تجزیه پلاستیک بزرگترین معضلی است که در سال های اخیر به دلیل بالا رفتن میزان تولید و مصرف مواد پلاستیک با آن روبرو هستیم. ما همواره با محصولات و ترکیبات جدیدی از پلاستیک ها در خانه، تجهیزات فنی و در کار مواجه می شویم. پلاستیک ها از موادی به حساب می آیند که ورود آن ها به محیط زیست می تواند خسارات فراوانی را به دنبال داشته باشد. در این مقاله ضمن بررسی این محصولات پر کاربرد و اجزای تشکیل دهنده آنها، روش های تجزیه و انواع حلال مواد پلاستیک را بررسی خواهیم نمود.

ترکیبات تشکیل‌دهنده پلاستیک

به طور کلی برای شناسایی اجزای تشکیل دهنده مواد مختلف یک نمونه از آن را توسط حلال خاص حل نموده و در نهایت بعد از رسوب اجزای تشکیل دهنده آن در اثر انحلال،این اجزا از روش های تخصصی شناسایی می شود.برای پلاستیک ها و مواد پلیمری سنگین با انتخاب حلال مواد پلاستیک مناسب می توان ترکیبات آنها را مشخص نمود. نکته مهم این است که پلاستیک مورد نظر باید عاری از مواد اضافی مانند نرم کننده، پر کننده، رنگدانه و… باشد.در یک نگاه کلی اجزای پلاستیک ها را بر اساس نوع  آن می توان شامل: فنول، فرمالدهید، رزین های مختلف از جمله رزین های آمینی، اوره، دی سیان دی آمید یا ملامین، پلی‌اولفین ها مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و مواد افزودنی هستند که در بخش‌های بعد به تفصیل به آنها خواهیم پرداخت.

لیست پلیمرها و حلال‌های پلاستیک

حلال این محصولات بر اساس نوع و اجزای تشکیل دهنده ممکن است متفاوت باشد بنابراین حلال و روش یکسانی برای شناخت ترکیبات این محصولات وجود ندارد تنها می توان گفت پر کاربردترین حلال مواد پلاستیک که اغلب برای تجزیه پلاستیک ها و پلیمرها استفاده می‌شود اتر است.

روش تشخیص ترکیبات

به طور کلی به منظور تشخیص کامل ترکیبات پلاستیکی روش های زیر را انجام می دهند: جداسازی پلاستیک از افزودنی های دیگر تجزیه ی مقدماتی پلاستیک خالص شده تعیین کمی پلاستیک با ابزار های آزمایشگاهی بررسی کیفی و کمی افزودنی ها (نرم کننده ها، پر کننده ها، رنگدانه ها، پایدار کننده ها، امولوسیون کننده ها، روان کننده ها و عوامل محافظت کننده در مقابل نور و…) خواص فیزیکی مانند دانسیته، انحلال پذیری، نقطه ی ذوب و ضریب شکست و مشخصه های کمی مانند عدد صابونی شدن ارزش اسیدی و… غالبا اطلاعات با ارزشی در مورد نوع پلاستیک به دست می دهند. علاوه بر این نتایج مهمی را می توان از رفتار ماده در اثر گرما و اشتعال پذیری آن به دست آورد. در بعضی موارد به تنهایی و با انجام همین آزمایش ها می توان نمونه را تشخیص داد.

رفتار در اثر گرما و اشتعال

بسیاری از پلاستیک ها هنگامی که به دقت گرم و مشتعل می شوند با رفتار خود تا حدودی شناسایی می گردند. این آزمایش باید با دقت و بر روی مقدار کمی از ماده انجام شود.زیرا چنانکه گرما بسیار زیاد و یا به سرعت اعمال شود، تجزیه روی می دهد و تغییرات مشخصه های پلاستیک را نمی توان مشاهده کرد. اگر مقادیر زیادی از ماده به کار رود ممکن است انفجار های ناگواری روی دهد .نیتروسلولز و پلاستیکهایی  که محتوی این ماده هستند (برای مثال سلولوئید) با انفجار شدید می سوزند و مواد دیگر مانند پلی وینیل کلرید یا فلوئوروهیدرو کربن ها با متصاعد کردن بخار های سمی یا محرک تجزیه می‌شوند.
پلاستیک ها را می توان بر اساس مواد تشکیل دهنده، به صورت زیر تجزیه نمود. برای درک بهتر نخست لازم است با انواع این محصولات بیشتر آشنا شویم.

فنولی

چنین رزین هایی زیست تخریب پذیر نیستند، به سختی مشتعل می گردند و نمی توان آنها را به طور ایمن سوزاند. احتراق آنها باعث آزاد شدن بسیاری از اجزای سمی می شود و بخار آن خنثی و بویی شبیه فنول و فرمالدهید و در بعضی حالت ها شبیه آمونیاک دارد.
محصول تراکمی فنول ها و فرمالدهید هستند. این رزین ها به رزین های تجارتی، پودر های قالب گیری فشاری و محصولات سخت شده تجزیه می شوند. این مواد تحت گرما و فشار شدید شکل گرفته و ویژگی های بسیاری دارند. از جمله این ویژگی های کلیدی در تمام انواع فنلی شامل مقاومت در برابر خوردگی، ویژگی های عایق الکتریکی خوب و ماشین کاری خوب است.

تجزیه پلاستیک‌های فنولی

رزین های فنولی در حلال های اتانول و استون حل می شوند. ولی برخی تحقیقات نشان می دهد که با مقایسه با سایر حلال‌ها، متانول می‌تواند سرعت پخت را افزایش داده و چگالی اتصال عرضی رزین فنلی را افزایش دهد. این نوع پلاستیک به مقدار جزیی در آنیلین، در بتا-نفتول موجود در اتوکلاو و به مقدار زیاد در بنزیل آمین در دمای 200 درجه ی سانتی گراد حل می گردد.

آزمایش ایندوفنل گیبس برای تشخیص فنول

ماده‌ی خشک را در یک لوله ی آزمایش ریخته و آن را روی شعله حرارت می دهیم. دهانه ی لوله را با کاغذ صافی که در محلول اتری 2،6 دی برمو کینون و 4 –کلرو ایمید خیسانده و سپس خشک شده است می پوشانیم. پس از اینکه ماده حداکثر به مدت یک دقیقه در اثر گرما تجزیه شد، کاغذ صافی را برداشته و در مجاورت بخار آمونیاک قرار می دهیم. بهتر است که دو قطره محلول آمونیاک را به آن بیافزاییم تا مرطوب شود. تشکیل رنگ آبی مشخص‌کننده ی وجود فنول است.

رزین‌های کومارون و کومارون ایندن

کومارون و ایندن از تقطیر قطران زغال به دست می آیند. به صورت رزین های غیر قابل هیدرولیز پلیمری شده و با نرم کننده ها و رزین های دیگر مخلوط می گردند. این  رزین ها دارای نقطه ی نرم شدن 50 الی 170 درجه ی سانتی گراد هستند و به صورت مخلوط با فنول به صورت تجاری به کار می روند.

انحلال‌پذیری

در اتر، نفت، بنزن، استرها و هیدروکربن های کلردار شده حل می شوند.

آشکارسازی کیفی

رزین های کومارون معمولا قابل هیدرولیز نمی باشند. رزین های غیر قابل هیدرولیز را در لوله ی ازمایش و در دمای 300 درجه‌ی سانتی گراد پیرولیز می کنیم و بخار های حاصل را با کمک گلوله های پشم شیشه ای از دهانه‌ی لوله جمع آوری می نماییم. به پشم شیشه مقداری استیک انیدرید و 3 الی 2قطره سولوریک اسید 50 درصد می افزاییم.
رزین های کومارون رنگ قرمز معمولی و رزین های کومارون-ایندن رنگ نارنجی تا قهوه ای می دهند.

رزین‌های آمینی

این رزین ها پلیمرهای تراکم گرما سخت فرمالدئید با اوره، تیوره، دی سیان دی آمید یا ملامین هستند. این رزین که از ترکیب یک آلدهید با یک ترکیب حاوی یک گروه آمینو (NH2) ساخته می شود و به صورت پودر های قالب گیری و محصولات سخت شده مانند قطعات قالب گیری شده و ورقه های تزیینی به کار برده می شوند رزین های آمینه طیف گسترده ای از محصولات مفید را ارائه می‌دهند. از چسب ها، برای ساخت تخته سه لا، نئوپان و تخته خاک اره استفاده می شود.

رفتار در اثر گرما و اشتعال

در اثر گرما، تجزیه و تیره شدن اتفاق می افتد. این رزین ها به سادگی با شعله ی کم شعله ور نمی شوند. بخار حاصله از حرارت دیدن آن ها قلیایی است و بویی شبیه آمونیاک و فرمالدهید دارد.

انحلال‌پذیری

رزین های سخت نشده در آب حل می شوند. اما رزین های سخت شده از این ماده در حلال های معمولی حل نشده اما در آنیلین داغ حل می گردند.

آشکارسازی کیفی رزین اوره و تیوره

چند میلی گرم از ماده ی مورد آزمایش را با یک قطره هیدروکلریک اسید غلیظ ترکیب می کنیم و در دمای 110 درجه سانیت گراد تبخیر میکنیم تا خشک شود. باقی مانده را خنک می نماییم و با یک قطره فنیل هیدرازین ترکیب می کینم و در حمام روغن و در دمای 195 درجه ی سانتی گراد به مدت 5 دقیقه گرما می‌دهیم. پس از خنک شدن محلول را با 3 قطره محلول آمونیاک با نسبت 1:1 و 5 قطره محلول نیکل سولفات آبی 10 درصد مخلوط می کنیم و پس از افزودن 10 الی 12 قطره کلروفرم، محلول ساخته شده را هم می زنیم. تشکیل رنگ بنفش تا قرمز در لایه کلروفرم مشخص کننده ی وجود اوره یا تیواوره است.

پلی‌اولفین‌ها

در حوزه ی پلاستیک‌ها مهم ترین پلی‌اولفین‌ها عبارتند از پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌ایزوبوتیلن.
پلی‌اولفین‌ها ذوب و به سهولت شعله ور می شوند و در اثر حذف شعله به سوختن ادامه می دهند. بخار آن خنثی است و بویی شبیه پارافین داغ دارد. این ماده عدد صابونی شدن<20 دارد.

پلی‌اتیلن

پلی‌اتیلن یک جامد ترموپلاستیک آلی با دمای ذوب پایین است. پلاستیک پلی‌اتیلن به عنوان ورقه های نازک در صنعت بسته‌بندی، صنایع خودروسازی و چاپ کاربرد فراوانی دارد. پلی اتیلن به دو شکل وجود دارد: پلی اتیلن با چگالی بالا و پلی‌اتیلن با چگالی کم که به ترتیب به عنوان HDPE و LDPE شناخته می‌شوند.

رفتار در اثر گرما

پلی‌اتیلن بر اساس روشی که پلاستیک به گرما پاسخ می دهد، به عنوان یک گرما نرم طبقه بندی می شود. مواد ترموپلاستیک در نقطه ذوب خود به مایع تبدیل می شوند.
پلی‌اتیلن با دانسیته ی کم دارای نقطه ی ذوب 100-116 درجه ی سانتی گراد می باشد. پلی‌اتیلن با دانسیته ی زیاد دارای نقطه ی ذوب 125-135 می باشد.PP در دماهای بالا در هیدروکربن های آروماتیک مانند تولوئن یا زایلن یا در حلال های کلردار مانند تری کلرواتان یا تری کلروبنزن حل شود. پلی‎‌اتیلن تقریبا هیچ آب جذب نمی کند.

حلال پلی‌اتیلن

هر دو شکل پلی‌اتیلن در برابر اسیدها، مایعات قلیایی سوزاننده و حلال های معدنی بسیار مقاوم هستند. این باعث می شود پلی اتیلن به عنوان یک ظرف در آزمایشگاه ها برای ذخیره اسیدها و بازها مفید باشد. با این حال برخی از حلال های آلی مانند بنزن و استون می توانند پلی اتیلن را حل کنند.

پلی‌پروپیلن

PP از طریق پلیمریزاسیون رشد زنجیره ای از مونومر پروپیلن تولید می شود. پلی پروپیلن از گروه پلی اولفین ها بوده و تا حدی کریستالی و غیر قطبی است. در صنایع بسته بندی، قطعات پلاستیکی ماشین آلات و تجهیزات و حتی الیاف و منسوجات کاربرد دارد.

رفتار در اثر گرما

پلی پروپیلن به عنوان یک ماده ترموپلاستیک طبقه بندی می شود یعنی در نقطه ذوب خود (160-170 در جه ی سانتی گراد ) به مایع تبدیل می شوند.

حلال PP

پلی پروپیلن در دمای اتاق به غیر از اکسیدان های قوی در برابر چربی ها و تقریباً تمام حلال های آلی مقاوم است. در دمای بالا، PP را می توان در حلال های غیر قطبی مانند زایلن، تترالین و دکالین حل کرد.

پلی‌ایزوبوتیلن

پلی ایزوبوتیلن که گاهی لاستیک بوتیل و گاهی PIB نامیده می شود، یک پلیمر وینیل است. از نظر ساختار بسیار شبیه پلی اتیلن و پلی پروپیلن است، با این تفاوت که هر کربن با دو گروه متیل جایگزین می شود. این پلیمر از مونومر ایزوبوتیلن با پلیمریزاسیون وینیل کاتیونی ساخته شده است. این ماده در درجه اول در ساخت لوله های داخلی تایر استفاده می شود.
کاربردهای دیگر عبارتند از چسب، مواد شیمیایی کشاورزی، درزگیر، درزگیر، کاغذ و خمیر کاغذ، و آدامس.

رفتار در اثر گرما

پلی ایزوبوتیلن با وزن مولکولی بالا جامد نرم بی رنگ، بی بو و بی مزه است. PIB یک پلیمر وینیل است که از مونومر ایزوبوتیلن (IB) توسط پلیمریزاسیون کاتیونی ساخته شده است (شکل 4.1a). علیرغم ساختار خطی آن، PIB معمولاً به عنوان یک لاستیک مصنوعی یا الاستومر طبقه بندی می شود.
مولکول‌های PIB به دلیل نا مشخص بودن اندازه آنها در کنار یکدیگر داراری نقطه ذوب مشخصی نیستند.

حلال PIB

PIB در انواع حلال نامحلول در آب حل می شود، به عنوان مثال کلربنزن، تتراکلرید کربن، بی سولفید کربن، متیلن کلرید، سیکلوهگزان، بنزین، بنزن، تولوئن یا زایلن، محلول های مایع یا جامد بسته به غلظت محلول به دست می‌آید.

پلی‌استایرن و کوپلیمرها

این پلیمر به صورت خالص و کوپلیمر (به ویژه با اکریلونیتریل و بوتادین) در قطعات الکتریکی، لوازم خانگی، و اسباب بازی موجود می باشد. پلی‌استایرن همچنین برای تهیه ی ورقه های عایق بندی به کار می رود. مواد پلی‌پروپیلن PPR40 – PP440L – PP440G جز دسته کوپلیمرها محسوب می‌شوند.

رفتار در اثر گرما و شعله

پلی استیرن ها ذوب می شوند و همراه با متصاعد کردن بخار بی رنگ تا زرد تجزیه می گردند. این ماده به سهولت شعله ور می شود و با تولید دود فراوان به سوختن ادامه می دهد. بوی آن ها ناخوش و مشابه بوی گاز زغال سنگ است. عدد صابونی این ماده <20 است تجزیه پلاستیک های پلی وینیل استات پلی وینیل استات دسته ای دیگر از پلاستیک ها است که به عنوان جز سازنده ی کوپلیمر هایی مانند وینیل کلرید و اتیلن به کار می رود. این ماده به راحتی ذوب می شود و به رنگ قهوه ای در می آید. بخار آن اسیدی است و هنگام مشتعل شدن با حذف شعله همچنان به سوختن ادامه می دهد. این ماده با سوختن بویی شبیه استیک اسید از خود متصاعد می کند.

انحلال‌پذیری

پلی وینیل استات در بنزن، هیدروکربن های کلردار شده، کتون ها، استر ها و الکل ها حل می گردد.

تست شناسایی

مونو یا دی کلرو استیک اسید یا هر دو را ذوب می کنیم و به اندازه ی سر اسپاتول ماده ی مورد ازمایش را که کاملا ساییده شده است با آن مخلوط می‌کنیم و گرما می دهیم تا به مدت یک الی 2 دقیقه بجوشد. نوع پلیمر را می‌توان از رنگ تشکیل شده تعیین کرد. پلاستیک ها غالبا دارای مواد افزودنی هستند که خواص ماده ی خام را تغییر می دهند یا اینکه فرایند تولید آن را آسانتر می کنند. این افزودنی ها شامل، نرم کننده ها، پایدار کننده ها،پر کننده ها، رنگ ها و رنگدانه ها، روان کننده ها، جاذب های ماورا بنفش و… هستند. قبل از تجزیه بهتر است این مواد را از پلاستیک ها جداسازی نمود.

نرم کننده ها: افزودن نرم کننده ها به ترموپلاستیک های سخت مانند رزین های وینیل، مشتقات سلولزی و رزین های آکریلیک موجب نرم تر و انعطاف پذیری بیشتر آن ها می گردد.
پر کننده ها: پرکننده ها غالبا برای اصلاح خواص رزین ها و همچنین کاهش قیمت آن ها به کار برده می شوند.
رنگدانه ها: تعداد زیادی از پلاستیک ها را می توان به شکل های رنگی ، شفاف، مات یا رنگ آمیزی شده تولید کرد.
پایدار کننده ها و افزودنی های دیگر: نور و گرما می توانند سبب تجزیه ی مواد پلاستیکی به خصوص ترموپلاستیک ها مانند پلی وینیل کلرید و پلی‌اولفین ها شوند.این عمل را می توان با افزودن پایدار کننده ها جاذب های ماورا بنفش و ضد اکسنده ها متوقف ساخت.
تجزیه ی پلاستیک های حاوی افزودنی بی نهایت دشوار است. بنابراین لازم است که قبل از تجزیه، مواد افزودنی را از پلاستیک‌ها خارج نمود.