به بحث در مورد خطرات ناشی از انتشار ترکیبات سمیِ سرباره و گرد و غبار ساطع شده از کوره بلند پرداخته اند. بازیافت این غبارها در ساخت و ساز نه تنها هزینه ها را کاهش می دهد، بلکه از انتقال فلزات سنگین به بدن انسان از طریق خاک، آب و هوا نیز جلوگیری می کند. با توجه به مزیت و راحتی قابل ملاحظۀ پلاستیک من جمله دوام، استحکام و شکل دهی آسان، تولید و استفاده از پلاستیک در سطح جهان از 1.5 میلیون تن در سال 1950 به 312 میلیون تن در سال 2014 به شدت افزایش یافته است.

 

طبق ارزیابی های انجام شده، تولید پلاستیک ممکن است تا سال 2050 سه برابر شود. در ترکیه، استفاده از پلاستیک بیشتر بین دو صنعت مشترک است که 36 درصد از بسته بندی و 23 درصد از پروژه های ساخت و ساز را تشکیل می دهند. اتیلن سبک لوله ای (LDPE-T) و اتیلن سبک (LDPE) را می توان بعنوان پلاستیک هایی نام برد که بیشترین تولید را داشته اند. با این حال، بیشترین صادرات ضایعات پلاستیکی LDPE در ترکیه است. پلاستیک ها مشکلات زیست محیطی زیادی مانند افزایش انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) و دشواری در مدیریت پسماند به دلیل عمر طولانی ضایعات را به وجود می آورند. از این رو، بازیافت این نوع پلاستیک و استفاده مجدد از آن در صنعت ساختمان مقدار ضایعات پلاستیکی را به حداقل رسانده و زمینه را برای کاهش مشکلات زیست محیطی فراهم می کند. در مطالعات مختلف به روش های متعددی برای بازیافت این ضایعات اشاره شده است. تولید مواد کامپوزیتی با استفاده از ضایعات پلاستیکی یکی از مهم ترین روش های بازیافت زباله است. در گزارش قبلی ما، یک ماده کامپوزیتی که با استفاده از BFD و LDPE تولید می شود، ارائه شده بود که می تواند در صنعت ساختمان استفاده شود. در اینجا، خواص مورفولوژیکی، مکانیکی، حرارتی و نرم شدگی ویکات مادۀ کامپوزیتی مورد ارزیابی قرار گرفته و با پنج نسبت فیلر BFD دیگر مقایسه شد. نتایج به دست آمده، به ویژه آزمون سایش، نشان داد که این ماده می تواند بعنوان کفپوش در ساختمان سازی استفاده شود. علاوه براین، این مطالعه شواهدی مبنی بر کاهش آلودگی زیست محیطی ناشی از مصالح ساختمانی پایدار تولید شده از مواد بازیافتی ارائه می دهد.

 

این مطالعه نشان داد که BFD در صنعت آهن و فولاد می تواند بعنوان فیلر تقویت کننده در کامپوزیت های LDPE بازیافتی استفاده شود. افزودن BFD در مقایسه با LDPE بازیافت نشده مواد متخلخل بیشتری ایجاد می کند. همچنین، سطح کامپوزیت LDPE با افزودن ذرات BFD ساختاری آمورف از خود نشان می دهد. با افزایش محتوای BFD به 50 درصد وزنی، مدول کششی و استحکام خمشی کامپوزیت ها به ترتیب تا 372 و 166 درصد، در مقایسه با LDPE بدون فیلر افزایش یافت. از طرفی، با افزایش فیلر BFD، استحکام کششی کامپوزیت ها در مرحله اول بالا رفته و سپس به حداقل رسید. افزودن فیلرهای BFD به LDPE بازیافتی باعث شد تا همزمان با افزایش فیلر، مقاومت ضربه ای نیز به شدت کاهش یابد. علاوه براین، BFD دمای نرم شدگی ویکات در کامپوزیت های LDPE را برای کاربردهای بالقوۀ آنها بهبود بخشید. با این حال، افزودن BFD رسانایی حرارتی را در مواد کامپوزیت LDPE افزایش می دهد. به منظور کاهش ضریب هدایت حرارتی، فرایند اکستروژن را می توان پس از غوطه ور کردن ذرات پودر در مایع آغاز کرد تا رسانایی حرارتی در طول فرایند تولید کامپوزیت کاهش یابد. با افزایش فیلر BFD، سختی مواد و مقاومت شایشی نیز افزایش می یابد. لازم به ذکر است که این امر ناشی از هماتیت (Fe₂O₃) در محتویات گرد و غبار کوره بلند و افزایش میزان سختی ذرات است که در هنگام سایش روی سطح مقاومت کرده و مقدار LDPE بازیافتی کاهش می یابد. در نتیجه، استفاده مجدد از BFD و بازیافت LDPE در کامپوزیت ها و کاربردهای بیشتر این ماده در صنعت ساختمان بعنوان یک ماده ممکن است مسیر امیدوارکننده ای برای تولید کفپوش های پایدار باشد. همچنین می تواند صرفه جویی در منابع و کاهش ضایعات را هم فراهم کند.