بازیافت ضایعات استایرن-بوتادین

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

ضایعات لاستیک ولکانیزه استایرن-بوتادین (SBRr) یک ماده خام با پتانسیل بازافزایی در زنجیره تولید، ارزش افزوده و کاهش اثرات زیست محیطی است. ترکیبات پلی پروپیلن (PP) و SBRr از صنعت کفش به دست آمده و استایرن-(اتیلن-بوتیلن)-استایرن (SEBS) به عنوان سازگار کننده، 20 و 30 درصد استایرن (St) نیز به آن افزوده می شود. افزودن 30 درصد SBRr فرایندپذیری را به خطر می اندازد، زیرا گشتاور و شاخص جریان اندکی افزایش یافته است. افزایش قابل توجهی در استحکام ضربه PP/SBRr/SEBS (20-10 درصد استایرن) و PP/SBRr/SEBS (30-10 درصد استایرن) با افزایش 316 و 248 درصدی PP مشاهده شد. مدول الاستیک، استحکام کششی، ازدیاد طول در هنگام شکست و سختی Shore D همگی نشان دهنده انعطاف پذیری بیشتر PP/SBRr/SEBS، به ویژه در کوپلیمر حاوی 20 درصد استایرن هستند. دمای انحراف حرارتی (HDT) نشان داد که حتی با افزودن مقدار زیادی SBRr به PP، HDT به دلیل ویژگی های متقابل شدت تحت تاثیر قرار نمی گیرد. سازگاری PP/SBRr  پیک های کریستالی PP را مهار کرد؛ همانطور که ازطریق پراش اشعه ایکس (XRD) تایید شد. مورفولوژی پایدار با افزودن 10 درصد SEBS به PP/SBRr به دست آمد که چسبندگی سطحی مناسب برای ذرات ریز را فراهم کرده و همچنین به سفت شدن PP کمک می کند. نتایج به دست آمده برای بازیافت لاستیک باهدف تولید پلی پروپیلن ضربه پذیر در ساخت ظروف و لوازم جانبی مبلمان امیدوارکننده است.

بازیافت پلاستیک پس از مصرف یک روش تلفیقی است و می تواند جایگزین مناسبی برای کاهش تقاضای مواد خام پتروشیمی و به موازات آن ارتقاء اقتصاد چرخشی شود. علاوه براین، به حفظ منابع طبیعی تجدیدناپذیر و همچنین توسعه پایدار کمک می کند. امروزه بقایای لاستیک از صنایع لاستیک و کفش، باتوجه به اینکه مواد ولکانیزه هستند، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این مواد چون که دارای اتصالات عرضی هستند؛ غیرقابل پردازش مجدد بوده و دارای افزودنی های متعددی مانند آنتی اکسیدان ها، پرکننده های معدنی ضد اوزون هستند تجزیه بیولوژیکی و همچنین استفاده مجدد از آنها دشوار است. ضایعات لاستیک نوعی ماده خام با پتانسیل استفاده مجدد است زیرا از خواص و ارزش افزوده خوبی برخوردار است. بنابراین، این موضوع در بخش تحول صنعتی و کاهش اثرات زیست محیطی ناشی از دفع یا سوزاندن نامناسب زباله های مضر و نامطلوب مورد توجه است. یک راه مقرون به صرفه و مناسب برای استفاده مجدد از ضایعات لاستیک تبدیل آن به پودر و سپس استفاده از آن به عنوان یک پرکننده الاستومری در فرمول های جدید با هدف بهبود خواص مکانیکی ترموپلاستیک ها است. هموپلیمر پلی پروپیلن (PP) یک رزین "کامودیتی" است که فرایند پذیری عالی، هزینه کم، چگالی کم، مانع رطوبت و خواص مکانیکی خوبی تحت کشش دارد. ازسوی دیگر، مقاومت ضربه ای پایین PP تولید محصولات را با نیازهای ضربه پذیری بالا را محدود می کند. برای غلبه بر این اشکال، محصول باید حاوی کوپلیمر پلی پروپیلن باشد؛ یعنی حاوی لاستیک سفت شده باشد.

یک گزینه برای استفاده مجدد از ضایعات لاستیک ولکانیزه مخلوط کردن آنها با PP است. اهمیت تکنولوژیکی PP پتانسیل تولید ترکیبات جدید حاوی بقایای لاستیک ولکانیزه را فراهم می کند. در این روش، پودر لاستیک قابل تزریق در ماتریس PP پراکنده می شود و به عنوان پرکننده انعطاف پذیر عمل کرده و چقرمگی مواد را بهبود می بخشد. کاستا و همکارانش پتانسیل ضایعات لاستیک تایر (بوتادین-استایرن-SBR) را به عنوان مکمل مواد خام برای سیستم لاستیک PP-اتیلن-پروپیلن-دی ان (EPDM) مورد بررسی قرار دادند. ترکیبات PP/EPDM/SBR  با استفاده از یک اکسترودر دو مارپیچ چرخان تهیه و نمونه ها با قالب گیری تزریقی آماده شدند. افزودن SBR به ماتریس PP نه تنها موجب افزایش مقاومت ضربه و ازدیاد طول در هنگام شکست نشد، بلکه کاهش جزئی در این خواص به وجود آمد که به چسبندگی ناکافی بین دو فاز نسبت داده می شود. با این حال، افزایش استحکام ضربه در PP/EPDM/SBR  با محتوای 25 درصدی SBR مشاهده شد. مدول الاستیک و استحکام کششی با افزایش غلظت EPDM یا SBR به دلیل افزایش انعطاف پذیری کاهش یافت. EPDM نیز عدم چسبندگی بهبود یافته بین دو فاز متمایز (PP و SBR) را بهبود بخشید که منجر به افزایش طول در هنگام شکست می شود.

سیرو و همکارانش ترکیبات PP حاوی لاستیک بازیافتی (BR) را با 55-10 درصد وزنی BR با استفاده از میکسر داخلی توسعه دادند. برخی نویسندگان این روند را به ماهیت مشبک ضایعات لاستیک نسبت دادند که حتی در دمای بالا در ماتریس ذوب نمی شود. در نتیجه، از پودر تایر لاستیکی می توان به منظور افزایش ضریب اصطکاک PP بکر استفاده کرد. با این حال، کاربردهای مهندسی آن نیز افزایش می یابد. از ترکیب مستقیم PP با ضایعات استایرن بوتادین (SBR) صنعت کفش یا تایر، باتوجه به تفاوت در ساختار مولکولی آنها، یک ترکیب غیرقابل امتزاج به دست 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 تعامل با PP است که با بلوک های انتهایی استایرن در SBR قابل اختلاط است.

هدف از این تحقیق تولید ترکیبات پلی پروپیلن (PP) سخت شده با ضایعات لاستیک بوتادین استایرن (SBRr) از صنعت کفش، با استفاده از کوپلیمر SEBS به عنوان یک سازگار کننده حاوی 20 و 30 درصد استایرن است. به طور کلی هرچه محتوای ضایعات تایرهای لاستیکی (WTR) در ماتریس PP بیشتر باشد، ترکیبات به افزایش ضریب اصطکاک بیشتر تمایل دارند.

جمع بندی و کلام آخر

پتانسیل استفاده مجدد از ضایعات ولکانیزه استایرن بوتادین (SBRr) صنعت کفش به عنوان یک اصلاح کننده ضربه برای پلی پروپیلن، با استفاده از SEBS به عنوان عامل سازگار کننده و 20 و 30 درصد استایرن امکان پذیر است. افزودن مستقیم 30 درصد SBRr به دلیل اختلاط ناپذیری نمی تواند به سخت شدن PP کمک کند. با این وجود، با افزودن SEBS به PP/SBRr یک اثر هم افزایی تأیید شد؛ به عنوان مثال PP با ضربه و ویژگی انعطاف پذیری بالاتری تولید شد. علاوه براین مدول الاستیک، استحکام کششی و HDT ترکیبات احتمالا به دلیل خواص متقابل SBRr کاهش شدیدی را متحمل نشدند. از آنجایی که استحکام ضربه و ازدیاد طول در هنگام شکست با محتوای پایین استایرن (20 درصد) همراه بود؛ محتوای استایرن در SEBS، به ویژه با 10 درصد SEBS، بر خواص مکانیکی تاثیر می گذارد. ازسوی دیگر، افزودن 30 درصد استایرن به SEBS موجب بهبود مدول الاستیک، استحکام کششی و سختی Shore D می شود که نشان دهنده سفتی بیشتر است. ترکیبات حاوی 7.5 و 10 درصد SEBS، باتوجه به افزایش پایداری حرارتی، اثر سازگاری در PP/SBRr را تایید کردند. نتایج حاصل از این مطالعه امکان معرفی SBRr به تولید صنعتی با هدف تولید پلی پروپیلن با ضربه پذیری بالا را نشان می دهد. اهمیت استفاده مجدد از SBRr نیز به توسعه پایدار مرتبط است که نه تنها محیط زیست، بلکه جنبه های اجتماعی و اقتصادی را نیز در بر می گیرد. پودر SBRr ولکانیزه یک ماده خام با ارزش برای استفاده به عنوان یک افزودنی اصلاح کننده ضربه در PP است؛ به شرطی که ترکیبات با SEBS سازگار باشند.