افزایش خواص مکانیکی ترکیبات مواد پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن

پلاستیک ها مواد متنوعی هستند که در تمام وسایلی که امروزه در زندگی ما استفاده می شوند حضور دارند. با این حال، تجمع پلاستیک ها در محیط زیست به یک مشکل مهم تبدیل شده است زیرا این مواد عمر طولانی داشته و زمان زیادی طول می کشد تا این مواد تجزیه شده و به چرخه طبیعت باز گردند. هم چنین اکثر پلاستیک ها بر پایه مواد اولیه نفتی که منابع غیر قابل تجدید خواهند بود. از این رو، بازیافت پلاستیک های مصرف شده در وسایل مختلف، خیلی مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. مواد بازیافتی معمولاً مخلوطی از پلیمرهای ناسازگار هستند که اغلب در محصولات با کیفیت پایین استفاده می‌شوند. در مطلب پیش رو درباره خواص مکانیکی ترکیبات مواد پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن و چگونگی افزایش آن صحبت می‌کنیم.

پلیمرها به دو گروه  ترموست و ترموپلاستیک تقسیم می شوند که بازیافت هرکدام مشکلات خاص خودش را دارد. مواد ترموست به دلیل اتصالات شبکه ای نمی توانند ذوب شوند حتی زمانی که یک ماده قابل بازیافت باشند. اغلب این مواد دفن می شوند، زیرا نمی توانند به طور فیزیکی بهبود یابند. مواد ترموپلاستیک قابلیت ذوب دارند اما در صورت بازیافت مداوم دچار تخریب شده و خواص خود را از دست می دهند.
امروزه قطعات سنگین خودروها با مواد پلاستیکی و کامپوزیت سبک وزن جایگزین شده است که این منجر به کاهش ده درصد وزن کلی خودرو و بهبود سه تا هفت درصد کارایی سوخت می شود. بازیافت پلاستیک ها و کامپوزیت ها در صنعت خودرو پیچیده و چالش برانگیز است در حالی که محصولات پلاستیکی ساده (به عنوان مثال بطری های آب و ظروف غذا) به راحتی قابل بازیافت هستند.

پلاستیک ها و کامپوزیت ها در قطعات کاربردی خودرو، با یکدیگر اتصالات قوی دارند و بنابراین تفکیک آن ها از هم برای بازیافت دشوار است.  از طرف دیگر استفاده از پلاستیک های سبک و مواد کامپوزیتی در صنعت خودرو در سال های اخیر به دلیل درخواست های قانونی مصرف کنندگان برای وزن سبک تر وسایل نقلیه با کارایی بالا، افزایش یافته است. پلاستیک هایی که معمولاً در قطعات خودرو مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: فوم پلی‌اورتان (PU)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلی‌اتیلن (PE)، پلی وینیل کلراید (PVC) و آکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS). به عنوان مثال، فوم پلی اورتان به دلیل سبک وزن بودن و قالب بندی با دوام آن در صنایع خودرو به طور گسترده ای به کار گرفته شده است در حالی که پلی‌اورتان به دلیل ترموست بودن غیر قابل بازیافت است. فوم پلی اورتان معمولاً در صندلی ها و داخل کاپوت خودرو یافت می شود.
برای تولید مواد جدید با خواص مطلوب و کارایی بالا، توجه زیادی به بازیافت و استفاده مجدد از پلاستیک ها به دلیل نگرانی های محیط زیست و اقتصادی، شده است اما از طرفی مواد بازیافتی معمولاً مخلوطی از پلیمرهای مختلف هستند که ممکن است با پ‌ایه پلیمری نو سازگار نباشند بنابراین استفاده از عوامل سازگارکننده در مخلوط های پلیمری نه تنها یک روش مناسب و کارامد برای ایجاد مواد پلیمری نوین با عملکرد بالا است  بلکه از اهمیت زیادی برای بازیافت پلاستیک ها برخوردار است. عوامل سازگارکننده به شکل پلیمرهای پیوند خورده با عامل های شیمیایی مختلف یا کوپلیمرهای دو قسمتی موجود هستند.

پلی اتیلن و پلی پروپیلن تقریباً دو سوم از مصرف کل پلاستیک در جهان را تشکیل می دهند و بنابراین بازیافت ضایعات این دو از اهمیت اقتصادی زیادی برخوردار است و به همین دلیل استفاده از یک سازگارکنندۀ مؤثر، برای ارتقاء خواص مخلوط بازیافتی، مورد توجه  صنایع و تحقیقات دانشگاهی قرار گرفته است و از این نظر که بازیافت ضایعات پلاستیک های مورد استفاده در صنایع بسته بندی از اهمیت اقتصادی و زیست محیطی بالایی برخوردار است استفاده از سازگارکننده ای که بتواند فازهای پلیمری مختلف را به خوبی با هم اتصال دهد اثر بخش خواهد بود. به عنوان مثال به تازگی اثر عامل سازگارکننده در قابلیت تبدیل ضایعات فیلم های بسته بندی چند لایه PET/PE به ترکیبات پلیمری با عملکرد فیزیکی و مکانیکی خوب، بررسی شده است. گروه های عاملی که در ترکیب سازگارکننده ها وجود دارند مانند انیدرید، کربوکسیلیک، اپوکسی و غیره با گروه های انتهایی کربوکسیل و یا هیدروکسیل پلی اتیلن ترفتالات (PET) برهم کنش داده و زنجیر هیدروکربنی سازگارکننده هم با پلی اتیلن (PE) در ارتباط است و این منجر به کاهش تنش بین فازهای PE و PET و هم چنین افزایش چسبندگی بین‌فازها می شود. آمیزۀ بازیافت شده از ضایعات فیلم چند لایه سازگار شده، عملکرد فیزیکی و مکانیکی قابل قبول نشان داد مخصوصاً زمانی که از سازگارکننده با درصد متوسط استفاده شد اما با وجود ارائه خواص فیزیکی و مکانیکی خوب، باید از لحاظ اقتصادی هم توجه کرد زیرا استفاده از مقادیر بالاتر از سازگارکننده، به دلیل قیمت بالاتر سازگار کننده، در صنعت بازیافت معمول نیست.برای تولید فیلم های پلی اتیلنی میتوان از گرید پلی‌اتیلن F7000 – و یا پلی‌اتیلن 0075 – پلی‌اتیلن 2102 و پلی‌اتیلن 020 استفاده کرد.
اخیراً ترکیب پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی اولفین ها (PO) فعالیت های تحقیقاتی زیادی را به خود جلب کرده است، زیرا هر دو ماده از جمله ترموپلاستیک هایی هستند که به طور عمده در صنایع بسته بندی استفاده میشوند، به طوری که مخلوط PET/PO بخش قابل توجهی از پسماند مصرف کنندگان را تشکیل می دهند. ارتقاء ضایعات پلیمری بازیافتی، اغلب حاوی بیش از یک نوع پلیمر، یک کار چالش برانگیز است زیرا اکثر ترموپلاستیک های ناسازگار با یک دیگر مخلوط بوده و خواص مکانیکی آن ها نامطلوب است به خصوص مقاومت به ضربۀ بیش تر آن ها ضعیف است که به دلیل عدم تقارن و عدم چسبندگی بین فازهای پلیمری گسسته است. بنابراین، افزودن سازگارکننده به این مخلوط های پلیمری ، برای بهبود سازگاری و خواص مخلوط لازم است. این سازگارکننده ها اغلب منجر به مورفولوژی تثبیت شده با پراکندگی خوب فاز کم تر می شوند که بر خواص ماکروسکوپی مخلوط ها تاثیر مثبت می گذارند. مواد پت 821 در تولید بطری های آبمعدنی کاربرد فراوانی دارند PET و PP با توجه به تفاوت در طبیعت شیمیایی و قطبیت ناسازگار هستند؛ بنابراین، ترکیبات آن ها مورفولوژی دو مرحله ای نشان می دهد، جایی که فاز پراکنده، قطرات کروی نسبتاً بزرگ ایجاد کرده و هیچ چسبندگی خاصی بین فازها وجود ندارد.

به طور کلی، استحکام و سختی مخلوط PP و PET با افزایش درصد وزنی PET باید افزایش یابد اما به دلیل ناسازگاری این دو پلیمر، مخلوط آن ها مقاومت بسیار ضعیفی در برابر شکنندگی دارد از این رو برای دست یابی به چسبندگی بهتر بین دو پلیمر و غلبه بر شکنندگی سازگاری مناسب بین آن ها لازم است.
پلی پروپیلن یکی از پلیمرهای ترموپلاستیک با کاربرد فراوان است و به طور گسترده ای در بسیاری از حوزه ها مانند قطعات خودرو، وسایل خانگی، وسایل الکترونیکی و بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود و این به دلیل ویژگی های فوق العاده آن مانند هزینه کم، پایداری حرارتی بالا، تراکم کم و قابلیت بازیافت است. بازیافت ضایعات پلی پروپیلن قابل قبول ترین روش دفع است که مزایای زیادی دارد. بازیافت PP نه تنها می تواند مشکلات زیست محیطی را کاهش دهد، بلکه از طریق بازیافت می توان درصد استفاده از PP نو را کاهش داد و به این وسیله با کاهش قیمت محصول تمام شده، محصولات با ارزش برای کاربردهای مختلف تولید کرد. با این حال، PP بازیافتی از نظر خواص حرارتی و مکانیکی نسبت به PP نو ضعیف تر است که دلیل آن شکستن زنجیره های PP در حین ذوب و فرایند مجدد می باشد. در غیاب سازگار کننده ها، مخلوط پلیمرها دارای چسبندگی بین فضایی نیستند که منجر به خواص مکانیکی ضعیف می شود. بهترین اثر شناخته شدۀ سازگارکننده‌ها، کاهش تنش بین سطحی در مذاب است که باعث پراکندگی بسیار خوب یک فاز در فاز دیگر می شود. اثر دوم افزایش چسبندگی در مرزهای فازی و در نتیجه بهبود انتقال تنش می باشد. برای رسیدن به این هدف، برهم کنش بین سازگارکننده با پلیمر فاز پراکنده و فاز ماتریس مهم است.