مستربچ‌های افزودنی جهت بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی در بازیافت محصولات پلیمری (بخش دوم)

ایجاد سازگاری در مخلوط پلیمرهای بازیافتی

    متأسفانه زباله‌‌‌‌‌­های پلاستیکی بیش‌تر مخلوطی از چند پلیمر مختلف هستند. در فرآیند بازیافت محصولات پلاستیکی، اجزای مخلوط پلاستیکی ناهمگن، با یک‌دیگر سازگار نیستند. این عدم سازگاری به ساختار شیمیایی پلیمرهای مخلوط وابسته است. به‌عنوان مثال، PET و PP به‌دلیل اینکه از لحاظ شیمیایی با یک‌دیگر متفاوت هستند، در فرآیند تولید محصولات پلاستیکی فازهای جداگانه‌ای تشکیل می‌دهند. وجود نقص در سطح‌ مشترک پلیمرها باعث پارگی آن می‌‌شود. پلیمرهایی که ساختارهای متفاوتی دارند، از لحاظ ترمودینامیکی با یک‌دیگر مخلوط نمی‌‌شوند و بنابراین مخلوط همگنی به‌دست نمی‌­آید. در مخلوط، پلیمر با غلظت بالا، به‌عنوان فاز پیوسته در نظر گرفته می­‌شود و پلیمر با غلظت کم‌تر در ماتریس یا همان فاز پیوسته پراکنده می‌‌شود. با این وجود چسبندگی بین مولکولی بین فاز پیوسته و فاز پراکنده بسیار کم است و سبب می‌شود که خواص مکانیکی مطلوبی از این مخلوط مشاهده نشود. به‌‌منظور ایجاد مخلوطی همگن از پلیمر بازیافتی و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی مخلوط‌‌های پلیمری، از سازگارکننده‌‌ها استفاده می‌­شود. سازگارکننده‌‌ها با کاهش‌ دادن کشش سطحی در مذاب، جلوگیری از رشد فاز پراکنده، افزایش چسبندگی در مرز بین دو فاز، و به حداقل رساندن جدایی فازها در حالت جامد، سطوح مشترک پلیمرها را اصلاح می‌کنند و از لایه‌‌ لایه شدن آنها جلوگیری می‌‌کنند [1]. در شکل زیر شماتیکی از نقش سازگارکننده در مخلوط‌­های بازیافتی آمده است.

شکل 1. a) عملکردسازگارکننده b) اثر سازگارکننده در فرآیند کردن مخلوط [2].

    مناسب‌‌ترین سازگارکننده برای هر مخلوط پلیمری، براساس ساختار شیمیایی پلیمر مورد استفاده انتخاب می­‌شود و در واقع دستورالعمل کلی برای تمامی مخلوط­‌ها وجود ندارد. بنابراین هر سازگارکننده‌‌ای باید براساس پلیمرهای موجود در ترکیب تطبیق داده شود.

    جهت ایجاد سازگاری، از سازگارکننده‌‌های واکنش‌‌پذیر و غیر واکنش‌‌پذیر استفاده می‌‌‌شود. سازگارکننده‌‌های واکنش‌‌پذیر با گروه‌‌های عاملی پلیمر تشکیل پیوند کووالانسی می‌‌دهند. رایج‌ترین این سازگارکننده‌­ها، پلی‌الفین­‌ها یا کوپلیمرهای گلیسیدیل متاکریلات گرفت‌شده با مالئیک انیدرید و آکریلیک اسید هستند. علاوه بر این، مونومرهای واکنش‌‌پذیر می‌‌توانند در همان محل واکنش، سازگارکننده­‌ها را تشکیل دهند. سازگارکننده‌‌هایی که واکنش‌پذیر نیستند،‌ معمولاً در یکی از اجزای مخلوط حل می‌­شوند. از جمله این نوع سازگارکننده‌‌ها می‌توان به کوپلیمرهای اتیلن-اکریل استر یا کوپلیمرهای بلاک استایرن-بوتادین-استایرن یا کوپلیمرهای بلاک استایرن-ایزوپرن اشاره کرد. مثال‌های زیر، اثر حضور سازگارکننده‌‌ها را در مخلوط‌های بازیافتی ناهمگن نشان می‌‌دهد:

    مخلوط PE/PS: در این سیستم از سازگارکننده‌ کوپلیمر بلاک استایرن-اتیلن-بوتیلن-استایرن (SEBS) استفاده شده‌ است که برای مخلوطی با ترکیب درصد 20/80 تا 80/20، مقدار 7 درصد سازگارکننده مذکور به‌کار رفته است. در بهترین حالت، استحکام ضربه چارپی 4 برابر شد و ویژگی‌­های مورفولوژیکی نشان داد که اندازه فاز پراکنده کاهش پیدا کرده و چسبندگی سطحی بین دو فاز بهبود یافته است.

    مخلوط PE/PP: ناخالصی‌های PP در PE سبب می‌شود که استحکام ضربه و ازدیاد طول به‌شدت کاهش پیدا کند. افزودن 2 الی 10 درصد از کوپلیمر تصادفی اتیلن پروپیلن (EP) نشان‌‌دهنده این بود که استحکام ضربه به‌مقدار مؤثری افزایش خواهد یافت [1].

شکل 2. تأثیر حضور پایدارکننده در همگن‌ بودن و یک‌دست‌ بودن مخلوط [3] PET/PP

افزودنی‌ها و فرآیندهای دیگر به‌منظور افزایش کیفیت بازیافت

    عوامل جفت‌کننده: عوامل جفت‌کننده مولکول‌های واکنش‌پذیری هستند که با فیلر/الیاف و ماتریس پلیمر واکنش شیمیایی می‌دهند که سبب افزایش چسبندگی اجزای مخلوط ‌می‌شود. بعضی از سازگارکننده‌های واکنشی هم ممکن است چنین نقشی را داشته باشند. در شکل 2 نقش عوامل جفت‌کننده در کامپوزیت لاستیک آمده است. به‌طور کلی عوامل جفت‌کننده جرم‌ مولکولی کمی دارند و واکنش‌پذیر هستند و عمدتاً به‌منظور افزایش چسبندگی پرکننده لاستیکی و چسبندگی پلیمر الیاف شیشه استفاده می‌شوند؛ در حالی‌ که سازگارکننده‌‌ها از جنس پلیمرند و عمدتاً در مخلوط‌های پلیمری عمل می‌کنند. عوامل جفت‌کننده بازه وسیعی از ترکیبات شیمیایی هستند که از جمله آنها می‌توان به اسیدهای چرب و نمک‌های آنها اشاره کرد؛ مانند کلسیم استئارات، سیلان‌های ارگانیک که به‌طور گسترده برای الیاف شیشه، تیتانات‌ها، زیرکونات‌ها و انیدریدها استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، عوامل جفت‌کننده سیلانی استحکام کششی، ازدیاد طول ‌و ضربه‌پذیری مخلوط PP/PET را افزایش می‌دهند. عوامل جفت‌کننده تیتاناتی می‌توانند ازدیاد طول در نقطه شکست را افزایش دهند. هم‌چنین مقاومت به ضربه را با اضافه کردن تنها 1% به مخلوط پلاستیک‌ها اندکی افزایش می‌دهد؛ در صورتی که برای رسیدن به همین مقدار مقاومت ضربه با استفاده از 10 الی 20% CPE به مخلوط پلاستیک اضافه می‌شود [1].

شکل 3. نقش عامل جفت‌کننده در کامپوزیت الاستومر مورد استفاده در تایر ماشین [4]

    بهبوددهنده‌های ضربه: این اصلاح‌کننده‌ها عمدتاً از ترکیبات الاستومری بر پایه بوتادین هستند، مانند استایرن-بوتادین-استایرن (SBS)، استایرن-ایزوپرن-استایرن(SIS) یا کوپلیمرهای اتیلن-پروپیلن-دی­ان (EPM و EPDM) که عمدتاً از ساختار سازگارکننده‌ها هستند. با افزودن این اصلاح‌کننده‌ها به مواد بازیافتی، مقاومت به ضربه و ازدیاد طول افزایش پیدا می‌کند، در حالی که مدول کاهش می‌یابد. انتخاب مناسب این اصلاح‌کننده‌ها به نوع پلیمری که قرار است چقرمه شود بستگی دارد. بهبوددهنده‌های ضربه بیش‌تر برای PS ،PP و پلاستیک‌های مهندسی مانند PA ،PBT و PET کاربرد دارد [1].

    غیر فعال‌کننده‌های فلزی: غیرفعال‌کننده‌های فلزی با یون‌های فلز تشکیل کمپلکس می‌دهند و تأثیرات منفی‌ای که فلز بر روی پلیمر می‌‌گذارد را کاهش می‌‌دهند؛ مثل پایداری اکسیداسیون کاهش یافته. در نانوکامپوزیت LLDPE مشاهده شده است که با افزودن جاذب‌های UV بنزوتری‌آزول، بنزوفنون و هیدروکسی فنیل تریازین، طول عمر فیلم نانوکامپوزیت بهبود پیدا کرده است. با این ‌حال، یک غیر فعال‌کننده فلزی (MD-1) به‌تنهایی در این آزمایش از جاذب UV بهتر عمل کرد که نشان می‌دهد تاثیر ناخالصی‌‌های فلزی بسیار مهم است [1].

شکل 4. ساختار یک غیر فعال‌کننده فلزی MD-1 با نام تجاری Ciba® Irganox® MD-1024 [1]

    تنظیم‌کننده‌­های جریان مذاب: برای تنظیم جریان مذاب پلیمر، با توجه به فرآیند تبدیل مورد نیاز، امکانات محدودی وجود دارد. برای افزایش جریان مذاب (ویسکوزیته مذاب کم‌تر، وزن مولکولی کم‌تر)، به‌عنوان مثال در پلی‌پروپیلن از ایجادکننده‌های رادیکال مانند پراکسیدها، هیدروکسیل آمین استرها یا آزوآلکان‌­ها یا در پلیمرهایی که از روش تراکمی به‌دست آمده‌اند (PET، PA)، از شکست هیدرولیزی استفاده می‌­شود. کمک‌فرآیندها، روان‌کننده‌­ها، واکس‌­ها و افزودن الیگومرها ممکن است به بهبود فرآیند کمک ­‌کنند، طوری که باعث کاهش ویسکوزیته مذاب و افزایش خروجی می­‌شوند. برای کاهش جریان مذاب (ویسکوزیته مذاب بیش‌تر، وزن مولکولی بالاتر) هم می‌توان در برخی موارد از مولکول‌های “ترمیم‌کننده”، به‌عنوان مثال در پلی‌آمیدها، ترکیبی از یک افزودنی فعال مانند دیوکسیران‌ها و یک افزودنی که اثر کاتالیزوری دارد، استفاده کرد [1].

    کاهش‌­دهنده­‌های بو: پلاستیک‌­های بازیافتی که قبلاً مصرف شده‌اند، اغلب از مشکلات بوی ناشی از آلودگی یا محصولات تخریب‌شده حاصل از اولین کاربرد رنج می‌برند. از بین بردن بو یک چالش است، زیرا مقادیر بسیار کم محصولات فرار می‌تواند دلیلی بر دشواری در تجزیه و تحلیل یا ردیابی آن باشد. از نظر فنی، بو را می‌­توان با فرآیند تنظیم‌شده از جمله تهویه خلاء یا تهویه خلاء در حضور حاملی مانند آب کاهش داد. روش دیگر کاهش بو، اضافه کردن افزودنی‌­های جاذب بو است، به‌عنوان مثال. RS-3، زئولیت‌­ها یا سیلیکات‌­­های منتخب [1].

    پایدارکننده‌‌‌های نوری: نور به‌خصوص در محدوده UV می‌‌تواند سبب پدیده فوتواکسیداسیون شود که سبب تخریب و گسیختگی زنجیرهای پلیمری می‌‌شود. برای جلوگیری از وقوع چنین پدیده‌‌ای، از پایدارکننده‌‌های نوری استفاده می‌­شود. جاذب‌‌های UV از جمله‌­ قدیمی‌‌ترین پایدارکننده‌‌های نوری هستند که اشعه‌‌ مضر UV را جذب می‌‌کنند و آن را به انرژی گرمایی تبدیل می‌‌کنند. بدین صورت جاذب‌‌های UV از زنجیره­‌های پلیمری آسیب‌پذیر محافظت می‌‌کنند. بنزوفنون و بنزوتری‌آزول از جمله جاذب­‌های UV هستند. قابل ذکر است که هیدروکسی بنزوفنون و هیدروکسی فنیل بنزو تری آزول جاذب‌­های مناسبی برای نور UV هستند و در جاهایی استفاده می‌‌شوند که شفافیت و عدم تأثیرگذاری افزودنی بر خواص مطلوب دیگر مهم است [2].

    براق‌کننده‌‌های نوری: براق‌کننده‌‌های نوری که عامل براق‌‌کننده فلورسنت هم نامیده می‌‌شوند، به‌منظور کاهش زردی پلیمرها به‌خصوص پلیمرهای بازیافتی که ناشی از استفاده و پیرشدگی آنهاست، به‌کار برده می‌‌شوند. برخی از پلیمرها مانند PVC ،PE ،PU ،PS ،PMMA و کوپلیمرها نیاز به عوامل براق‌کننده دارند.

شکل 5. پودر  براق‌کننده [5]

    نکته مهمی که باید در این ترکیبات براق‌کننده به آن توجه شود، این است که حتماً باید حلقه آروماتیک و یا حلقه هتروسیکل آروماتیک در آن حضور داشته باشد. هم‌چنین باندهای دوگانه، بدون هیچ‌گونه فاصله‌‌ای از هم، به‌طور مزدوج در این ترکیبات حضور داشته باشند. بیش‌تر ترکیبات براق‌کننده از خانواده استیلبن یا 4،4′-دی‌­آمینو استیلبن، بی‌فنیل، هتروسیکل‌های پنج‌ عضوی (تریازول‌ها، اگزازول‌ها، ایمیدازول‌ها و غیره) یا سیستم‌های هتروسیکلیک شش عضوی (کومارین‌ها، نفتالامیدها، تریازین‌ها و غیره) هستند [2].

    آنتی‌اکسیدانت‌­ها: آنتی‌اکسیدانت‌ها می‌­توانند از بین رفتن خواص مکانیکی ناشی از تخریب ترمومکانیکی را در طی مراحل فرآیند مجدد، متوقف یا کند کنند. به‌عبارت دیگر، وجود آنتی‌اکسیدانت‌ها می‌­تواند به‌شدت مقاومت در برابر اکسیداسیون پلیمر را در طول فرآیند مجدد بهبود بخشد. بنابراین نقش آنتی‌اکسیدانت‌ها مهار اکسیداسیون اتمسفر در طول فرآیند و مصرف محصول است. آنتی‌اکسیدانت‌های مورد استفاده در پلیمرها بیش‌تر به دو دسته اولیه و ثانویه طبقه‌بندی می‌شوند. آنتی‌اکسیدانت‌های اولیه مانند فنل‌ها و آریل­‌آمین‌ها با از بین بردن رادیکال‌­های آزاد (مولکول­‌های جداشده از زنجیره پلیمری) از اکسیداسیون پلیمرها جلوگیری می‌کنند. آنتی‌اکسیدانت‌های ثانویه از جمله ترکیبات فسفیت و گوگرد، انتشار مولکول­‌های رادیکال اکسیژن‌دار را با تجزیه آنها به محصولات پایدار متوقف می­‌کنند. محققان آلمانی تأثیر آنتی‌اکسیدانت‌‌ها را بر بازیافت یک پلیمر ضایعاتی که از مجموعه‌‌ای جداگانه از بسته‌بندی‌‌های به‌دست می‌آمد، مطالعه کردند. آنها دریافتند که مدول الاستیک و استحکام کششی در حضور آنتی‌اکسیدانت، کمی بهبود یافته، در حالی که ازدیاد طول در هنگام شکست، به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است [2]. شکل زیر ساختار یک آنتی‌اکسیدانت فنولی را نشان می‌دهد.

شکل 6. ساختار آنتی‌اکسیدانت AO-2 با نام تجاری Ciba®Irganox®1010

    مستربچ‌‌های رطوبت‌گیر: باتوجه به مرحله شست‌شو در مواد پلیمری بازیافتی، رطوبت بسیار زیادی در این مواد وجود دارد. هم‌چنین برخی مواد خام پلیمری، فیلرها و پیگمنت‌‌ها نیز به‌دلیل ماهیت قطبی ممکن است دارای رطوبت بالایی باشند. مستربچ رطوبت‌‌گیر به‌عنوان عامل خشک‌کننده و جاذب آب، جهت حذف رطوبت در مواد خام پلیمری و بازیافتی از قبیل پلی‌‌پروپیلن و پلی‌‌اتیلن (LDPE, LLDPE ,HDPE) در فرآیند تولید فیلم با روش دمشی یا بادی، فرآیند قالب‌‌گیری تزریقی و قالب‌گیری بادی کاربرد دارد. مستربچ رطوبت‌‌گیر می‌‌تواند با مشکلات ناشی از رطوبت که در طول فرآیند تولید محصولات پلاستیکی ایجاد می‌‌شوند، مقابله کند. مزایای استفاده از مستربچ رطوبت‌گیر شامل کاهش و حذف نقص چشم ماهی و حباب، کاهش کدری و افزایش سرعت تولید، افزایش استحکام محصول، کاهش خوردگی اکسترودر و افزایش خواص مکانیکی است. [6]

تثبیت مجدد

    تثبیت مجدد به‌منظور بهبود کیفیت مواد بازیافتی ضروری است. تثبیت‌کننده‌­ها از مواد بازیافتی در برابر آسیب اکسایشی و فوتو اکسیداتیو محافظت می­‌کنند و در نتیجه از خواص موجود در برایر گرما یا نور هم در طول فرآیند و هم در طول چرخه عمر محصول محافظت می­‌کنند. با این حال، این با زمانی که از مواد اولیه استفاده می‌­شود تفاوتی ندارد. در طول کاربرد اصلی باید حداقلی از تثبیت‌کننده استفاده شود تا الزامات کاربرد مواد بازیافتی را برآورده کند. هم‌چنین هرگونه باقی‌مانده تثبیت‌کننده از زمان مصرف اولیه به فرآیند بازیافت محصولات کمک خواهد کرد. با این حال، این معمولاً به‌خودی خود کافی نیست. تمام پلاستیک‌‌هایی که در ابتدا در کاربردهای کوتاه‌‌مدت مانند صنعت بسته‌‌بندی استفاده می‌‌شوند، به‌ندرت دارای تثبیت‌کننده هستند و هیچ محافظ نوری ندارند. به‌منظور تهیه ماده‌­ای که بتواند الزامات را برآورده کند، به‌عنوان مثال، برای یک کاربرد طولانی‌مدت در فضای باز، ماده بازیافتی باید دوباره تثبیت شود.

    مواد مورد استفاده در تثبیت مجدد اکثر مواد بازیافتی (به‌استثنای PVC)، عمدتاً بر پایه آنتی‌اکسیدانت‌های فنلی، فسفیت‌‌ها و هم‌تثبیت‌کننده‌‌ها (co-stabilizer) مانند آنتی‌اسیدها برای فرآیند و تثبیت حرارتی طولانی‌مدت و کامپاندهای تثبیت‌‌کننده آمین ممانعت‌شده (HAS) و/یا جاذب‌های UV برای ایجاد پایداری در مقابل نور هستند. اگرچه خانواده و طبقه تثبیت‌کننده اصلی با مواد اولیه متفاوت نیست، اما تثبیت‌کننده مناسب مواد بازیافتی، باید مشخصات تخریب خاص ماده بازیافتی را مد نظر قرار دهد. به‌این معنی که مقدار تثبیت‌کننده، نسبت بین انواع مختلف تثبیت‌کننده و هم‌چنین نسبت بین افزودنی­‌های دیگر، باید بهینه شود. به‌عنوان یک قاعده، تثبیت‌کننده بهینه‌شده با توجه به قیمت/عملکرد، با تثبیت‌کننده بهینه‌شده برای مواد اولیه مربوطه متفاوت خواهد بود. با این وجود، تثبیت اولیه خوب مواد بکر یکی از پیش‌نیازهای بازیافت محصولات با سطح کیفی بالا است. قابل ذکر است که تثبیت مجدد قبل از هر مرحله بازیافت، برخلاف تثبیت بیش از حد در فرآیند اول ترجیح داده می­‌شود.

    پایداری فرآیند، پایداری حرارتی طولانی‌مدت و ویژگی­‌های مکانیکی، به‌طور قطعی با تثبیت مجدد PP بازیافتی بهبود می‌یابد. به‌عنوان مثال مقادیر بالاتر استحکام ضربه (115 کیلوژول بر متر مربع در مقابل 62 کیلوژول بر متر مربع برای PP تثبیت‌نشده)، استحکام ضربه کششی (430 کیلوژول بر متر مربع در مقابل 365 کیلوژول بر متر مربع) و ازدیاد طول (99٪ در مقابل 64٪). حتی گرانول بازیافتی PP حاصل از جمع‌‌آوری زباله شهری در صورتی که بازیافت با استفاده از RS-1 (یک سیستم تثبیت‌کننده مواد بازیافتی ویژه) تثبیت شود، می‌‌تواند با مواد بکر از نظر پایداری فرآیند و پایداری حرارتی (زمان القای اکسایش OIT) رقابت کند. از جمله تثبیت‌کننده‌­ها می‌­توان به RS-1، RS-2، RS-3، RS-4 اشاره کرد. قابل ذکر است که RS-3 ترکیبی اختصاصی که شامل آنتی‌اکسیدانت‌‌ها، اکسیران‌‌ها، فسفیت‌‌ها و هم‌پایدارکننده‌‌ها (co-stabilizer) است، RS-4 ترکیبی اختصاصی شامل آنتی‌اکسیدانت‌‌ها، فسفیت‌‌ها، پایدارکننده‌های نوری از نوع آمین‌‌های ممانعت‌‌شده و هم‌پایدارکننده و RS-1 و RS-2 ترکیبی اختصاصی شامل آنتی‌اکسیدانت‌‌ها، فسفیت‌‌ها و هم‌پایدارکننده‌‌ها است.

    با وجود این‌که بازیافت محصولات از نظر زیست‌محیطی مفید است و افزودنی‌‌ها کیفیت محصولات بازیافتی را افزایش می‌‌دهند، باید جنبه‌‌ اقتصادی هم در نظر گرفته شود. سهم هزینه‌‌هایی که برای افزودنی‌‌ها صرف می‌­شود، از مقادیر کم (درحد چند کیلوگرم) تا مقادیر بسیار زیاد به هزینه‌‌های بازیافت اضافه می‌‌کند [1].

بازیافت حلقه‌‌ بسته پلی‌‌پروپیلن پرشده از طریق پایداری مجدد

    پرکننده‌‌ها عموماً به‌منظور کاهش هزینه‌‌ها و تغییر خواص مکانیکی استفاده می‌‌شوند. ‌به‌عنوان مثال با افزودن پرکننده‌‌ها، مدول افزایش پیدا می‌‌کند، اما بر روی مقاومت ابعادی و مقاومت حرارتی، مقاومت کششی و انعطاف‌پذیری و افزایش طول در هنگام شکست اثر منفی می­‌گذارد. مشخص شده است که پرکننده‌‌های معدنی مانند کلسیم کربنات و تالک، بازده پایدارکننده‌‌های نوری (آمین‌­های ممانعت‌‌شده، بنزوفنون‌‌ها) و آنتی‌اکسیدانت‌‌ها را به‌‌طور چشم‌‌‌گیری کاهش می‌‌دهد. پلی‌پروپیلن در حضور 0/05% از یک آنتی‌اکسیدانت فنولی معمولی (AO-2) در دمای 120 درجه سانتی‌گراد، 50 درصد مقاومت کششی خود را تا 3508 ساعت حفظ کرد، اما در حضور 10% کلسیم کربنات، فقط 470 ساعت و 10% تالک 2180 ساعت پایداری داشت.

    این اثرات منفی در بازیافت حصولات باید مورد توجه قرار بگیرد. در مطالعه‌‌ای که بر روی صندلی‌‌های یک باغ که با تالک پر شده بودند، صورت گرفته است، اثرات پایداری مجدد در فرآیند، پیری در اثر حرارت طولانی‌مدت و پایداری نوری بررسی شد. قطعه مورد نظر برای بازیافت شامل صندلی‌‌‌های باغ حاوی تیتانیوم دی اکسید و 15% پرکننده کلسیم کربنات بود. مستقل از شرایط فرآیند (دوپیچه یا تک‌پیچه بودن اکسترودر)، همان‌طور که در جدول زیر نیز آمده است، موادی که مجدداً پایدار نشده باشند، افزایش قابل‌توجهی در جریان مذاب (MFI) نشان دادند که منجر به از دست ‌دادن برخی از خواص مکانیکی شد.

جدول 1. خواص پلی‌پروپیلن بازیافتی پرشده پس از فرآیند [1]

    همان‌گونه که انتظار می‌‌رفت، مطابق جدول، تخریب ‌شدن (افزایش MFI) در دمای بالاتر فرآیند، افزایش پیدا می‌‌کند. با پایداری مجدد، می‌‌توان جریان مذاب را مستقل از دما در مقادیر پایین‌‌تری نگه داشت که نشان‌‌دهنده کاهش تخریب ‌شدن کامپوزیت در طول فرآیند است. علاوه ‌بر این، پایداری مجدد شامل ترکیباتی حاوی گروه‌‌های واکنش‌‌پذیر اکسیران (RS-3) و داشتن عملکردی به‌عنوان پرکننده‌‌های غیرفعال‌‌کننده/عوامل جفت‌‌کننده، می‌‌توانند خواص مکانیکی همچون ازدیاد طول در هنگام شکست و استحکام ضربه کششی را بهبود بخشند.

    اثر تثبیت و پایداری مجدد، به خواص حرارتی طولانی‌مدت ماده بازیافتی پرشده نیز برمی‌­گردد که تا 2000 ساعت در دمای 135 درجه سانتی‌گراد آزمایش شده است (جدول 2). مطابق جدول، ماده پایدار‌نشده تنها چند روز باقی می‌­ماند و دوام دارد، که بسیار کوتاه‌تر از چیزی است که از پلی‌پروپیلن پرنشده انتظار می‌رود. طی تجارب به‌دست‌آمده، اغلب فیلرهای معدنی مستقل از ساختارشان، اثر منفی بر پایداری اکسیداتیو پلیمر نشان می‌دهند. شکی وجود ندارد که عمدتاً برهم‌کنش‌‌های بین پایدارکننده و فیلر و مکانیسم‌های جذب/واجذب مسئول این تأثیر هستند. مساحت سطح فیلر و حجم منافذ، عاملیت سطح، آب دوستی، خواص حرارتی و حساسیت به نور فیلر، مقدار یون فلزات واسطه (منگنز، آهن، تیتانیوم) به‌عنوان پارامترهای بالقوه برهم‌کنش در نظر گرفته شدند. بنابراین، فرمول‌های پایدارکننده برای پلاستیک‌­های پرشده باید شامل غیر فعال‌کننده‌­های پرکننده باشد. همین امر در مورد مواد بازیافتی حاوی فیلرها نیز صادق است، طوری که تثبیت مجدد با RS-3 زمان شکست را افزایش داد و خواص مکانیکی را در طول زمان حفظ کرد. با افزایش بیش‌تر غلظت RS-3 (1%)، مقادیر استحکام کششی و استحکام ضربه کششی تا 2000 ساعت در دمای 135 درجه سانتی‌گراد بدون تغییر باقی ماندند.

جدول 2. پایداری حرارتی طولانی‌مدت پلی‌پروپیلن پرشده بازیافتی [1].

    از آن‌جایی که صندلی‌‌های باغ یک کاربرد در فضای باز هستند، مقاومت در برابر آب وهوای فرمول‌‌های PP بازیافتی پرشده با استفاده از تست هوازدگی مصنوعی تا 4000 ساعت ارزیابی شد (جدول 3).

جدول 3. پایدارکننده نور پلی‌‌پروپیلن پرشده بازیافتی [1]

    برخلاف پیرشدگی در آون، که از دست دادن خواص مکانیکی بسیار سریع و به‌طور چشم‌گیری به‌محض مصرف تثبیت‌کننده‌‌ها رخ می‌دهد، کاهش خواص مکانیکی در طول تست هوازدگی مصنوعی آهسته‌‌تر است، زیرا تخریب به‌عنوان یک واکنش سطحی شروع می‌‌شود و در معرض نوردهی خاصی قرار می‌‌گیرد؛ تا زمانی که ترک ایجاد شود و خواص مکانیکی از بین برود. در هر صورت، مواد صندلی PP تثبیت‌نشده حدود 60 درصد از استحکام کششی اولیه (که در حال حاضر کم‌تر از فرمولاسیون تثبیت‌شده است) را قبل از 1000 ساعت هوازدگی مصنوعی از دست داده است. بسته به نوع تثبیت‌کننده و غلظت آن، حتی پس از 4000 ساعت، بیش از 90 درصد از مقدار استحکام کششی اولیه حفظ شد. بنابراین آن‌چه آشکار شده، این است که وجود یک سیستم تثبیت‌کننده حاوی غیر فعال‌کننده‌­های پرکننده (RS-3) در مخلوط بازیافتی مزیت زیادی دارد [1].

گردآورنده: محمدرضا احسانی/ جمال الدین شاکری

منابع:

[1] R. Pfaendner, Additives to upgrade mechanically recycled plastic composites, Management, Recycling and Reuse of Waste Composites, Elsevier2010, pp. 253-280.

[2] Q. Ding, H. Zhu, The key to solving plastic packaging wastes: Design for recycling and recycling technology, Polymers 15 (2023) 1485.

[3] M. Akbari, A. Zadhoush, M. Haghighat, PET/PP blending by using PP‐g‐MA synthesized by solid phase, Journal of applied polymer science 104 (2007) 3986-3993.

[4] D. Locatelli, A. Bernardi, L.R. Rubino, S. Gallo, A. Vitale, R. Bongiovanni, V. Barbera, M. Galimberti, Biosourced Janus Molecules as Silica Coupling Agents in Elastomer Composites for Tires with Lower Environmental Impact, ACS Sustainable Chemistry & Engineering 11 (2023) 2713-2726.

[5] https://www.raytopoba.com/Fluorescent-brightening-agent-OB-OB-1-FP-127-for-recycle-plastics_193.html.

[6]https://ariapolymer.ir/%d9%85%d8%ad%d8%b5%d9%88%d9%84%d8%a7%d8%aa/%d9%85%d8%b3%d8%aa%d8%b1%d8%a8%da%86-%d8%a7%d9%81%d8%b2%d9%88%d8%af%d9%86%db%8c/10062-2/.