ارتباط بین ترکیب لاستیکی بازیافتیِ صنعت کفش و پلی استایرن: اثربخشی محتوای سازگارکنندۀ SBS
هدف از این این تحقیق، ارزیابی اثربخش سازگارکنندۀ استایرن-بوتادین-استایرن (SBS) بر خواص ترکیبی پلی استایرن با مخلوط لاستیکی استایرن-بوتادین بازیافت شده است. محتوای SBS 5، 7.5 و 10 درصد بود. در این مطالعه، این ترکیب با پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) مقایسه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که ویسکوزیته مخلوط ها بیشتر از HIPS است. مخلوط های سازگار با 5 و 7.5 درصد دارای همان میزان مقاومت به ضربۀ HIPS بودند، در حالی که ترکیبات 10 درصدی افزایش 80 درصدی نسبت به HIPS داشتند. استحکام خمشی، سختی، دمای انحراف گرما و خواص دمای نقطۀ نرم شن Vicat با خواص HIPS مشابه بودند که این تشابه به حضور فیلرهای معدنی نسبت داده شد و از بین رفتن این خواص را به حداقل می رساند. دو فاز مجزا با کمک میکروسکوپ نیروی اتمی مشاهده شد و در مورفولوژی که ازطریق میکروسکوپ الکترونی روبشی تجزیه و تحلیل شد، خواص معمولی مخلوط های غیرقابل امتزاج مشاهده شد.
پیشرفت جهانی در مصرف محصولات صنعتی باعث افزایش حجم ضایعات جامد شده است که اثرات زیست محیطی مخربی را به همراه داشته و مدیریت پسماند را در شهرهای بزرگ دچار مشکل می کند. تولید لاستیک از صنایع کفش و تایر سالانه رشد بالایی دارد و در نتیجه، زباله های جامد زیادی دور ریخته یا سوزانده می شود که به معنای تجاوز به محیط زیست است. استفاده مجدد از ضایعات لاستیکی پس از مصرف و پس از صنعتی شدن یک چالش بزرگ است، به ویژه در صنایع کفش و تایر که عمدتآ ولکانیزه هستند. یکی از موانع اصلی در بازیافت لاستیک های ولکانیزه این واقعیت است که این مواد دارای پیوندهای عرضی در ساختار خود هستند که از ذوب و پردازش مجدد آنها جلوگیری می کند؛ مانند توسعه مخلوط های پلیمری. در این مورد، ضایعات لاستیکی آسیاب شده به شکل ذرات با یک ماتریس پلیمری در حین پردازش مخلوط شده و بعنوان فیلرهای انعطاف پذیر عمل می کنند. به طور کلی، بقایای لاستیک به پلیمرهای ترموپلاستیک با رفتار مکانیکی شکننده برای افزایش سختی آنها اضافه می شود. در همین راستا، تحقیقاتی با هدف تجزیه و تحلیل اثرات افزودن ضایعات آسیاب شدۀ کفش یا تایر به ترکیبات ماتریس پلی استایرن (PS) صورت گرفته است. با توجه به این مقالات منتشر شده، این ترکیب بعنوان راهی برای تولید مواد حاوی خواص منحصر به فرد از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بوده و مقاومت به ضربه را افزایش می دهد. ضایعات ولکانیزۀ لاستیک و کفش معمولآ از مخلوط فیلرها، افزودنی های فرآوری، عوامل پخت، رنگدانه ها و تثبیت کننده ها ساخته می شوند. در صورت پراکنده شدن این مواد در محیط زیست، برخی از آنها که جرم مولی پایینی دارند ممکن است باعث آلودگی خاک شوند.
امروزه بازیافت لاستیک های ولکانیزه حتی دشوارتر است زیرا صنایع ترکیبات لاستیک را با افزودنی های جدید در مخلوط ها به منظور بالا بردن عملکرد و طول عمر آنها بهبود می بخشند. این ترکیب واقعی ناشناخته است چرا که یک راز صنعتی محسوب می شود. با این حال، توجیه روشنی برای تحقیقات وجود دارد که امکان استفادۀ مجدد از بقایای لاستیک را در صنایع تشویق می کند، این امکان را نیز فراهم می کند که موادی با خواص کشسانی خوب تولید شود. مطالعات متعددی در حوزۀ توسعۀ مخلوط های ترموپلاستیک با ضایعات لاستیک و کفش وجود دارد که اساسآ با فیلرهای سیاه کربنی تقویت شده و در نتیجه، مواد تیره رنگی ایجاد می شود. با این حال، این مطالعات با استفاده از لاستیک سفید ولکانیزه استایرن-بوتادین (SBR) در توسعه مخلوط با PS بعنوان ماتریس پلیمری عملآ وجود ندارد. بر همین اساس، مطالعۀ این ضایعات SBR و آنالیز پتانسیل تکنولوژیکی واقعی این ترکیب بازیافتی بعنوان یک فیلر الاستومری راحت است. هدف از این مطالعه، ارزیابی تأثیر محتوای سازگارکنندۀ استایرن-بوتادین-استایرن (SBS) بر توسعۀ ترکیبات PS با یک ترکیب لاستیکی بازیافت شدۀ سفید است که در ادامه، خواص آنها با خواص پلی استایرن تجاری مقاوم به ضربه (HIPS) مقایسه می شود.
خواص پودر لاستیک بازیافت شده
پراکندگی گرانولومتری: توزیع اندازه ذرات در ترکیب لاستیک بازیافتی SBR در جدول زیر نشان داده شده است.
جدول 1:
این جدول نشان می دهد که پودر ترکیبی بازیافت شدۀ SBR از توزیع ذرات گسترده ای از 0.84 تا 0.074 میلی متر برخوردار است. همچنین نتایج به دست آمده نشان داد که میانگین ذرات بین 25 تا 35 مش (0.71 تا 0.5 میلی متر)، معادل با 35.52 درصد است.
تجزیه و تحلیل مورفولوژیکی با EDS
در بخش الف از شکل زیر، میکروگراف های SEM برای پودر SBR نشان داده شده است اما در بخش دوم از همین شکل، SEM و EDS در پودر SBR در مدت زمان 1 ساعت در دمای 600 درجه سانتیگراد ارائه شده است.
شکل 1:
باتوجه به اولین بخش از این شکل، زبری سطحی در پودر SBR دارای ذراتی با شکل نامنظم است که علت آن را باید لاستیک بازیافتی آسیاب شده دانست. علاوه براین، وجود فیلرهای چسبنده به فاز لاستیکی با موفقیت تأیید شد. وجود کلسیم (Ca)، سیلیکون (Si)، منیزیم (Mg)، روی (Zn) و تیتانیوم (Ti) را می توان در پودر SBR متخلخل با تجزیه و تحلیل نیمه کمّی EDS مطابق با شکل بالا مشاهده کرد که نشان دهندۀ وجود کربنات کلسیم (CaCO₃)، سیلیس (SiO)، تالک (Mg₃H₂Si₄O₁₂)، اکسید روی (ZnO) و دی اکسید تیتانیوم (TiO₂) است. تمام فیلرهای نگاشته شده در EDS سفید هستند و کربنات کلسیم، اکسید روی و تالک بعنوان بارهای غیرفعال متفاوت از سیلیس هستند که بعنوان یک فیلر تقویت کنندۀ فعال عمل می کند. کربنات کلسیم و تالک به طور کلی بعنوان فیلر در ترکیبات لاستیکی استفاده می شود. از سوی دیگر، اکسید روی یک فعال کنندۀ معمولی ولکانیزاسیون است. در نهایت، وجود دی اکسید تیتانیوم هم احتمالآ به شکل روتیلی و چند شکلی به ترکیب لاستیک اضافه شد تا از اشعه ماوراء بنفش محافظت کند.
سازگاری ترکیبات PS با یک ترکیب لاستیکی بازیافتی از صنعت کفش و کوپلیمر SBS مورد مطالعه قرار گرفته و با HIPS تجاری مقایسه شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که حتی با وجود برخی مشکلات در استفاده مجدد از لاستیک های ولکانیزه، می توان با کاهش هزینه های تولید در حین توسعۀ محصول و تولید ماده ای با طراحی زیبایی شناختی، موادی با خواص عالی به دست آورد. با توجه به اینکه این ماده از لاستیک سفید بازیافتی ساخته شده است، با این حال امکان توسعۀ بیشتر مواد حاصل از پودرهای بازیافتی را فراهم کرده و به کاهش تخریب محیط زیست هم کمک می کند. علاوه براین، از افزایش هزینه های بازیافت جلوگیری می کند. ترکیب این لاستیک ها پیچیده است و ممکن است حاوی تثبیت کننده ها، بازدارندۀ شعله و نرم کننده هایی با جرم مولی کم باشد که آن نیز هم ممکن است به مرور زمان آب های زیرزمینی را آلوده کند. توسعۀ ترکیبات PS با یک ترکیب لاستیکی سفید می تواند فرصت های جدید در تولید موادی با پایداری زیست محیطی به حداکثر برساند. در صورت استفاده مجدد از این مواد ولکانیزه، سوزاندن آنها برای محیط زیست و انسان بسیار تهاجمی است و باید از آن اجتناب شود زیرا ساختار گوگردی آنها پس از سوزاندن با اکسیژن واکنش نشان می دهد و دی اکسید گوگرد تشکیل شده از این واکنش ممکن است به اکوسیستم ها و سلامت انسان آسیب برساند.
