بازیافت پلاستیک ­های ضایعاتی جهت ساخت چندسازه­ های چوب پلاست

چندسازه ­های چوب پلاست با توجه به ساختار انها قابلیت استفاده از مواد بازیافتی را دارد. سطح کل جنگل های ایران، در گزارش وضعیت جنگل های جهان در سال 2007، 2/14 میلیون هکتار است که در حدود 8/6 درصد از سطح کل کشور را می پوشاند. در مجموع، مساحت جنگل های ایران حدود 28/0درصد از جنگل های جهان را تشکیل می دهد طبق آمارهای موجود در خلال چند دهه گذشته، جنگل های کشور از حدود 18 میلیون هکتار به 2/14میلیون هکتار و سطح جنگل های شمال نیز از حدود 4/3 به 9/1میلیون هکتار کاهش یافته است. کمبود منابع جنگلی و چوبی در کشور ما حقیقتی تلخ و انکار ناپذیر است که به تبع آن شاهد کاهش ظرفیت تولید و حتی در موارد متعدد تعطیلی کارخانجات صنایع چوب را درسالهای اخیر بودیم با نگاهی به وضعیت جنگلهای شمال کشور – که تقریبا 7% مساحت کشور را در برمی گیرد. و با همین وضعیت اصلی ترین منبع داخلی تامین چوب آلات و مواد اولیه مصنوعات چوبی و کاغذی است- حساسیت و آسیب پذیری آن را به وضوح نمایان شده و لزوم یافتن جایگزینی مناسب و اتکا به سایر منابع و مواد برای صنعت چوب و کاغذ و صنایع سلولزی خود نمائی می­کند(یحیوی و خزاعیان، 1390). از طرف دیگر وجود روز افزون انواع زباله­هاي طبيعي و مصنوعي در محيط زيست، امروزه به موضوعي چالش برانگيز، در اکثر کشورهاي صنعتي و در حال توسعه تبديل شده است. زباله­ها علاوه بر زشتي سيماي طبيعت و حوالي شهرهاي بزرگ و خاصه صنعتي، مشکلات عديده­اي در بهداشت و زيست جانداران و همچنين در مورد انباشت خود، ايجاد کرده­اند. با افزایش جمعيت و نيازهاي آن، زباله­هاي توليد شده نيز افزايش مي­يابد و اصولا يافتن اماکن جديد جهت تخليه زباله ها خود مشکل جديدتري را پيش آورده است. لذا در صورتي که تدبيري در جهت کاهش زباله ها و استفاده از آنها انجام نگيرد، ديري نخواهد گذشت که کره زمين تبديل به زباله­داني بزرگ شود. بازيافت، به عنوان ابزاري مهم و کارآمد مي تواند در جهت رفع اين مشکل در خدمت بشر باشد. از بين انواع زباله ها و پسماندها، بازيافت پلاستيک به عنوان زباله­اي تجزيه ناپذير که توليد آن مستلزم از بين بردن منابع تجديد ناپذير آلي نفتي است، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. پلاستيک­ها با وجودي که از اختراعات کارا و مهم بشر محسوب مي شوند، در عين حال به معضلي در محيط زيست تبديل شده اند که ضمن انباشت در محيط و تجزيه نشدن، باعث آلودگي هاي بهداشتي آبي و خاکي فراواني براي انواع موجودات زنده و انسان مي شوند(نصیری نژاد و آصف افشار). چندسازه­های چوب پلاست که به اختصار WPC نامیده می شوند گروه نسبتا جدیدی از کامپوزیت­ها هستند که در ساخت این مواد محدوده­ی وسیعی از پلیمرها مانند پلي اتيلن، پلي پروپيلن، پلي ونيل كلرايد، پلي استر و…. و پركننده­هاي سلولزي شامل آرد چوب، الياف كتان، كنف، بامبو، كاه و … مورد استفاده قرار مي­گيرند. باتوجه به تحقیقات انجام شده می­توان از حجم وسیعی از پلاستیک­های ضایعاتی یا بازیافت شده و پسماندهای سلولزی و لیگنوسلولزی استفاده کرد.

سابقه تحقیق

در جهان اولین تحقیقات و اقدام به ساخت محصول چوب پلاست در اوایل دهه 80 میلادی در کشورهای اروپای غربی آغاز شد ولی در دهه90 میلادی با سرعت حیرت آوری در آمریکا گسترش یافت تا حدی که به اعتقاد کارشناسان امروزه این صنعت از نظر علمی و تکنولوژیکی در اروپا 10 سال عقب تر از امریکا در حال پیشرفت می باشد ، آلمان، اتریش، ایتالیا و انگلستان از پیشگامان این صنعت در اروپا هستند(برزگر شیری، محمدی و اخلاقی، 1388). قهري، كاظمي نجفي و محبي (1389) با امكان سنجي استفاده از پلاستيك بازيافتي در ساخت كامپوزيت چوب- پلاستيك مورد مصرف در صنايع دريايي و بررسي خواص رطوبتي آن نشان دادند كه با افزايش دفعات بازيافت مقدار جذب آب بلند مدت چندسازه پليپروپيلن دوبار بازيافتي- آرد چوب كمتر از چندسازه پلي­پروپيلن بكر- آرد چوب مي­باشد كه نشان دهنده پتانسيل جايگزيني اين مواد با قيمت بسيار كمتر با كامپوزيت­هاي ساخته شده از پلاستيك بكر مي­باشد. همچنين نتايج حاصل از مطالعات مذكور نشان داد كه افزايش مراحل بازيافت پلي­پروپيلن مي­تواند مقدار مقاومت زيستي را درچندسازه ساخته شده از پلي­پروپيلن بازيافتي- آرد چوب كاهش دهد. شاکری، سیلانی و امیدوار (1381)، با استفاده از الیاف بازیافتی کاغذ روزنامه و پلی استایرن حاصل از بازیافت مواد زائد شهری اقدام به شاخت فرآورده مرکب کردند و به این نتیجه رسیدند که بین سطوح مختلف درصد الیاف کاغذ روزنامه تفاوت معنی داری در استحکام کششی فرآورده وجود ندارد ولی در حضور جفت کننده مالئیک انیدرید این تفاوت معنی دار است و نسبت به پلی استایرن خالص استحکام کششی افزایش می یابد. گرجانی و امیدوار (1384)، با بررسی خواص مکانیکی چندسازه پلی اتیلن بازیافتی – کاه گندم نشان دادند که افزایش درصد آرد گندم تا سطح 30درصد مقاومت­های کششی و خمشی را افزایش داده و تا سطح 40 درصد موجب بهبود مدول الاستیسیته کششی چندسازه شده است. اما بر روی مقاومت به ضربه تاثیر چندانی نداشت و بهترین مقاومت­های مکانیکی در چندسازه حاصل از 30 درصد آرد کاه گندم و 70 درصد پلی اتیلن سنگین بازیافتی مشاهده شد. غفرانی (1387)، با بررسی امکان ساخت چند سازه چوب پلاست از خاك اره و پلی اتیلن ترفتالات ضایعاتی نشان داد که بهترین خواص فیزیکی و مکانیکی در نمونه هاي لایه اي با ضخامت 5میلی متر و ترکیب 10 % پلی اتیلن در لایۀ میانی، 20 % پت ضایعاتی در لایه هاي سطحی و 70 % خاك اره، در دماي پرس 200 درجه و و زمان 180 ثانیه مشاهده شد این ترکیب شامل 90 % مواد ضایعاتی و 10 % مواد دست اول بود. کارگرفرد (1390)، با استفاده از پلی­پروپیلن بازیافتی در تولید چندسازه­های چوب- پلاستیک به روش کیک به این نتیجه رسید که مقاومت خمشی چندسازه­های ساخته شده از الیاف بیشتر از چندسازه­های ساخته شده از آرد چوب است و واکشیدگی و جذب آب بعد از 2 ساعت غوطه وری در آب جوش به طور معنی داری کمتر از چندسازه­های ساخته شده از الیاف می باشد.

چندسازه ­های چوب پلاست

هدف اصلی از ساخت چند سازه ترکیب حداقل دو ماده و رسیدن به ماده جدیدی با کیفیت وخواص بالاترازهر دو ماده قبلی می باشد. مواد مرکب پلیمری دارای مزایایی نظیر: وزن کم، مدول واستحکام کششی زیاد در راستای الیاف، قابلیت دستیابی به خواص فیزیکی مورد نظر از طریق جهت دهی به الیاف، خواص خستگی، خزش زیاد ومقاومت در برابر اکثر ترکیبات شیمیایی مخرب هستند. مهمترین محدودیتهای مواد پلاستیکی عبارتند از: هزینه نسبتا بالا، محدودیت دمای کارکرد، تاثیر منفی رطوبت به ویژه حین فرآیند تولید، شکنندگی الیاف ودر نهایت مشکلات بازیافت و تجزیه ناپذیری لذا به منظور کاهش محدودیت های فوق الذکر در ساخت پلاستیکهای نفتی از سایر مواد آلی ومعدنی استفاده می شود؛ پرکننده ها والیاف سلولزی تجدید پذیر کشاورزی ازجمله این مواد هستند دانسیته کمتر، عدم فرسایش سطوح، پرکنندگی زیاد، افزایش سختی، قابلیت بازیافت و عدم شکنندگی الیاف در خمش­های حین فرآوری از جمله مزایای الیاف سلولزی است و نیز مصارف بسیار زیادی در ساخت کفپوش، حصار، انواع پروفیل در و پنجره، خودروسازی، لوازم خانگی و انواع سازه­های آبی دارد. WPC لفظ مشترکی است که به دو نوع چند سازه متفاوت اطلاق می‌شود، به ‌فرآورده‌هایی که ازطریق اختلاط انواع پلیمرهای ترمو پلاستیک‌ به عنوان ماتریس با الیاف چوب ویا دیگر مواد « سلولزی» به عنوان فازتقویت‌کننده یا فیلر، ساخته می‌شود چوب پلاست گفته می‌شود (یحیوی و خزاعیان، 1390) .

توليد كامپوزيت هاي چوب پلاست تحت تاثيرعوامل مختلفي صورت مي گيرد. اين نوع كامپوزيت هاي پليمري معمولاً از طريق تركيب كردن الياف چوب و پليمرها و يا با افزودن الياف چوب بعنوان پر كننده و تقويت كننده در ماتريس پليمر و به كمك عمل پرس كردن يا قالب ريزي در شرايط دما و فشار توليد می گردند. از جمله مهمترين فاكتورهاي مؤثر در توليد كامپوزيت ها مي توان به اثر عوامل سازگار كننده (جفت كننده)، روش توليد، مواد افزودني، ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي، درصد و نوع الياف سلولزي، درصد و نوع پليمر گرمانرم، شرايط پرس، طول و توزيع و پخش مناسب الياف در توده ماتريس، نوع اتصال، جهت يابي الياف و… اشاره نمود. اكثر پليمرها بويژه گرمانرم­ها بعنوان جايگزين شونده­هاي غيرقطبي (آب گريز) سازگاري با الياف سلولزي قطبي (آب دوست) سازگاري ندارند. بنابراين در چنين سازه هايي اتصال ضعيفي ميان پليمر و الياف چوب بوجود مي آيد. جهت ارتقا اتصال بين الياف سلولزي و گرمانرم ها در فرآيند توليد، به­ناچار از عوامل جفت كننده شيميائي استفاده مي شود. عوامل جفت كننده در مقادير كم جهت فرآوري و آماده سازي سطوح چسبندگي ميان گرمانرم ها و سطح الياف سلولزي عمل مي كنند. عوامل جفت كننده بين الياف چوب و پليمرهاي گرمانرم با مكانيسم هاي كووالانسي، پيچيده تر شدن زنجيره پليمري، فعاليت قوي تر شوندگي اتصال بوجود مي آورند. در اين راستا محققان زيادي در چگونگي چسبندگي بين الياف پليمرها در روشهاي شكل گيري به روش قالب گيري و جريان بادي(ريزش كيك) تحقيقاتي را انجام داده اند.

بازیافت

بازیافت عبارت است از یک استراتژی برای مدیرت مواد زائد و دور ریز جامد. استفاده از ضايعات پلاستيکي که از جمله مشکل سازترين نوع زباله ها هستند، مي تواند علاوه بر صرفه اقتصادي، مشکل انباشت در محيط را نيز حل کند. اين زباله ها قابليت بازگشت کوتاه مدت به محيط را ندارند و عملا تجزيه آنها در محيط به طور متوسط ۵۰۰ سال به طول مي انجامد. لذا با توجه به توليد انبوه ساليانه اين مواد، توليد اين زباله تبديل به مشکل عظيمي براي محيط زيست شده است. مصرف عمده اين پلاستيک ها عمومًا در بسته بندي و مصارف داخلي است. مصرف پلاستيک نيز امروزه در انواع اشکال از ظروف يک بار مصرف و مصالح ساختماني تا ماشين آلات و چسبها نيز رو به افزايش است. کيسه هاي پلاستيکي که به بوته هاي خار در بيابان ها چسبيده اند، منظره دلخراش آلودگي محيط زيست است که شايد کمتر کسي آن را نديده باشد. اين کيسه ها در نهايت وارد آب و خاک شده و تنها در بخش آلودگي آب، بيش از يک ميليون آبزي سالانه در اثر بلعيدن پلاستيک دچار خفگي مي شوند.

در ايران، همه ساله انواع پلاستيک هاي مختلف توليد مي شود که ميزان توليد آنها امروزه از مرز يک ميليون تن فراتر رفته است. براي توليد ۳۰۰ هزارتن کيسه پلاستيکي حدود ۴۳۰ هزار تن مواد نفتي سوزانده مي شود که باعث آلودگي جدي هوا خواهد شد. از بين پلاستيک هايي که سالانه توليد مي شوند، سهم پلي اتيلن سنگين بيشتر از بقيه است و پس از آن جايگاههاي بعدي را دارند که به همين ميزان، ضايعات ،(PET) پلي اتيلن سبک، پلي پروپيلن و پلي اتيلن ترفتالات آنها قرار دارد. پلي اتيلن سنگين، پلي اتيلن سبک و پلي پروپيلن، عمده پلاستيک هايي هستند که در توليد کامپوزيت هاي چوب-پلاستيک کاربرد دارند. لذا در صورت بازيافت، مي توان از آنها به طور گسترده اي در صنعت کامپوزيت چوب-پلاستيک استفاده کرد. پلاستيک ها در حين کارکرد در محل کاربرد، در اثر هوازدگي، اشعه ماورا بنفش، تاثير مواد شيميايي، تنش هاي حرارتي و مکانيکي، دچار افت خواص مي شوند. لذا در صورت استفاده از اين مواد در ساختار کامپوزيت بايد به اين نکته توجه کرد. براي شبيه سازي تخريب پليمر، پلاستيک مورد نظر در يک دستگاه اکسترودر در دماي کارکرد چندين بار اکسترود مي شود تا در اثر تنش هاي مکانيکي و حرارتي، پلاستيک دچار تخريب شود. خواص مکانيکي پلاستيک بسته به انواع آن دچار تغيير مي شود. مثلا خواص ضربه اي پلاستيک تخريب شده حدود ۳۰ % نسبت به پلاستيک تخريب نشده، کاهش مي يابد (نصیری نژاد و آصف افشار، 1387).

جدول1- صنایع موجود بازیافت در کشور

یکی از منابع مهم تأمین کننده مواد اولیۀ این محصول ضایعات پلاستیکی و خاك اره می باشد که معمولاً به هر میزانی که مورد نظر باشد در دسترس هستند. تبدیل این مواد به فراورده قابل مصرف ضمن جلوگیري از انباشته شدن آنها و آلودگی محیط زیست، ایجاد اشتغال نیز می نماید (غفرانی). بنابراین صنعت چوب- پلاستیک می تواند راه حل مناسبی براي صنایعی که با معضل ضایعات پلیمري و سلولزي روبرو هستند باشد. این محصولات که زمانی رویاي اصلی طرفداران محیط زیست بوده اند، اکنون به دلیل مزیت هاي اقتصادي و زیست محیطی، جایگاه خود را پیدا کرده و اکنون می تواند جانشین مناسبی براي محصولات معمول و سنتی باشند. خوشبختانه یکی از مزایاي مهم مواد مرکب چوب- پلاستیک این است که می توان در تولید آن از ضایعات سلولزي کارخانجات کاغذ سازي استفاده کرد. در ا یران نیز ضایعات پلاستیکی حجم زیادي از زباله هاي کشور را تشکیل می دهد. از این رو باید توجه ها را به سمت تولید فراورده هاي جدید که توانایی بالایی در استفاده از ضایعات دارند سوق دهیم. علیرغم توسعه فراورده چوب پلاست در دهه هاي اخیر در سطح جهانی به ویژه در کشورهاي پیشرفته از جمله امریکا، در ایران از حدود 14سال گذشته این فراورده مورد شناسایی و توجه بخش صنعت قرار گرفته است. در نتیجه ي این بررسی، فراورده چوب- پلاستیک با توجه به ویژگی هاي ممتازي که نسبت به سایر پانل هاي چوبی دارد، داراي پتانسیل قوي در استفاده از پسماندهاي کارخانجات چوب و کاغذ و همچنین پلاستیک هاي ضایعاتی می باشد که می تواند تاثیر به سزایی در کاهش بهاي نهایی محصول داشته باشد. البته استفاده از این پسماندها و ضایعات بدون مشکل و محدودیت نیست که می توان آن­ها را با دسترسی به تکنولوژي هاي جدید مرتفع نمود(مهدی نیا و حسینی، 1390) که یکی از تکنولوژی های موجود استفاده از اکسترودرهای مخصوصی است که جهت ساخت کامپوزیت­های چوب- پلاستیک از ضایعات پلی اتیلن ترفتالات است که تصویر آن در شکل زیر آمده است.

نتیجه گیری

امروزه با توجه به محدود بودن سطح جنگل هاي ایران، نه تنها استفاده از ضایعات کشاورزي در کارخانجات صنایع چوب ضروري به نظر می رسد بلکه استفاده بهینه از ضایعات صنعتی و پلاستیک هاي ضایعاتی نیز حائز اهمیت است. کالاهاي پلاستیکی غالبا از پلیمري هاي مصنوعی ساخته و به خاطر دوام و پایداري زیاد در محیط زیست، آلودگی هاي شدیدي را به وجود آورده که رهایی از آنها به آسانی میسر نیست. امروزه فرآورده هاي چوب پلاست بصورت گسترده در کشورهاي صنعتی تولید و مورد استفاده قرار می گیرند .یکی از منابع مهم تأمین کننده مواد اولیۀ این محصول ضایعات پلاستیکی می باشد که معمولاً به هر میزانی که مورد نظر باشد در دسترس هستند. مثلا براي توليد ۳۰۰ هزارتن کيسه پلاستيکي حدود ۴۳۰ هزار تن مواد نفتي سوزانده مي شود که باعث آلودگي جدي هوا خواهد شد. از بين پلاستيک هايي که سالانه توليد مي شوند، سهم پلي اتيلن سنگين بيشتر از بقيه است که تبدیل این مواد به فراورده قابل مصرف ضمن جلوگیري از انباشته شدن آنها و آلودگی محیط زیست، ایجاد اشتغال نیز می نماید.

منابع و مراجع

[1] برزگر شيري، مصطفی، محمدي، حسین و اخلاقي، زين العابدين. 1388. توليد فرآورده­هاي چوب – پلاستيك گامي ناگزير براي صيانت از جنگل­ها و استفاده از ضايعات شهري. اولین همایش ملی اصلاح الگوی مصرف در منابع طبیعی،

[2] قهري، سامان، كاظمي نجفي، سعید و بهبود، محبي. 1389. امكان سنجي استفاده از پلاستيك بازيافتي در ساخت كامپوزيت چوب- پلاستيك مورد مصرف در صنايع دريايي و بررسي خواص رطوبتي آن. دوازدهمین همایش صنایع دریایی،

[3] شاکری، علیرضا، سیلانی، لیزا و امیدوار، اصغر. 1381. بررسی ساخت فرآورده مرکب الیاف سلولزی – پلیمر با استفاده از پلی استایرن بازیافتی و کاغذ روزنامه باطله، منابع طبیعی ایران. 55، 3، 417-407

[4] غفرانی، محمد. 1387. بررسی امکان ساخت چند سازه چوب پلاست از خاك اره و پلی اتیلن ترفتالات ضایعاتی، علوم طبیعی، 6، 2.

[5] کارگرفرد، ابوالفضل. 1390. اثر اندازه ذرات لیگنوسلولزی و مقدار سازگارکننده بر خواص فیزیکی و مکانیکی چندسازه اکالیپتوس – پلی پروپیلن بازیافت شده، جنگل و فراورده های چوب، دوره 64، شماره 1، صص 64-55،

[6] گرجانی، فیاض و امیدوار، اصغر. 1385. بررسی فرایند ساخت و خواص مکانیکی چندسازه پلی اتیلن بازیافتی – کاه گندم، پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی، شماره 72، 88-84

[7] مهدی نیا، میثم و حسینی، سیده زهرا. 1390. بررسی امکان استفاده از ضایعات صنعتی کارخانجات صنایع چوب و کاغذ و پلاستیک هاي ضایعاتی به منظور تأمین ماده اولیه مورد نیاز در صنعت چوب و کاغذ بهویژه تولید فرآورده هاي چوب – پلاستیک. نقشه راه تامین مواد اولیه و توسعه صنایع چوب و کاغذ کشور در افق 1404

[8] نصيري نژاد، مجتبي و آصف افشار، اورنگ؛ كامپوزيت هاي چوب – پلاستيك، راه حلي مناسب براي استفاده از پسماندهاي چوب و پلاستيك هاي بازيافتي.

[9] یحیوی دیزج، مصطفی و خزاعیان، ابوالقاسم. 1390. بررسي امكان استفاده از پسماندهای کشاورزی استان گلستان در ساخت کامپوزیت­های چوب­پلاستیک، اولين همايش بين المللي و ششمين همايش ملي مديريت پسماند،