خواص مکانیکی و کاربرد کیسه‌های پلاستیکی بازیافتی HDPE

بررسی خواص مکانیکی و کاربرد کیسه‌های پلاستیکی بازیافتی پلی اتیلن سنگین

پلاستیک یکی از پرکاربردترین مواد در تولید محصولات بوده است. دفع زباله های پلاستیکی منجر به بروز مشکلات بزرگی در محیط اطراف می شود. بازیافت پلاستیک برای عصر حاضر که حجم پلاستیک های دور ریخته شده بیشتر از پلاستیک های بازیافتی یا قابل استفاده مجدد بیشتر است، ضرورت دارد. در این تحقیق، شرایط گرمایش بهینه در ساخت تخته های پلاستیکی از کیسه های پلاستیکی بازیافتی پلی اتیلن سنگین (HDPE) مورد بررسی قرار خواهد گرفت. بررسی دیگر کاربردهای احتمالی ممکن است همچنین با مقایسه محصولات موجود در بازار بیشتر محقق خواهد شد. نمونه های متعدد تولید شده؛ تحت بررسی های میکروسکوپی قرار گرفته و آزمایشات سختی و فشرده سازی نیز انجام شده است. نمونه های کیسه پلاستیکی HDPE با استفاده از یک فر معمولی خانگی بازیافت شدند و همچنین از یک عایق حرارتی برای جلوگیری از اتلاف حرارت استفاده شد. در این تحقیق دما و مدت زمان مختلف قرار گرفتن در فر بررسی شدند. کیسه های پلاستیکی خرد می شوند؛ در یک تابه فلزی قرار می گیرند؛ و در کوره با دما و مدت زمان گرمایش کنترل شده ذوب می شوند. سپس مواد کاملا ذوب شده را در قالب ریخته و برای تولید تخته یا میله برای آزمایشات مکانیکی مورد نیاز فشرده می شوند. در آزمایشات مشاهده شد که دما هرچه بالاتر باشد، سختی مواد نیز بهتر خواهد بود. همچنین مشاهده شد که زمان پیوند همگن مواد را تحت تاثیر قرار می دهد. دمای 230 درجه سانتیگراد و مدت زمان 60 دقیقه در فر خواص مکانیکی را بهبود می بخشد. تخته های پلاستیکی جامد در ساخت میز و صندلی، چرخ های دستی خرید کاربرد دارند که توصیه می شود برای ساخت این تخته های پلاستیکی از پلاستیک های بازیافتی HDPE استفاده شود.

در جامعه پایدار امروزی، پلاستیک ماده ای است که به طور مکرر مورد استفاده قرار گرفته و خود را در زندگی ما جای داده است. تولید جهانی پلاستیک درطول سالها به دلیل هزینه کم، تطبیق پذیری و پایداری فیزیکی و شیمیایی بالا و همچنین فرایندهای تولید و فرآوری ساده به تدریج افزایش یافته است. ازمیان ترموپلاستیک های رایج مورد استفاده می توان پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی اتیلن سنگین (HDPE)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی پروپیلن (PP) و پلی استایرن (PS) را نام برد که با برچسب های موجود بر روی محصولات قابل شناسایی هستند. باتوجه به خواص شیمیایی پلاستیک ها، تجزیه آنها چندین دهه طول می کشد. به دلیل استفاده تجاری گسترده از آنها، حجم فعلی زباله باتوجه به خطرات زیست محیطی ناشی از آنها درصورت دفع نادرست به یک تهدید جدی تبدیل شده است. پلاستیک های متداول در کابردهای خانگی انباشت زباله های پلاستیکی غیرقابل بازیافت را افزایش می دهند. در فرایند بازیافت، پلاستیک ها براساس شکل، اندازه، چگالی، رنگ و ترکیبات شیمیایی دسته بندی می شوند. در سال 2015 مقدار ضایعات پلاستیکی تولید شده در سطح جهان 322 میلیون تن بود که 3.5 درصد نسبت به سال گذشته افزایش داشت. سالانه حجم زباله های پلاستیکی تولید شده در اروپا به طور متوسط ​​25 میلیون تن است که از این میزان 29.7 درصد به طور کامل بازیافت شده؛ 39.5 درصد برای تولید انرژی و 30.8 درصد باقیمانده در زمین دفن شدند. حجم زباله های الکترونیکی در سال 2016 حدود 44.7 میلیون تن ارزیابی شد و انتظار می رفت با نرخ رشد سالانه 3 تا 4 درصد در سال 2021 به 52.2 میلیون تن برسد.

علیرغم داشتن حجم خیره کننده میلیونی، نرخ جهانی بازیافت زباله های الکترونیکی تنها 15 درصد است. این میزان در ایالات متحده، چین و اروپا به ترتیب 9، 25 و 30 درصد ثبت شده است درحالی که نرخ بازیافت جهانی به طور متوسط ​​18 درصد است. تا سال 2015 حجم تولید زباله های پلاستیکی 6300 میلیون متریک بود که از این میزان 79 درصد دور ریخته شده، 12 درصد سوزانده می شود و تنها 9 درصد از آنها بازیافت می شود. بیشتر ضایعات پلاستیکی یا دفن شده و یا سوزانده می شوند که این امر موجب افزایش آلودگی می شود درحالی که از پلاستیک های بازیافتی می توان باتوجه به خواص بازیافت شده آنها در ساخت محصولات مختلف استفاده کرد. مصرف پلاستیک به تدریج افزایش خواهد یافت. با این حال، به چندین روش بازیافت برای بازیابی پلاستیک نیاز است که شامل بازیافت مکانیکی، بازیافت شیمیایی، پیرولیز و گازی سازی می شود. پرکاربردترین روش های بازیافت روش های مکانیکی و شیمیایی هستند. روش بازیافت مکانیکی که همان بازیافت اولیه است، به عنوان فرایند اکستروژن مجدد یا حلقه بسته شناخته می شود. کامپوزیت های چوب پلاستیک ساخته شده از مخلوط متفاوت، قدرت متفاوتی دارند و همچنین ترکیب پلاستیک های بازیافتی خواص ترکیبی بهینه ای دارد. کیسه های پلاستیکی بیشترین سهم را در آلوده کردن و تخریب محیط طبیعی دارند. از حلال ها نیز برای حل کردن پلیمرها در فرایند بازیافت پلاستیک استفاده شده است.

تست سختی شُر

تست سختی بر روی نمونه ها مطابق با استانداردهای ASTM D2240 انجام شد به طوری که هر خوانش 12 میلیمتر از لبه ها و 6 میلیمتر در بین هر نقطه بود. همه داده ها باتوجه به زمان و دما ثبت و جدول بندی می شوند. در شکل زیر نتایج حاصل از آزمایش سختی در دما و مدت زمان مختلف حرارت در فر ارائه شده است.

شکل 1:

از نمودار بالا می توان مشاهده نمود که مقدار سختی با افزایش دما افزایش می یابد. در هر مدت زمان، دمای بالاتر منجر به افزایش مقدار سختی می شود. بالاترین مقدار سختی نمونه های HDPE در دمای 210 درجه سانتیگراد 91.1 است درحالی که بالاترین مقدار سختی در دمای 230 درجه 95.8 ثبت شد. باتوجه به این رفتار نمونه، درنهایت مشاهده شد که دما سختی نمونه را تحت تاثیر قرار می دهد اما بیشترین مقدار سختی بعد از دقایق 60 ثبت شد.

ساختار سطحی میکروسکوپی

همه نمونه ها از شرایط مختلف بازیافت بزرگنمایی شده و باهدف مطالعه ساختار سطحی با کمک میکروسکوپ مورد بررسی قرار گرفته اند. بررسی ها با چشم غیرمسلح، درمقایسه با بزرگنمایی میکروسکوپی که شیارهای هر سطح را نشان می داد، سطح صافی را نشان داد. قدرت بزرگنمایی به کار رفته برای بررسی هر نمونه 10 X است. نتایج حاصل از مشاهده ساختار سطحی HDPE هنگام حرارت در دمای 230 درجه سانتیگراد در مدت زمان های مختلف به ترتیب در شکل های زیر نشان داده شده است.

شکل 2:

شکل 3:

شکل 4:

تست فشرده سازی

نمونه های استوانه ای تهیه شده و با استفاده از دستگاه تست فشرده سازی آنالوگ Kenco سری E آزمایش شدند. پس از فشرده سازی نمونه ها، HDPE همانطور که خواص شکل پذیری نمونه‌ها نشان می‌دهند، از کناره ترک خوردند. ترک های HDPE در مقدار مشخصی از بار اتفاق افتاده و آزمایش متوقف شد. مقاومت فشاری براساس داده های به دست آمده از تست فشرده سازی قابل بررسی است. ارزش به دست آمده مطابق با تجهیزات نیوتن است که از فرمول خاصی برای محاسبه مقدار مقاومت فشاری استفاده می کند. در جدول مقادیر مقاومت فشاری HDPE بازیافت شده در مدت زمان گرمایش 60 دقیقه ارائه شده است.

جدول 1:

می توان مشاهده کرد که در دمای 220 درجه سانتیگراد، HDPE بازیافتی دارای بالاترین مقاومت فشاری 21.89 مگاپاسکال است. در دمای بازیافت بالاتر هیچ افزایش مقاومت فشاری قابل مشاهده نیست.

کلام آخر

در این مقاله به این نتیجه رسیدیم که درجه حرارت گرمایش و مدت زمان فرایند بازیافت در داخل فر عوامل غالب بر بازیافت کیسه های پلاستیکی به شمار می روند. به دمای مشخصی برای بهبود بازیافت نیاز است. همچنین مدت زمان داخل فر نیز بر تولید HDPE بازیافتی با کیفیت تاثیر دارد. دمای گرمایش 230 درجه سانتیگراد و مدت زمان 60 دقیقه بهترین خواص مکانیکی برای بازیافت HDPE را به همراه دارد. همچنین دریافتیم که اگر دمای بازیافت بیش از حد باشد، مواد ممکن است بسوزند. برخی از علائم سوختگی با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است اما برخی از آنها فقط ازطریق مشاهده میکروسکوپی قابل رویت هستند. درمقایسه با دیگر مواد، خواص مکانیکی HDPE بازیافتی می تواند تمامی معیارهای مورد نیاز برای استفاده از تخته های تخت در ساخت میز و صندلی را برآورده کند. علاوه براین، می توان از آن برای جایگزینی غلتک های بیکار و لنت های قالب مورد استفاده برای شکل دهی فلز استفاده کرد.