بازیافت محصولات پلیمری با استفاده از مستربچ های افزودنی
بازیافت پلیمرها نقش حیاتی در حفاظت از محیط زیست و استفاده بهینه از منابع دارد. به همین دلیل امروزه بازیافت مواد پلیمری رواج بسیاری پیدا کرده است و برای بهبود فیزیکی و خواص محصولات پلاستیکی از مستربچ افزودنی در این فرایند استفاده می شد در ادامه بیشتر درباره مزایای بازیافت محصولات پلیمیری صحبت کرده ایم با ما همراه باشید.
مزایای بازیافت محصولات پلیمری
پلیمر نیز یک منبع تجدیدناپذیر و زیست تخریب پذیر به حساب می آید که تولید انبوه آن می تواند باعث بروز آلودگی و بسیاری مشکلات دیگر شود. یکی از روش های جلوگیری از آلودگی محیط زیست بازیات محصولات پلیمری و جلوگیری از تولید مجدد آن می باشد. با استفاده از بازیافت محصولات پلیمری به راحتی می توان آلودگی محیط زیست و تامین نیاز مردم به محصولات پلاستیکی را کنترل کرد. در نهایت حفظ منابع طبیعی با استفاده از بازیافت محصولات پلیمری امکان پذیر خواهد بود. البته باید بدانید که در بازیافت محصولات پلیمری یک سری موانع هم وجود دارد که در ادامه درباره آنها صحبت خواهیم کرد.
بررسی موانع موجود در بازیافت محصولات پلیمری
اگر تصور می کنید که همه محصولات پلیمری را میتوان بازیافت کرد سخت در اشتباهید چرا که موانع بسیاری در بازیافت محصولات پلیمری وجود خواهد داشت. جالب است بدانید که فرایند بازیافت محصولات پلیمری همیشه مقرون به صرفه نخواهد بود. چرا که تنوع در محصولات پلیمری بسیار بالا است و همین مسئله فرایند بازیافت محصولات پلیمری را دشوار خواهد کرد. بازیافت کردن محصولات پلیمری که چند لایه دارند کار دشوار و هزینه سازی خواهد بود. چرا که جدا سازی چند لایه پلیمر کار دشواری است. منظور از چند لایه بودن محصولات پلیمری، استفاده از چند نوع پلیمر مختلف نیز می باشد. گاهی نیز ممکن است به دلیل استفاده از محصول پلاستیکی پلیمر آن رنگ غذا یا هر موادی که درون آن قرار داشته است را به خود گرفته باشد در چنین شرایطی نمی توان ان محصول را بازیافت کرد چرا که پلیمر آلوده شده و دیگر قابل استفاده مجدد نخواهد بود. در صورتی که تعداد محصولات پلیمری مورد تایید برای این فرایند کم باشند بازیافت محصولات پلیمری انجام نخواهد شد. چرا که هزینه بازیافت محصولات پلیمری بسیار بالا است و اگر تعداد کم باشد صرف میلیون ها دلار برای این فرایند منطقی نخواهد بود.
نکته: موانع موجود در بازیافت عامل حذف کلی این فرایند نخواهند بود و همچنان بازیافت محصولات پلیمری قابل انجام است. با استفاده از این روش می توان محصولات متنوع و کاربردی بسیاری را تولید کرد. از محصولات تولید شده با استفاده از روش بازیافت می توان به بطری های پلاستیکی، کیسه های فروشگاهی، ظرف های شیر و .. نیز اشاره کرد. در ادامه به معرفی پلیمر های قابل بازیافت و سایر محصولاتی که به این روش تولید می شوند اشاره خواهیم کرد.
معرفی پلیمر های قابل بازیافت
همانطور که متوجه شده اید بازیافت پلیمر ها با یک سری محدودیت همراه است. بنابراین در این بخش ما قصد داریم به معرفی پلیمر های قابل بازیافت بپردازیم. یکی از رایج ترین پلیمر هایی که امروزه قابلیت بازیافت دارد PET نام دارد. از PET در صنعت مد برای تولید محصولاتی مانند: لباس های پشمی، کوله پشتی، فرش و.. استفاده می شود. جالب است بدانید که با بازیافت چند بطری پلاستیکی می توان یک تیشرت زیبا تولید کرد. در روش بازیافت مواد پلاستیکی با استفاده از مواد پلیمری PET، محصولات را خرد کرده و به تکه های کوچک تبدیل می کنند. سپس این تکه های کوچک همانند نخ ریسیده می شوند و به عنوان یک ماده اولیه مناسب برای تولید پوشاک در صنایع نساجی استفاده می شود. یکی از دلایل محبوبیت پلیمر PET عدم محدودیت در استفاده ازآن برای بازیافت نیز می باشد. یکی از کاربرد های جالب پلیمر PET بازیافت 600000 بطری پلاستیکی و ساخت یک خانه در کانادا نیز می باشد. در ادامه به معرفی سایر پلیمر های قابل بازیافت دیگر اشاره خواهیم کرد به ادامه این مطلب توجه کنید.
بهبود خواص پلیمر ها با استفاده از افزودنی ها
بهبود خواص پلیمرها با استفاده از افزودنی‌ها یکی از روش‌های مهم و مؤثر در مهندسی مواد است. افزودنی موادی است که به مقدار کمی به پلیمرها اضافه می‌شود تا خواص فیزیکی، مکانیکی، حرارتی و شیمیایی آنها را بهبود بخشند. در جهت بهبود خواص مواد پلیمری نیاز است که از مستربچ افزودنی استفاده شود. ار مزایای استفاده از افزودنی در بازیافت مواد پلیمری می توان به افزایش طول عمر و بهبود ظاهر محصولات پلاستیکی نیز اشاره کرد. مواد افزودنی مناسب برای بازیافت محصولات پلاستیکی شامل: سازگار کننده ها، اصلاح کننده های ضربه، پایدار کننده ها و .. نیز اشاره کرد. در ادامه به معرفی پلیمر های قابل بازیافت خواهیم پرداخت.
پلی اتیلن و ویژگی های آن
پلی‌اتیلن یکی از پرکاربردترین پلیمرها در جهان است. این ماده پلاستیکی از طریق پلیمریزاسیون اتیلن تولید می‌شود و به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. در ادامه به توضیحاتی درباره پلی‌اتیلن، انواع آن، خواص و کاربردهایش پرداخته شده است. پلی‌اتیلن بر اساس چگالی و ساختار مولکولی به چند دسته تقسیم می‌شود. پلی‌اتیلن به عنوان یکی از مهم‌ترین پلیمرها در صنایع مختلف نقش بسزایی دارد و با توجه به مزایای متعدد و کاربردهای گسترده‌اش، همچنان یکی از پرمصرف‌ترین مواد پلاستیکی در جهان باقی مانده است. ویژگی های پلی اتیلن عبارتند از :
مقاومت به سایش: پلی‌اتیلن مقاومت خوبی در برابر سایش و خراش دارد.
انعطاف‌پذیری: پلی‌اتیلن‌های چگالی پایین (LDPE و LLDPE) انعطاف‌پذیری بالایی دارند.
دمای ذوب: دمای ذوب پلی‌اتیلن بسته به نوع آن متفاوت است، معمولاً در محدوده 110-130 درجه سانتیگراد.
مقاومت به خستگی: پلی‌اتیلن دارای مقاومت مناسبی در برابر خستگی است و می‌تواند تحت بارهای متناوب به خوبی عمل کند.
عایق حرارتی: پلی‌اتیلن دارای خواص عایق حرارتی خوبی است و می‌تواند به عنوان عایق حرارتی در برخی کاربردها استفاده شود.
پایداری حرارتی: پلی‌اتیلن در دماهای بالا پایداری مناسبی دارد، هرچند که نباید به مدت طولانی در معرض دماهای بسیار بالا قرار گیرد.
مقاومت به اشعه UV: پلی‌اتیلن حساس به اشعه ماوراء بنفش است و ممکن است در معرض نور خورشید تخریب شود، اما میتوان با افزودن پایدارکننده‌های UV این مشکل را کاهش داد.
کاربرد و مزایای استفاده از پلی پروپلین
پلی‌پروپیلن به عنوان یک پلیمر چندمنظوره و پرکاربرد در بسیاری از صنایع نقش حیاتی ایفا می‌کند. توسعه روش‌های بازیافت و بهبود فرآیندهای تولید می‌تواند به کاهش تأثیرات زیست‌محیطی و افزایش کارایی این ماده کمک کند. یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین پلیمرهای ترموپلاستیک پلی پروپلین به حساب می آید. ویژگی های پلی پروپلین عبارتند از:
عایق الکتریکی: پلی‌پروپیلن خواص عایق الکتریکی بسیار خوبی دارد.
سبک و مقاوم: پلی‌پروپیلن سبک است و در عین حال دارای مقاومت مکانیکی خوبی است.
قابلیت بازیافت: این ماده به راحتی قابل بازیافت است و می‌تواند به محصولات جدید تبدیل شود.
مقاومت به مواد شیمیایی: این پلیمر در برابر اسیدها، بازها و حلال‌های آلی مقاومت بالایی دارد.
مقاومت به حرارت: پلی‌پروپیلن دارای نقطه ذوب بالاست و می‌تواند در دماهای بالا عملکرد خوبی داشته باشد.
انعطاف‌پذیری: این ماده دارای انعطاف‌پذیری بالاست و می‌تواند در دماهای پایین نیز انعطاف‌پذیری خود را حفظ کند.
بررسی خواص پلی استایرن
پلی استایرن:پلی‌استایرن (Polystyrene یا PS) یک پلیمر ترموپلاستیک است که از مونومر استایرن ساخته می‌شود. این پلیمر به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد خود در بسیاری از کاربردها و صنایع مختلف استفاده می‌شود. پلی‌استایرن دارای شفافیت بالایی است که آن را برای کاربردهای نیازمند به دیداری خوب مناسب می‌کند. این پلیمر سخت و شکننده است، اما می‌تواند به صورت ضربه‌پذیر نیز تولید شود. پلی‌استایرن دارای خواص عایق حرارتی خوبی است. این پلیمر بسیار سبک است و به راحتی قابل جابجایی و حمل و نقل است. پلی‌استایرن به راحتی قالب‌گیری و شکل‌دهی می‌شود. در ادامه به معرفی ویژگی های پلی استایرن خواهیم پرداخت.
عایق حرارتی: پلی‌استایرن دارای خواص عایق حرارتی خوبی است.
قابلیت شکل‌دهی: پلی‌استایرن به راحتی قالب‌گیری و شکل‌دهی می‌شود.
سبک: این پلیمر بسیار سبک است و به راحتی قابل جابجایی و حمل و نقل است.
سختی و استحکام: این پلیمر سخت و شکننده است، اما می‌تواند به صورت ضربه‌پذیر نیز تولید شود.
شفافیت: پلی‌استایرن دارای شفافیت بالایی است که آن را برای کاربردهای نیازمند به دیداری خوب مناسب می‌کند.
اهمیت سازگاری در مخلوط پلیمر های بازیافتی
همانطور که متوجه شده اید برای تولید محصولات پلاستیکی جدید به روش بازیافت از زباله های پلاستیکی استفاده می شود. در بین زباله های پلاستیکی محصولات متنوع با پلیمر های مختلفی وجود دارد. این تنوع در بین محصولات نیز باعث می شود که گاهی به دلیل اجزای مخلوط پلاستیکی ناهمگن ناسازگاری بوجود بیاید. تنها در حالتی عدم سازگاری بین محصولات پلیمری به وجود خواهد آمد که ساختار پلیمر ها از نظر شیمیایی با یکدیگر تفاوت داشته باشند. بنابراین در تولید محصولات پلیمری برای جلوگیری از پارگی و ایجاد مشکل در ظاهر پلاستیک ها را به فاز های مختلف تقسیم می کنند. به طور کلی در تولید محصولات پلاستیکی به روش بازیافت مواد به دو دسته بندی پلیمر غلظت بالا و غلظت پایین تقسیم می شوند. با توجه به این مسئله که محصولات پلاستیکی ممکن است آن دوام و مقاومت قبلی را نداشته باشند برای بهبود عملکرد، افزایش کیفیت مواد و به دست آمدن مخلوطی همگن از سازگار کننده ها استفاده می شود.
سازگار کننده چیست و مزایای استفاده از آن
در صنعت تولید محصولات پلیمری بازیافتی، سازگارکننده‌ها نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند. این مواد افزودنی به پلیمرهای بازیافتی اضافه می‌شوند تا خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی آنها را بهبود بخشند. از مزایای استفاده از سازگارکننده در تولید محصولات پلیمری می توان به افزایش چسبندگی در مرز بین دو فاز، به حداقل رساندن جدایی فاز ها در حالت جامد، اصلاح سطوح مشترک بین پلیمر ها، جلوگیری از لایه لایه شدن مواد پلیمری و .. نیز اشاره کرد. سازگارکننده‌ها نقش حیاتی در تولید محصولات پلیمری بازیافتی ایفا می‌کنند. آنها می‌توانند به بهبود کیفیت و عملکرد محصولات نهایی کمک کنند و امکان استفاده بیشتر از مواد بازیافتی را فراهم آورند، که این امر به نوبه خود به پایداری محیط زیست و کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند. در ادامه بیشتر درباره مزایای استفاده از سازگارکننده صحبت خواهیم کرد با ما همراه باشید.
بهبود ظاهر محصول: افزودن سازگارکننده‌ها می‌تواند به بهبود ظاهر محصولات پلیمری بازیافتی کمک کند. این مواد می‌توانند باعث افزایش براقیت، شفافیت و یکنواختی رنگ محصولات شوند.
بهبود چسبندگی بین پلیمرهای مختلف :یکی از چالش‌های اصلی در بازیافت پلیمرها این است که مواد بازیافتی ممکن است از انواع مختلف پلیمرها تشکیل شده باشند که با هم سازگار نیستند. سازگارکننده‌ها می‌توانند چسبندگی بین این پلیمرها را افزایش دهند و به ایجاد یک مخلوط همگن و پایدار کمک کنند.
افزایش خواص مکانیکیک : سازگارکننده‌ها می‌توانند خواص مکانیکی مواد پلیمری بازیافتی مانند استحکام کششی، مقاومت به ضربه و مدول الاستیک را بهبود بخشند. این امر باعث می‌شود محصولات نهایی دوام و کارایی بیشتری داشته باشند.
بهبود فرآیندپذیری: افزودن سازگارکننده‌ها می‌تواند فرآیندپذیری پلیمرهای بازیافتی را تسهیل کند. این مواد می‌توانند به کاهش ویسکوزیته و بهبود جریان مواد در طول فرآیند تزریق و قالب‌گیری کمک کنند، که منجر به تولید محصولات با کیفیت بالاتر می‌شود.
کاهش نقص‌ها و معایب: سازگارکننده‌ها می‌توانند به کاهش نقص‌ها و معایب محصولاتی که از مواد بازیافتی ساخته شده‌اند، کمک کنند. به عنوان مثال، می‌توانند از ایجاد ترک‌ها، حفره‌ها و عدم یکنواختی در سطح محصول جلوگیری کنند.
افزایش پایداری حرارتی و شیمیایی: سازگارکننده‌ها می‌توانند پایداری حرارتی و شیمیایی پلیمرهای بازیافتی را افزایش دهند. این ویژگی به ویژه در محصولاتی که تحت شرایط سخت محیطی قرار می‌گیرند، بسیار حائز اهمیت است.
افزایش استفاده از مواد بازیافتی: با بهبود خواص مواد پلیمری بازیافتی، سازگارکننده‌ها می‌توانند به افزایش مقدار استفاده از مواد بازیافتی در تولید محصولات جدید کمک کنند. این امر می‌تواند به کاهش وابستگی به مواد خام و کمک به حفظ منابع طبیعی بیانجامد.
افزودنی های مناسب برای افزایش کیفیت بازیافت
افزودنی‌های مناسب برای افزایش کیفیت بازیافت مواد مختلف (مانند پلاستیک‌ها، فلزات، کاغذ، و غیره) می‌توانند به بهبود فرآیند بازیافت و افزایش کیفیت محصول نهایی کمک کنند. از افزودنی های مناسب برای افزایش کیفیت بازیافت می توان به عوامل جفت کننده، بهبود دهنده های ضربه ای، غیر فعال کننده های فلزی، تنظیم کننده های جریان مذاب، کاهش دهنده بو، پایدار کننده نوری، براق کننده نوری، آنتی اکسیدانت ها، مستربچ های رطوبت گیر و .. استفاده کرد که در ادامه به معرفی کامل آن ها خواهیم پرداخت.
افزودنی های مخصوص بازیافت عبارتند از:
آنتی اکسیدانت: برای جلوگیری از خواص مکانیکی ناشی از تخریب ترمومکانیکی در حین تولید محصولات پلاستیکی به روش بازیافت می توان از آنتی اکسیدانت استفاده کرد. افزودن آنتی اکسیدانت به مواد پلیمری باعث می شود که مقاومت مواد پلیمری در برابر اکسیداسیون افزایش پیدا کند. آنتی اکسیدانت برای جلوگیری از تخریب حرارتی و اکسیداتیو پلاستیک‌ها در طول فرآیند بازیافت بسیار مناسب است.
کاهش دهنده بو:برای کاهش بو در فرآیند بازیافت، از افزودنی‌های مختلفی استفاده می‌شود که می‌توانند بوهای نامطلوب را جذب، تجزیه یا خنثی کنند. برای از بین بردن بو نامطلوب در فرایند تولید محصوات پلیمری از کربن فعال، زئولیت ها، سیلیکا ژل نیز استفاده می شود. کربن فعال به دلیل سطح بالای جذب، بوهای نامطلوب را به خوبی جذب می‌کند و برای کاهش بو در بازیافت پلاستیک‌ها و مواد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. مواد معدنی با ساختار متخلخل که می‌توانند بوهای مختلف را جذب کنند. جاذب رطوبت و بو که در فرآیندهای مختلف بازیافت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پایدار کننده نوری: پایدارکننده‌های نوری (UV stabilizers) از مهم‌ترین افزودنی‌ها در تولید محصولات پلیمری به روش بازیافت هستند. این مواد برای جلوگیری از تخریب ناشی از نور ماوراء بنفش (UV) که می‌تواند به مرور زمان باعث کاهش کیفیت و طول عمر محصولات پلیمری شود، استفاده می‌شوند. با استفاده مناسب از پایدارکننده‌های نوری، میتوان کیفیت و عمر مفید محصولات پلیمری بازیافتی را بهبود بخشید و از تخریب ناشی از نور ماوراء بنفش جلوگیری کرد.
براق کننده نوری:براق‌کننده‌های نوری با جذب نور فرابنفش (UV) و انتشار آن به صورت نور آبی-بنفش عمل می‌کنند. این فرآیند باعث می‌شود تا پلیمرها سفیدتر و درخشان‌تر به نظر برسند. این مواد معمولاً از خانواده ترکیبات آلی مانند مشتقات استیلبن، کومارین و پیرازولین هستند.با استفاده مناسب از براق‌کننده‌های نوری در فرآیند بازیافت پلیمرها، میتوان کیفیت و ظاهر محصولات نهایی را بهبود بخشید و آنها را برای مصرف‌کنندگان جذاب‌تر کرد.
عوامل جفت کننده:عوامل جفت‌کننده (Coupling Agents) نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی محصولات پلیمری تولید شده به روش بازیافت ایفا می‌کنند. این عوامل به بهبود چسبندگی و همگنی بین فازهای مختلف در یک کامپوزیت پلیمری کمک می‌کنند. در ادامه، توضیحات بیشتری درباره عملکرد، انواع و کاربردهای عوامل جفت‌کننده در فرآیند بازیافت پلیمرها ارائه می‌شود.عوامل جفت‌کننده با ایجاد پیوندهای شیمیایی بین سطح پلیمر و مواد افزودنی یا تقویت‌کننده‌های معدنی (مانند الیاف شیشه، پرکننده‌های معدنی و غیره)، به بهبود انتقال بار و پراکندگی یکنواخت ذرات در ماتریس پلیمری کمک می‌کنند. این پیوندهای شیمیایی می‌توانند خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی محصول نهایی را بهبود بخشند.
مستربچ رطوبت گیر: مستربچ رطوبت‌گیر نقش حیاتی در فرآیند تولید محصولات پلاستیکی به روش بازیافت ایفا می‌کند. این افزودنی‌ها برای جذب رطوبت موجود در مواد بازیافتی استفاده می‌شوند، زیرا حضور رطوبت می‌تواند به طور جدی خواص مکانیکی و کیفی محصولات نهایی را تحت تاثیر قرار دهد. مستربچ‌های رطوبت‌گیر شامل ترکیباتی هستند که قادر به جذب و خنثی کردن رطوبت موجود در مواد پلاستیکی بازیافتی هستند. این افزودنی‌ها معمولاً بر پایه پلیمرهای سازگار با مواد پایه طراحی می‌شوند و حاوی مواد جاذب رطوبت مانند اکسید کلسیم (CaO) یا سیلیکاژل هستند.
