ساخت کامپوزیت PET بازیافتی تقویت شده

ساخت کامپوزیت پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی تقویت شده با فیبر سیزال و خاک اره

استفاده گسترده از پلیمر در زندگی روزمره موجب افزایش ضایعات شده و مشکلات زیست محیطی را نیز به دنبال دارد. در عصر مدرن، نگرانی‌های زیست محیطی بازیافت پلاستیک را به یک موضوع مهم تبدیل کرده است. اکثر زباله‌های جامد جهان از ضایعات پلاستیکی حاوی زنجیره‌های پلیمری مختلف تشکیل شده است. درحال حاضر اگرچه روش‌های مختلفی برای بازیافت پلاستیک وجود دارد اما یک روش خاص برای خلاص شدن از شر این ضایعات ناخواسته بازیافت مکانیکی است. پلاستیک های بازیافتی را می توان با فیبر طبیعی یا مصنوعی جهت تولید مواد کامپوزیتی ترکیب کرد. هدف از این تحقیق ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی فیبر سیزال و کامپوزیت‌های پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی تقویت شده (RPET) با خاک اره است. مقدار محتوای فیبر سیزال در کامپوزیت از 10، 15، 20، 25 تا 30 درصد وزنی متغیر است. در هر نمونه کامپوزیت از 5 درصد خاک اره استفاده شد. کامپوزیت‌ها با روش اختلاط مذاب تولید شدند. این مطالعه همچنین به بررسی اثرات بار فیبر بر ویژگی‌های مختلف کامپوزیت ازجمله استحکام کششی، مدول کششی، مقاومت خمشی، مدول خمشی، مقاومت ضربه ای، قدرت فشاری، چگالی و جذب آب پرداخته است. نتایج به دست آمده حداکثر استحکام کششی 84.96 مگاپاسکال، مدول کششی 1.77 گیگاپاسکال، مقاومت خمشی 230.8 مگاپاسکال، مدول خمشی 11.24 گیگا پاسکال، قدرت ضربه ای 18.96 کیلوژول بر مترمربع و مقاومت فشاری 194.8 مگاپاسکال را نشان می دهند. جذب آب کامپوزیت با افزایش نسبت وزن فیبر افزایش یافت و چگالی کامپوزیت ها با افزایش وزن فیبر سیزال کاهش یافت. از نتایج این مطالعه می توان نتیجه گرفت که بهترین ترکیب الیاف سیزال (25 درصد)، خاک اره (5 درصد) و پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی (70 درصد) است. بنابراین، می توان از خاک اره و الیاف سیزال به عنوان پرکننده و تقویت کننده در ماتریس RPET استفاده کرد که علاوه بر کاهش هزینه، از مزایای زیست محیطی نیز برخوردار است.

در دنیای صنعتی امروز محیط زیست، به ویژه در صنایع فرآوری پلاستیک که بر بازیافت و کاهش ضایعات در حین و بعد از عملیات تبدیل محصول متمرکز است، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بازیافت به منظور جلوگیری از آلودگی، تخریب محیط زیست و مدیریت زباله یک نگرانی جهانی است. استفاده مجدد از ضایعات باهدف تولید محصولات جدید دارای چندین مزیت ازجمله اثرات مثبت بر محیط زیست و منافع اقتصادی است. استفاده مجدد از ضایعات صنعتی و تولید محصولات زیست سازگار از منابع تجدیدپذیر نشان دهنده چگونگی تاثیر آگاهی انسان برای دستیابی به پایداری و کاهش اثرات زیست محیطی است. این امر نشان می دهد که تولید محصولات زیستی با ارزش بالا درطی چند دهه گذشته و گسترش کامپوزیت های پلیمری را می توان با استراتژی های اقتصاد زیستی و چرخشی مورد بررسی قرار داد. برای حفظ سودمندی محصول، کیفیت مواد و ارزش اقتصادی آن در زمان طولانی، طراحی ساختاری ضرورت دارد. علاوه براین، آگاهی روزافزون از مسائل زیست محیطی و گسترش سریع صنعت تولید به مواد اقتصادی تر و زیست تخریب پذیر با کیفیت برتر مانند مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا، تعمیر و نگهداری کم و هزینه پایین تر نیاز دارد. از آنجایی که مواد پلاستیکی پرکاربرد هستند، اغلب برای بسته بندی و ظروف نوشیدنی (مانند آب و نوشابه) استفاده می شوند. اکثر کشورهای جهان به دلیل حجم بالای پلاستیکی که مصرف می شود و زباله‌های پلاستیکی غیرقابل تجزیه زیستی که روزانه در طبیعت دور ریخته می شوند، با بحران زباله درگیر هستند. چون که این مواد پلیمری به سختی تجزیه می شوند، دفع زباله مشکل بزرگی است.

براساس گزارشات، 192 کشور سالانه بیش از 275 میلیون تن زباله پلاستیکی تولید می کنند که از این تعداد 12 میلیون تن به اقیانوس ریخته می شود که اکوسیستم را به طور جدی آلوده می کند. استفاده از پلاستیک در کشورهای درحال توسعه نسبت به کشورهای توسعه یافته، به سرعت روبه افزایش است. به عنوان مثال، در اتیوپی در سال 2022 حدود 386000 تن پلاستیک تولید کرد که مصرف سرانه به 3.8 کیلوگرم پلاستیک رسید. پلاستیک به دلیل اینکه زیست تخریب پذیر نیست، موجب آلودگی در محیط زیست می شود. بنابراین حذف زباله پلاستیکی از اکوسیستم ضروری است. پلاستیک با سوزاندن، استفاده مجدد یا بازیافت از محیط زیست حذف می شود. سوزاندن زباله پلاستیکی گازهای سمی خطرناکی تولید می کند درحالی که استفاده مجدد از آن نیز به دلیل آلودگی جایگزین جذابی نیست. به همین دلیل بازیافت تنها گزینه مناسب است. برهمین اساس، در این مطالعه به بررسی مواد کامپوزیتی حاوی خاک اره و الیاف سیزال می پردازیم. در جدول زیر خواص خاک اره و الیاف سیزال به طور خلاصه بیان شده است.

جدول 1:

ازجمله فرایندهای متعدد بازیافت شیمیایی برای ضایعات پلاستیکی می‌توان گلیکولیز، هیدرولیز، آلکالوز، متانولیز، آمونولیز و آمینولیز را نام برد. یکی از روش‌های بسیار جذاب برای خلاص شدن از شر زباله پلاستیکی بازیافت مکانیکی است که شامل جمع آوری، خرد کردن و پلت کردن مواد قبل از استفاده مجدد و تولید محصولات پلاستیکی جدید می شود. مواد کامپوزیتی را نیز می توان با تقویت پلاستیک‌های بازیافتی به کمک الیاف طبیعی یا مصنوعی تولید کرد. کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف طبیعی (NFRC) در چند دهه گذشته بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این کامپوزیت‌ها همچنین به دلیل داشتن ساختار ساده، زیست تخریب پذیری، زیست سازگار بودن و تهدید نکردن سلامتی انسان و سایر جانداران روز به روز محبوب تر می شوند.

و در پایان

در این مطالعه یک بررسی تجربی از خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف سیزال و خاک اره (RPET) ارائه شده است. باتوجه به نتایج تجربی حاصل از این بررسی، مشاهده شد که نسبت وزنی الیاف تاثیر بسزایی بر خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت های RPET ازجمله استحکام کششی، مدول کششی، مقاومت خمشی، مدول خمشی، مقاومت ضربه ای، مقاومت فشاری، چگالی و جذب آب دارد. درطول آزمایش، مقدار خاک اره ثابت نگه داشته شد. در کامپوزیت حاوی 70 درصد RPET، 25 درصد الیاف سیزال و 5 درصد خاک اره حداکثر استحکام کششی 84.96 مگاپاسکال، مدول کششی 1.77 مگاپاسکال، مقاومت خمشی 230.8 مگاپاسکال، مدول خمشی 11.24 مگاپاسکال، قدرت ضربه ای 18.96 کیلوژول و مقاومت فشاری 194.8 مگاپاسکال ثبت شد. میزان جذب آب نیز با افزایش نسبت وزن الیاف سیزال افزایش یافت؛ یعنی محتوای سیزال نسبت به سایر نمونه ها 10 درصد آب کمتری جذب کرد. این به دلیل آبدوست بودن تقویت کننده و برهمکنش بین گروه های OH در الیاف و آب است. چگالی مواد کامپوزیت به دلیل افزایش وزن فیبر سیزال کاهش یافت که ممکن است ناشی از چگالی کمتر الیاف نساجی درمقایسه با سایر انواع مواد تقویت کننده باشد. نتایج به دست آمده چگالی کم الیاف نساجی را درمقایسه با دیگر انواع تقویت کننده ها تایید می کند. همچنین تایید می کند که چگالی کم (94.19 کیلوگرم بر میلیمتر مکعب) و چگالی بالا (104.67 کیلوگرم بر میلیمتر مکعب) به ترتیب در نمونه های حاوی 30 و 10 درصد وزنی فیبر سیزال مشاهده شد. این ممکن است نه فقط یک منبع اضافی از مواد خام برای تولید کامپوزیت، بلکه روشی متفاوت جهت ارزش گذاری الیاف سیزال و خاک اره به دلیل خواص مکانیکی و جذب آب بالای آنها باشد؛ فیبر سیزال و خاک اره پتانسیل استفاده در صنایع مختلف را دارند. به طور کلی، مواد کامپوزیتی حاوی فیبر سیزال و خاک اره از خواص مکانیکی خوبی برخوردار هستند به طوری که می توان از آنها به عنوان پرکننده و تقویت کننده در ماتریس RPET استفاده کرد که موجب کاهش هزینه و افزایش مزایای زیست محیطی نیز می شود.