تولید کامپوزیت PP با استفاده از شلتوک برنج

بازیافت پایدار کاه شلتوک با توسعه کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف کوتاه

در این مطالعه استفاده از کاه شلتوک (PS) به عنوان یک الیاف تقویت کننده در تولید کامپوزیت پلیمری تقویت شده با استفاده از پلی پروپیلن (PP) پیشنهاد شده است که می‌تواند یک جایگزین مقرون به صرفه و مناسب برای تخته سه لایه معمولی باشد. کامپوزیت های PS/PP به دلیل فراوانی و تجدیدپذیری به طور بالقوه راه حل پایداری برای مقابله با زیست توده زباله و مقادیر زیادی پلیمر جدا شده قابل بازیافت از پردازشگرهای پسماند جامد محسوب می شوند. کامپوزیت های کاه شلتوک تقویت شده با الیاف کوتاه با استفاده از روش قالب گیری تزریقی تولید شدند که انتظار می رود در تولید صنعتی با کیفیت بالا و انعطاف پذیری طرح کاربرد داشته باشند. کامپوزیت ها به طور سیستماتیک مشخص شدند؛ به طوری که در آن نسبت وزنی PS:PP تا 60:40  درصد بهینه بود. میزان مقاومت کامپوزیت با بار الیاف همبستگی مثبت داشت. همچنین استحکام کششی و خمشی نیز تا حداکثر 60 درصد وزنی بار ایاف بود. کامپوزیت های PS/PP توسعه یافته درمقایسه با همتایان چوبی خود جذب آب کمتری دارند که می تواند در تولید مبلمان، عایق، بسته بندی و فضاهای داخلی در بخش مسکونی مناسب باشد. علاوه براین، ارزش گذاری کاه شلتوک می تواند سوزاندن بقایای کشاورزی در مزارع توسط کشاورزان را به حداقل برساند. بنابراین، استفاده سودمند از کاه شلتوک مزایای متعددی ازجمله کاهش انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) و جنگل زدایی را به همراه دارد. این نوآوری به دستیابی به اهداف توسعه پایدار ازجمله اقدامات آب و هوایی، تولید و مصرف مسئولانه، کار شایسته و رشد اقتصادی و صنعت، نوآوری و زیرساخت کمک می کند.

سوزاندن بقایای کشاورزی (OBAR) علت اصلی انتشار ذرات معلق و آلاینده ها است که همچنین به یکی از عوامل مهم آلودگی جوّی در سرتاسر کره زمین تبدیل شده و تهدید جدی برای سلامت انسان و محیط زیست است. براساس گزارش WHO، آلودگی هوا در سراسر جهان جان حدود 7 میلیون نفر را گرفته و به طور قابل توجهی میزان مرگ و میر را افزایش داده است. در مناطق آسیا-اقیانوسیه مانند چین، هند، بنگلادش و نپال OBAR 60 درصد از انتشار گازهای آلاینده را به خود اختصاص داده است؛ به طوری که 25 درصد از سوزاندن کل زیست توده را شامل می شود. شلتوک، گندم و ذرت عمده ترین غلات در مناطق آسیا-اقیانوسیه هستند. شلتوک یکی از غلات مهم در جهان است که تقریبا نیمی از جمعیت جهان با آن تغذیه می کنند. با این حال، یکی از مهمترین چالش های مرتبط با تولید شلتوک مدیریت و دفع کاه شلتوک (PS) پس از برداشت محصول است. در مقیاس جهانی، سالانه تقریبا یک میلیارد تن PS تولید می شود. در هند گزارش شده است که سالانه حدود 352 میلیون تن ضایعات کشاورزی تولید می شود که از این مقدار 120 میلون تن کاه شلتوک است. باوجود این واقعیت که OBAR یک تهدید جدی برای تغییرات آب و هوایی و سلامت عمومی است، سوزاندن PS در زمین های کشاورزی همچنان به عنوان یک انتخاب آسان برای تقویت زمین درمیان کشاورزان کشورهای آسیا و اقیانوسیه رواج دارد. ازنظر انتشارات جوّی، سوزاندن 63 میلیون تن ضایعات کشاورزی به ترتیب حدود 3.4، 0.1، 91، 0.6، و 1.2 میلون تن CO، NOx، CO₂ و CH₄ به همراه ذرات معلق منتشر می کند. در شکل زیر تاثیر سوزاندن کاه شلتوک و توسعه کامپوزیت های حاوی کاه شلتوک به عنوان یک راه حل پایدار نشان داده شده است.

شکل 1:

ازمجموع انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از سوزاندن ضایعات کشاورزی، سوزاندن ضایعات شالیزار و گندم به ترتیب موجب حداکثر انتشار 40 و 22 درصدی می شوند. سوزاندن PS علاوه بر پایین آمدن کیفیت هوا، بر سلامت خاک تاثیر منفی داشته و تعادل مواد مغذی را مختل می کند. براساس گزارشات، سوزاندن PS منجر به ضرر سالانه در نیتروژن و کربن آلی نیز می شود. علاوه براین، باتوجه به افزایش جمعیت و تقاضای غذا، تولید بقایای شالیزاری در سال های آینده تشدید شده و اگر به طور پایدار مدیریت نشود، منجر به پیامدهای زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی خواهد شد. بنابراین، امروزه ادغام مفهوم آبشاری استراتژی های دفع و مدیریت PS ضرورت دارد. اتخاذ چنین رویکرد حلقه بسته فرصت هایی را برای درآمدزایی ازطریق ارزش گذاری ضایعات فراهم می کند درحالی که به طور همزمان خطرات زیست محیطی را نیز به حداقل می رساند. کومار و همکارانش در مطالعه خود کاربردهای بالقوه ضایعات مختلف شلتوک (کاه شلتوک، سبوس، پوسته و خاکستر شلتوک) از برداشت تا تولید فرآورده های جانبی را مورد بررسی قرار دادند. کمبود بودجه و هزینه های بالا همراه با جمع آوری و حمل موانع اصلی هستند که در وهله اول، استفاده از کاه شلتوک را برای محصولات کم ارزش مانند خوراک دام، سقف اصطبل و تولید گرما ازطریق احتراق مستقیم محدود می کنند. در این مطالعه همچنین به تولید بیوگاز ازطریق ارزش گذاری کاه شلتوک نیز اشاره شده است؛ با این حال، ترکیبات پیچیده ساختاری و شیمیایی PS تجزیه مواد آلی را دشوار می کند.

جمع بندی

تقاضای روبه رشد نئوپان معمولی و تخته سه لایه موجب تشدید جنگل زدایی می شود زیرا صنعت چوب به شدت به آن وابسته است. در این مطالعه استفاده از کاه شلتوک (PS) که مواد اولیه جایگزین است، به عنوان الیاف تقویت کننده و پلی پروپیلن (PP) برای ساخت کامپوزیت پلیمری تقویت شده پیشنهاد شده اند که به دلیل فراوانی و تجدیدپذیری این زیست توده می تواند به طور بالقوه راه حل پایداری باشد. استفاده از ضایعات کاه شلتوک نه تنها مقرون به صرفه است، بلکه جایگزین پایداری برای تولید تخته سه لایه معمولی است. در اینجا تکنیک قالب گیری تزریقی به دلیل برخی مزیت ها همچون حداقل تولید زباله و عملکرد بالا برای ساخت کامپوزیت PS تقویت شده انتخاب شد. تحلیل ترکیبی نشان داد که PS غنی از سلولز (48 درصد) و عمدتا حاوی کربن، اکسیژن، سیلیس و پتاسیم به عنوان عناصر اصلی است. نتایج حاصل از طیف IR نیز وجود سیلیس در الیاف PS را نشان داد. حضور مقدار قابل توجهی سیلیس در الیاف PS به عنوان تقویت کننده استحکام مکانیکی و دوام کامپوزیت را بهبود می بخشد. نتایج تجربی نسبت 60:40 درصد وزنی PS/PP را به عنوان نسبت اختلاط بهینه برای دستیابی به بهترین عملکرد تعیین کرد. با این حال درمورد استحکام کششی و خمشی، تاثیر بیش از 60 درصد وزنی الیاف معکوس شد. چگالی، جذب طولانی مدت آب و ضخامت تورم در کامپوزیت های پلی پروپیلن تقویت شده با کاه شلتوک با بار الیاف 80-20 درصد وزنی به ترتیب از 1.12-0.8، 3.45-0.66 و 2.31-0.42 گرم/سانتیمتر مکعب متغیر بود. بازار بالقوه چنین کامپوزیت هایی می تواند صنعت ساخت و ساز و مصالح ساختمانی، مواد بسته بندی، تولید مبلمان و فضای داخلی خودرو باشد. حلقه کربن با استفاده از کشاورزی تنها پس از استفاده سودمند از ضایعات زیست توده کامل می شود. کامپوزیت های PS/PP به دلیل فراوانی و تجدیدپذیر بودن به طور بالقوه راه حل پایداری برای مقابله با ضایعات کاه شلتوک و مقادیر زیادی مواد قابل بازیافت پلیمری جدا شده از پردازشگرهای پسماند جامد باشند. بنابراین، تولید کامپوزیت های پلیمری بر پایه کاه شلتوک می تواند یک نوآوری مهم باشد که از اهداف اهداف توسعه پایدار حمایت می کند.