بهینه سازي فرایند بازیافت فیزیکی بطري هاي پلی استر به منظور کاربرد در تولید الیاف نساجی

چکیده:    

بطري هاي پلی استر :: امروزه یکی از منابع آلوده کننده محیط زیست، پلیمرهایی هستند که به سختی در محیط زیست تجزیه می شوند. پلی استر یکی از این پلیمرها است که بازیافت این ماده به عنوان یکی از بهترین راههاي کاهش آلودگی محیط زیست توسط آن، معرفی شده که باعث صرفه جوئی در مصرف انرژي و مواد اولیه نیز می شود. بازیافت پلی استر به دو صورت مکانیکی و شیمیایی انجام می گیرد.

روش مکانیکی که در آن از ذوب قطعات پلی استري، گرانولهاي قابل مصرف در تولید الیاف نساجی تولید می شود و به دلیل نیاز به تکنولوژي پایین تر و روش آسان تر، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مشکلات گرانول هاي بازیافت شده در مقایسه با گرانول نو پلی استر، ویسکوزیته و وزن مولکولی کمتر آن است. ویسکوزیته پلی استر در اثر ذوب شدن هاي متوالی کاهش می یابد که براي رفع این مشکل تحقیقات زیادي انجام گرفته است.

در این مقاله تلاش بر آن شده است تا با به کار گیري فرایند خشک کردن همراه با به کارگیري مواد ضد اکسیداسیون و همچنین بسط دهنده هاي زنجیره هاي پلی استر (PMDA (Pyromeltiticdianhydride محصول فرایند بازیافت ضایعات پلی استري را با ویسکوزیته ذاتی بالاتر که قابلیت استفاده مستقیم در فرایند ذوب ریسی الیاف نساجی را دارا باشد، تولید نمود.

مقدمه

تولید پلیمرهاي بشر ساخته هر روز رو به افزایش بوده که در این میان پلی استر سهم بیشتري نسبت به پلیمرهاي دیگر دارد.

به علت رشد سریع استفاده از پلی استر، این پلیمر به عنوان مهمترین پلیمر مهندسی در دو دهه اخیر شناخته شده است و عموماّ براي تولید محصولاتی مانند الیاف نساجی، نخ تایر اتومبیل، بطري، ظروف، فیلم هاي پزشکی و بسته بندي و… استفاده می شود. از مهم ترین عوامل توسعه الیافPET می توان به در دسترس بودن مواد اولیه، استحکام بالا، مقاومت خوب در برابر مواد سفید کننده و شوینده، کپک، قارچ، بید، یکنواختی ساختاري و… اشاره کرد. این ماده استحکام، مقاومت شیمیایی، وضوح، قابلیت پروسه، توانایی رنگ پذیري و پایداراي گرمایی عالی دارد. پلی اتیلن ترفتالات با استفاده از دو مونومراسید ترفتالیک و الکل اتیلن گلایکول که هر کدام داراي دو ظرفیت می باشند، در دما و فشار ایده آل و با حضور کاتالیزور تولید می گردد.

صنعت بازیافت به دلیل فشار محیط زیست براي بهبود مدیریت پسماند، آغاز به کار کرد و دلیل اصلی این صنعت براي بازیافت بطري هاي PET سرعت تجزیه بسیار پایین آن ها در طبیعت بود. زیرا PET یک پلاستیک غیر قابل خرد شدن در شرایط نرمال است و هیچ ارگانیزمی که بتواند این ماده را مصرف کند، شناخته نشده است. روش هاي پیچیده و گران براي تخریب و از بین بردن  PET وجود دارد که در این میان بازیافت آن بهترین روش براي کاهش اقتصادي زباله PET است به عبارت دیگر قیمت تمام شده کمتر PET بازیافتی در مقایسه با PET نو، ارزش این صنعت را آشکار می کند. بازیافت قطعات PET به دو روش بازیافت شیمیایی و مکانیکی انجام می گیرد.

مزیت بازیافت مکانیکی PET ساده و دوستدار محیط زیست بودن این پروسه است و همچنین سرمایه کمی نیاز دارد. ولی عیب اصلی این روش کاهش وزن مولکولی در طول پروسه است. محققین با دانستن این عیب در پی برطرف کردن آن به روش هاي گوناگون می باشند. موارد زیر از جمله این روش ها است:

1 – انجام پروسه تحت خلا
2  – استفاده از پایدار کننده ها
3  – پلیمریزاسیون فاز جامد
4  – بسط زنجیر
5  – مخلوط کردن پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی با پلیمر هاي مصنوعی به این منظور در این تحقیق از ماده بسط دهنده زنجیر و آنتی اکسیدان همراه با پروسه خشک کردن استفاده شده است.

2- روش تحقیق

ضایعات پلی استري به صورت کلوخه هاي حاصل از راکتورهاي پتروشیمی (W-PET) و قطعات خرد شده بطري هاي نوشابه کوکا کولا (B-PET)  به عنوان مواد اولیه مصرفی در فرایند بازیافت فیزیکی مورد استفاده قرار گرفت. واحد تکرار شونده هر دو مورد و همچنین شکل ظاهري آنها در شکل 1 آمده است.

شکل 1- شکل الف واحد تکرار شونده PET، شکل ب ظاهر پودر بطری (B-PET) و شکل ج ظاهر ضایعات پلی استری (W-PET)

مواد کمکی مورد استفاده شامل ماده بسط دهنده زنجیر PMDA و آنتی اکسیدان Flynox1010  بوده است. ساختار شیمیایی مواد کمکی مورد استفاده در شکل 2 آمده است.

شکل 2- شکل الف ساختار ماده بسط دهنده زنجیر ، شکل ب ساختار فلاینوکس 1010

اندیس جریان مذاب (MFI ) نمونه ها که توسط دستگاه  MFI Indexer مدلMFI2 اندازه گیري شد به عنوان شاخصی براي بررسی میزان تغییرات گرانروي پلی استر قبل و در حین فرایند بازیافت مورد استفاده قرار گرفت. دماي دستگاه  MFI2 روي 265 درجه سانتی گراد تنظیم شد و مدت زمان ماند مواد تغذیه شده به داخل دستگاه نیز 5 دقیقه در نظر گرفته شد. اثر خشک کردن نمونه ها در آون معمولی و آون آزمایشگاهی تحت خلاء مورد بررسی قرار گرفت. به طوري که نمونه ها در دماها (170 ،150 ،100 و 220درجه سانتی گراد ) و زمان هاي مختلف خشک می شدند و سپس تغییرات گرانروي آنها بررسی می شد. نمونه هاي ضایعاتی که در شرایط بهینه بدست آمده، در حین آزمایشات توسط دستگاه ذوب ریسی آزمایشگاهی به الیاف فیلامنتی تبدیل شده و استحکام تا  حد پارگی و ازدیاد طول الیاف حاصله توسط دستگاه استحکام سنج آزمایشگاهی مدل   SDL12 مورد ارزیابی قرار گرفت.

3- نتایج و بحث

1-3 -بررسی عوامل مختلف روي اندیس جریان مذاب نمونه ها

شکل 3 تأثیر خشک کردن پلی استر خالص روي MFI آن را نشان می دهد. با توجه به این نمودار خشک کردن، تأثیر قابل توجهی در کاهش میزان  MFI داشته که این اثر هنگام استفاده از آون خلاء بیشتر مشهود است. با افزایش زمان خشک کردن MFI نمونه ها کاهش بیشتري می یابد.

شکل 3- تاثیر خشک کردن روی MFI پلی استر خالص

شکل 4 اثر افزودن درصدهاي مختلف آنتی اکسیدان فلاینوکس 1010 را همراه با خشک کردن نمونه ها در دماي 170 درجه سانتی گراد و به مدت 2 ساعت روي میزان MFI  پودر بطري نشان می دهد. مقدار بهینه مصرف این ماده برابر 5/0 درصد وزنی می باشد.

شکل 4- تاثیر ضد اکسیداسیون و خشک کن روی MFI پودر بطری

شکل 5 تاثیر همراهی خشک کردن و استفاده از ماده PMDA را روي MFI پودر بطري نشان می دهد. با توجه به نمودار استفاده از PMDA تا مقدار یک درصد وزنی باعث کاهش MFI و پس از آن باعث ژل شدن پلیمر می شود.

شکل 5- اثر PMDA و خشک کن بر MFI پودر بطری

شکل 6 تاثیر همراهی خشک کردن و استفاده از ماده PMDA را روي MFI ضایعات پلی استري ارائه می دهد. در این نمودار همچنین تأثیر زمان هاي مختلف ماند نمونه در دستگاه اندازه گیري MFI را نمایش می دهد.

شکل 6- اثر PMDA و خشک کن بر MFI ضایعات پلی استری

2-3- بررسی استحکام و ازدیاد طول الیاف ریسیده شده

با توجه به آزمون هاي انجام شده و براي بررسی اثر انجام بازیافت در شرایط مختلف بر کیفیت الیاف ذوب ریسی شده نهایی، نمونه هایی از مواد ضایعاتی آماده سازي شده و ضمن اندازه گیري نمره الیاف، در شرایط مختلف با کمک دستگاه ذوب ریسی آزمایشگاهی به الیاف تک فیلامنتی تبدیل شده و توسط دستگاه استحکام سنج کشیده شدند تا ازدیاد طول نمونه ها با یکدیگر مقایسه شوند. جدول 1 نمره الیاف تولیدي و جدول 2 استحکام و ازدیاد طول آنها را نشان می دهد.

جدول 1- نمره الیاف تولیدی برحسب دنیر

جدول 2- استحکام و ازدیاد طول الیاف تولیدی

4-نتیجه گیري

هدف از انجام این تحقیق افزایش ویسکوزیته پلی استرهاي بازیافتی به منظور تولید لیف از آنها است. عوامل مختلفی از جمله خشک کردن نمونه ها، افزودن درصدي از ماده آنتی اکسیدان و ماده بسط دهنده زنجیر به منظور کاهش MFI (افزایش ویسکوزیته) نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاصل از اعمال هر یک از شرایط بالا به شرح زیر است:

– خشک کردن توسط دو آون معمولی و خلاء انجام گرفت که هر دو مورد روي کاهش MFI نمونه ها موثر بودند و دلیل این امر حذف آب و جلوگیري از واکنش هاي هیدرولیز است. خشک کردن نمونه ها توسط آون خلاء موثرتر از آون معمولی ارزیابی شد اما خشک کردن در آون معمولی در دماي 170 درجه سانتی گراد و به مدت دو ساعت به عنوان بهینه ترین حالت مورد استفاده قرار گرفت.

– استفاده از ماده آنتی اکسیدان بر کاهش MFI نمونه ها اثر گذار بود. تأثیر این ماده هنگام خشک کردن نمونه مضاعف می شود.

– موثرترین عامل مورد استفاده، افزودن ماده بسط دهنده زنجیر به پلی استر هاي بازیافتی بوده است که تأثیر این ماده هنگام  خشک کردن نمونه ها مضاعف می شود به طوري که می توان با این روش MFI نمونه اي بازیافتی را به MFI نمونه خالص پلی استر نزدیک کرد.

مراجع:

1- N.Sharma and Shubhada,“Management of Polyethylene Terephthalate (PET) Waste” ,Asian Textile Journal,58- 64,May 1995.
2- شفایی، شیرین( 1386 )، “تولید الیاف پلیمري از آمیخته بطريهاي PET بازیافتی  و “PP مجله علوم و تکنولوژي پلیمر، سال بیستم، شماره 1، صفحه  49-58
3-F.Awaja and D.Pavel,” Recycling of PET “,European Polymer Journal, Volume 41, Issue 7, Pages 1453-1477, July 2005.
4-Erema, Plastic recycling systems, the PET planttechnology. Finding information on the Internet [Online],2002,Available from: www.erema.at/E_PET_tech.htm;
5-J. Scheirs, “Polymer recycling”, science technology and application. John Wiley and Sons Ltd; 1998.
6-GP.Karayannidis, D.Kokkalas, D.Bikiaris, “ Solid-State polycondensation of poly(ethylene terephthalate) recycled from Postconsumer soft-drink bottles I,II.”, J Appl Polym Sci 1993;50:21,35-42.

منبع : شماره 22 مجله کهن

————————————————————————————

این مطلب را نیز بخوانید
پیشنهاد سردبیر : نقشه های فرش ماشینی چگونه طراحی می شوند؟

————————————————————————————
تحریریه مجله نساجی کهن
ارسال مقالات و ترجمه جهت انتشار در سایت : info@kohanjournal.com