تبدیل ضایعات استایرن بوتادین به مواد خام

تبدیل ضایعات ولکانیزه استایرن-بوتادین به مواد خام با ارزش: فرصتی برای افزایش اثرات تولید پلی پروپیلن

ضایعات ولکانیزه لاستیک استایرن-بوتادین (SBRr) یک ماده خام با پتانسیل افزودن مجدد به زنجیره تولید، ارزش افزوده و کاهش اثرات زیست محیطی است. پلی پروپیلن (PP) با SBRr باقیمانده از صنعت تولید کفش تولید شده و استایرن-(اتیلن-بوتیلن)-استایرن (SEBS) به عنوان سازگار کننده همراه با 20 و 30 درصد استایرن (St) به آن افزوده می‌شود. افزودن 30 درصد SBRr فرایند پذیری را به خطر نمی اندازد زیرا گشتاور و شاخص جریان اندکی افزایش یافته است. افزایش قابل توجهی در استحکام ضربه ای PP/SBRr/SEBS (استایرن 20-10 درصد) و PP/SBRr/SEBS (استایرن 30-10 درصدی) با PP 316 و 248 درصدی مشاهده شد. مدول الاستیک، استحکام کششی، ازدیاد طول در هنگام شکست و سختی Shore D انعطاف پذیری بیشتری در PP/SBRr/SEBS به ویژه در کوپلیمر با استایرن 20 درصدی نشان داد. دمای انحراف حرارتی (HDT) نشان داد که حتی با افزودن محتوای بالای SBRr به PP، HDT به دلیل ویژگی اتصال عرضی آن چندان تحت تاثیر قرار نگرفت. سازگاری PP/SBRr با SEBS (استایرن 20 درصد) پیک‌های کریستالی PP را مهار کرد، همانطور که ازطریق پراش اشعه ایکس (XRD) نیز تایید شد. مورفولوژی پایدار با افزودن 10 درصد SEBS به PP/SBRr به دست آمد که چسبندگی سطحی مناسبی را برای سفت شدن PP فراهم می کند. نتایج به دست آمده برای بازیافت لاستیک با هدف تولید پلی پروپیلن با ضربه پذیری بالا در تولید ظروف و مبلمان امیدوارکننده هستند.

بازیافت پلاستیک پس از مصرف یک روش تلفیقی و جایگزین مناسبی برای کاهش تقاضای مواد خام پتروشیمی و به موازات آن ارتقاء اقتصاد دورانی است. علاوه براین، به حفظ منابع طبیعی تجدید ناپذیر و همچنین توسعه پایداری کمک می‌کند. برهمین اساس، ضایعات لاستیک از صنایع تولید لاستیک و کفش، باتوجه به اینکه مواد ولکانیزه هستند، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. از آنجایی که این ضایعات اتصالات عرضی دارند، غیرقابل پردازش مجدد بوده و دارای افزودنی‌های متعددی مانند آنتی اکسیدان‌ها و پرکننده‌های معدنی ضد اوزون هستند تجزیه بیولوژیکی و همچنین استفاده مجدد از آنها دشوار است. ضایعات لاستیک نوعی ماده خام با قابلیت استفاده مجدد است زیرا از خواص خوب و ارزش افزوده برخوردار است. بنابراین، این موضوع در بخش تحول صنعتی و همچنین باهدف کاهش اثرات زیست محیطی ناشی از دفع یا سوزاندن نامناسب زباله‌های مضر و نامطلوب قابل توجه است. راهکار مناسب و مقرون به صرفه برای استفاده مجدد از ضایعات لاستیک تبدیل آن به پودر و سپس افزودن آن به عنوان یک پرکننده الاستومری در فرمول‌های جدید باهدف بهبود خواص مکانیکی ترموپلاستیک است. هموپلیمر پلی پروپیلن (PP) یک رزین "کالایی" است که دارای فرایند پذیری عالی، هزینه کم، چگالی کم، مانع رطوبت و خواص مکانیکی کششی خوب است. ازسوی دیگر، استحکام ضربه‌ای کم PP تولید محصولات با ضربه پذیری بالا را محدود می‌کند. برای غلبه بر این مشکل، در فرایند تولید باید از کوپلیمر پلی پروپیلن یا همان لاستیک سفت شده استفاده کرد. برای استفاده مجدد از ضایعات لاستیک ولکانیزه می‌توان آنها را با PP مخلوط کرد. اهمیت تکنولوژیکی PP زمینه را برای تولید ترکیبات جدید حاوی ضایعات لاستیک ولکانیزه فراهم می‌کند. در این مورد، پودر لاستیک قابل تزریق در ماتریس PP پراکنده شده و به عنوان پرکننده انعطاف پذیر و تقویت کننده چقرمگی عمل می‌کند.

کاستا و همکارانش پتانسیل ضایعات لاستیک تایر (SBR-استایرن-بوتادین) را به عنوان مواد خام مکمل در سیستم PP/اتیلن-پروپیلن-لاستیک دی ان (EPDM) مورد بررسی قرار دادند. ترکیبات PP/EPDM/SBR با استفاده از یک اکسترودر دو مارپیچ همسو تهیه و نمونه‌ها با قالب گیری تزریقی آماده شدند. افزودن SBR به ماتریس PP منجر به افزایش مقاومت ضربه‌ای و ازدیاد طول در هنگام شکست نشد بلکه کاهش جزئی این خواص به چسبندگی نا کافی بین دو فاز نسبت داده می‌شود. با این حال استحکام ضربه‌ای PP/EPDM/SBR با محتوای EPDM و SBR به حدود 25 درصد رسید. مدول الاستیک و استحکام کششی با افزایش غلظت EPDM یا SBR به دلیل افزایش انعطاف پذیری کاهش یافت. EPDM عدم چسبندگی بهبود یافته بین دو فاز متمایز (PP و SBR) را توسعه داد که منجر به افزایش طول درنتیجۀ شکست می‌شود. سیرو و همکارانش ترکیبات PP را با 10 تا 55 درصد وزنی لاستیک بازیافتی (BR) و با استفاده از میکسر داخلی توسعه دادند. نمودارهای رئومتری افزایش اندکی در گشتاور را با افزایش BR نشان دادند که نشان دهنده افزایش ویسکوزیته است. افزایش غلظت BR موجب کاهش مدول الاستیک و استحکام کششی، به ویژه کاهش شدید این خواص در BR 55 درصدی شد. نتایج به دست آمده از وزن سنجی گرمایی (TG) نشان داد که پایداری حرارتی ترکیبات PP/BR با افزودن BR، درمقایسه با PP خالص، کاهش می‌یابد. در اسکن‌های DSC مشاهده شد که افزودن لاستیک بازیافتی به PP، باتوجه به اثرات منفی بر دمای ذوب کریستالی، ساختار کریستالی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. سیوارائوس و همکارانش ترکیبات PP را با 40-0 درصد وزنی ضایعات تایرهای لاستیکی به منظور ارزیابی ضریب اصطکاک تهیه کردند. مشاهده شد که هرچه محتوای WTR در ماتریس PP بیشتر باشد، ترکیبات به افزایش ضریب اصطکاک تمایل بیشتری دارند. محققان این روند را به ماهیت مشبک ضایعات لاستیک که حتی در دمای بالا در ماتریکس ذوب نمی‌شود، نسبت داده‌اند. درنتیجه، از پودر لاستیک تایر می‌توان برای افزایش ضریب اصطکاک PP بکر و توسعه کاربردهای مهندسی آن استفاده کرد. با اختلاط مستقیم PP با ضایعات استایرن بوتادین (SBR) صنعت کفش یا تایر، باتوجه به تفاوت در ساختار مولکولی، یک ترکیب غیرقابل اختلاط به وجود می آید. جایگزینی بهبود سطح تعامل بین سطحی ازطریق افزودن یک کوپلیمر مانند استایرن-اتیلن-بوتیلن-استایرن (SEBS) امکان پذیر است. بلوک مرکزی اتیلن-بوتیلن (EB) در SEBS قادر به ایجاد برهمکنش با PP که قابل اختلاط با بلوک‌های انتهایی استایرن در SBR است، است.

جمع بندی و کلام آخر

در این مطالعه، استفاده مجدد بالقوه از ضایعات استایرن بوتادین ولکانیزه (SBRr) صنعت کفش به عنوان یک اصلاح کننده ضربه‌ای برای پلی پروپیلن، با استفاده از SEBS به عنوان عامل سازگاری حاوی 20 و 30 درصد استایرن مورد بررسی قرار گرفته است. افزودن مستقیم 30 درصد SBRr به دلیل اختلاط ناپذیری باعث چقرمگی PP نشد. با این وجود، افزودن SEBS به PP/SBRr یک اثر هم افزایی نشان داد؛ به عنوان مثال PP با ضربه پذیری و انعطاف پذیری بالا. علاوه براین مدول الاستیک، استحکام کششی و HDT ترکیبات به این دلیل دارا بودن ویژگی‌های متقابل کاهش شدیدی نداشتند. از آنجایی که استحکام ضربه و ازدیاد طول در هنگام شکست با محتوای استایرن کمتر (استایرن 20 درصد) همراه است، محتوای استایرن در SEBS خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار می‌دهد، به ویژه با 10 درصد SEBS. ازسوی دیگر، افزودن 30 درصد استایرن در SEBS برای بهبود مدول الاستیک، استحکام کششی، سختی Shore D و افزایش چقرمگی امیدوارکننده‌تر است. ترکیبات حاوی 7.5 و 10 درصد SEBS باتوجه به پایداری حرارتی بیشتر PP/SBRr، اثر سازگاری در PP/SBRr را تایید کردند. نتایج به دست آمده امکان معرفی مجدد SBRr به تولید صنعتی باهدف تولید پلی پروپیلن با ضربه پذیری بالا را پیشنهاد می‌کنند. اهمیت استفاده مجدد از SBRr نیز به توسعه پایدار زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی مرتبط است. پودر SBRr ولکانیزه یک ماده خام با ارزش برای استفاده به عنوان یک افزودنی اصلاح کننده ضربه پذیری در PP است که ترکیبات سازگار با SEBS را فراهم می‌کند.