از بطری‌های پلاستیکی تا فوم‌های ضد‌ حریق‌ یک‌ روش بازیافت خلاقانه

فوم‌های پلی‌یورتان ( PUFs) به عنوان یکی از پرکاربردترین فوم‌های پلیمری مهندسی گزارش شده است که به طور گسترده در طیف وسیعی از کاربردها، از مواد عایق صوتی مورد استفاده در حمل و نقل گرفته تا مواد عایق حرارتی و الکتریکی مورد استفاده در فناوری تبرید، صنایع ساختمانی و ساختمانی، مبلمان و لوازم خانگی، به دلیل عدم مشکل در جابجایی و ترکیب ویژگی‌های منحصر به فرد از جمله وزن سبک، چگالی کم، هدایت حرارتی پایین، جذب رطوبت کم، قابلیت جذب انرژی بالا و بسیار زیاد، خواص فیزیکی و مکانیکی استفاده می‌شوند. با توجه به افزایش تقاضا برای PUF‌ها، دانشمندان پلیمر در حال بررسی جایگزینی پلی‌ال‌های پتروشیمی با پلی‌ال‌های سبز، پایدار و تجدیدپذیر زیستی مانند روغن‌های گیاهی هستند که در حال حاضر در دست بررسی است. این حرکت مداوم می‌تواند نگرانی‌های فزاینده ناشی از استفاده از مواد اولیه نفتی در تولید پلی‌ال، مانند مصرف بالای انرژی، نگرانی‌های زیست‌محیطی، گرمایش جهانی ناشی از فعالیت‌های کنترل‌نشده انسانی، کاهش ذخایر سوخت‌های فسیلی و نوسانات قیمت نفت را برطرف کند. در میان گزینه‌های منابع زیستی، روغن‌های گیاهی یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد هستند و به آسانی برای تولید پلی‌ال‌های پایه زیستی در دسترس قرار دارند. فرمول‌های PUF با واکنش بین دی‌ایزوسیانات‌ها و پلی‌ال‌های مبتنی بر روغن نباتی از روغن سویا و روغن کرچک، روغن کلزا و روغن آفتابگردان تهیه شده‌اند. اخیراً پلی‌ال‌های مایع به‌دست‌آمده از مواد اولیه زیست توده مانند چوب پنبه و بامبو به همراه پلی‌ال‌های روغن‌های گیاهی به‌عنوان مواد تجدیدپذیر مناسب برای تولید PUF‌های پایه زیستی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. علاوه بر این، به جای استفاده از پلی‌ال‌ها از منابع زیستی، بازیافت شیمیایی پلیمرها نیز راهی مؤثر برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی برای تولید شیمیایی پلی‌ال‌ها با پلی‌ال‌های بازیافت شده از زباله‌های پلاستیکی است. بنابراین، نسبت رزین های بکر مبتنی بر پتروشیمی که در محیط انباشته می‌شوند ویا در نهایت سوزانده می‌شوند را می‌توان با بازیافت شیمیایی کاهش داد.
پلی‌(اتیلن ترفتالات))(PET) یک پلی‌استر نیمه کریستالی با چقرمگی بالا، استحکام بالا، وزن سبک و شفافیت است که به طور گسترده برای تولید منسوجات، فیلم‌های عکاسی و اشعه ایکس، بطری‌های نوشیدنی و نوشابه‌های یکبار مصرف و همچنین مواد برای بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شود. PET مستقیماً بر محیط زیست تأثیر نمی‌گذارد، اما به دلیل حجم عظیم ترموپلاستیک‌های تولید شده در اثر استفاده غیرمسئولانه توسط جامعه و تجزیه‌ناپذیری و مقاومت شیمیایی آن، PET را می‌توان بازیافت پذیرترین پلیمر در بین تمام ترموپلاستیک‌ها در نظر گرفت. بنابراین، تقاضای فزاینده‌ای برای توسعه تکنیک‌ها و فناوری‌های بازیافت، مانند بازیافت مکانیکی و شیمیایی، برای بازگرداندن موفقیت‌آمیز ضایعات PET به حالت اولیه ویا تولید مواد خام با ارزشی وجود دارد که می‌توان از آن محصول جدیدی تولید کرد. در میان این روش‌های بازیافت، بازیافت شیمیایی موثرترین و قابل قبول‌ترین رویکرد برای تجزیه کامل یا جزئی ضایعات PET به مونومرها یا الیگومرها برای تشکیل پلیمرها است. پلیمریزاسیون گلیکولیتیک PET مهمترین تکنیک شیمیایی است که در آن گلیکول‌هایی مانند اتیلن گلیکول (EG)، دی‌اتیلن گلیکول (DEG)، پروپیلن گلیکول (PG)، گلیسرول یا مخلوط آن‌ها معمولاً به عنوان معرف گلیکولیز استفاده می‌شود. اخیراً، چند مطالعه در مورد استفاده از پلی‌ال‌های پلی استر آروماتیک از گلیکولیز PET برای ساخت PUF انجام شده است. Aiga Ivdre و همکارانش از مخلوطی از پلی‌ال‌ها از پلیمریزاسیون بطری‌های PET با استفاده از PG و از روغن کلزا برای تولید PUF استفاده کرد. مشاهده شد که استحکام فشاری و مدول تراکم PUF تهیه شده بیشتر از PUF بدست آمده از پلی‌ال‌های تجاری موجود است. دانگ و همکارانش یک کار جامع در مورد بازیافت بطری‌های PET پس از مصرف در PUF منتشر کرده‌اند. محققان از DEG به عنوان یک واکنش‌دهنده گلیکولیز و گلیسرول خام به عنوان یک افزودنی سه عاملی استفاده کردند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار مقاومت فشاری، چگالی و هدایت حرارتی در بارگذاری ۱۵ درصد وزنی گلیسرول خام به دست آمد.

فوم های پلی یورتانی همراه با عوامل ضد آتش:

PUF‌ها به دلیل سطح بزرگ، ساختار فوم سلول باز و ترکیب عنصری (کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن) مواد بسیار قابل اشتعالی هستند. در طی فرایند سوختن، PUFها مقدار بسیار زیادی حرارت، گازها و دودهای سمی، مثل مونوکسید کربن، سیانیدهای هیدروژن و ایزوسیانات‌ها که اثرات نامطلوب متعددی بر سلامت انسان دارند را آزاد می کنند و در صورت قرار گرفتن در معرض یک منبع شعله‌ور منجر به نگرانی‌های زیست محیطی زیادی می‌شوند. بنابراین، ادغام افزودنی‌های مقاوم در برابر شعله (FR) به PUFها نیروی محرکه‌ای به سوی بهبود رفتارهای مقاوم در برابر آتش و همچنین پایداری حرارتی برای برآورده کردن الزامات خاص است و طیف گسترده‌ای از کاربردها را ایجاد می‌کند. به طور معمول، FR‌ها عمدتا از مواد افزودنی هالوژنه تشکیل شده‌اند. با این حال، این FR‌ها برای سلامت افراد و محیط زیست بسیار مضر هستند زیرا این ترکیبات مبتنی بر هالوژن در هنگام سوختن دود خورنده و سمی آزاد می‌کنند. در نتیجه، توسعه FRهای غیر هالوژنه و سازگار با محیط زیست یک موضوع تحقیقاتی در جهان است. بنابراین، مطالعات تحقیقاتی متعددی در مورد PUF‌های مقاوم در برابر آتش با استفاده از FR‌های بدون هالوژن انجام شده است.
اخیراً، ترکیبات حاوی فسفر نیتروژن به عنوان کاندیدهای جدید موثر برای FR‌ها شناسایی شده‌اند که الزامات ویژه ایمنی ضد‌حریق را در بارگذاری کم برآورده می‌کنند و بر عوامل حیاتی در مسائل زیست محیطی حاکم هستند. FRهای فسفر-نیتروژن هنگام سوختن دود سمی کمتری تولید می‌کردند و پایداری حرارتی بالاتری نسبت به ترکیبات فسفر به تنهایی داشتند. مکانیسم FR ترکیبات فسفر-نیتروژن عموماً در فاز گاز از طریق تشکیل رادیکال‌های آزاد فعال (PO•، PO2• و (HPO عمل می‌کند که نقش مهمی در به دام انداختن رادیکال‌های هیدروژن و هیدروکسیل (H• و OH• ) دارند. . این FR‌ها همچنین تولید ذغال باقیمانده محافظ روی سطح مواد را در طی پیرولیز افزایش می‌دهند که از حمله گرما، اکسیژن و گازهای قابل اشتعال به پلیمر داخلی جلوگیری می‌کند.
به عنوان عضوی از خانواده فسفر-نیتروژن FR، DAP به عنوان یک FR موثر بدون هالوژن برای بسیاری از پلیمرهای ذاتا قابل اشتعال و همچنین کامپوزیت‌های آن‌ها استفاده شده است. مانند بسیاری از FRهای فسفر نیتروژن، DAP مقاومت خود را در برابر آتش از طریق اثر هم‌افزایی یک حالت فیزیکی و یک حالت شیمیایی به دست می‌آورد (شکل ۱). اثرات رقیق‌سازی و خنک‌کننده سوخت به کند کردن فرآیندهای انتقال حرارت و سوخت در طی احتراق پلیمر کمک می‌کند، در حالی که رادیکال‌های آزاد فعال فسفر که از مشتقات فسفر منتقل می‌شوند می‌توانند رادیکال‌های H• و OH• را غیرفعال کرده و باعث احتراق شوند.

فوم خودخاموش شونده پلی یورتان،تولید فوم هایی با مقاومت بالا در برابر آتش
شکل ۱. استراتژی به دست آوردن فوم های ضد حریق با استفاده از افزودنی DAP

علاوه بر این، شتاب تشکیل زغال‌ که از طریق اسید پیروفسفریک و سایر زغال‌های باقی‌مانده حاوی فسفر به دست می‌آید نیز به افزایش مقاومت در برابر شعله مواد پلیمری کمک می‌کند. با بهره گیری از سازگاری خوب، سمیت کم و عملکرد خوب در برابر آتش، انتظار می‌رود DAP گزینه مناسبی برای پلیمرهای ضد حریق باشد. با تکیه بر دانش فوق، در این مطالعه، توانایی مقاومت در برابر آتش و پایداری حرارتی r-PUF تهیه شده از یک الیگو-استر-اتر-دیول، محصول بازیافت شیمیایی ضایعات PET با استفاده از DEG به عنوان یک معرف گلیکولیز و DAP به عنوان یک FR فسفر نیتروژن، به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این، مقایسه‌ها و توصیف‌های مربوط به مقاومت در برابر آتش و عملکرد پایداری حرارتی( r-PUF و c-PUF PUF مشتق شده از پلی‌ال تجاری) در حضور ترکیبات فسفر-نیتروژن برای اولین بار در این تحقیق معرفی شد. خواص فیزیکی و مکانیکی آن‌ها نیز مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج مطالعات قبلی ما، بارگیری نسبتاً بالای TPP یا ATH در فرمول r-PUF را می‌توان از طریق استفاده از DAP به عنوان یک FR حاوی فسفر نیتروژن کاهش داد. نتایج این مطالعه همچنین ثابت کرد که r-PUF/FRهای به‌دست‌آمده از محصولات گلیکولیتیک PET-DEG نه تنها تمام نیازهای مقاومت در برابر آتش را برای کاربردهای پلیمری برآورده می‌کنند، بلکه به کاهش تجمع ضایعات بطری‌های PET در محیط و بهبود دفع زباله‌ها کمک می‌کنند.

نتیجه گیری:

بازیافت شیمیایی بطری‌های پلی‌(اتیلن ترفتالات)(PET) پس از مصرف برای تولید فوم پلی‌یورتان با پایداری حرارتی بالا (r-PUF) با عملکرد عالی در برابر شعله (FR) می‌تواند در مقیاس صنعتی برای ایجاد یک صنعت بازیافت پایدار استفاده شود. مزیت الیگو-استر-اتر-دیول به دست آمده از گلیکولیز ضایعات PET، کاربرد آن در r-PUF است، که یک فوم بادوام با مقاومت عالی در برابر آتش در بارهای نسبتاً کم FRs فسفر- نیتروژن، به ویژه در محیط‌های مرطوب ایجاد می‌کند. در مقایسه با فوم پلی‌یورتان از پلیول تجاری، r-PUF به طور قابل توجهی از نظر حرارتی پایدارتر و کارآمدتر از لحاظ مقاوم در برابر شعله حتی بدون افزودن FR است. برای c-PUF، بارگذاری DAP بسیار بالاتر ۳۰ php) ) در تست سوزاندن عمودی هیچ امتیازی را نشان نداد. بخش آروماتیک در ساختار الیگو-استر-اتر-دیول به شدت استحکام فشاری و پایداری حرارتی را افزایش داد. نتایج مثبت این مطالعه همچنین تأیید کرد که r-PUF/DAP تهیه شده از الیگو-استر-اتر-دیول نه تنها الزامات ایمنی در برابر آتش کاربردهای پلیمری را برآورده می‌کند، بلکه حاوی درصد بالایی از PET پس از مصرف است که می‌تواند به کاهش مقدار مواد پلیمری بازیافتی و بهبود مدیریت پسماند کمک کند.
به طور کلی، نتایج این مطالعه نشان داد که r-PUF با و بدون DAP به طور قابل توجهی تاخیر شعله بالاتر، پایداری حرارتی بهتر و خواص مکانیکی بهتری نسبت به c-PUF با و بدون DAP نشان داد. عملکرد مقاومت در برابر آتش سیستم‌های r-PUF و c-PUF با افزایش چگالی ظاهری بهبود یافت. چگالی کم باعث ذوب سریع و انتشار شعله بالا می‌شود. چگالی بیشتر به این معنی است که رفتار ضد حریق بهتر است زیرا لایه سوخته فشرده‌تر و گسترش شعله کمتری دارد. مقادیر مقاومت فشاری rPUF و r-PUF/DAP به طور قابل توجهی بیشتر از cPUF و c-PUF/DAP بود. در مقایسه با سلول‌های سیستم c-PUF، سلول‌های r-PUF و r-PUF/DAP کوچک‌تر و یکنواخت‌تر از نظر اندازه بودند و پایه‌های سلولی ضخیم‌تری را نشان دادند که ممکن است مسئول بهبود مقاومت فشاری باشد.

 برای خرید سیستم های مقاوم در برابر اشتعال؛ همچون فوم خود خاموش شونده، به بخش محصولات وبسایت مراجعه فرمایید.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *