اختصاصی بسپار/مروری بر ظرفیت‌ها و محدودیت‌های گرماسخت‌های قابل بازیافت برای کاربردهای ساختاری
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر عملکرد برجسته‌ی گرماسخت‌های رایج از شبکه‌ی اتصالات عرضی این مواد حاصل می‌شود، اما بازیافت آن‌ها را محدود می‌کند. روش‌های تجاری برای مواجهه با این چالش را می‌توان به روش‌های مکانیکی، گرمایی و شیمیایی تقسیم کرد. این روش‌ها به طور معمول انرژی‌بر بوده و بازیافت ماده گرماسخت به تنهایی درنظر گرفته نمی شود. در واقع آن ها بر بازیافت مواد با ارزش تر همچون پرکننده ها، الیاف یا زیرلایه ها (substrates) متمرکز هستند. به منظور افزایش چرخش پذیری (circularity) مواد گرماسخت، در بسیاری از پژوهش‌های دانشگاهی، روش های ممکن را که در آن ها به واسطه ی استفاده از پیوند‌های اشتراکی پویا یا اتصالات تخریب پذیر به انرژی کمتری نیاز دارند گزارش شده است، هرچند اکثر این تحقیقات امکانات محدودی برای صنعتی شدن دارند.
این مقاله‌ی مروری بنا دارد تا با تمرکز بر فناوری، قابلیت ماندگاری (sustainable) و جنبه‌های اقتصادی، پلی را بین صنعت و پیشرفت های دانشگاهی ایجاد کند. در این مقاله، روش های اخیر برای بازیافت مواد گرماسخت، گسترش گرماسخت‌های بازیافت‌پذیر ذاتی و نمونه‌هایی که ممکن است در آینده‌ی نزدیک تجاری‌سازی شوند، مرور خواهند شد.
مقدمه
یکی از مهم‌ترین مسائل این دهه، افزایش پسماندهای پلاستیکی بر پایه‌ی منابع فسیلی است که در محیط‌زیست رها می‌شوند. بخشی از اقتصاد چرخشی، که توسط بنیاد Ellen MacArthur تدوین شده است، آینده‌ی ماندگارتر را برای نسل‌های بعدی به ارمغان می‌آورد. دو اصل اساسی در این مفهوم آورده شده است که عمده‌ی پلاستیک‌ها و نیز موادی که وارد این چرخه می‌شوند باید قابل بازیافت و پایه‌ی زیستی باشند. در حال‌حاضر درصد کمی از مواد پلاستیکی تولید شده بازیافت می‌شوند (میانگین جهانی در سال 2016، 10 درصد بوده است). بازیافت و بازفراورش مواد گرمانرم از نظر علمی و فناوری ساده‌تر است، از سوی دیگر مواد گرماسخت در رده‌ی دشوار‌ترین مواد برای بازیافت قرار می‌گیرند و برای مدت مدیدی این موضوع غیر‌ممکن قلمداد می‌شد. شاخصه‌ی مهم مواد گرماسخت حضور اتصالات عرضی شیمیایی بین مولکولی اشتراکی است، که استحکام و سفتی ماده را به همراه دارد و قابلیت خزش نمونه را در مقایسه با مواد گرمانرم مشابه کاهش می‌دهد، در نتیجه محرک‌های شیمیایی و مکانیکی موجود در محیط پیرامون ماده تاثیر کمتری بر آن خواهند داشت و آن‌ها را برای کاربردهای چندسازه ای (کامپوزیتی) مانند ساخت یا حفاظت (در مواردی مانند هوافضا و توربین‌های بادی) مناسب می‌سازد. هرچند که که پیامد این پایداری گرمایی و مکانیکی زیاد، بازیافت دشوار گرماسخت‌ها است. عمده‌ی رزین‌های گرماسخت، ایزوسیانات‌ها، پلی‌استر‌های سیرنشده، فرمالدئید‌ها، اپوکسید‌ها و الکیدها هستند، عمدتا به عنوان فرمول بندی های چندجزئی واکنش‌پذیر برای به هم چسباندن ذرات و الیاف تقویت کننده به کار گرفته می‌شوند و پس از پخت، مواد مستحکم با وزن کم به وجود مي‌آيد.
در حال حاضر عمده‌ی ضایعات گرماسخت دفن می‌شوند، که بر طبق سرفصل‌های سازمان حفاظت از محیط زیست (EPA) برای پسماندهای خشک، آخرین راهکار مدیریت پسماند به حساب می‌آید. دیگر روش‌های صنعتی برای پسماندهای گرماسخت شامل آسیا کردن و سوزاندن است. گرماسخت‌های آسیا شده معمولا به شکل پرکننده در کاربردهایی با کیفیت پایین‌تر و بدون جداسازی هیچ یک از اجزای تشکیل دهنده و تغییر ساختار مولکولی آن، به کار گرفته می‌شوند. هدف از سوزاندن به دست آوردن مجدد الیاف تقویت‌کننده ارزشمندتر و بازیابی انرژی از طریق سوزاندن رزین گرماسخت است که به عنوان پایین‌ترین رده بندی بازیافت از آن‌ها یاد می‌شود. برای افزایش سهم چندسازه‌ها در اقتصاد چرخشی لازم است تا نه تنها پرکننده ها و الیاف، بلکه رزین گرماسخت نیز دوباره بازیابی و مورد استفاده قرار گیرند.
یک روش امیدوارکننده برای دستیابی به یک گرماسخت قابل بازیافت به کارگیری پیوند‌های اشتراکی پویا و تخریب پذیر در ساختار مولکولی است. پاسخ‌گویی پویای این پیوند‌ها با یک محرک بیرونی که می‌تواند گرما، عامل شیمیایی و یا نور مرئی باشد به کار می‌افتد. در دهه‌‌های گذشته بسپارهای دارای چنین اتصالاتی تحت اسامی مختلف چون قابل بازیافت، قابل دوباره-کاری، قابل اصلاح (remendable) و خودترمیمی، گزارش شده‌اند. عمده‌ی این مواد به دلیلی شیمی پرهزینه پیچیده یا نداشتن خواص مکانیکی مرتبط، از منظر صنعتی قابلیت اجرایی ندارند. هرچند که این دسته جدید از گرماسخت ها به تدریج در حال خروج از حوزه‌های دانشگاهی بوده و نخستین نمونه‌ها در آستانه‌ی روانه شدن به بازار هستند. در دهه‌ی گذشته مقالات مروری بسیار زیادی، با محوریت بازیافت صنعتی گرماسخت‌ها یا فرایندهای شیمیایی دردسترس برای بسپارهای دارای اتصالات عرضی پویا در بسپارها گزارش شده‌اند.
برگردان: مهندس محمد صفری
Mohammad.n.safari@gmail.com
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره ٢٢١ ماهنامه بسپار از گروه مجلات بسپار که در نیمه اسفند ماه منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
