حلال‌های مواد پلاستیک

روش‌های تجزیه و حلال‌های مواد پلاستیک بزرگترین معضلی است که در سال‌های اخیر به دلیل بالا رفتن میزان تولید و مصرف مواد پلاستیک با آن روبرو هستیم.

 ما همواره با محصولات و ترکیبات جدیدی از پلاستیک‌ها در خانه، تجهیزات فنی و در کار مواجه می‌شویم.

 پلاستیک‌ها از موادی به حساب می آیند که ورود آن‌ها به محیط زیست می‌تواند خسارات فراوانی را به دنبال داشته باشد.

در این مقاله ضمن بررسی این محصولات پر کاربرد و اجزای تشکیل دهنده آن‌ها، روش‌های تجزیه و حلال‌های مواد پلاستیک را بررسی خواهیم نمود.

ترکیبات تشکیل دهنده 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 پلاستیک‌ها و مواد پلیمری سنگین با انتخاب حلال مناسب می‌توان 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 پلاستیک‌ها را بر اساس نوع آن می‌توان به دسته‌های شامل: ( فنل، فرمالدهید، رزین‌های مختلف از جمله رزین‌های آمینی، اوره، دی‌سیان د‌ی‌آمید یا ملامین، پلی‌اولفین‌ها مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن ) دسته بندی کرد که در بخش‌های بعد به آن‌ها خواهیم پرداخت.

پلی‌اتیلن‌ها به دو دسته سبک و سنگین تقسیم‌بندی می‌شوند : پلی‌اتیلن سبک معمولا شامل گریدهای پلی‌اتیلن020– پلی‌اتیلن LLD209– پلی‌اتیلن 0075و …. می‌شوند .

پلی‌اتیلن سنگین شامل گریدهای 0035 – پلی‌اتیلن F7000– پلی‌اتلین BL3 – پلی‌اتیلن EX5 و…..هستند.

لیست پلیمرها و حلال‌های مواد پلاستیک

حلال این محصولات بر اساس نوع و اجزای تشکیل دهنده ممکن است متفاوت باشد.

 بنابراین حلال خاص و روش یکسانی برای شناخت ترکیبات این محصولات وجود ندارد و تنها می‌توان گفت پرکاربردترین حلالی که اغلب برای تجزیه پلاستیک‌ها و پلیمرها استفاده می شود اتر است.

روش تشخیص ترکیبات:

به طور کلی به منظور تشخیص کامل ترکیبات پلاستیکی روش‌های زیر را انجام می‌دهند:

• جداسازی پلاستیک از افزودنی‌های دیگر
• تجزیه‌ی مقدماتی پلاستیک خالص شده
• تعیین کمی پلاستیک با ابزارهای آزمایشگاهی
• بررسی کیفی و کمی افزودنی‌ها (نرم کننده‌ها، پرکننده‌ها، رنگدانه‌ها، پایدار کننده‌ها، امولوسیون کننده‌ها، روان کننده‌ها و عوامل محافظت کننده در مقابل نور و…)

خواص فیزیکی مانند دانسیته، انحلال پذیری، نقطه‌ی ذوب و ضریب شکست و مشخصه‌های 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 می‌توان از رفتار ماده در اثر گرما و اشتعال پذیری آن به دست آورد.

 در بعضی موارد به تنهایی و با انجام همین آزمایش‌ها می توان جنس نمونه را تشخیص داد.

رفتار در اثر گرما و اشتعال:

بسیاری از پلاستیک‌ها هنگامی که به دقت گرم و مشتعل می شوند با رفتار خود تا حدودی شناسایی می‌گردند.

 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 می‌دهد و تغییرات مشخصه‌های پلاستیک را نمی‌توان مشاهده کرد.

 اگر مقادیر زیادی از ماده به کار رود ممکن است انفجارهای ناگواری روی دهد، .نیتروسلولز و پلاستیک‌هایی که محتوی این ماده هستند (برای مثال سلولوئید) با انفجار شدید می‌سوزند و مواد دیگر مانند پلی‌وینیل‌کلرید یا فلوئوروهیدروکربن‌ها با متصاعد کردن بخارهای سمی یا محرک تجزیه می‌شوند

.که در مقاله‌ی تشخیص پلیمرهای مختلف از سوختن آنها مفصل به این قضیه پرداختیم.

تجزیه شیمیایی پلاستیک‌ها

پلاستیک‌ها را می‌توان بر اساس مواد تشکیل دهنده، به‌صورت زیر تجزیه نمود. برای درک بهتر نخست لازم است با انواع این محصولات بیشتر آشنا شویم.

رزین‌های فنولی

چنین رزین‌هایی زیست تخریب پذیر نیستند، به‌سختی مشتعل می‌گردند و نمی‌توان آن‌ها را به‌طور ایمن سوزاند.

 احتراق آنها باعث آزاد شدن بسیاری از اجزای سمی می‌شود و بخار آن خنثی و بویی شبیه فنول و فرمالدهید و در بعضی حالت‌ها شبیه آمونیاک دارد.

آنها محصول تراکمی فنول‌ها و فرمالدهید هستند، این رزین‌ها به چند دسته رزین‌های تجارتی، پودر‌های قالب‌گیری فشاری و محصولات سخت شده تقسیم می‌شوند.

این مواد تحت گرما و فشار شدید شکل گرفته و ویژگی‌های مشترک بسیاری دارند. از جمله این ویژگی‌های کلیدی، در تمام انواع فنلی مقاومت در برابر خوردگی، عایق الکتریکی خوب و ماشین کاری خوب مشاهده می‌شود.

حلال‌های مواد پلاستیک فنولی

رزین های فنولی در حلال های اتانول و استون حل می شوند.

 اما برخی تحقیقات نشان می‌دهد که در مقایسه با سایر حلال‌ها، متانول می‌تواند سرعت پخت را افزایش داده و باعث افزایش چگالی اتصال عرضی رزین فنلی شود.

 این نوع پلاستیک به مقدار جزئی در آنیلین، در بتانفتول داخل محیط اتوکلاو و در بنزیل‌آمین در دمای 200 درجه‌ی سانتی‌گراد به مقدار زیاد حل می‌گردد.

آزمایش ایندوفنل گیبس برای تشخیص فنول

ماده‌ی خشک را در یک لوله‌ی آزمایش ریخته و آن را روی شعله حرارت می‌دهیم. دهانه‌ی لوله را با کاغذ صافی که در محلول اتری 2،6دی‌برموکینون و 4کلروایمید خیسانده و سپس خشک شده است می‌پوشانیم.

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 مشخص کننده‌ی وجود فنول است.

رزین‌های کومارون و کومارون‌ایندن

کومارون و ایندن از تقطیر قطران ذغال‌سنگ به‌دست می‌آیند. به‌صورت رزین‌های غیر قابل هیدرولیز پلیمری شده و با نرم کننده‌ها و رزین‌های دیگر مخلوط می‌گردند.

 این رزین‌ها دارای نقطه‌ی ذوب 50 الی 170 درجه‌ی سانتی گراد هستند و به صورت مخلوط با فنول به صورت تجاری به‌کار می‌روند.

انحلال پذیری رزین‌های کومارون:

آنها در اتر، نفت، بنزن، استرها و هیدروکربن های کلردار شده حل می‌شوند.

آشکار سازی کیفی

رزین‌های کومارون معمولا قابل هیدرولیز نمی‌باشند. رزین‌های غیر قابل هیدرولیز را در لوله‌ی آزمایش و در دمای 300 درجه‌ی سانتی‌گراد پیرولیز می کنیم و بخارهای حاصل را با کمک گلوله‌های پشم شیشه‌ای از دهانه‌ی لوله جمع آوری می‌نماییم.

 به پشم شیشه مقداری استیک انیدرید و 2 الی 3قطره سولفوریک اسید 50 درصد می‌افزاییم، رزین‌های کومارون رنگ قرمز معمولی و رزین‌های کومارون‌ایندن رنگ نارنجی تا قهوه‌ای نشان می‌دهند.

رزین‌های آمینی

این رزین‌ها 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 می‌شود و در محصولات پودر‌های قالب‌گیری و کالاهای سخت شده مانند قطعات قالب‌گیری شده و ورقه‌های تزئینی به کار برده می‌شوند.

 رزین‌های آمینه طیف گسترده‌ای از محصولات مفید را ارائه می‌دهند. از این رزین‌ها و چسب‌ها، برای ساخت تخته سه‌لا، نئوپان و تخته خاک‌اره استفاده می‌شود.

رفتار در اثر گرما و اشتعال

رزین‌های آمینی در اثر گرما، تجزیه و تیره می‌شوند. این رزین‌ها به سادگی با شعله‌ی کم شعله‌ور نمی‌شوند.

 بخار حاصله از حرارت دیدن آن‌ها قلیایی است و بویی شبیه آمونیاک و فرمالدئید دارد.

انحلال پذیری

رزین‌های سخت نشده در آب حل می‌شوند. اما رزین‌های سخت شده از این ماده در حلال‌های معمولی حل نشده اما در آنیلین داغ حل می‌گردند.

آشکارسازی کیفی رزین اوره و تیوره

چند میلی‌گرم از ماده‌ی مورد آزمایش را با یک قطره هیدروکلریک اسید غلیظ ترکیب می‌کنیم و در دمای 110 درجه سانتی‌گراد تبخیر می‌کنیم تا خشک شود.

 باقی‌مانده را خنک می‌نماییم و با یک قطره فنیل‌هیدرازین ترکیب می‌کنیم و در حمام روغن و در دمای 195 درجه‌ی سانتی‌گراد به‌مدت 5 دقیقه گرما می‌دهیم.

 پس از خنک شدن محلول را با 3 قطره محلول آمونیاک با نسبت 1:1 و 5 قطره محلول نیکل‌سولفات آبی 10 درصد مخلوط می کنیم و پس از افزودن 10 الی 12 قطره کلروفرم، محلول ساخته شده را هم می‌زنیم.

 تشکیل رنگ بنفش تا قرمز در لایه کلروفرم مشخص کننده‌ی وجود اوره یا تیوره است.

پلی‌اولفین‌ها

در حوزه‌ی پلاستیک‌ها مهم‌ترین پلی‌اولفین‌ها عبارتند از پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌ایزوبوتیلن.

پلی‌اولفین‌ها ذوب و به سهولت شعله‌ور می‌شوند و در اثر حذف شعله به سوختن ادامه می‌دهند. 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 ورقه‌های نازک در صنعت بسته‌بندی، صنایع خودروسازی و چاپ کاربرد فراوانی دارد.

پلی‌اتیلن به دو شکل وجود دارد: پلی‌اتیلن با چگالی بالا و پلی‌اتیلن با دانسیته کم که به ترتیب به عنوان HDPE و LDPE شناخته می‌شوند.

رفتار در اثر گرما

پلی‌اتیلن بر اساس عکس‌العملی که به گرما نشان می‌دهد، به عنوان یک گرمانرم طبقه‌بندی می‌شود. مواد ترموپلاستیک در نقطه‌ذوب خود به مایع تبدیل می‌شوند.

پلی‌اتیلن با دانسیته‌ی کم دارای نقطه‌ی ذوب 100الی116 درجه‌ی سانتی گراد می‌باشد و پلی‌اتیلن با دانسیته‌ی زیاد دارای نقطه‌ی ذوب 125الی135 می‌باشد.

PE در دماهای بالا در هیدروکربن‌های آروماتیک مانند تولوئن یا زایلن یا در حلال‌های کلردار مانند تری‌کلرواتان یا تری‌کلروبنزن حل می‌شود. پلی‌اتیلن تقریبا هیچ آبی جذب نمی‌کند.

حلال‌های مواد پلاستیک پلی‌اتیلن

هر دو شکل پلی‌اتیلن در برابر اسیدها، مایعات قلیایی سوزاننده و حلال‌های معدنی بسیار مقاوم هستند. این باعث می‌شود پلی‌اتیلن به عنوان یک ظرف در آزمایشگاه‌ها برای ذخیره اسیدها و بازها مفید باشد.

 با این حال برخی از حلال‌های آلی مانند بنزن و استون می‌توانند پلی‌اتیلن را حل کنند.

پلی‌پروپیلن

PP از طریق پلیمریزاسیون رشد زنجیره‌ای از مونومر پروپیلن تولید می‌شود، پلی‌پروپیلن از گروه پلی‌اولفین‌ها بوده و تا حدی کریستالی و غیر قطبی است.

 در صنایع بسته بندی، قطعات پلاستیکی ماشین‌آلات و تجهیزات و حتی الیاف و منسوجات کاربرد دارد.

رفتار در اثر گرما

پلی‌پروپیلن به عنوان یک ماده ترموپلاستیک طبقه بندی می شود یعنی در نقطه ذوب خود (160-170 درجه‌ی سانتی‌گراد ) به مایع تبدیل می‌شود.

حلال‌های مواد پلاستیک PP

پلی‌پروپیلن در دمای اتاق به‌غیراز اکسیدان‌های قوی در برابر چربی‌ها و تقریباً تمام حلال‌های آلی مقاوم است. در دمای بالا، PP را می توان در حلال‌های غیرقطبی مانند زایلن، تترالین و دکالین حل کرد.

پلی‌ایزوبوتیلن (PIB)

پلی‌ایزوبوتیلن که گاهی لاستیک بوتیل و گاهی PIB نامیده می‎شود، یک پلیمر وینیل است که از نظر ساختار بسیار شبیه پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن است.

 با این تفاوت که هر کربن با دو گروه متیل جایگزین می‌شود. این پلیمر از مونومر ایزوبوتیلن با پلیمریزاسیون وینیل کاتیونی ساخته شده است.

این ماده در درجه‌ی اول در ساخت لوله‌های داخلی تایر استفاده می‌شود. کاربردهای دیگر عبارتند از چسب، مواد شیمیایی کشاورزی، درزگیر، کاغذ و خمیر کاغذ، و آدامس.

رفتار در اثر گرما

پلی‌ایزوبوتیلن با وزن مولکولی بالا جامد نرم بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است.

PIB یک پلیمر وینیل است که از مونومر ایزوبوتیلن (IB) توسط پلیمریزاسیون کاتیونی ساخته شده است علی‌رغم ساختار خطی آن، PIB معمولاً به عنوان یک لاستیک مصنوعی یا الاستومر طبقه بندی می شود.

 مولکول‌های PIB به دلیل نامشخص بودن اندازه آنها در کنار یکدیگر دارای نقطه‌ذوب مشخصی نیستند.

حلال‌های مواد پلاستیک PIB

PIB در حلال‌های‌آلی مانند کلروبنزن، تتراکلرید‌کربن، بی‌سولفید‌کربن، متیلن‌کلرید، سیکلوهگزان، بنزین، بنزن، تولوئن یا گزیلن حل میشود ومحلول‌های مایع یا جامد بسته به غلظت ماده حل‌شده به دست می‌آید.

پلی‌استایرن و کوپلیمرها

پلی‌استایرن‌ها ذوب می‌شوند و همراه با متصاعد کردن بخار بی‌رنگ تا زرد تجزیه می‌گردند.

این ماده به سهولت شعله‌ور می‌شود و با تولید دود فراوان به سوختن ادامه می‌دهد. بوی آن‌ها ناخوش و مشابه بوی گاز ذغال سنگ است.

عدد صابونی این ماده <20 است.

پلاستیک‌های پلی‌وینیل‌استات یا PVA

پلی‌وینیل‌استات دسته‌ای دیگر از پلاستیک ها است که به عنوان جزء سازنده‌ی کوپلیمر‌هایی مانند وینیل‌کلرید و اتیلن به‌کار می‌رود.

این ماده به‌راحتی ذوب می‌شود و به رنگ قهوه‌ای در می‌آید. بخار آن اسیدی است و هنگام مشتعل شدن با حذف شعله همچنان به سوختن ادامه می‌دهد.

این ماده هنگام سوختن بویی شبیه استیک اسید (سرکه) از خود متصاعد می‌کند.

انحلال پذیری مواد پلاستیک PVA

پلی‌وینیل‌استات در بنزن، هیدروکربن‌های کلردار شده، کتون‌ها، استر‌ها و الکل‌ها حل می‌گردد.

تست شناسایی

مونو یا دی‌کلرو‌استیک اسید یا هر دو را ذوب می‌کنیم و به اندازه‌ی سر اسپاتول ماده‌ی مورد آزمایش را که کاملا ساییده شده است با آن مخلوط می‌کنیم و گرما می‌دهیم تا به مدت یک الی 2 دقیقه بجوشد، نوع پلیمر را می توان از رنگ تشکیل شده تعیین کرد.

نکته‌ی مهم :

پلاستیک‌ها غالبا دارای مواد افزودنی هستند که خواص ماده‌ی خام را تغییر می‌دهند یا اینکه فرایند تولید آن را آسانتر می‌کنند.

 این افزودنی‌ها شامل، نرم کننده‌ها، پایدار کننده‌ها،پرکننده‌ها، رنگ‌ها و رنگدانه‌ها، روان کننده‌ها، جاذب‌های ماورا بنفش و… هستند. قبل از تجزیه بهتر است این مواد را از پلاستیک‌ها جداسازی نمود.

نرم کننده‌ها: افزودن نرم کننده‌ها به ترموپلاستیک‌های سخت مانند رزین‌های وینیل، مشتقات سلولزی و رزین‌های آکریلیک موجب نرم‌تر و انعطاف پذیری بیشتر آن‌ها می‌گردد.

پرکننده‌ها: پرکننده‌ها غالبا برای اصلاح خواص رزین‌ها و همچنین کاهش قیمت آن‌ها به‌کار برده می‌شوند.

رنگدانه‌ها: تعداد زیادی از پلاستیک‌ها را می‌توان به شکل‌های رنگی ، شفاف، مات یا رنگ آمیزی شده تولید کرد.

پایدار کننده‌ها و افزودنی‌های دیگر: نور و گرما می‌توانند سبب تجزیه‌ی مواد پلاستیکی به‌خصوص ترموپلاستیک‌ها مانند پلی‌وینیل‌کلرید و پلی‌اولفین‌ها شوند.این عمل را می‌توان با افزودن پایدار کننده‌ها جاذب‌های ماوراءبنفش و ضد اکسنده‌ها متوقف ساخت.

تجزیه‌ی پلاستیک‌های حاوی افزودنی بی‌نهایت دشوار است. بنابراین لازم است که قبل از تجزیه، مواد افزودنی را از پلاستیک‌ها خارج نمود.