مدیریت زباله و گزینه های بازیافت برای فوم های پلی یورتان:
از آنجایی که تولید PUF زیاد بوده و همچنان در حال رشد است، رسیدگی به میزان فزاینده ضایعات PUF یک مشکل رو به افزایش است. مدیریت زباله معمولاً با دفن زباله یا سوزاندن، و در بیشتر موارد بدون بازیافت انرژی انجام می گردد. با این حال، سایر رویکردهای سازگار با محیط زیست از جمله فناوری های بازیافت جدید در حال حاضر در دسترس بوده و یا معرفی شده اند. سه رویکرد اصلی برای بازیافت PUF وجود دارد، یعنی (۱) بازیافت فیزیکی، (۲) بازیافت شیمیایی و (۳) بازیابی مواد اولیه. اگرچه PUF ترموست بوده که قابلیت پردازش مجدد ندارند، تکنیک های بازیافت فیزیکی برای ضایعات PUF وجود داشته که شامل برش و آسیاب PUF است که امکان ترکیب PUF را به عنوان پرکننده در مواد تازه سنتز شده فراهم می کند. با این حال، افزودن PUF بازیافت شده به مواد جدید به ۵ درصد وزنی محدود شده است.
فوم های پلی یورتان با پایه زیستی و زیست تخریب پذیر:
روش دیگری برای کاهش اثرات مخرب زیست محیطی PUF، تولید انواع جدیدی از PUF بوده که یا (۱) بر پایه مواد زیستی هستند، یعنی از منابع تجدیدپذیر سنتز شده و جایگزین مواد اولیه سوخت های فسیلی (نفت خام) می شوند و یا (۲) زیست تخریب پذیر بوده، یعنی ساختار پلیمری آن ها مایل به تجزیه از طریق فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در محیط است. این توسعه عمدتاً ناشی از افزایش مسائل زیست‌محیطی مربوط به آلودگی زباله‌های پلاستیکی، کاهش منابع نفتی و قوانین اتحادیه اروپا است که پیشگیری از زباله‌های پلاستیکی را به بالاترین سلسله مراتب مدیریت زباله تبدیل می‌کند. ما باید بین PUF زیستی و زیست تخریب پذیر به شدت تمایز قائل شویم. در مورد PUF مبتنی بر مواد زیستی، اصطلاح “بایو” برای مرحله تولید مواد جدید “زیستی” که از منابع تجدید پذیر تولید می شوند، به کار می رود. امروزه عمدتاً بخش پلی‌ال PUF از منابع تجدیدپذیر سنتز می‌شود، در حالی که بخش ایزوسیانات در بیشتر موارد منشأ پتروشیمی دارد. پلی ال های مختلف مبتنی بر مواد زیستی اخیراً توسعه یافته اند و آن هایی که برای تولید PUF مناسب هستند در بررسی های اخیر خلاصه شده اند. مطالعات تحقیقاتی همچنین روی جایگزینی پلی‌ال‌های مبتنی بر مواد نفتی با پلی‌ال‌های تجدیدپذیر متمرکز شده‌اند، به عنوان مثال، مواد مشتق شده از چوب کاج، نیشکر، روغن‌های گیاهی، روغن دریایی، اکالیپتوس و ذرت. از سوی دیگر، PUF زیست تخریب پذیر با هدف کاهش ماندگاری PUF پس از استفاده مورد بررسی قرار گرفته است. در محیط، آن ها از طریق فرآیندهای بیولوژیکی تحت شرایط خاص (دما، رطوبت، pH و غیره) به مولکول های آلی و CO2 تجزیه می شوند. سرعت تخریب آن ها توسط هم افزایی عواملی مانند (نور خورشید، اکسیژن، رطوبت آب و غیره) و مواد زیستی (قارچ ها، باکتری ها و غیره) هدایت می شود.
تخریب محیطی فوم های پلی یورتان:
هنگامی که PUF در معرض محیط اطراف قرار می گیرد، عوامل محیطی مختلف (مانند نور خورشید، اکسیژن، گرما، هوا، باد، باران، گرد و غبار، آب، آلودگی شیمیایی، (ریز) ارگانیسم ها و غیره) ممکن است باعث تخریب آن ها شوند. تخریب محیطی PUF به شدت به خواص مواد (ترکیب شیمیایی و ساختار سلولی) و عوامل محیطی (غیر زیستی و زیستی) بستگی دارد. بنابراین، اصطلاح “تخریب محیطی” شامل چندین مسیر تخریبی است که توسط عوامل غیرزیستی و زیستی ایجاد می شود که به طور همزمان یا متعاقب اتفاق می افتد. PUF در معرض نور خورشید در جو هوا معمولاً از طریق اکسیداسیون و فوتولیز تجزیه می شود. رطوبت آب همراه با آلودگی شیمیایی ممکن است باعث هیدرولیز PUF شود. اینکه کدام مسیر تخریب غالب است، در درجه اول به ساختار شیمیایی هر PUF خاص بستگی دارد. معمولاً PUF فلکسیبل و همچنین ریجید حاوی بخش های آلیفاتیک اتر یا استر است که از طریق گروه های یورتان به بخش های آروماتیک مشتق شده از ایزوسیانات های آروماتیک متصل شده اند. بخش آروماتیک “سگمنت های سخت” را تشکیل می دهد که در آن واحدهای ساختار ایزوسیانات به صورت کووالانسی از طریق گروه های اوره به هم متصل می شوند. ساختار شیمیایی کلی PUF شامل چندین پیوند حساس به (۱) هیدرولیز (استرها، یورتان ها، اوره ها، آلوفانات ها و بیورت ها)، (۲) اکسیداسیون (اترها) و/یا (۳) تجزیه نوری (آروماتیک) است.
تخریب نوری فوم های پلی یورتان:
تخریب نوری تحت شرایط محیطی شامل مسیرهای فتولیتیک (بدون دخالت اکسیژن) و مسیرهای تخریب فتو اکسیداتیو است. مکانیسم های تجزیه نوری برای PUF آلیفاتیک و آروماتیک متفاوت است. در واقع، PUF های آروماتیک در برابر تخریب نوری در مقایسه با PUF آلیفاتیک بسیار کمتر پایدار هستند، زیرا واحدهای (آروماتیک) در برابر تابش خورشید، یعنی جزء فرابنفش (UV ) آن حساس هستند.
تخریب نوری سگمنت های آروماتیک:
همانطور که در بالا ذکر شد، PUF معمولا از سگمنت های سخت و نرم تشکیل شده است. سگمنت های سخت توسط دی ایزوسیانات های آروماتیک TDI یا MDI تشکیل می شوند. دو مسیر اصلی برای تجزیه نوری، بازآرایی فوتوفرایز و فوتواکسیداسیون ممکن است (شکل۱).
تخریب نوری سگمنت های آلیفاتیک:
سگمنت های نرم حاصل از پلی ال های آلیفاتیک هستند که از زنجیره های پلی اتر یا پلی استر تشکیل شده اند. سگمنت های پلی استر نسبتاً مقاوم به نور بوده، بنابراین اکسیداسیون (فتو) پلی استر پلی یورتان در سگمنت های آروماتیک یورتان (سخت) انجام می شود. در مقابل، سگمنت های نرم پلی اتر به اکسیداسیون فتوشیمیایی بسیار حساس بوده که منجر به از بین رفتن کامل تمام پیوندهای اتری در این مواد می شود. اکثر پلی اترهای مورد استفاده بر پایه پلی اتیلن گلیکول، پلی پروپیلن گلیکول یا پلی بوتیلن گلیکول هستند.
فتواکسیداسیون از طریق تشکیل هیدروپراکسید و به دنبال آن یک بازآرایی بعدی به ساختارهای نوع کینونیمید پیشنهاد شد. حساسیت به نور از طریق ایزوسیانات های آروماتیک (معمولاً مبتنی بر MDI) ) به دلیل وجود پل های دی یورتان آروماتیک است که منجر به تشکیل ساختارهای کینون-ایمید می شود. ساختارهای مونوکینون-ایمید و دی کینون-ایمید تشکیل شده به ترتیب مسئول رنگ زرد و قهوه ای هستند که پلی یورتان ها پس از دوره های طولانی تابش نور خورشید از خود نشان می دهند. لمر و همکارانش پیشنهاد کردند که فتوشیمی PUF به طول موج نور ورودی بستگی دارد. آن ها پیشنهاد کردند که بازآرایی photo-Fries برای فوتولیز برای طول موج های کمتر از ۳۴۰ نانومتر ترجیح داده می شود، در حالی که اکسیداسیون نوری در طول موج های بالاتر از ۳۴۰ نانومترکارآمدتر است.
تجزیه بیولوژیکی فوم های پلی یورتان:
اصطلاح “تخریب زیستی” پلی یورتان به تخریب میکروبی (یا زیستی) PUF اشاره دارد. میکروارگانیسم‌های زنده (باکتری‌ها، قارچ‌ها و جلبک‌ها) آنزیم‌های مختلفی تولید می‌کنند که می‌توانند فرآیندهای تخریب PUF را کاتالیز کنند (به همین دلیل گاهی اوقات از اصطلاح “تخریب آنزیمی” استفاده می‌شود). سرعت تجزیه زیستی به ویژه در فاز اولیه به شدت تحت تأثیر عوامل غیرزیستی فوق الذکر از جمله اکسیژن، گرما، نور خورشید، رطوبت و آلاینده های شیمیایی است. به نظر می‌رسد وجود اکسیژن عامل غیرزیستی حیاتی بوده که تجزیه زیستی PUF را امکان‌پذیر می‌کند، زیرا تجزیه زیستی PUF آروماتیک بر اساس پلی‌ال‌های پلی‌استر و پلی‌اتر در شرایط بی‌هوازی انجام نمی‌شود.
مراحل تجزیه بیولوژیکی فوم پلی یورتان:
پیشرفت تجزیه بیولوژیکی PUF همیشه تحت تأثیر دو عامل اصلی است: (۱) محیط خارجی (عوامل غیر زنده) و (۲) وجود میکروارگانیسم ها (عوامل زیستی)، اغلب باکتری ها و قارچ ها. تجزیه زیستی مواد شامل سه مرحله است: (۱) تخریب زیستی، (۲) تجزیه زیستی و (۳)جذب
- تخریب زیستی اولیه به معنای تجزیه مواد به قطعات کوچک توسط عوامل عمدتا غیر زنده (اکسیژن، رطوبت و بخار آب، اشعه ماوراء بنفش، آلودگی محیطی و غیره) است، اگرچه میکروارگانیسم ها می توانند این مرحله را تسریع کنند. بنابراین، تخریب مواد مرحله اولیه تخریب زیستی است که ساختار پلیمری مواد را حفظ می کند. در حال حاضر در این مرحله، ممکن است تغییرات شیمیایی (وجود گروه های اکسیداتیو و غیره) در ساختارهای پلیمری ناشی از تخریب محیطی رخ دهد. همچنین، به این ترتیب قطعات کوتاه‌تری از پلیمرهای اصلی تشکیل می‌شوند که بیشتر در معرض تخریب زیستی هستند.
- در مرحله بعدی تجزیه زیستی، میکروارگانیسم‌ها عوامل کاتالیزوری (آنزیم‌ها و رادیکال‌های آزاد) را مخفی می‌کنند که می‌توانند ساختار پلیمری را به الیگومرها، مونومرها و دیگر محصولات ارگانیک با وزن مولکولی کم تقسیم کنند.
- مرحله نهایی تجزیه زیستی شامل جذب (تشکیل انرژی، زیست توده جدید و متابولیت های مختلف مورد استفاده توسط میکروارگانیسم ها، تبدیل درون سلولی ترکیبات آلی به مولکول های گازی معدنی ساده (دی اکسید کربن، نیتروژن و نیتروژن)، آب و نمک (یون آمونیوم) است.
عوامل موثر بر تجزیه زیستی فوم های پلی یورتان:
به طور کلی، تجزیه پذیری مواد به خواص خود ماده، همچنین به شرایط محیطی که در معرض آن قرار می گیرد، نیز بستگی دارد. زیست تخریب پذیری پلیمرها به ساختار شیمیایی، وزن مولکولی، بلورینگی، اتصال عرضی، قطبیت (آب دوستی)، مساحت سطح و شکل فیزیکی، وجود مواد افزودنی بازدارنده (آنتی اکسیدان ها و عوامل ضد میکروبی) یا تسریع کننده ( اکسیدان ها، پرکننده های طبیعی مانند نانورس و غیره) بستگی دارد. علیرغم حجم زیادی از مطالعات تجزیه زیستی بر روی PU، بیشتر آن ها بر روی مواد PU حجیم، به ویژه پلی یورتان های ترموپلاستیک (TPU ) انجام شده است. برخلاف TPU، PUF ترموست هستند، یعنی ساختارهای شیمیایی متقابل دارند که مقاومت مواد را در برابر تجزیه زیستی افزایش می دهد. ساختار PUF با اتصالات متقابل زیاد ممکن است به آنزیم ها اجازه ندهد که یک کمپلکس آنزیم- بستر لازم برای تجزیه زیستی را تشکیل دهند. علاوه بر این، PUF حاوی تعداد قابل توجهی از گروه‌های اوره جانشین‌شده از واکنش بین ایزوسیانات و آب است که بخش‌های آروماتیک (ایزوسیانات) را به هم متصل می‌کند، و حضور جزئی ساختارهای آلوفانات و بیورت که به افزایش کلی محتوای آروماتیک و درجه اتصال عرضی کمک می‌کند. مکانیسم و سرعت تجزیه زیستی و همچنین رشد میکروبی و تشکیل محصولات جانبی برای PUF در مقایسه با مواد PU بسیار متفاوت است. بنابراین، تجزیه زیستی PUF عمدتاً تحت تأثیر معماری مولکولی و ترکیب شیمیایی (ساختارهای آلیفاتیک/آروماتیک، وجود گروه‌های قطبی و قابل هیدرولیز، محتویات یورتان، اوره، پیوندهای آلوفانات و بیورت، تراکم اتصالات عرضی و غیره)، ساختار مولکولی و تشکیل سگمنت های نرم، محتوای کریستالی، تشکیل ناحیه بی شکل و مورفولوژی ماکروسکوپی (محتوا و اندازه منافذ باز/سلول های بسته، ضخامت دیواره های سلولی و غیره) است.
بدون دیدگاه