بازیافت مواد PVC - مجله نماشو

بازیافت مواد PVC

بازیافت PVC مصرفی احتیاجمند شناسایی دقیق PVC بازیافتی است. بررسی PVC به ویژه از نظر پایداری حرارتی و وزن مولکولی پیش از بازتولید مفید است. پایدارسازی اضافی PVC بازیافتی با حدود 10 درصد وزنی پرنماینده مانند کربنات کلسیم میتواند انجام شود که خواص مکانیکی را هم تغییر نمیدهد.

واژه های کلیدی: پلی وینیل کلرید، تخریب، پایدارسازی، بازیافت ماده و بازیافت شیمیایی

مقدمه

امروزه پلی وینیل کلرید (PVC) با ظرفیت تولید سالانه بیش از 30 میلیون پس از پلیاتیلن دومین بسپار گرما نرم در صنعت پلاستیک به تعداد میرود. قابلیت اختلاط با افزودنی های بسیار و محدوده گستردهای از محصولات سخت و انعطاف پذیر عامل اصلی در کاربردهای گوناگون PVC میباشند. قیمت کم و فرایندپذیری با روشهای متفاوت (مانندٍ کلندرکاری، اکستروژن، قالب گیری تزریقی و روشهای نرماسلی) همراه با خواص فیزیکی، شیمیایی و جوی خوب PVC را به اسم یک بسپار جهانی مطرح کرده است که کاربردهای بیتعدادی در لولهها، پروفیل ها، پوشش های کف، عایق بندی کابل، ورقهای سقفی، فویلهای بسته-بندی، بطریها و محصولات پزشکی دارد. به دلیل مسائل زیست محیطی ناشی از رشد سریع ضایعات پلاستیک در سالهای اخیر، نحوه برخورد با زباله های PVC پرسشی است که در محافل عمومی اهمیت بسیار یافته است. با توجه به فضاهای محدود در کشورهای اروپایی و آمریکا ادامه دفن کردن این مواد آخرین گزینه به نظر میرسد.

تبدیل انرژی با سوزاندن راه دیگری برای مصرف زباله های شهری است. اما به دلیل بحث-های زیست محیطی مانند خروج مواد سمی از تجهیزات ناکافی و شرایط سوزاندن نامناسب، مخالفتهای عمومی در مقابل این روشها وجود دارد. مخصوصا سوزاندن PVC که در اثر تجزیه حرارتی با خروج میزان زیادی کلرید هیدروژن همراه است و احتمال تشکیل دی اکسین ها و فورانهای سمی هم وجود دارد.

بازیافت معمولا به دو صورت شیمیایی و بازیافت ماده انجام میشود. بازیافت شیمیایی بر اساس تفکر تبدیل بسپارها به زنجیرهای کوچک مواد شیمیایی و استفاده مجدّد در بسپارش و سایر فرایندهای شیمیایی است. چهار فناوری رایج برای بازیافت شیمیایی وجود دارد: مولکول شکنی(cracking)، تبدیل کردن به گاز (gasificatin) هیدروژنه کردن (hydrgenatin) و تفکافت.

بازیافت ماده سالهای زیادی است که به وسیله عملیات پس از ساخت (pst- manufacturing) روی زباله انجام میشود. مشکل اصلی در بازیافت پلاستیکهای مصرف شده ناهمگن بودن بسپارهای حاضر در زباله است. مطالعات آماری در اروپای غربی نشان میدهد که در حدود 4/7 % از 9 میلیون زباله جامد شهری مواد پلاستیکی هستند.

عدم سازگاری این اجزا مهمترین دلیل فراورش مشکل و خواص مکانیکی نامرغوب فرآورده حاصل است. بنابراین، جداسازی بسپارهای گوناگون ضروری است. یکی از راههای ممکن، جداسازی در آب چرخند است که بر اساس سوا کردن به وسیله گریزانه با استفاده از اختلاف چگالی بسپارهای مختلف عمل میکند. شناسایی به وسیله بررسی IR در یک فرایند پیوسته هم میتواند بکار گرفته شود. برخی موارد، زباله بسپاری قبل از جداسازی باید از وجود آلودگی ها مانند خاک، غذا و کاغذ پاک شود.

پایداری حرارتی

اشکال اصلی PVC پایداری حرارتی محدود آن است که احتیاج به افزودن پایدارنمایندههای حرارتی برای جلوگیری از واهیدروکلرینه شدن (dehydrchlrinatin) و دگررنگی حین فراورش C 100) یا تحتو کاربرد دارد. حذف کلرید هیدروژن در دماهای نسبتا پایین (حدود تاثیر نور یکی از مبانی تجزیه PVC است. در مرحله اول، واکنش منجر به تشکیل پیوندهای دوگانه و سپس جداشدن مولکول هایHCl و ساختار زیپ مانند و توالیهای پلی ِان می شود. این توالیها با طول میانه 14-6 باند دوگانه یک در میان باعث تغییر رنگ بسپار به زرد، قهوه ای و در نهایت سیاه میشود.

سازوکارهایی که در طی تخریب اتفاق میافتند شامل سازوکارهای رادیکالی و یونی هستند که بطور کامل شناخته نشدهاند و به شریط حین تجزیه (مانند دما، حضور اکسیژن، سایر شرایط) بستگی دارند.

وظیفه اصلی پایدار نمایندههای حرارتی جلوگیری از تخریب در جریان فراورش است. آنها توانایی واکنش با HCl آزاد شده از بسپار را دارا هستند. وظیفه دیگر آنها جای گزین شدن با اتم های کلر ناپایدار است که ممکن است واهیدروکلرینه شدن گروه های پایدار را شروع نمایند. تعدادی از ترکیبات آلی- فلزی و نمکهای غیر آلی در این زمینه موثر هستند. بخشی از پایدارنماینده در جریان فراورش و حتی کاربرد مصرف میشود. بنابراین، بازده سامانه پایدارنماینده به طور قابل ملاحظهای پس از اختلاط PVC با افزودنیها کاهش مییابد

منحنی تخریب نشان میدهد که پس از گذشت زمان ti پایدارنماینده حرارتی مصرف شده و واهیدروکلرینه شدن شروع میشود. این اطلاعات برای تخمین پایداری حرارتی PVC برای بازیافت ضروری است.

بررسی پایدارنمایندهها و سایر افزودنیها

همانگونه که ذکر شد به دلیل پایداری حرارتی محدود PVC، در تمام کاربردها احتیاج به استفاده از پایدارنمایندههای حرارتی وجود دارد. همچنین، سایر افزودنیها (مانند پایدارنمایندههای نوری، پرنمایندهها، روان نمایندهها) برای بهبود خواص PVC و فرایندپذیری آن کار میفرایند. در حال حاضر، 3/1 از همه PVC مصرفی با انواع اصلاح نمایندهها نرم میشود. بنابراین، کسب اطلاعات درباره ترکیب PVC تهماند قبل از استفاده مجدد مفید است.

گام نخست استخراج- Sxhlet نمونه پودر شده PVC با دی اتیل اتر برای مجزا کردن نرم-نماینده هاست. پس از تبخیر حلال، نوع و میزان نرم نماینده مشخص میشود. سپس بقیه ماده در تترا هیدروفوران(THF) حل میشود، و بعد از صاف کردن مواد لیفی بجا میمانند. سایر اجزای نامحلول در THF بوسیله گریزانه جدا میشوند. ماده به جای مانده بوسیله سوزاندن تا تبدیل به خاکستر به پرنمایندهها و PVC شبکهای شده تقسیم میشود. با چکاندن محلول THF بر متانول اضافی، PVC حل شده در آن رسوب میکند. با استفاده از انواع روش های بررسی کمی و کیفی مانند طیف نمائی فروسرخ سایر افزودنیها هم شناسایی میشوند.

انتخاب سامانه پایدارنماینده به عوامل زیادی شامل کاربرد، فرایند بازار و قوانین محلی بستگی دارد. پایدار نمایندههای سرب به دلیل قیمت ارزان و فراورش آسان همچنان پرمصرفترین پایدارنماینده حرارتی PVC هستند. امروزه استفاده از سامانه پایدارنماینده کلسیم- روی بجای کادمیم توسعه یافته است و در بستهبندی مواد غذایی، بطریهای آب و محصولات پزشکی بکار میرود. گروه دیگری از پایدار نمایندهها یعنی مونو و دی آلکیلهای قلع هم مصرف زیادی دارند. سمی بودن دی آلکیلهای قلع با طول زنجیر گروه آلکیل به سرعت کاهش مییابد. ترکیبات اکتیل قلع برای مصارف در تماس با مواد غذایی مورد قبول هستند. برخی پایدارنمایندههای گوشودار هم با توجه به پایداری حرارتی عالی و شفافیت استفاده میشوند.

وزن مولکولی

برای روش های مختلف فراورش و کابرد، صنعت گونه های متفاوت PVC با عدد K بین 55 و 80 را پیشنهاد می نماید. عدد K واحد مرسوم میزانگیری است که تا به امروز تولیدنمایندهگان برای توصیف وزن مولکولی مواد PVC بکار گرفته اند. این اطلاعات برای انتخاب شیوه فراورش مورد استفاده در بازیافت ضروری است. هم چنین زنجیرهای PVC تحت تاثیر گرما، نور و اکسیژن ممکن است تخریب یا شبکهای شوند که منجر به تغییر در وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی میشود.

سادهترین روش میزانگیری وزن مولکولی مشخص گرانروی C 25 میزانگیری انجاممحلول PVC است.PVC معمولا در سیکلوهگزانون حل شده و در میشود. با استفاده از معادله Mark-Huwink وزن مولکولی از نتایج حاصل از گرانروی محاسبه میشود. کروماتوگرافی ژل تراوائی(GPC) رایج ترین روش میزانگیری وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی است. در این روش از THF به اسم حلال استفاده میشود و با پلی استایرن یا PVC استاندارد واسنجی میشوند.

پایدارسازی PVC مصرف شده

افزودن پایدارنماینده های حرارتی

اضافه کردن پایدارنمایندههای نو با برخی مسائل همراه است. ابتدا ضروری است که سامانه پایدارنماینده موجود در زباله PVC مشخص شود چرا که برخی از پایدارنمایندهها با یکدیگر سازگار نیستند. به اسم مثال، پایدارنماینده قلع حاوی گوگرد میتواند با پایدارنماینده سرب در جریان فراورش واکنش دهد و ماده حاصل نقاط تاریکی از سولفید سرب تشکیل شده خواهد داشت. علاوه بر این، به دلیل سمی بودن، احتمال ممنوعیت استفاده از فلزات سنگین از سوی دولتها در سال های آینده در برخی کشورها وجود دارد. در این صورت شرکت های تولید برای بازیافت محصولات PVC قدیمی با مشکل روبرو خواهند بود.

بهبود پایداری حرارتی با استفاده از پرنماینده ها

استفاده از هم پایدارنماینده یک پیشنهاد دیگر برای بازیافت PVC زباله بدون افزودن پایدارنماینده میباشد. بدین منظور کربنات کلسیم مناسب است، چرا که توانایی واکنش با کلرید هیدروژن را دارد. به علاوه کربنات کلسیم خواص خوبی دارد (انواع متفاوتی از کربنات کلسیم در دسترس هستند، قیمت کم، عدم سایش تجهیزات فراورش، رسوب روی دای یا قالب کاهش یافته، افزایش خواص مکانیکی و توزیع همگون در پوشش) که آن را به اسم پرنماینده رایج PVC مطرح ساخته است

افزودن کربنات کلسیم پایداری حرارتی نمونه PVC را افزایش میدهد که نشانه آن طولانیتر شدن زمان القای واهیدروکلرینه شدن میباشد. هم چنین، سرعت حذف HCl در حضور کربنات کلسیم کمتر است. برخی تحقیقات نشان میدهد که پرنماینده به اسم تله ای برای کلرید هیدروژن جداشده عمل میکند، ولی تاثیری در تجزیه PVC ندارد.

فراورش PVC پرشده

برخی مطالعات در زمینه تاثیر کربنات کلسیم به اسم پایدارنماینده اضافی اجرا شده است. نتایج میزانگیری های مکانیکی در جدول 1 ارائه شده است. نمودار تنش-کرنش نمونههای PVC ، رفتار چقرمه همراه با نقطه تسلیم را نشان میدهد. افزودن کربنات کلسیم سبب مدول کشسان بالاتر میشود. درحالی که استحکام کششی کمی تقلیل مییابد. ازدیاد طول در نقطه شکست و مقاومت ضربه نمونهها تقریبا یکی هستند. نتایج نشان میدهد که استفاده از کربنات کلسیم به اسم پرنماینده اثر نامطلوبی بر خواص مکانیکی PVC بجای نمیگذارد در صورتی که در طی فراورش توزیع همگونی از آن در ماده بسپاری صورت پذیرد.

بررسیهایی هم در زمینه تغییر غلظت پرنماینده و میزان ذره صورت گرفته است. نتایج نشان میدهد که اثر پایدارنمایندگی با میزان کربنات کلسیم در مخلوط افزایش مییابد. اما بیشترین میزان موثر پرنماینده 30 phr است. پس از آن افزایش گرانروی برشی در دستگاههای فراورش منجر به تاثیر مکانیکی حرارتی بر ماده میشود. هم چنین با افزایش میزان کربنات کلسیم همراه با کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست و مقاومت ضربهای رفتار مکانیکی از چقرمه به شنماینده تغییر مییابد.

روش های تولید نو راه دیگری برای بازیافت قراضههای PVC پیشنهاد مینمایند. یک نمونه تولید قاب های پنجره با روش هم رانی است. PVC بازیافتی به اسم هسته و بسپار نو به اسم پوسته استفاده میشوند. در این فرایند تنها 3/1 ماده نو برای دستیابی به خواص مشابه قاب پنجره تولید شده از 100% PVC بکر مورد احتیاج است. فرایند هم رانی برای تولید لولهها هم میسر است که در آن لایههای خارجی و داخلی از بسپار نو تهیه می شوند و از ماده مصرف شده در لایه ضخیم میانی استفاده میشود.

تحقیقات اخیر در زمینه بازیافت ماده

برخی فرایندها از حل کردن PVC در حلالهای آلی مانند سیکلوهگزانون، اتیل متیل کتون یا THF استفاده می نمایند. توجه زیادی به جداسازی PVC و پلی استرها مانند پلی اتیلن گلیکول ترفتالات (PET) معطوف شده است. جدا کردن گلیکول از PET منجر به چندپارهایی میشود که توانایی بسپارش تراکمی با کاپرولاکتون را دارند. دی الهای بدست آمده با دی ایزوسیاناتهای آلیفاتیک واکنش داده و تحت شرایط خاص پلییورتان تشکیل می شود که غیر قابل حل در PVC است.

جداکردن PVC و PET با روش های مکانیکی و ابزارهای دستهبندی اتوماتیک هم میسر است. اساس این روش ها، ردیابی کلر موجود در PVC با روش های مختلف فیزیکی مانند فلوئورتابی، اشعه X یا اموج الکترو مغناطیس است. راه دیگر استفاده از PVC نشاندار شده است که میتواند در فراورش واکنشی PVC با سدیم 2- تیو نفتالیت یا سدیم-p- تیوکرسولیت تهیه شود. PVC نشاندار بوسیله جذب UV از پلی اولفینها قابل جداسازی است.

محلولهای قلیایی قوی هیدروکسید سدیم آبگریزی PET را از بین میبرند در حالی که آب گریزی PVC حفظ میشود. با این روش، 95- 90 % PVC و PET قابل بازیابی است. روش دیگر بازیافت مخلوطهای PET/PVC، جداسازی الکترواستاتیک است.

تحقیقات بسیاری در زمینه استفاده از PVC بازیافتی در آمیختهها اجرا شده است. ساده-ترین راه آمیخته کردن PVC بازیافتی با ماده نو است. آمیخته PVC برای لولهها با استفاده از PVC بدست آمده از بطریهای روغن مصرف شده فراورش و خواص مکانیکی خوبی را نشان میدهد. در این مخلوطها میزان ذرات و افزودن پایدارنماینده در خواص مکانیکی و همگونی آمیخته مشخص نماینده است. درحالت کلی با استفاده از PVC بازیافتی، مدول و مقاومت ضربه-ای تغییر چندانی نمیکند، در حالیکه مقاومت ضربهای و فرایندپذیری حتی در برخی موارد بهبود می یابد.

مطالعات نشان میدهد که حضور میزان کمی ناخالصی حتی کمتر از 5/0درصد، بویژه PET، خواص مکانیکی را کاهش میدهد. 2/0 درصد ناخالصی PE در بطریها سرعت تخریب آنها را در بازیافت چند باره بالا میبرد. ماده PVC بطریهای بازیافتی در فرمول بندی اسفنج PVC پایدار شده با روی- کلسیم با موفقیت قابل استفاده است. PVC بازیافتی برای کاربرد مجدد در پوشش کابل هم قابل استفاده است. برای این منظور، PVC و مس باید از کابلهای موتور خودرو جدا شوند. کابل حاوی 50% PVC بازیافتی به وسیله تولیدنمایندگان متعدد برای خودروهای نو به بازار عرضه شده است.

بازیافت شیمیایی

علاوه بر بازیافت ماده PVC، کوشش های گستردهای برای تهیه محصولات با وزن مولکولی کم از PVC با روش های حرارتی و شیمیایی انجام گرفته است. بیشتر این روش ها از جداسازی کلرید هیدروژن تحت گرما و محیط قلیایی استفاده مینمایند.

اکستروژن تخریبی بر اساس تخریب PVC در اکسترودر با گرما و انرژی مکانیکی در حضور اکسیژن، بخار یا کنشیار میباشد. محصول اصلی تخریب HCl است که میتواند برای سنتز تکپار وینیل کلرید استفاده شود. حالت دیگر تخریب اکسیژنی PVC C260 و تحت فشار 10-1به وسیله مولکول اکسیژن در محلول قلیایی آبی در دمای بین 150 تا Mpa است. محصولات اصلی این واکنش اسید اکسالیک و دی اکسید کربن هستند که میزان آنها به شرایط واکنش و غلظت محیط قلیایی بستگی دارد. بیشترین میزان اسید اکسالیک بدست آمده 45% است. 42% کلر هم به شکل HCl قابل بازیابی است.

نتیجه گیری

مطالات در زمینه قابلیت بازیافت PVC استفاده شده، بیانگر اهمیت شناسایی دقیق آن است. بخصوص اگر PVC مخلوط جدا شده از زباله جامد شهری مورد بازیافت قرار گیرد. بررسی ترکیب و دانستن تاریخچه حرارتی و وزن مولکولی زباله PVC قبل از فراورش مجدد ضروری است.

پایدارسازی اضافی با کربنات کلسیم روش موثری برای بازیافت زباله PVC با پایداری حرارتی کم است. افزودن کربنات کلسیم تا 10 phr تاثیر محسوسی بر خواص مکانیکی ندارد درحالی که پایداری را به شکل قابل ملاحظه ای بهبود میبخشد.

روش های متفاوتی برای جمع آوری پلاستیکها و فراورش مجدد آنها برای تولید محصولات مورد نظر شروع شده است. برترین شرایط زمانی است که یک نوع ماده به اسم منبع استفاده شود مانند قراضههای بدست امده از بسته بندی، بطریها یا پروفیل پنجره. بدین ترتیب امکان بکارگیری دوباره و تبدیل آنها به محصولات با کیفیت به آسانی وجود دارد.

منبع: http://www.forum.boursekala.com

ارسال مقاله به وسیله کاربر محترم سایت : hojat20

منبع: راسخون