پلی اتیلن سنگین HDPE بازیافتی

بررسی کاربرد و خواص مکانیکی پلی اتیلن سنگین در کیسه‌های پلاستیکی بازیافتی

پلاستیک که از دیرباز تاکنون یکی از پرکاربردترین مواد در تولید محصولات بوده است، دفع زباله‌های پلاستیکی منجر به تجمع ضایعات پلاستیکی و به تبع آن دفع زباله‌های پلاستیکی در محیط اطراف شده است. امروزه که استفاده از پلاستیک‌های دورریختنی بیشتر از پلاستیک‌های بازیافتی یا چندبار مصرف است، بازیافت پلاستیک بسیار کمک کننده خواهد بود. در این تحقیق، شرایط گرمایش بهینه در ساخت تخته‌های پلاستیکی ساخته شده از کیسه‌های پلاستیکی پلی اتیلن سنگین (HDPE) بازیافتی را مورد بررسی قرار دادیم. با مقایسه این مواد با محصولات موجود در بازار ممکن است به سایر برنامه‌های کاربردی نیز دست یابیم. نمونه‌های متعددی تولید شده و تحت بررسی میکروسکوپی، آزمایش سختی و فشرده سازی قرار گرفتند. نمونه‌های کیسه پلاستیکی HDPE با استفاده از یک فر معمولی خانگی بازیافت شده و از عایق حرارتی آنها برای جلوگیری از اتلاف حرارت استفاده می‌شود. در اینجا دما و زمان مختلف قرار گرفتن در فر هم بررسی شده است. کیسه‌های پلاستیکی HDPE به ذرات ریزی خرد شده، در یک تابه فلزی ریخته و در کوره با دما و مدت زمان گرمایش کنترل شده ذوب می‌شوند. سپس مواد کاملا ذوب شده را در قالب ریخته و برای تولید ورق یا میلگرد برای انجام آزمایشات مکانیکی فشرده می شوند. آزمایشات نشان داد که در دمای بالا سختی مواد افزایش می‌یابد. همچنین مشاهده شد که مدت زمان نگهداری در فر پیوند همگن مواد را تحت تاثیر قرار می‌دهد. مواد در دمای حرارت 230 درجه سانتی‌گرادی و مدت زمان 60 دقیقه عملکرد مکانیکی بهتری دارد. ورق‌های پلاستیکی جامد HDPE بازیافتی برای ساخت میز، صندلی و چرخ‌های چرخ دستی خرید کاربرد دارند.

در جامعه پایدار امروزی، پلاستیک ماده‌ای است که به طور مکرر مورد استفاده قرار می‌گیرد و خود را در زندگی روزمره ما جا داده است. تولید جهانی پلاستیک در طول سالها به دلیل هزینه کم، تطبیق پذیری و بالا بودن پایداری فیزیکی و شیمیایی، و تولید و فرآوری آسان به تدریج افزایش یافته است. ترموپلاستیک‌های معمولی تجاری شامل پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی اتیلن سنگین (HDPE)، پلی ینیل کلرید (PVC)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی پروپیلن (PP) و پلی استایرن (PS) می‌شوند که با برچسب بر روی محصولات قابل شناسایی هستند. با توجه به خواص شیمیایی پلاستیک‌ها، تجزیه آنها چندین دهه طول می‌کشد. به دلیل استفاده تجاری گسترده از آنها، امروزه حجم ضایعات پلاستیکی به یک معضل محیطی تبدیل شده است که در صورت دفع نادرست خطرات زیست محیطی به همراه خواهد داشت. پلاستیک‌های مورد استفاده خانگی به حجم ضایعات پلاستیکی غیرقابل بازیافت دامن می‌زند. فرایند بازیافت پلاستیک با دسته بندی آنها براساس شکل، اندازه، چگالی، رنگ و ترکیب شیمیایی انجام می‌شود. در سال 2015 میزان تولید پلاستیک 322 میلیون تن بود که نسبت به سال قبل 3.5 درصد افزایش داشت. در اروپا سالانه به طور متوسط 25 میلیون تن زباله پلاستیکی تولید می‌شود که 29.7 درصد آن قابل بازیافت، 39.5 درصد برای بازیابی انرژی و 30.8 درصد باقیمانده دفن می‌شوند. در سال 2016، حجم زباله‌های الکترونیکی با نرخ رشد سالانه 3 تا 4 درصد به 44.7 میلیون تن رسید که انتظار می‌رود در سال 2021 به 52.2 میلیون تن برسد.

علیرغم داشتن حجم بالای ضایعات، در کل نرخ جهانی بازیافت زباله‌های الکترونیکی تنها 15 درصد است. نرخ بازیافت زباله‌های الکترونیکی در ایالات متحده، چین و اروپا به ترتیب 9، 25 و 30 درصد است در حالی که رقم جهانی آن متوسط 18 درصد می‌باشد. تا سال 2015 میزان زباله‌های پلاستیکی حدود 6300 میلیون متریک تن، 79 درصد دور ریختنی، 12 درصد سوزانده و تنها 9 درصد آنها بازیافتی بودند. بیشتر زباله‌های پلاستیکی یا دفن یا سوزانده می‌شوند که باعث افزایش آلودگی می‌شوند. در حالی که می‌توان از پلاستیک‌های بازیافتی باتوجه به خواص بازیافتی شان در ساخت قطعات گوناگون استفاده کرد. مصرف پلاستیک به تدریج افزایش یافته و به چندین روش بازیافت برای بازیابی پلاستیک نیاز است که شامل بازیافت مکانیکی، بازیافت شیمیایی، تجزیه حرارتی و تبدیل به گاز می‌شود. از بازیافت مکانیکی و شیمیایی به طور گسترده استفاده می‌شود. یکی از روش‌های بازیافت مکانیکی بازیافت اولیه است که همچنین به عنوان اکستروژن مجدد یا فرایند حلقه بسته شناخته می‌شود. کامپوزیت‌های چوب پلاستیک ساخته شده از مخلوط متفاوت، قدرت متفاوتی دارد و همچنین ترکیب پلاستیک‌های بازیافتی خواص ترکیبی بهتری دارد. کیسه‌های پلاستیکی که کالای محبوبی در زندگی روزمره است، باعث آلودگی و تخریب محیط زیست می‌شود. از حلال‌ها نیز برای تجزیه  پلیمرها در بازیافت پلاستیک استفاده می شود.

تست سختی شور

تست سختی مطابق با استانداردهای ASTM D2240 بر روی نمونه‌ها انجام شد و هر خوانش 12 میلی‌متر از لبه‌ها و 6 میلی‌متر در بین هر نقطه گزارش شد. همه داده‌ها باتوجه به زمان و دما ثبت و جدول بندی شدند. در شکل زیر نتایج سختی در درجه و زمان حرارتی مختلف فر ارائه شده است.

شکل 1:

از نمودار بالا می‌توان نتیجه گرفت که مقدار سختی مواد با افزایش دما افزایش می‌یابد. در هر مدت زمان، دمای بالاتر منجر به مقدار سختی بالاتر می‌شود. بالاترین مقدار سختی در نمونه‌های HDPE در دمای 210 درجه سانتی‌گراد 91.1 گزارش شد در حالی که بالاترین رقم در 230 درجه سانتی‌گراد 95.8 است. در نهایت، باتوجه به رفتار نمونه مشاهده شد که دما روی سختی نمونه تاثیر دارد اما بیشترین مقدار سختی بعد از 60 دقیقه ثبت شد.

ساختار سطحی میکروسکوپی

همه نمونه‌ها در شرایط مختلف بازیافت بزرگ‌نمایی شده و با کمک میکروسکوپ ساختار سطحی آنها بررسی شد. سطح نمونه‌ها با چشم غیرمسلح در مقایسه با بزرگ‌نمایی میکروسکوپی که شیارهای آنها را هم نشان می‌داد، صاف بود. قدرت بزرگ‌نمایی که برای مشاهده هر نمونه استفاده می‌شود 10 X است. نتایج به دست آمده از بررسی ساختار سطحی پلاستیک‌های HDPE در درجه حرارتی 2300 درجه سانتی‌گراد و مدت زمان‌های مختلف در اشکال زیر نشان داده شده است.

شکل 2:

شکل 3:

شکل 4:

در این مقاله، ما به این نتیجه رسیدیم که درجه حرارت بازیافت و مدت زمان نگهداری در فر فاکتورهای مهمی در بازیافت کیسه‌های پلاستیکی HDPE هستند. برای بازیافت بهتر باید در دمای مشخصی تنظیم شود. همچنین مدت زمان داخل فر نیز کیفیت HDPE بازیافتی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در درجه حرارت 230 سانتی‌گراد با مدت زمان 60 دقیقه‌ای می توان به بهترین خواص مکانیکی در بازیافت HDPE دست یافت. همچنین اثبات شد که اگر دمای بازیافت بیش از حد بالا باشد، مواد را می‌سوزاند به طوری که آثار سوختگی با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده است اما برخی از آنها را فقط ازطریق میکروسکوپ می‌توان دید. در مقایسه با سایر مواد، مشخص شد که از HDPE بازیافتی به دلیل دارا بودن کیفیت مکانیکی بالا می‌توان در ساخت ورقهای میز و صندلی استفاده کرد. علاوه براین، می‌توان از آن برای جایگزینی غلتک‌های نقاله و لنت‌های قالب برای شکل دهی فلز استفاده کرد. تسمه‌های نقاله ممکن است توسط غلتک‌های آزاد پشتیبانی شوند. علاوه براین، HDPE بازیافتی برای چرخ‌های چرخ خرید پیشنهاد می‌شود.