ساخت و بررسی چوب پلاست از ضایعات ماهی

پژوهش: کاظمی تبریزی و همکاران

بخش اول

(این مقاله در چهار بخش ارائه می گردد)

چکیده:

با توجه به مصرف روزافزون محصولات جدید و موج توجهات به مسائل زیست محیطی در صنعت و تحقیقات برای تولید موادی که اثرات تخریبی کمتری برای محیط زیست داشته باشند و این واقعیت که پلیمرهایی مانند پلی پروپیلن و پلی اتیلن و دیگر پلیمرهای نفتی که تخریب پذیری بسیار کمی دارند، محققان را بر آن داشته است که به فکر چاره ای برای این مشکل زیست محیطی باشند. در این پژوهش ، اثر مقدار ماده افزودنی ضایعات پودر ماهی ، نوع ماده زمینه ، و همچنین مقدار ماده جفت کننده (MAPE) بر ویژگی های مکانیکی چند سازه های چوب پلاست مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، آرد چوب در سطح 40 درصد با پلی‌اتیلن سنگین ( HDPE ) 60٪ مخلوط شد. پودر ماهی در سه سطح (5، 10 و 15 درصد) نسبت به آرد چوب و جفت کننده در سه سطح ( 0، 2 و4 ) نسبت به پلی اتیلن در یک مخلوط‌‌ کن داخلی (DR.Colien) در دمای C°180 و سرعت 50 دور در دقیقه با یکدیگر مخلوط شدند. نمونه‌های آزمونی استاندارد با استفاده از روش قالبگیری تزریقی ساخته شدند. سپس خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی و خمشی، مدول کششی و خمشی و مقاومت به ضربه فاقدار و خواص فیزیکی شامل جذب آب ماده، اندازه‌گیری شد. نتایج حاصله حاکی از این موضوع بود که با افزایش ضایعات پودر ماهی تا 10 درصد میزان مقاومت خمشی افزایش یافته در حالی که سایر مقاومتها کاهش یافته است. و با افزایش میزان درصد جفت کننده تا 4 درصد میزان مقاومتها افزایش یافته در حالی که با افزایش تا این درصد عامل جفت کننده میزان مقاومت به ضربه نمونه ها به طور معنی داری کاهش یافته است.

واژه‌های کلیدی: چوب پلاست، خواص مکانیکی، آرد چوب ،پودر ماهی ، چندسازه ، قالبگیری تزریقی،  جفت کننده ، نمونه چوب پلاست

مقدمه ساخت نمونه چوب پلاست از ضایعات ماهی

در سال های اخیر تلاش روز افزونی برای تهیه چند سازه های چوب پلاست به دلیل هزینه پایین و مزایای زیست محیطی آن ها از یک طرف و مشکلات زیست محیطی پلاستیک ها از طرف دیگر ، آغاز شده است (Arvanitoyannis,1998). از میان انواع مواد پلاستیکی ، پلی اتیلن پلیمری ارزان قیمت و بسیار رایج در بسته بندی مواد غذایی است که تجزیه ناپذیر می باشد. شکل نهایی اصلی پلاستیک های پلی اتیلنی برای استفاده در صنایع غذایی عبارت است از تولید انواع فیلم ها ، بطری ها و ظروف یک بار مصرف تهیه شده به طریق گرمانرم و قالب گیری دمشی . از آنجایی که صنایع غذایی مقدار قابل توجهی پلاستیک مصرف می کند، کاهش مقدار جزیی در استفاده ار آن می تواند به مزایای اقتصادی و زیست محیطی زیادی منجر شود. بنابراین ، استفاده از پلیمرهای نسبتا زیست تخریب پذیر راه حلی مناسبی برای مشکلات پلاستیک ها به نظر می رسد(. (Plackett et al 2004 علیرغم خواص زیست تخریب پذیری خیلی خوب برخی از پلیمرهای طبیعی مثل پلی لاکتیک اسید ، پلی هیدروکسی بوتیریت و کوپولیمرهای آن، هزینه خیلی زیاد آنها مانع از استفاده تجاری وسیع شان می شود. و فقط کاربرد های خاصی د ارند(2005. Avella et al.). بهترین منابع شناخته شده برای تهیه پلاستیک های طبیعی و زیست تخریب پذیر ،نشاسته و سلولز می باشد(1998 ,et al  Chandra) مطالعات زیادی درباره استفاده از نشاسته انجام شده است ولی با وجود این که تحقیقات کمتری در مورد سلولز وجود دارد اما مواد سلولزی اهمیت زیادی در فرمولاسیون چندسازه های طبیعی پیدا کرده اند (Guilbert. et al, 2005) و به دلیل خواص مکانیکی و حرارتی قابل توجهی که دارند , بعنوان الیاف تقویتی در ساختمان چند سازه ها بکار می روند(Han, et al,. 1996) Plackett و همکاران  (2004) می گویند که معمولا اضاقه کردن الیاف طبیعی به چند سازه ها ، تخریب پذیری آن ها را افزایش می دهد. از طرف دیگر ، بنا به اظهارات گیلبرت و گانتارد افزودنی هایی مثل پلاستی سایزرها و همچنین نوع پلیمر اصلی با توجه به وزن مولکولی ، ساختمان بلوری بودن آن در زیست  تخریب پذیری موثر هستند. در واقع زیست تخریب پذیری در اثر فعالیت میکرو ارگانیسم های زنده رخ می دهد. تقریبا همه تخریب های میکروبی توسط هر دو فارچ ها و باکتری ها انجام می شود. چهار محیط اصلی زیست تخریب پذیری برای فراورده های پلیمری وجود دارد که عبارتند از : خاکی، آبی، دفن زباله ای و کود. هر محیط حاوی میکرو ارگانیسم های مختلفی است و شرایط خاص خود را برای تجزیه دارد. در خاک ، عمدتا قارچ ها مسئول تجزیه مواد عالی هستند(1998 ,et al  Chandra).

Nourbakhsh و همکاران (2014) در آخرین تحقیق خود روی چوب پلاست ها ، بر روی زیست تخریب پذیری ان چند سازه به این نتیجه رسیدند که با استفاده از ماده جدیدی بنام ضایعات پور ماهی در ساخت چند سازه چوب پلاست می توان به مقدار قابل توجهی در زیست تخریب پذیری این ماده کمک کرد. در این مطالعه سعی کرده ایم که با توجه به استفاده ماتریس پلیمری پلی اتیلن سنگین مقدار زیست تخریب پذیری را به حداکثر خود برسانیم. روشهای مختلفی برای استفاده از الیاف طبیعی در تولید چند سازه های زیست تخریب پذیر  بررسی شده و تعاریف گوناگونی برای آنها وجود دارد. یکی از متداول ترین تعاریف کامپوزیتهای طبیعی عبارت است از ” مواد کامپوزیتی که از الیاف طبیعی و پلیمرهای زیست تخریب پذیر مشتق شده از نفت تشکیل  شده باشند. بنابراین، در این مطالعه سلولز حاصل، از ارد چوب مخلوط پهن برگان در مقادیر مختلف وزنی با پودر ضایعات ماهی و پلی اتیلن مخلوط و تاثیرات ضایعات پودر ماهی در مقابل پلی اتیلن سنگین روی خواص مکانیگی آن بررسی شد.

مواد و روش های ساخت نمونه چوب پلاست از ضایعات ماهی

عوامل متغیر این تحقیق شامل سه سطح ضایعات پودر ماهی (5،10،15 ) و سه سطح عامل جفت کننده (0،2،4 درصد ) می باشد. جدول تیمار ها در شکل 1 نشان داده شده است.

جدول 1- درصد اجزای کامپوزیت چوب پلاست در تیمارهای مختلف

جفت کننده	ضایعات پودر ماهی	پودر چوپ	پلی اتیلن	کد تیمار	شماره تیمار
0	0	40	60	شاهد 1	1
2	0	40	58	شاهد 2	2
0	5	35	60	A1B1	3
2	5	35	58	A1B2	4
4	5	35	56	A1B3	5
0	10	30	60	A2B1	6
2	10	30	58	A2B2	7
4	10	30	56	A2B3	8
0	15	25	60	A3B1	9
2	15	25	58	A3B2	10
4	15	25	56	A3B3	11

مواد مصرفی در ساخت چوب پلاست از ضایعات ماهی

ماتریس پلیمری در ساخت نمونه چوب پلاست از ضایعات ماهی

در این مطالعه، پلی اتیلن (PE)، به عنوان ماده زمینه مورد استفاده قرار گرفت، که مشخصات آن، در جدول2 آورده شده است.

جدول 2- مشخصات پلی اتیلنن مورد استفاده

شماره	ویژگی‌های شاخص	پلیمر
		پلی اتیلن
1	شاخص جریان مذاب (gr/10min)	20
2	دانسیته (gr/cm3)	956/0
3	مقاومت کششی (MPa)	22
4	مدول کششی (MPa)	900
5	ازدیاد طول در نقطه شکست (%)	700%
6	مدول خمشی (MPa)	1000
7	سختی (shoreD)	66
8	مقاومت به ضربه فاق دار (Kj/m2)	4
9	فیلر معدنی(%)	–

تقویت کننده لیگنوسلولزی در ساخت نمونه چوب پلاست از ضایعات ماهی

آرد چوب از مخلوط پهن برگان ایران از کارخانه برنز اصفهان با حداکثر خشکی 3 ٪ تهیه گردید.

 عامل جفت کننده در ساخت چوب پلاست از ضایعات ماهی

از پلی اتیلن  گرافت شده با مالئیک انیدرید (MAPE) پودری شکل تولید شده توسط شرکت کیمیا جاوید سپاهان با نام تجاری  PE-G 101  به عنوان عامل جفت کننده استفاده شد. ویژگی‌های این ماده در جدول 3 ارائه شده است .

جدول 3- مشخصات عامل سازگارکننده MAPE مورد استفاده

نام تجاری	شکل ظاهری	ماده پایه	شاخص جریان مذاب gr/10min	میزان مالئیک انیدرید(%)
PE-G 101	پودر	PE	80-50	2/1-8/0

پرکننده در ساخت چوب پلاست از ضایعات ماهی

در این تحقیق، از ضایعات پودر ماهی تولید شده توسط شرکت گیل پودر شیلات  بندر انزلی استان گیلان تهیه گردید ، که از مش 40-60 استفاده شده است.

مشخصات پودر ماهی مورد استفاده و ساختار شیمیایی آن، در جدول 4 آورده شده است .

جدول 4- مشخصات و ساختار شیمیایی پودر ماهی مورد استفاده در ساخت چوب پلاست

پروتئین	چربی	رطوبت	T.V.N	اوره
70%	8/7%	>10	07/62	منفی

 

مراحل ساخت نمونه چوب پلاست از ضایعات ماهی

به منظور فرایند اخطلاط از دستگاه مخلوط ساز کولین واقع در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران استفاده شد. این دستگاه یک اکسترودر دو مارپیچه می باشد. سرعت مارپیچ ها 60 دور در دقیقه و دمای ساخت چند سازه چوب پلاست نیز در اکسترودر فوق 180 درجه سانتی گراد می باشد. مواد لیگنو سلولزی ، مواد پلیمری و ماده جفت کننده به همراه پودر ماهی ابتدا به خوبی با هم مخلوط وبعد به قیف تغذیه دستگاه اکسترودر در دو مرحله ریخته شدند. مخلوط چند سازه چوب پلاست به صورت مفتول خمیری شکل از روزنه اکسترودر خارج شد و درون یک حوضچه آب که جلوی آن تعبیه شده، سرد گردید. عوامل ثابت و متغیر که در(جدول 5 ) ذکر شده است.

عوامل متغیر		عوامل ثابت
جفت کننده	0، 2 ، 4٪	پلی اتیلن (  PE)	60 ٪
پودر ضایعات ماهی	5، 10، 15 ٪	آرد چوب	40٪

جدول 5- عوامل ثابت و متغیر

آماده سازی مواد قبل از ساخت نمونه چوب پلاست استاندارد

مواد داغ شکل پذیر بدست آمده از فرآیند اختلاط را بلافاصله پس از جدا کردن از پره‌ها و دیواره محفظه مخلوط کن،  را در هوای آزاد قرار داده تا کاملاً سرد شوند.

به منظور خرد کردن مواد خنک خارج شده از دستگاه مخلوط کن و تبدیل آن به گرانول برای تغذیه به دستگاه تزریق، از خردکن نیمه صنعتی شرکت WIESER مدل 200/200 WG-LS ساخت کشور آلمان واقع در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران استفاده شد. به منظور حذف رطوبت از گرانول‌های حاصل و آماده‌سازی آن‌ها برای عملیات تزریق، گرانول‌ها به مدت 24 ساعت در خشک کن با دمای C° 80  قرار داده شدند.