تاثیرات چرخه بازیافت روی ترموپلاستیک مستعمل و ترموپلاستیک الاستومر
1.مقدمه
امروزه زباله سوزها و لندفیل ها روش های معمول مدیریتی شهرداری ها برای زباله های پلاستیکی هستند. اولین روش که استفاده از زباله سوزها است به لحاظ آزادسازی گازها و ترکیبات خطرناک مانند اکسیدهای نیتروژن، اکسیدهای گوگرد، غبار، دی‌اکسین و سایر مواد سمی، تاثیرات منفی بر روی محیط زیست دارد. این در حالی است که روش دوم که استفاده از لندفیل است به لحاظ ظرفیتی با محدودیت مواجه است زیرا زباله های پلاستیکی مقاومت بیشتری نسبت به تجزیه شدن دارند و حجم زباله های منهدم شده نیز در مقاطع خاصی از سال افزایش پیدا می‌کند. بازیافت زباله های پلاستیکی به یک روش جایگزین در مدیریت پسماند تبدیل شده است که مشکلات مربوط به اثرات منفی مستقیم روی محیط زیست را، که به دلیل استفاده از زباله سوزها و لندفیل ها رخ می‌دهد، کاهش می‌دهد. علاوه بر این، بازیافت زباله‌های پلاستیکی می‌تواند در حفاظت از انرژی و مواد از فرآیندهای تصفیه سوخت‌های فسیلی و تبدیل آنها به پلاستیک‌های خام مشارکت کند. با این وجود، ایجاد یک سیستم بازیافت موثر پسماندهای پلاستیکی به دلیل وجود پیچیدگی‌های ذاتی که در استفاده مجدد از پلیمرها وجود دارد همواره یک چالش بوده است؛ این پیچیدگی‌ها مربوط به تفکیک انواع پلیمرها و فرآیندهای خاص تصفیه آنها است. بنابراین بیشتر پسماندهای پلاستیکی از روش‌های بازیافت ابتدایی بازیافت می‌شوند که شامل استفاده از پلاستیک‌های ضایعاتی با خصوصیات یکسان با محصولات اصلی است. در صنعت تولید پلیمرهای ترموپلاستیک، اجزای پلاستیک‌های پلیمری ترموپلاستیک ابتدا اکسترود شده و به پولک تبدیل می‌شوند و سپس به فرآیند تولید بازمی‌گردند. در اروپا در سال 1997 تا 2002، یک افزایش ده درصدی در تولید زباله پلاستیکی در صنعت بسته بندی اتفاق افتاد. خصوصیات منحصر به فرد پلی‌اتیلن با دانسیته بالا (HDPE) به لحاظ سختی، استحکام مکانیکی بهتر، محدودیت‌های بهتر دمای کاری، و توانایی‌های فرایندی فوق‌العاده‌ای که دارد باعث ارائه کاربردهای وسیع به مشتریان می‌شود. استفاده های معمول از HDPE عبارتند از بسته بندی، کالاهای مصرفی و خانگی، لوله، کابل عایق و سایر محصولات مرتبط. با توجه به توجیه‌پذیر بودن استفاده از این مواد و فرآیندپذیری آنها، حجم HDPE سالانه در حال افزایش است و به یکی از سه کالای پلاستیکی بزرگ در جهان تبدیل شده است که بعد از پلی وینیل کلراید و پلی پروپیلن قرار گرفته است. مطالعات زیادی روی اثرات بازیافت روی پلی‌اتیلن انجام شده که روی خصوصیات مکانیکی آن متمرکز است که شامل مخلوط HDPE خام HDPE با افزودنی‌ها و کامپوزیت‌ها است. علاوه بر پلیمر ترموپلاستیک، پلیمرهای دیگری نیز وجود دارند که امکان بازیافت آنها وجود دارد. افزایش استفاده از ترموپلاستیک الاستومر در کاربردهایی مانند صنایع خودرویی، ساخت سازه‌ها، و سیم و کابل اثرات قابل توجهی روی محیط‌زیست دارد. خصوصیات ترموپلاستیک الاستومر و عملکرد آن مشابه لاستیک‌های ولکانیزه معمولی است؛ با این حال هنوز هم امکان فرآورش آن در حالت مایع و به عنوان یک پلیمر ترموپلاستیک وجود دارد. به دلیل خواص مکانیکی ویژه، این مواد به تدریج در حال جایگزینی به جای لاستیک‌های ولکانیزه سنتی یا الاستومرهای موجود در بازار هستند. قطعات اتومبیل مانند سپرها، پنل‌های بدنه، داشبوردها، و روکش درب‌ها امروزه از مواد پلی‌پروپیلنی پیشرفته (PP) تهیه می‌شوند. بیشتر اوقات مخلوط‌های چندفازی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در آنها PP یک فاز پیوسته و یک کوپلیمر اتیلن-پروپیلن (EPR) فاز پراکنده هستند. شبکه پلی‌پروپیلن باعث ایجاد سختی در ماده می‌شود در حالی که مواد لاستیکی به عنوان اصلاح کننده ضربه عمل می کنند و رفتار سفتی-ضربه متعادلی را ارائه می دهند. مطالعات کمی روی اثر بازیافت مخلوط‌های ترموپلاستیک الاستومر وجود دارد. تغییر در خصوصیات ترموپلاستیک الاستومر بازیافتی نیز باید به عنوان یکی از مهمترین عوامل در بازیافت مد نظر قرار گیرد. از آنجا که برای هر کاربرد خصوصیات خاصی مورد نیاز است، تغییر خواص که در حین فرایند بازیافت اتفاق می‌افتد ممکن است منجر به غیر قابل استفاده شدن یا ناایمن شدن این مواد گردد. مطالعات اندکی در مورد اثرات بازیافت روی ترموپلاستیک الاستومرها انجام شده است. در این مقاله ما با استفاده از روش اختلاط مذاب، نمونه‌هایی از ترموپلاستیک الاستومر را تهیه کردیم. اثر چرخه بازیافت و در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار گرفتن روی خصوصیات مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه هایی از پلیمرهای ترموپلاستیک در شرایط مشابه تهیه شد و خصوصیات آنها با ترموپلاستیک الاستومرها مقایسه گردید.
2. مواد و روش ها
ترموپلاستیک (TP) بسته‌بندی مستعمل ساخته شده از پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) و ترموپلاستیک الاستومر (TPE)،: کوپلیمر پروپیلن-اتیلن (EPR) حاصل از سپر ماشین که به همان شکل بریده شده و به قطعات کوچک با ابعاد mm 5*mm 5*mm 1 برش زده شد. هر دو پلیمر با استفاده از روش اختلاط مذاب در گرم‌کن Cole-Parmer StableTemp در دمای oC 180 برای 15 دقیقه ذوب شدند. آماده‌سازی نمونه‌ها با استفاده از روش قالب زنی فشاری با بار 1MPa برای مدت 15 دقیقه انجام شد. میزان رزین مورد نیاز اندازه‌گیری شده و بر اساس استاندارد ASTM D882-09 به صورت نوارهایی به ضخامت 1mm فشرده‌سازی شد. سپس نمونه ها برای تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی مورد تست قرار گرفتند. از تجهیز کشش Tinius Olsen H50KT برای این منظور استفاده شد. تست چگالی بر اساس اصل Archimedes انجام شد. برای آماده‌سازی نمونه جهت چرخه دوم بازیافت، نمونه‌های مستعمل به صورت گرانولی خرد شده و سپس ذوب شده و تحت فرایند قالب زنی فشاری قرار گرفتند. فرآیندهای آماده سازی نمونه های مشابه و تست تا 5 مرتبه تکرار شدند. برای انجام مطالعات اشعه ماوراء بنفش، در ابتدا نمونه‌ها برای یک هفته در محیط بیرون قرار گرفتند و سپس خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آنها مورد بررسی قرار گرفت.
3. نتیجه‌گیری
تجزیه حرارتی دارای اثراتی روی ترموپلاستیک و ترموپلاستیک الاستومر است. در پلیمرهای ترموپلاستیک (HDPE)، زمانی که چرخه بازیافت افزایش پیدا کرد، دانسیته، خصوصیات کششی، و مدول یانگ کاهش پیدا کردند ولی استحکام نهایی کاهش پیدا نکرد. تجزیه با نور ماوراء بنفش نیز دارای تاثیراتی مشابه تجزیه حرارتی بود. پس از قرارگیری در معرض اشعه ماوراء بنفش استحکام نهایی ترموپلاستیک افزایش چشمگیر 43.80% داشت. برای ترموپلاستیک الاستومرها (EPR)، خصوصیات مکانیکی (ویژگی‌های کششی، استحکام نهایی، و مدول یانگ) رفتار متفاوتی نسبت به پلیمرهای ترموپلاستیک داشتند. استحکام کششی، استحکام نهایی، و مدول یانگ ترموپلاستیک الاستومر مستقل از چرخه‌های بازیافت است. با این وجود، زمانی که پلیمرها در معرض پرتو ماوراء بنفش قرار گرفتند، حضور فیلرهای آنتی اکسیدانی در ترموپلاستیک الاستومر باعث افزایش استحکام کششی (28.23% افزایش) و مدول یانگ (29.16%) شد.