بررسی فرمولاسیون PET در بازیافت مکانیکی

بررسی فرمولاسیون و خواص بریدگی پلی اتیلن ترفتالات در بازیافت مکانیکی

امروزه استرس محیطی ناشی از تغییرات آب و هوایی، انگیزه‌ای برای یافتن راه حل های سبزتر شده است. نمونه بارز آن آلودگی پلاستیکی است. یکی از مشکلات اصلی در یافتن این نوع جایگزین ها حفظ تعادل زیست محیطی با صرفه اقتصادی است. غیر از کاهش مصرف پلاستیک، بازیافت یک رویکرد مفید است. درهمین راستا، پلی اتیلن ترفتالات (PET) در کانون توجه قرار دارد. این پلی استر اشباع با خواص منحصر به فرد یکی از بهترین پلاستیک های مورد استفاده است و استفاده از آن روبه افزایش است. علاوه براین، بیشترین پلیمر بازیافتی در جهان نیز محسوب می شود. ازبین روش‌های مختلف بازیافت، بازیافت مکانیکی امروزه کارآمدترین فرایند است و ردپای کربن کمتری دارد. با این حال، علی‌رغم تلاش‌ها برای بازیافت PET و افزایش مقالات منتشر شده در این مورد، چالش‌های بسیاری در توسعه صنعتی هنوز وجود دارد. یکی از دلایل این کار عدم درک صحیح تغییرات ساختاری ناشی از فرآوری و تاثیر بر خواص محصول نهایی است. در این مطالعه به بررسی ویژگی‌های ذاتی PET قبل و بعد از بازیافت مکانیکی می‌پردازیم. در اینجا همچنین با تمرکز بر فرایند مکانیکی، مکانیسم‌های متفاوت تجزیه و اثرات آنها نیز بیان شده است. درمورد تکنیک های تقویت کننده همراه با معایب احتمالی آنها نیز توضیح داده شده است. دید بهتر از آنچه هنوز درک نشده است ممکن است راه حل های جدیدی را برای پردازش و استفاده مجدد از PET ارائه دهد.

در آوریل 2022، برای اولین بار در تغییرات آب و هوایی که جامعه امروز با آن مواجه است، به طور غیرقابل انکاری با فعالیت‌های انسانی مرتبط بود. این یکی از شش یافته بزرگ در ششمین گزارش از هیئت بین دولتی تغییر اقلیم (IPCC) بود. این گروه علمی که توسط سازمان ملل متحد گرد هم آمده است، مسئول جمع آوری داده ها و نظارت بر شرایط جهانی مربوط به چندین جنبه از تغییرات آب و هوایی است. تاکنون بیش از 34000 مطالعه مورد بررسی قرار گرفته تا این نتیجه حاصل شد که اثرات زیست محیطی بسیار گسترده تر و شدیدتر ازحد انتظار است. با استفاده از ابزارهای پردازش داده، IPCC سناریوهای مختلف مانند انتشار گازهای گلخانه ای در ابعاد مختلف اجتماعی-اقتصادی را به عنوان ورودی مورد بررسی قرار داد. این پیش بینی ها امکان درک بهتر ریسک‌ها در سبک زندگی، تولید و مصرف را فراهم می کند. علاوه براین، به ارزیابی تاثیر اقدامات مختلفی که دولت ها در مقطعی با آن مواجه خواهند شد نیز می پردازد. همچنین به برخی از خطرات مربوط به افزایش دما، از دست دادن تنوع زیستی، و خشکسالی اشاره می کند که می توانند به سرعت تشدید شده و آسیب جبران ناپذیری به اکوسیستم و جامعه وارد کنند. نمونه بارز تخریب محیط زیست، آلودگی نفتی توسط پلاستیک‌های تولید شده از منابع نفتی است. محصولات پلاستیکی درمقایسه با سایر محصولات به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد ازجمله مقاومت، وزن سبک و قیمت نسبتا پایین به بخش مهمی از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. از دهه 1950 تاکنون 83000 متریک تن پلاستیک بکر تولید شده است. انتظار می رود تا سال 2050 تقاضا 4 برابر شود. این روند با شیوع کووید-19 تشدید شد که در آن مقدار تجهیزات بهداشت فردی پلیمری مانند ماسک و دستکش لاتکس سربه فلک کشید.

بیشترین کاربرد پلاستیک معمولا برای یک چرخه عمر بسیار کوتاه و به صورت یک بار مصرف است. این امر مدیریت پسماند را با چالش مواجه می کند. امروزه 79 درصد از تولید جهانی در محیط‌های طبیعی مانند محیط های دفن زباله و اقیانوس ها انباشته شده است. فقط در سواحل اروپا 80 درصد زباله های دریایی را پلاستیک تشکیل می دهد که 50 درصد آن محصولات یک بار مصرف است. تجزیه بسیار کُند آنها ممکن است خطری برای اکوسیستم دریایی باشد و آب آنها را آلوده کند. برای مثال، قرار گرفتن در معرض نور خورشید و رطوبت می تواند قطعات کوچک زنجیره های پلیمری را بشکند. این ذرات کوچک میکروپلاستیک نام دارند که بخش قابل توجهی از آنها در زباله های دریایی وجود دارد. برای اصلاح این واقعیت، سیاست های آب و هوایی کشورها باید برای کاهش پیامدهای فعالیت‌های انسانی تلاش کنند. این سیاست ها شامل به حداقل رساندن تجاری سازی پلاستیک‌های یکبار مصرف و جایگزین کردن محصولات تولید شده از منابع نفتی با محصولات پایه زیستی می شوند. برای مثال قوانین اروپا استفاده از حداقل مقدار رزین‌های بازیافتی را در محصولات توصیه می کنند؛ بطری های پلی اتیلن ترفتالات (PET) از سال 2025 باید حاوی 25 درصد رزین بازیافتی باشند. این مقدار پس از سال 2030 به حداقل 30 درصد افزایش خواهد یافت. در شکل زیر فرآوری و کاربرد پلی اتیلن ترفتالات ارائه شده است.

شکل 1:

خلاصه ی آنچه بیان شد

پلی اتیلن ترفتالات (PET) یک ترموپلاستیک نیمه کریستالی است که معمولا در محصولات روزمره کاربرد دارد. برای بسته بندی و ساخت بطری‌های یکبار مصرف از این جهت مهم است که یکی از محبوب ترین و پرکاربردترین پلاستیک ها است. این ماده به عنوان یک ماده بسیار مقاوم با نفوذناپذیری عالی در برابر آب و گاز، خواص نوری جذاب و قابلیت پردازش خوب شناخته شده است. پس از سنتز این ماده ازطریق یک واکنش ترانس استریفیکاسیون، از بیشتر پلی تراکم حالت جامد جهت افزایش جرم مولی و طیف وسیعی از ویسکوزیته ذاتی (IVs) استفاده می شود. هر یک از این گریدهای سنتز شده کاربرد خاصی دارند. PET با IV پایین تر می تواند برای تولید الیاف استفاده شود، درحالی که ویسکوزیته بالاتر در تایرهای صنعتی کاربرد دارد. تبلور نقش مهمی در مقاومت مکانیکی PET ایفا می کند و به روش های مختلف نیز تنظیم می شود. علاوه بر ویژگی‌های فیزیکی آن، روش پردازش ممکن است در دستیابی به الزامات خاص برای محصولات نهایی یک مزیت محسوب شود. علاوه براین، PET به دلیل داشتن ماهیت قابل بازیافت بیشتر مورد توجه قرار دارد. تلاش های متعددی باهدف بازیابی این ماده و تبدیل آن به مواد جدید ازطریق فرایند بازیافت نیز صورت گرفته است. با بهره گیری از ماهیت برگشت پذیر واکنش های تولید PET، مونومرهای اولیه می توانند برای سایر چرخه های حیات حفظ شوند. این فرایند بازیافت پیشرفته نامیده می شود و به دلیل تنوع کاربردها و خواص پایداری مواد بازیافتی، بدون دسته بندی خاص بسیار پرطرفدار است.

بازیافت مکانیکی که گزینه دیگری برای PET است، درحال حاضر به عنوان یک تجارت بزرگ عمل می کند و به سرمایه گذاری کمتری نیاز دارد تا امکان توسعه سریع تر بازیافت را فراهم کند. با استفاده از خطوط فرآوری استاندارد، مواد جمع آوری شده و شسته شده به پرک های قابل استفاده در چرخه های جدید تولید تبدیل می شوند. تعادل اکولوژیکی مثبت آن انتخاب مناسبی برای مدیریت پسماند است. چالش های مرتبط با اصلاح ساختار پلیمر پس از بازیافت، سورتینگ و اجتناب از منابع آلاینده ممکن است این فرآیند را پیچیده کنند. حتی اگر مکانیسم‌های تجزیه PET برای جامعه علمی به خوبی شناخته شده باشند اما گاهی اوقات ارزیابی میزان تغییرات ساختاری دشوار است. این واقعیت که چندین مکانیسم به طور همزمان عمل می کنند و حتی می‌توانند با یکدیگر مقابله کنند و آن را به چالش بکشند وجود دارد. تاثیر بریدگی زنجیره بر پاسخ مکانیکی پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی نمونه خوبی از تناقضات موجود در ادبیات علمی است.