گسترش بحث های زیست محیطی و اقتصادی باعث شده تا صنعت بازیافت، به ویژه در حوزه ی بسپارها (به ویژه پلاستیک ها و لاستیک ها)، بیش از پیش اهمیت یابد. در این میان بهبود کیفیت گرانول بازیافتی تولید شده، راهکاری کلیدی است تا بدین ترتیب با ارتقای کیفیت محصول نهایی، سودآوری بیشتری حاصل شده و از سوی دیگر امکان گسترش کاربرد محصولات بازیافتی نیز افزایش یابد. پارامترهای گوناگونی در بهبود کیفیت گرانول بازیافتی تولید شده موثرند. در این نوشتار به بررسی پارامترهای موثر بر بهبود کیفیت گرانول بازیافتی تولید شده، به ویژه پارامترهای دستگاهی و فرآیندی پرداخته می شود.
عوامل موثر بر کیفیت گرانولبازیافتی تولید شده
به طور کلی عوامل موثر بر کیفیت گرانول بازیافتی تولید شده، در دو دسته طبقه بندی می شوند:
کیفیت مواد اولیه ورودی به دستگاه گرانول ساز
شرایط فرآیندی دستگاه گزانول ساز و ویژگی های آن
چنانچه اشاره شد یکی از پارامترهای موثر بر کیفیت گرانول بازیافت شده ی نهایی (بر پایه مواد بازیافتی) ویژگی های خوراک ورودی به دستگاه گرانول ساز است که عبارتند از:
میزان رطوبت موجود در گرانول
میزان اجزای فرار (VOC) موجود در مواد
اندازه و شکل ذرات گرانول
اجزای شیمیایی و گروه های فعال موجود در خوراک اولیه
افزودنی های مصرف شده در آمیزه و سازگاری هر یک از آنها با دیگر اجزا
پارامترهای فرآیندی نیز بر کیفیت گرانول بازیافتی موثرند:
شکل هندسی و ابعاد دای
دمای سیلندر و ماردان
سرعت ماردان
نرخ ورود مواد به دستگاه گرانول ساز
برونداد (دبی) خروجی از دستگاه گرانول ساز
میزان رطوبت موجود در خوراک اولیه و همچنین مقادیر اجزای فرار (VOC)، به ویژه در مواد بازیافتی می تواند تاثیر قابل توجهی بر خواص محصول نهایی داشته باشد. لازم به توجه است که این پارامترها با اینکه جزء ویژگی های مواد اولیه ورودی به دستگاه هستند اما می توانند به طور مستقیم بر شرایط فرآیندی دستگاه و تجهیزات مورد نیاز اثرگذار باشند. توجه شود که هرچه مواد اولیه ورودی بازیافتی، حاوی تعداد گروه های قطبی و فعال بیشتری باشند احتمال جذب رطوبت محیط بیشتری را نیز داشته و باید با دقت در فرآیند استفاده شوند. به عبارت دیگر ماهیت شیمیایی مواد بازیافتی پرک مورد استفاده در فرآیند نیز از اهمیت بالایی برخوردار است و همواره باید مورد بررسی قرار گیرد.
رطوبت بالای خوراک اولیه ورودی و همچنین VOC مواد، می تواند طی فرآیند تولید گرانول و داخل رانشگر (اکسترودر) بخار شده و نهایتا روی سطح محصول حباب هایی ایجاد کند. حباب های ایجاد شده نه تنها ظاهری نازیبا برای محصول ایجاد می کنند بلکه همچون نقاطی برای تمرکز تنش و افت خواص عمل می کنند. به عبارت دیگر در این نقاط تنش تمرکز یافته و نهایتا منجر به ایجاد ترک، شکست و به طور کلی افت خواص محصول نهایی می شود. به طور خلاصه می توان گفت که رطوبت خوراک اولیه و همچنین VOC بالای مواد، می توانند بر ظاهر محصول و همچنین خواص مکانیکی آن تاثیرگذار باشند و از این رو همواره از مهمترین پارامترهای موثر بر کیفیت گرانول بازیافتی معرفی می شوند.
به منظور کاهش رطوبت موجود مواد اولیه و ممانعت از ایجاد نواقص یاد شده، استفاده از انواع سامانه های خشک کن برای کاهش میزان رطوبت موجود پیشنهاد می شود. بدین ترتیب خوراک اولیه پیش از ورود به قیف تغذیه و دستگاه گرانول ساز، ابتدا داخل دستگاه خشک کن ریخته شده تا رطوبت آن کاهش یابد. البته کنترل شرایط دستگاه خشک کن نیز اهمیت دارد، چنانچه انواع مختلفی از دستگاه های خشک کن با ویژگی های فرآیندی گوناگون در صنعت وجود داشته که با توجه به نیاز محصول، انتخاب و استفاده می شوند.
افزون بر استفاده از سامانه های خشک کن، طراحی مناسب ناحیه گاززدایی (degassing) نیز در سامانه ی رانشگر با اهمیت است. از جمله راهکارهای موثر برای طراحی بهینه ی ناحیه گاززدایی دستگاه و دست یابی به بیشترین راندمان عبارتند از:
در نواحی venting دستگاه گرانول ساز (سوراخ هایی که برای خروج بخار آب و اجزای فرار در دستگاه طراحی شده اند) فشار حدود صفر باشد؛ در غیر این صورت حین خروج بخار آب و اجزای فرار، احتمال دارد که مواد اصلی داخل دستگاه نیز به بیرون بریزند.
کانال دستگاه به اصطلاح نیمه پر (partial) باشد چون در غیر این صورت فشار تا حد زیادی افت کرده و عملا امکان خروج مواد فرار از داخل دستگاه به وجود نمی آید. برای ایجاد کانال نیمه پر لازم است تا طراحی ناحیه ventingبا عمق بیشتری نسبت به ناحیه metering (انتقال مذاب) صورت گیرد. (پیشنهاد می شود در طراحی ها، عمق ۳ برابر و یا بیشتر لحاظ گردد).
در بعضی موارد برای افزایش راندمان گاز زدایی، از عامل جدا ساز (stripping agent) نیز استفاده می شود که انواع مختلفی داشته و با توجه به مدل و شرایط دستگاه و همچنین خوراک ورودی انتخاب می شود.
یکی از مثال های صنعتی مهم در رابطه با اهمیت کاهش مقادیر اجزای فرار موجود در مواد (VOC)، حین فرآیند تولید PVC است. در رانشگرهای فرآیند شکل دهی و تولید PVC، HCl قابل توجهی به صورت گاز آزاد می شود که باید از داخل سامانه خارج شود در غیر این صورت همانند یک خود یاریگر (auto catalyst) در سامانه عمل کرده و باعث زدی رنگ محصول نهایی می شود که یک نقص به شمار می آید چرا که کیفیت رنگ محصول را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین در چنین فرآیندهایی اهمیت طراحی مرحله گاز زدایی بیش از پیش قابل توجه است. (در این فرایند HCl به عنوان جزء فرار (VOC) در نظر گرفته می شود).
اگر خوراک اولیه ی ورودی به دستگاه حاوی مقادیر بالای VOC باشد؛ این مواد حین فرآیند و با افزایش دما از توده ی ماده خارج شده و تبخیر می گردند و با روی سطح آمدن مشکلاتی همچون افت خواص و همچنین تغییر رنگ و کیفیت محصول را ایجاد می کنند.
با افزایش آهنگ برش (shear rate) و به تبع آن افزایش دما، تبخیر سریع تر رطوبت و یا VOC موجود در مواد اولیه تسریع شده و نواقص یاد شده، با شدت بیشتری مشاهده می شوند اما از آنجایی که افزایش آهنگ برش مزایایی از جمله افزایش برونداد را برای محصول به ارمغان می آورد، از این رو به صرفه است تا از مواد اولیه با رطوبت پایین و حداقل اجزای فرار (VOC پایین) استفاده شود.
با افزایش سرعت ماردان (screw) نیز به دلیل افزایش آهنگ برش، گرمای بیشتری تولید شده و امکان تبخیر بیشتر رطوبت و همچنین خروج VOC مواد می شود، بنابراین در چنین شرایطی نیز توجه به رطوبت و مقدار اجزای فرار در مواد اولیه ضروری است.
