روشهای سریع شناسایی پلاستیک های پرمصرف

اهمیت شناخت مواد:

یكی از بزرگ­ترین مشكلات مبتلا به صنایع پلیمری و بازیافت پلیمرها، عدم شناخت مراكز تولیدی و یا فروش مواد اولیه از مواد پلیمری است و همین امر سبب می­گردد مواد مناسبی خریداری نشود و یا قطعه تولید شده با افت کیفیت مواجه گردد.

برای مثال:

1-      پس از اتمام مواد، جایگزینی آن­ها درست انجام نمی شود و خواصّ محصول جدید با مشخصات تولیدات قبلی تفاوت­های محسوسی دارد، حتی اگر جنس و نوع انتخاب شده ساخت همان شرکت قبلی باشد ولی به دلیل متفاوت بودن گونه افت خواصّ زیادی در قطعات جدید بوجود می آید.

2-      مواد پلاستیکی زیادی خریداری می شود بدون تست کردن صحت نوع مواد ادعا شده از طرف فروشنده.برای مثال ادعا می شود که 10 تن فیلم پ.پ است در حالی که پی وی سی است.یا گرانول پلی اتیلن است در حالیکه گرانول پ.پ است.

3-      قطعه ای با خواص عالی برای مثال پ.پ تقویت شده در زمینه کاری ما از شرکت رقیب به دستمان رسیده که می بایست از ماهیت آن مطلع شویم.

پس برای ورود علمی و آگاهانه در این حوزه و جلوگیری از انتخاب غلط مواد پلیمری  باید ابتدا با سه واژه­ی جنس، نوع و گونه پلیمر آشنا شد و سپس از پارامترهای فنی آن­ها اطلاعات لازم را به­دست آورد.

هفت پلاستیك پلی­اتیلن سنگین، پلی­اتیلن سبک، پی­وی­سی، پلی­استایرن، پت , پلی پروپیلن و ABS از اهمیت صنعتی و بازرگانی بسیار بالایی برخوردار هستند در www.polymeresabz.com. به اطلاعات بیشتری در این زمینه پرداخته شده است.

در این دوره به بررسی روشهای شناسایی كیفی این پلاستیك­ها پرداخته می شود.

برای این منظور سه مبحث زیر بسیار مهم است:

الف: روش‌های ساده­ی تشخیص پلاستیك‌ها از لاستیك‌ها

ب: روش‌های تشخیص پلاستیك‌های گرمانرم از گرماسخت

پ: آزمایشهای ساده و کم هزینه برای تشخیص

پلاستیکها از چه موادی تشکیل شده اند؟

یك آمیزه پلاستیكی كه شناخت و معرّفی آن­ها اامی است عبارتند از:

1 . پلیمر پایه (مهمترین جزء آن قطعه است.)

2 . پركننده‌ها

3 . نرم كننده (در صورت امكان)

مهمترین قسمت یك آمیزه، پلیمر پایه آن است بنابراین اگر شناسایی جنس و نوع درست انجام ‌شود، با اهمیت‌ترین بخش فرآیند با موفقیّت صورت ‌پذیرفته است در غیر این حالت اگر تنها افزودنی‌های آمیزه درست شناسایی شده باشند، گزارش­كار گمراه‌كننده و فاقد ارزش خواهد بود.

بنابراین شناسایی كیفی یك قطعه پلاستیكی عبارتست از مشخص نمودن جنس اجزاء اصلی شركت‌كننده در آمیزه (فرمولاسیون) آن قطعه، كه معمولاً جنس پلیمرپایه آن مشخص می­شود (صرف­نظر از مقدار آن در آمیزه).

مراحل اولیه شناسایی كیفی پلاستیك­ها با استفاده از آزمایش های ساده

اولین گام در شناسایی كیفی یك پلاستیك

گام اول برای شناسایی كیفی یك پلاستیك مجهول عبارتست از استفاده از خواصّ ظاهری و مكانیكی است:

به‌عنوان مثال آیا نمونه شفاف است یا كدری؟

انعطاف­پذیر است یا خیر؟

خاصیت  كشسانی‌ دارد؟

سخت است یا نرم؟

دانسیته­ی آن چقدر است؟

و شرایط كاركرد قطعه چیست؟

از هر كدام از این اطّلاعات می‌توان سر نخ‌های اولیه شناسایی كیفی را به دست آورد.

مثال: از بررسی­های یک نمونه فیلم شفاف نتایج مقدماتی زیر گرفته شده است:

الف. فیلم نمونه مجهول شفاف است

ب. نمونه در برابر حرارت در محدوده حرارتی (111 ˚C) ذوب می­شود

پ. در دمای  نمونه فیلمی روی سطح آب شناور باقی می­ماند به عبارت دیگر دانسیته آن کمتر از یک گرم بر سانتیمتر مکعب است

ت. در اثر تماس با آب جذب آب نمی­کند

ث. در اثر ذوب فیلم توده­ای به دست آمد که دارای ظاهری کدر و ابری رنگ می­باشد

ج. هنگام ذوب شدن و خصوصا با بالا رفتن حرارت بعد از ذوب پلاستیک بویی شبیه به موم و واکس از نمونه به مشام می­رسید.

جمع بندی و استفاده از این اطّلاعات در مباحث آینده مطرح خواهد شد

گام دوم آزمون‌های اولیه شناسایی كیفی پلاستیك­ها

آزمایش‌های مقدّماتی كه در این مبحث معرفی می­شوند در عین سادگی، ارزانی و امكان انجام سریع، اطّلاعات كلیدی و مهمی را از ماهیّت پلیمر مجهول آشكار می‌سازند.

2-1 آزمون­های تجزیه حرارتی

در بررسی­های مقدماتی و غیر کمّی، از دو روش تجزیه حرارتی (پیرولیز) و سوزاندن زیاد استفاده می­شود .

نتایج هر دو روش مکمل هم بوده و برای دستیابی به اطلاعات مورد نیاز به کار می­رود.

نکته قابل تذکر این است که، کاربرد این دو روش، باید قوه تشخیص، حس بویایی قوی، تجربه لازم و صبر و دقت کافی در پردازش اطّلاعات فراوان به دست آمده از این روش­ها را داشته باشد.

2-2 تعیین PH گازهای حاصل از تخریب حرارتی پلیمر

قطعه كوچكی از یك پلاستیك به اندازه یك عدس بزرگ را درون یك بوته چینی یا لوله آزمایش كوتاه در معرض هوا، به صورت تماس غیرمسقیم با شعله یك چراغ الكلی، حرارت می‌دهند تا پلیمر به تخریب حرارتی خود برسد و گازهایی كه در اثر تخریب و تجزیه حرارتی از عوامل و عناصر سازنده پلاستیك به­وجود آمده‌اند، متصاعد گردند.

در چنین حالتی PH گازهای خارج شده را توسط معرفّ­ها (اندیكاتورها) اندازه‌گیری می‌كنند، در اثر این تجزیه ملكولی، برخی از عناصر كلیدی تشكیل­دهنده زنجیره پلیمر و گروه‌های جانبی آن مشخّص می‌گردند.

بسته به ماهیت اسیدی، خنثی یا بازی بودن PH گازهای متصاعد شده، گروهی كه پلیمر مجهول به آن وابسته است مشخص می­شود.

در شكل (1) یك نمونه پلاستیكی در حال انجام آزمایش PH متری دیده می­شود (هنوز گازهای ناشی از تخریب حرارتی از دهانه لوله به سمت متصاعد نشده­اند).

2-3آزمون شعله

آزمون شعله غالباً در راستای شناسایی كیفی پلاستیك‌ها و الیاف كاربرد فراوان دارد، در حقیقت هدف از انجام این آزمایش بررسی و تحقیق پیرامون رفتار و پدیده‌هایی ‌است كه یك پلاستیك هنگامی كه در داخل شعله قرار می‌گیرد، در درون آتش و پس از خروج از آتش از خود بروز می‌دهد.

از ویژگی‌های آزمون شعله سرعت انجام، سهولت آزمایش و اقتصادی‌بودن آن است ضمن این كه مجموعه اطّلاعات به دست آمده، متنوع و بسیار كاربردی هستند.

توجه: معمولاً تنها با انجام یك آزمایش مانند شعله نمی­توان از صحّت شناسایی كیفی یك پلاستیك مجهول مطمئن شد، همان­طور كه در مبحث قبل بیان گردید با تعیین PH گازهای حاصل از یك نمونه مجهول نیز به تنهایی شناسایی جنس پلاستیك مجهول امكان پذیر نبود، با این مقدمه باید اذعان كرد جنس پلاستیك مجهول را با مجموعه­ای از نتایج چند آزمون مختلف كه كنار هم گذاشته شوند تا اطمینان كامل از صحّت تشخیص كیفی فراهم گردد.

نتایج حاصل از آزمایش شعله

گرم نمونه را به وسیله اسپاتول فی روی لبه خارجی شعله بگیرید. مقدار کمی در حدود نیم

اگر نمونه بلافاصله شعله­ور نشد، به مدت چند ثانیه آن را درون شعله قرار دهید و سپس آن را از شعله دور کنید.

سهولت در شعله وری، بو، خود اطفائی، تغییر رنگ، ذوب و تجزیه نمونه، سوختن نمونه، رنگ شعله باید مورد توجه قرارگیرد.

پس از آن نمونه باید به منظور تعیین جنس خاکستر نیز سوزانده شود.

با پاسخ به سوالات زیر و در نظر داشتن عناصر تشکیل دهنده پلیمر مجهول و جداول پیوست می­توان پلاستیك را تاحدودی شناسایی کرد .

الف- آیا نمونه به حالت مذاب در می­آید؟

ب- آیا پلاستیك به آسانی شعله­ور می­شود؟

پ- آیا ماده به سختی می­سوزد؟

ت- شعله چه رنگی است؟

ث- آیا از نمونه در حال سوختن قطره می­چكد؟

ج- آیا قطرات در حین چكیدن مشتعل هستند؟

چ-  آیا نمونه پس از سوختن از خود خاکستر بجا می­گذارد؟

ح-  آیا نمونه پس از بیرون آمدن از شعله خود به خود خاموش می­شود؟

خ- آیا نمونه ذغالی می­شود؟

د-  چه بویی از سوختن پلاستیك حاصل می­شود؟

هر كدام از این ویژگی­های ده­گانه به عناصر شركت­كننده در واحد تكرار شونده، ساختار ملكولی و پیوندهای فیزیكی بین زنجیرها بستگی دارد كه آشنایی با آن­ها باعث شناسایی كیفی پلاستیك تحت آزمون خواهد شد.

بررسی بوهای متصاعد شده در حین آزمون شعله پلاستیك‌ها

بوهایی كه از سوختن پلاستیك‌ها ایجاد می‌شود برانگیخته از ساختار ملكولی و مواد افزودنی آن­ها است، اغلب پلاستیك‌های گرمانرم خالص، در حین سوختن بوهای كاملاً مشخصی تولید می‌كنند.

باید توجه داشت كه پركننده‌های آلی، پایداركننده‌ها، و سایر افزودنی‌های اضافه شده به آمیزه پلاستیك در حین سوختن روی بوی پلیمر خالص تاثیر می­گذارند، بنابراین هرقدر پلیمر خالص­تر باشد بوی متصاعد شده بهتر قابل تشخیص خواهد بود.

چند مثال برای تشخیص :

بویی كه از سوختن پلی‌اتیلن نسبتاً خالص بوجود می‌آید رایحه‌ی پارافین‌ها و واكس‌ها را تداعی می‌كند زیرا با ساختمان ملكولی آن­ها تشابه دارد.

بویی كه از سوختن پلی‌استایرن خالص به مشام می­رسد عطر‌ی نسبتاً خوش و شبیه به شكلات دارد كه سوختن آن با ایجاد دوده همراه است.

پلی‌آمیدها بخاطر مشابهت ملكولی با پلی‌پپتایدها كه پروتئین‌ها از آن­ها مشتق می شوند اغلب بویی شبیه سوختن شاخ حیوانات (دارای پایه پروتئینی هستند) را منتشر می سازند.

2-4 آزمون بررسی گستره ذوب پلاستیك‌های گرمانرم

در پدیده ذوب یك پلیمر، حرارت دریافت شده نیروهای بین زنجیرهای پلاستیك را تا آن حد كاهش می‌دهد كه زنجیرها می‌توانند روی هم بلغزند و جاری شوند یا تحت تنش وارد بر آن، ملكول‌های پلاستیك مذاب به­حركت در آیند آن­چه شایان دقّت است پدیده ذوب در پلاستیك­ها فقط در گروه پلاستیك­های بلوری و نیمه بلوری دیده می­شود، و این تغییر حالت فیزیكی پلاستیك در آمورف­ها حتی در زیر دستكاه میكروسكوپ دارای صفحه داغ^[1] چندان ملموس نیست.

چون در فرآیندهای پلیمریزاسیون مواد پلیمری توزیع جرم ملكولی وجود دارد و همه زنجیرها دارای جرم ملكولی یكسان نیستند، در حین ذوب ابتدا زنجیرهای سبك‌تر و سپس سنگین‌تر ذوب می شوند كه همین امر موجب به­وجود آمدن پدیده­ی گستره ذوب در پلاستیك­ها می‌شود.  در جدول (1) گستره ذوب شش پلاستیك مهم ارائه شده است.

جدول (1) ارائه گستره ذوب شش پلاستیك مهم

آزمون تعیین دانسیته

دانسیته یا وزن مخصوص هر قطعه عبارتست از وزن واحد حجم آن، و مقدار آن از فرمول d = M/V gr/cm³ محاسبه می‌شود. هر قدر قطعه­ی پلیمری كه در نظر است وزن مخصوص آن اندازه­گیری شود خالص‌تر باشد (دارای مواد افزودنی كمتر)، دانسیته آن به مقادیر مندرج در كتب و جداول نزدیك‌تر خواهد بود.

در جدول (4) دانسیته تقریبی تعدادی از مهمترین پلاستیک­های صنعتی و پرمصرف با‌هم مقایسه شده‌اند.

تعیین دانسیته یك قطعه پلاستیكی از نظر كنترل كیفیت بسیار مهم، ولی از جهت كمك به شناسایی كیفی حائز اهمیت زیادی نیست.

جدول (4) مقایسه دانسیته تقریبی تعدادی از مهمترین پلاستیک­های صنعتی و پرمصرف

آزمون قابلیت انحلال

در آزمون حلالیّت مساله­ی انحلال یا عدم انحلال یک پلاستیک در یک یا چند حلال در دمای محیط یا بالاتر مورد بررسی قرار می­گیرد.

حلالیت نه تنها به اجزای تشکیل دهنده یک پلیمر بلکه به درجه پلیمرشدن، میزان شاخه ای بودن، شبکه­ای بودن و ایزومری ، نظم فضایی، و بلورینگی مواد پلیمری بستگی دارد.

در آزمون انحلال، باید موارد زیر یادداشت شود و بر مبنای این مشاهدات نتیجه­گیری به عمل آید:

الف - آیا پلیمر در حلال متورم می­شود؟

ب - آیا مقدار کمی­ از پلیمر حل میشود؟

پ - آیا محلول گرانرو می­شود؟

ت - آیا تغییری در رنگ محلول ایجاد می­شود؟

ث – آیا محلول کدر می­شود؟

در صورت بروز هرگونه شبهه درباره مواد حل شده، محلول باید روی یک شیشه ساعت برای تعیین مواد حل شده تبخیر شود. با پاسخ به سوالات یک تاپنج و با استفاده از جداول مربوطه میتوان پلیمر مجهول را تاحدودی شناسایی کرد.

آزمون رنگ

آزمون رنگ، بر اساس واکنش پلیمر بامعرف است که منجر به تشکیل رنگ ناشی از تولید فراورده می­شود .

واکنش­های تشکیل رنگ هنوز مفیدترین آزمون برای شناسایی مشخصات ساختاری و گروههای عاملی حتی در آزمایشگاه­هایی که دارای تجهیزات پیشرفته هستند، می­باشد . از مزایای آزمون رنگ، می­توان به­ حساسیت، مهارت، صرفه اقتصادی، زمان، مکان و حداقل تجهیزات با کاربری آسان اشاره نمود.

نتیجه­گیری:

هدف از طرح مباحث فوق این است که به محض دیدن یك قطعه پلیمری با استفاده از ابتدایی‌ترین حركات و آزمون‌ها مانند بازتاب قطعه در برابر كشیدن، خم كردن، پیچاندن، فشار دادن آن بین دو ناخن، ارزیابی برجهندگی و عكس‌العمل آن در اثر برخورد با زمین، شفافیّت ظاهری و سایر آزمایش های اولیه نظیر دانسیت ,پ هاش متری و حلالیت بتواند به‌سرعت تشخیص دهد که پلیمر مجهول به كدام یك از خانواده‌های پلاستیك یا لاستیك وابسته است و در ادامه بتواند استنباط كند که مجهول مورد نظر به کدام یک از گروه­های پلاستیک­ها تعلق دارد و متناسب با ماهیت آن باید راه‌كارهای عملی را برای تشخیص نوع آن در پیش گیرد.

بیشتر پلیمرها در مجموعه­ی پلاستیك‌ها جای دارند و لاستیك‌ها از نظر تعداد در مقایسه با پلاستیك‌ها بسیار محدودترند، بنابراین ضروری است كه کاربر پلیمر، اطّلاعات وسیع در زمینه‌های مختلف پلاستیك‌ها داشته باشد.

منابع و مآخذ

1. Hawley G G., The Condensed Chemical Dictionary, Van Nostrand Reinhold Comp., 1981.
2. Polymers, identification and analysis preliminary test method, ISIRI 8391, 1st edition, 1384.
3. Braun D. , Identification of plastics, Hanser publication, Germany, 1984.

4. كراوس آ، لانگ آ، آشنایی با تجزیه شیمیایی پلاستیك­ها(تئوری و عملی)، ترجمه دكتر محمود محراب­زاده، مركز نشر دانشگاهی، چاپ اول، 1365.

5. نعمتی سعید ، آنالیز و شناسایی کیفی و کمّی  پلیمرها(تئوری و عملی)، جهاد دانشگاهی امیرکبیر، چاپ اول، 1391

مولف:مهندس سعید نعمتی شرکت پویاپلیمرامیرکبیر info@polymeresabz.comاین نشانی پست الکترونیک دربرابر spambot ها و هرمه ها محافظت می شود. برای مشاهده آن شما نیازمند فعال بودن جاواسکریپت هستید

سازگاركننده های واكنشی

پلی آمید، نایلون (Polyamide - PA) چیست؟

۲۵-MFI یا MFR شاخصی مهم ولی نه چندان شناخته شده در صنعت بازیافت