بازیافت پلاستیک امروزه اهمیت ویژه ای در کشورها و جوامع مختلف پیدا کرده است. ملاحظات زیست محیطی ، رشد جمعیت و بازار مصرفی ترکیبات پلیمری ، صرفه های اقتصادی و … عواملی هستند که بازیافت پلاستیک را به نوعی نیاز اساسی برای زمین و ساکنین آن تبدیل کرده است . در ادامه به روش اجرای این کار پرداخته شده است :
.
بازیافت پلاستیک چیست ؟
استفاده مجدد از محصولات دور ریخته شده را بازیافت می نامند که شامل جمع آوری ، تفکیک ، آماده سازی و تولید محصول از مواد و محصولاتی می شود که قبلا مورد استفاده قرار گرفته اند. این عمل در مورد مواد بسیاری مانند فلزات ، پلاستیک ها و … صورت می گیرد و علاوه بر صرفه های اقتصادی که دارد به حفظ محیط زیست نیز کمک شایانی خواهد کرد.
.
.
انواع پلاستیک
پلاستیک ها از مواد پلیمری و افزودنی ها تشکیل شده اند. درصد پلیمر موجود در یک پلاستیک بسته به نوع کاربری می تواند از 100% تا 20% متغییر باشد. در خصوص مسئله بازیافت این محصولات را به دو دسته ترموپلاستیک و ترموست دسته بندی می کنند. این تمایز به ساختار مولکولی پلیمرها بر می گردد و این تفاوت بر مسیر پردازش و بازیافت تاثیر می گذارد. به پلاستیکی که برای بار اول استفاده می شود اصطلاحا ویرجین (دست نخورده) گفته می شود.
ترموپلاستیک
ترموپلاستیک ها در صورت حرارت دیدن نرم شده و با سرد شدن بدون هیچ تغییری در خواص به حالت اولیه خود در می آیند و این کار را می توان به دفعات بسیاری تکرار کرد. پلی اتیلن سنگین ، پلی اتیلن سبک ، پلی پروپیلن ، پلی استایرن در بسیاری از مواد مصرفی مانند کیسه های حمل و بسته بندی فست فود ها مورد استفاده قرار می گیرند. پلی اتیلن ترفتالات برای تولید بطری نوشیدنی های کربناته (نوشابه) به کار برده می شود.
ترموست
ترموست ها نیز همانند ترموپلاستیک ها در ابتدا به وسیله ذوب پردازش می شوند اما نمی توان آنها را دوباره ذوب کرد زیرا به جای ذوب شدن تجزیه می شوند. رزین اپوکسی (چسب ها و عایق های حرارتی) ، رزین ملامین – فرمالدهید (سطوح عایق در برابر حرارت مانند تخته های آشپزخانه) و فنولی ها (دسته نسوز ماهیتابه ، تستر و آهن) همگی پلیمرهای ترموست هستند.
از آنجایی که ترموست ها با ذوب دوباره قابل استفاده نیستند ، استفاده مجدد از آنها دشوار است. اما از طرفی این ترکیبات در مقادیر کمتر استفاده می شوند و عمر بالایی نیز دارند.
با توجه به مطالب بالا بازیافت و استفاده دوباره از پلاستیک ها به ترموپلاستیک ها محدود خو اهد بود و در ادامه به آن خواهیم پرداخت.
فرآیند ذوب ترموپلاستیک ها
فرآیند را می توان به 3 مرحله تقسیم کرد :
- ذوب
- شکل دادن
- جامدسازی
فرآیندهای زیادی برای پردازش پلیمرها وجود دارد که همگی شامل این سه مرحله هستند . اکستروژن ، قالب گیری تزریقی و قالب گیری بادی نمونه هایی از این روش ها هستند. هر کدام از روش های گفته شده برای تولید دسته خاصی از محصولات مورد استفاده قرار می گیرند.
اکستروژن :
برای مخلوط کردن پلیمرها با سایر افزودنی ها استفاده می شود. همچنین می توان از آن برای اشکال ساده مانند ورق های پلاستیکی و پروفیل های پنجره استفاده کرد.
قالب گیری تزریقی :
با این روش می توان مواد پیچیده تری را در زمان و تعداد زیاد تولید کرد. نمونه هایی از این محصولات شامل سطل ها ، دستگیره درب اتومبیل ، جعبه موبایل و تلویزیون های خانگی هستند.
قالب گیری بادی :
برای تولید محصولاتی توخالی مانند بطری ها مورد استفاده قرار می گیرد.
دمیدن فیلمی :
برای تولید فیلم های نازک جهت مصارف بسته بندی و یا کیسه های حمل استفاده می شود. خوراک تمامی روش های ذکر شده قرص های پلاستیکی با اندازه ای مشابه نخود است. برای استفاده مجدد نیز باید پلاستیک ها را به همین شکل درآورد.
در تمامی این فرآیندها اتفاقات زیر برای پلیمر روی خواهند داد :
حرارت دیدن و انتقال حرارت : پلیمر حرارت داده می شود تا ذوب شود و سپس با از دست دادن حرارت به حالت جامد در می آید.
تغییر شکل : محصول را قادر می سازد تا در طول فرآیند شکل بگیرد. پلیمرها در برابر نیروی برشی مستعد صدمه دیدن هستند که در طول فرآیند پردازش و یا گرانوله سازی ممکن است رخ دهد. این عمل با دمای بالا تسریع می شود.
بنابراین پلاستیک های زائد به دنبال استفاده شدن تا حدی تخریب خواهند شد ، میزان این تخریب به نوع پلیمر ، استرس حراتی و برشی و پایداری اولیه بستگی دارد. برای جلوگیری از تخریب می توان از افزودنی های پیادار کننده استفاده کرد. مواد افزودنی دیگری مانند پرکننده ها نیز برای بهبود خواص پلاستیک های بازیافت شده مورد استفاده قرارمی گیرند.
لزوم جداسازی پلاستیک ها
دلیل جداسازی ترموپلاستیک ها و ترموست ها روشن است زیرا ترموست ها را نمی توان با ذوب دوباره استفاده کرد. اما جداسازی برای ترموپلاستیک های خاص (پلی پروپیلن ، پلی اتیلن ترفتالات ، پلی وینیل کلراید و …) نیز باید صورت گیرد زیرا هر کدام از آنها دارای ساختار شیمیایی متفاوتی هستند. مخلوطی از این پلیمرها هیچ وقت نتیجه مطلوبی را حاصل نمیکند زیرا در یکدیگر حل نمی شوند و عموما پیوندی بین انواع مختلف این پلیمرها شکل نمی گیرد.
پردازش مجدد یا بازیافت ترموپلاستیک ها
معمولترین روش برای بازیافت پلاستیک ها ، بازیافت مکانیکی است. پلاستیک های زائد تولید شده در کارخانه های تولیدی جمع آوری شده و به اندازه مناسبی برای پردازش در آورده می شوند. این کار سال هاست که استفاده می شود و نتایج محیط زیستی و اقتصادی مطلوبی را برای تولیدکنندگان به همراه دارد.
اما از آنجایی که مواد در شکل های مختلفی مانند بشکه ، قالب های پلاستیکی بزرگ و … وجود دارند و به همین شکل به واحد بازیافت پلاستیک آورده می شوند، مراحل دیگری نیز باید صورت گیرند. این مراحل شامل کاهش اندازه ، تمیز کردن ، مرتب سازی و گرانوله سازی مجدد هستند. فعالیت های بازیابی از این دست را بازیافت ثانویه می نامند.
یکی از مشکلات دیگری که در این کار وجود دارد تاریخچه (پیشینه) مواد است. عدم آگاهی از تاریخچه مواد می تواند موجب ایجاد تفاوت در خواص پلاستیک بازیافتی در مقایسه با پلاستیک اولیه باشد. حتی اگر گرید ماده اولیه استفاده شده نیز معلوم باشد باز هم این تفاوت ها وجود دارند. برای تولید محصولات با کیفیت ، به پلاستیک با کیفیت نیز نیاز است . از این رو رقابت کردن در این بازار مشکلاتی را نیز به همراه دارد.
خواص تاثیر گذار بر روی کیفیت محصول بازیافتی
- تعداد دفعات بازیافت و استفاده مجدد
- تعداد تخریب های حرارتی
- خالص و یا مخلوط بودن ( یک پلیمر خاص است و یا مخلوطی از پلیمرهاست)
- آلوده شدن با مواد دیگر مانند روغن ، خاک ، چوب و ..
- کاربری قبلی
- آسیب دیدن به دلیل استفاده قبلی ( قرار گرفتن در معرض آب ، نور طولانی و …)
روشهای بازیافت پلاستیک
بر اساس آنچه که گفته شد بهترین خوراک و جریان برای واحد بازیافت جریانی است که تنها از یک نوع پلاستیک تشکیل شده باشد. زباله های خانگی معمولا مخلوطی از مواد مختلف هستند که شامل انواع پلیمرها و مواد غذایی و … است. چنین جریانی برای بازیافت مناسب نخواهد بود. آسانترین راه برای جداسازی این ترکیبات مختلف، تفکیک آنها در محل توسط خود افراد است. عددهایی که بر روی برخی محصولات خصوصا بطری های پلاستیکی درج شده اند ، به همین منظور تعبیه شده اند و بر اساس نوع پلیمر شماره گذاری شده اند.
تفکیک در مبدا در کشورهایی مانند انگلستان انجام می شود. هر چند در حال حاضر فقط بطری های پلی اتیلن ترفتالات (پت) ، پی وی سی و پلی اتیلن سنگین ، سطل ها و گلدان ها با این روش در انگلستان تفکیک می شوند.
با توجه به این نکته که بیشتر حجم پلاستیک های زائد خانه ها را پلی اتیلن (55%) و پلی پروپیلن (15%) تشکیل می دهند ، می توان دریافت که هنوز راه زیادی برای دست یابی به تفکیک مناسب در پیش است.
مراحل بازیافت فیزیکی
یک فرآیند بازیافت مکانیکی پلاستیک ممکن است به دو نوع تقسیم شود :
- روش های فیزیکی برای همگن کردن زباله ها (یعنی ذخیره سازی ، خردکردن ، شستشو و مرتب سازی)
- فرآیند ذوب (گرانول سازی دوباره و پردازش مجدد)
کاهش اندازه یکی از موراد مهم است زیرا زباله ها عموما در اندازه های متفاوت هستند و برای استفاده در ماشین آلات مناسب نیستند. از همین رو به ذراتی با اندازه 25-50 میلی متر تبدیل می شوند.
عملیات شستشو برای جداسازی ناخالصی ها و آلودگی هایی مانند چربی ، چسب، برچسب ها و … صورت می گیرد. در این مرحله از مواد شوینده برای پاک سازی ناخالصی ها استفاده می شود. این کار خلوص خوراک را بالا برده و در کیفیت محصول نهایی تاثیر بسزایی می گذارد. پس از شستشو مواد باقیمانده پلاستیکی خشک می شوند.
مرتب سازی یکی از کارهایی است که باید به صورت مداوم صورت گیرد. این کار را می توان به صورت دستی (در صورت ارزان بودن منابع انسانی) و یا پیشرفته انجام داد.
یکی از روش ها برای جداسازی پلی اولفین ها که در حدود 70 درصد از زباله های پلاستیکی خانگی را تشکیل می دهند استفاده از اختلاف دانسیته است.
این روش را نمی توان برای جداسازی همه پلیمرها انجام داد. به عنوان مثال پلی اتیلن ترفتالات و پی وی سی هر دو دانسیته برابری دارند (1.40 g/cm3). در این موارد باید از روش های دیگری بهره برد ، مثلا برای جداسازی پت و پی وی سی با استفاده از XRF انجام می شود.
پس از طی مراحل بالا می توان به جریانی دست یافت که تنها از یک نوع پلیمر تشکیل شده است و پردازش را می توان در تجهیزاتی که برای پلیمر خام استفاده می شدند، انجام داد. در شکل زیر چرخه فرآیند بازیافت پلاستیک نشان داده شده است.
منابع :
Goodship, V. (2007). Plastic recycling. Science progress, 90(4), 245-268.
