بخشی از مقاله
بازیافت بطریهای پلیاتیلنترفتاالت توسط آلیاژ با پلیپروپیلن ( PP) به همراهاستفاده از الستیک اتیلنپروپیلندایمنومر ( EPDM)
چکیده
امروزه پلیاتیلن ترفتالات به عنوان یکی از پلاستیکهای مهندسی جایگاه ویژهای در صنایع پلیمر پیدا نموده و با توجه به طول عمر بالای این ماده درصنایع و چرخه مصرف آن، باید به ضایعات حاصل از آن بدلیل اهمیت بحث بازیافت و تجزیه در محیط زیست این ماده نگاه ویژه-ای داشت. PET مادهای است که اگر بازیافت آن بخوبی صورت پذیرفته و ناخالصیهای مواد بازیافتی PET حذف شود، خواص فرآیندی ضایعات آن میتواند بهخوبی PET نو باشد. از سویی دیگر، پیشرفت تکنولوژی آلیاژ سازی پلیمرها ایجاب میکند که جهت دستیابی به نتایج بهتر در بازیافت PET نیز ازاین تکنیک بهخوبی بهره گرفته شود. دراین پژوهش، سعی بر آن شد تا با استفاده از تکنیک آلیاژسازی، خواص PET بازیافتی بهبود یابد . لذا با توجه به خواص کششی مناسبی که پلیپروپیلن دارد، PET بازیافتی با PP آلیاژ گردید، اما از آنجا که این دو پلیمر سازگاری مناسبی بایکدیگر ندارند، از EPDM عاملدارشده از طریق اپوکسیداسیون به-عنوان سازگارکننده استفاده شد. ایجاد پیوند بین گروهای عاملی EPDMاپوکسیده شده و باندهای کربوکسیل و هیدروکسیل PET ، سازگاری آلیاژ نهایی را بهدنبال خواهد داشت. از آلیاژ حاصله تستهای مکانیکی وحرارتی مورد نیاز بعمل آمد که نتایج حاصله نشان میدهد EPDM عاملدار شده قادر به ایجاد استحکام کششی مورد نیاز و بالاتر ازPET بازیافتی خالص جهت کاربرد در نوارهای پلاستیکی نمی باشد.
کلمات کلیدی:
PET بازیافتی، PP ، EPDM عاملدارشده، اپوکسیداسیون، اکسترودر دوپیچه، استحکام کششی.
مقدمه
بحث آلیاژهای سه تایی هم از دیدگاه صنعتی و هم از حیث علمی اهمیت ویژهای را نزد محققین علوم و تکنولوژی پلیمر پیدا کرد. درسال D.Chan,1997 و M.K.Cheung خواص مکانیکی و رئولوژیکی آلیاژ PET/PP با استفاده ازسازگارکننده EPOLENE E-43 ساخت شرکتEastman Chemical Co. را مــورد بررسی قـرار دادنـد. آمیــزههای با E-43 ویســکوزیته کمتـر و خصوصیـــات دراثر بـرش رقیــقشوندهتری نسبت به آمیــزههای بدونE-43 دارند. PETو PP قبل از قالبگیری باید در خلا به مدت 8 ساعت خشک شوند تا حاوی آب نباشند. اضافه کردن E-43 مدول و استحکام کششی آمیزه را افزایش میدهد. E-43 یک سازگارکننده ایده آل برای سیستم PP/PET نیست ولی یک روانکننده1 موثر برای این سیستم است،.[1] در سال1998 B.Moore و همـکاران روی کربوکسیـلسازیPP 2 توسـط اکستـروژن واکنشـی با پراکسـید های عاملدارشده کار کردند،.[2] درهمان سال K.H.Yoon و همکاران بر روی خواص فرآیندواکنش PET با PP پیوندزدهشده با "انیدریدمالئیک" تحقیق کردند. آنها از DMTA نیز برای برآورد میزان سازگاری استفاده کردند. وزن PET در طول آلیاژسازی تغییر نمیکند، در حالیکه وزن PP وPP اصلاح شده با MA بهترتیب حدود 10 و 15 درصـد کم میشود. مشخص گردید که درآمیزههای واکنشی، برهمکنش بین فازها در سطح3 وجود دارد. در نمـودارهای SEM، دیسپـرس شـدن فاز PP اصـلاحشـده با MA را میتـوان مشـاهـده کرد که این در نمـودارهای DMTA دیـده نمی-شــود،.[3] درسال R.Legras 1999 و همکاران بر روی رابطه بین مورفـولـوژی سطح و بالک آمیزهPP/PET در قالبی با پوشـش پلیایـمیـد (PI) تحقیـق کردند. برای قالبگیـری فشـاری در دمای CO280 و فشار 1/64 MPa به مدت یک دقیقه استفاده شد که برای جلوگیری ازتخریب PPبه آن پایدارکننده حرارتی IRGANOX 1010 اضافه کردند. PP و PET بهدلیل ناسازگاری ازلحاظ قطبیت در همکاملاً امتزاجناپذیر4 بوده و جــدایی فــازی شـدیدی ازخود نشـــان می-دهند،.[4] درسال 2000، N.K.Kalfoglou و C.P.Padopoulou خواص مکانیکی، حرارتی و مورفولوژی آلیاژ PP/PET با سازگارکنندههای مختلف را مورد بررسی قرار دادند و اثر هر یک از سازگارکنندههارا باهم مقایسه نمودند،.[5] درهمان سال Y.X.Pang و همکاران اثرات سازگارکننده-های مختلف را روی مورفـولـوژی بین سطحی1 و رفتار مکانیــکی آمیزههای PP/PET مورد مطالعه قراردادند. دراینمقاله سازگارکنندههای C-2A، C-3 و C-4 استفاده شدند و PP مالئه شده نیز در اکسترودر دوپیچه تولید گردید. سازگارکننـده موجــب افزایـش چسبندگی بینسطحی PP و"انیدریدمالئـیک" میشوند. C-4 بهترین سازگاری و پخش شوندگی2 وC-3 کمترین سازگاری را نشان میدهد،.[6]
در سال P.Dokolas 2001 و همکاران مطالعاتی بر روی پیوندزنی "متیل متاکریلات" بر روی PP
و PET داشتنـد. نتایـج نشان داد که MMA بهخوبی روی قرصهای PP، فیبرPP و قرصهای PET
پیوند زده میشود و MMA پیوند زدهشده بر روی PP (حدود (%20 خیلی بیشتر از مقدار پیوند زدهشده بر روی PET (حدود (%3,5 است .[7] درهمان سال T.Y.Bae و همکاران روی آمیزهکاری واکنشی PP/PET توسـط گروه عاملی "ایزوسیـانات" تحقیـق کردند. اضـافه کردن "ایزوسیانات" بخاطـر کاهـش کشـش بینسـطحی بین فازهای PP و PET، سـبب کاهـش انـدازه ذرات فاز متفرق میگـردد. همچنیـن آمیزه سازگارشده از آمیزه سـازگارنشـده جذب آب کمتـری دارد،.[8] همچنین مطالعات بر روی چقرمهسازی PET توسـط یک نوع لاستیک با ترکیبهای مختلف نیز نشـان میدهد که با تغییر جزئی در لاستیک، میزان چقرمگی آلیاژ نیز تغییر مییابد. مطالعـه بر روی سیسـتم PET/NBR نیز نشـان میدهـد که بعلت وجود واکنشهای گروه نیتریل با گروه کربوکسیـل انتـهایی PET، نوعی سـازگارسـازی واکنشی درحین فرآیند آلیاژسازی رخ داده و خواص سطح مشترک و آلیاژ بهبود مییابند،Poul .[9] و همکاران نیز آلیاژهای PET/ABS را بطور سیستماتیک در دوحالت با و بدون سازگارکننده بررسی نمودهاندWang .[10] و همکاران[11] ،
همچنین Zhang و همکاران[12]، نیز لاستیک EPDM را با اپوکسیدها عاملدار نموده و ضمن مشاهده کاهش در اندازه ذرات آلیاژ آن با PBT، برخی از خواص مکانیکی آلیاژ را مورد بررسی قرار دادند،.. ازآنجا که هدف از این تحقیق، تولید تسمهای با استحکام کششی بالا میباشد، برای افزایش قابلیت کشش از PP استفاده میگردد و از آنجا که RPET با PP سازگار نیست، از EPDM عامل-دار شده بهعنوان سازگارکننده آلیاژ PET/PP استفاده شده و تاکنون تحقیقی دراینخصوص صورت نگرفته است.
.1 مواد و روشها:
مواد مورد استفاده دراین پژوهش، پلیاتیلنترفتالات (PET) گرید بطری شرکت پتروشیمی شهیدتندگویان، پلی پروپیلن از پتروشیمی اراک ، پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی از شرکت آب معدنی تبریز و اتیلن پروپیلن دی ان منومر از شرکت LANXESS آلمان و همچنین اسید فرمیک %90 ، آب اکسیژنه % 30 ، اتیلن استات و تولوئن %99 از شرکت مرک آلمان مورد استفاده گردید.
.1,2 دستگاه ها
دستگاه اکسترودر دو پیچه همسوگرد مدل Brabender ساخت شرکت Brabender آلمان دارای شش منطقه حرارتی از قیف تا حدیده بود. این سامانه به یک حمام آب سرد جهت سرد نمودن نمونه-ها و همچنین یک دستگاه گرانول ساز مجهز بود. از دستگاه تزریق با مدل ENGEL ساخت کشور دانمارک استفاده شد. حجم محفظه این دستگاه 300 ml و ضریب پرشدگی آن 80 درصد می باشد. از دستگاه میکروسکوپ الکترونی پویشی جهت بررسی ریز ساختار آلیاژهای تولید شده استفاده گردید. این آزمون به کمک دستگاه میکروسکوپ الکترونی پویشی با مدل AIS-2100 ساخت شرکت SERON کره جنوبی انجام گرفت. به منظـور بررسـیکیفی واکنـشعاملدار کردن EPDM و اطمینان از انجام آن ، از دستگاه طیفسنجی مادونقرمز مدل EQUI NOX 55 شرکت Bruker آلمان موجود در دانشگاه تهران استفاده گردیـد. برای تهیهفیلم ازنمونههای عاملدارشده EPDM برای آزمایش FTIR و نیز تهیه ورق و نمونههای دمبلیشکل جهت تست کشش ازمواد حاصل از دستگاه مخلوطکن داخلی، از دستگاه پرس-هیدرولیکی ساخت ایران باحداکثر بار اعمالی 90 تن موجود در دانشگاه تربیت مدرس استفاده گردید.
برای بررسی خواصمکانیکی نمونههای حاصله و بدست آوردن منحنی تنشـ کرنش از دستگاه کشش ساخت شرکت "پارس پیگیر" موجود در دانشگاه تربیت مدرس استفاده گردید.
.2 یافته ها:
ابتدا برای بدست آوردن بهترین ترکیب درصد دوتایی آلیاژ RPET/PP ،ترکیب درصدهای مختلفی امتحان شد تا بهترین ترکیب درصد بدست آید که از بین درصدهای 90/10 ،80/20،70/30 مشخص شد که درصد 90/10 از نظر خواص مکانیکی بهتر و ضربه پذیری بالاتری را دارد. سپس از این فرمول برای پیدا کردن درصد بهینه سازگارکننده استفاده کردیم. و برای بدست آوردن بهترین ترکیب درصد سازگارکننده آلیاژ سه تایی RPET/PP/e-EPDM ترکیب درصد eEPDM را متغییر در نظر گرفته شد. به این صورت که ترکیب درصد سازگارکننده ( ( eEPDM از 5 به 20 تغییر کرده و ترکیب درصد PP و RPET را در مقدار بهینه خود ثابت نگه داشته. که فرمولاسیونهای مربوطه در جدول شماره ( 1) آورده شده است. سپس با ثابت نگه داشتن بهترین درصد سازگارکننده ، ترکیب درصد PP و RPET را تغییر دادیم تا بهترین ترکیب درصد از این اجزاء نیز بدست آید که فرمولاسیون های مربوطه در جدول شماره ( 2) ارائه شده است و در نهایت خواص بهترین ترکیب درصد از آلیاژ PET بازیافتی را با آلیاژ PET نو با همان ترکیب درصد با هم مقایسه کردیم. فرمولاسیون PET نو در جدول شماره(( 3 ارائه گردیده است. به منظور تهیه نمونه ها ، مواد ضایعاتی RPET و PP را به مدت 24 ساعت در دمای 110°C در یک آون رطوبت گیری شدند. سپس فرمولاسیون های طراحی شده در یک اکسترودر 2 پیچه همسوگرد که دارای 5 منطقه حرارتی که به ترتیب دارای دمای 230 ، 240 ، 250 ، 260و 270 °C و دور 130 RPM بود آماده شد. و در نهایت گرانول های حاصله جهت تولید نمونه های لازم برای تست ضربه و کشش در دستگاه قالبگیری تزریقی، تزریق شدند. شایان ذکر است که شرایط دستگاه تزریق بصورت زیر است: دمای دستگاه تزریق به ترتیب 210 - 205 - 200 - 195 و 215 œC و همچنین فشار تزریق : * 1600psi فشار قالب : * 2000 psi زمان خنک شدن : 19 s و زمان تزریق : 4 s * می باشد .
قبل از تزریق گرانول های حاصله به مدت 24 ساعت در آون در دمای 110 œC قرار داده می شوند
. نمونه های تست ضربه و کشش دراین مرحله آماده شد. این دو آزمون برطبق استاندارد ASTMD ) - 256 مربوط به تست ضربه ) و ASTMD - 638 (مربوط به تست کشش ) صورت گرفت و در نهایت خواص مکانیکی مثل کشش و ضربه را برای نمونه ها بدست آوردیم.
جدول شماره : 1 فرمولاسیون اثر ترکیب درصد ×سازگارکننده با ترکیب درصد ثابت اجزاء
جدول شماره : 2 فرمولاسیون اثر ترکیب درصد اجزاء با ×ترکیب درصد ثابت سازگارکننده
جدول: 3 فرمولاسیون آلیاژ سه تایی با PET نو ( (VPET
جدول شماره :4 نتایج خواص مکانیکی برای آلیاژ 90/10 از RPET/ PP ، آلیاژ 90/10/10 از
نتایج حاصل نشان می دهد در صورتی که از % 10 وزنی سازگارکننده ( (eEPDM استفاده گردد خواص مکانیکی این سامانه سه تایی، بهترین حالت خود را دارد و با افزایش یا کاهش درصد سازگارکننده، خواص مکانیکی آن افت می کند .
با توجه به اینکه بهترین شرایط خواص مکانیکی در % 10 وزنی از سازگارکننده بوجود آمده باید نسبت بهینه ترکیب درصد اجزاء دیگر یعنی RPET و PP را پیدا کرد. فرمولاسیون هایی برای آنها ارائه دادیم که نتایج آن در جدول شماره 4 ارائه شده است. نتایج خواص مکانیکی این نمونه ها در جدول شماره ( (5 ارائه شده و مشخص شده در حالتی که از RPET % 90 و PP %10 استفاده شود بهترین شرایط خواص مکانیکی را داریم .
