پلاستیک قابل بازیافت برای چاپگر: گامی به سوی اقتصاد چرخه‌ای برای پلیمرهای مصنوعی
امکانات طراحی مواد و تولید قطعات پلاستیکی از طریق فناوری چاپ سه‌بعدی گسترش می‌یابد. با این حال، کمبود پلیمرهای قابل بازیافت وجود دارد که الزامات عملکردی را برآورده کنند.
در مجله Angewandte Chemie، یک تیم تحقیقاتی کلاس جدیدی از پلیمرها به نام پلی تیونون‌ها را معرفی کرده‌اند که از نظر مکانیکی و شیمیایی قابل بازیافت و برای چاپ سه‌بعدی مناسب هستند. این پلیمرها همچنین دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به پلی‌اولفین‌های معمولی هستند.
با استفاده از مدل‌سازی دیجیتال، می‌توان ساختارهای پیچیده را با دقت لایه‌لایه با چاپگرهای سه‌بعدی ساخت. سفارشی‌سازی گسترده و نمونه‌گیری سریع، امکانات جدیدی را در زمینه‌هایی مانند مهندسی زیست پزشکی، تولید خودرو و طراحی محصولات مصرفی فراهم می‌کند.
در چاپ سه‌بعدی با فرآیند FDM (ساخت قطعات با فیلامنت ذوب شده)، ماده ترموپلاستیک رشته‌ای شکل از طریق نازل داغ فشرده می‌شود که در آنجا ذوب می‌شود. سپس این ماده لایه‌لایه تا زمان تولید قطعه سه‌بعدی موردنظر با حداقل اتلاف مواد اعمال می‌شود. مشکل این روش فقدان پلیمرهای مناسب قابل بازیافت است.
پلیمرهای قابل بازیافت شیمیایی که می‌توانند به بلوک‌های سازنده خود (مونومرها) تجزیه شوند و دوباره پلیمریزه شوند، کمک خواهند کرد تا مشکلات زیست‌محیطی ناشی از زباله‌های پلاستیکی بادوام کاهش یابد و منابع تغذیه حاصل از نفت حفظ شود.
سنتز پلیمرهای ترموپلاستیک جدید با قابلیت بازیافت بهبود یافته، از طراحی مونومرهای مناسب، آغاز و پایان می‌پذیرد. یک تیم به سرپرستی Will R. Gutekunst و H. Jerry Qi در موسسه فناوری جورجیا (آتلانتا، ایالات متحده) اکنون خانواده‌ای جدید از مونومرها را توسعه داده‌اند: تیونون‌های حلقوی (CTE)، حلقه‌هایی تشکیل شده از هفت اتم کربن و یک اتم گوگرد. این حلقه‌ها شامل یک پیوند دوگانه C=C و یک گروه کربونیل (C=O) هستند و می‌توانند به راحتی با افزودن گروه‌های جانبی مختلف اصلاح شوند. این مونومرها می‌توانند از طریق واکنش باز شدن حلقه پلیمریزه شوند که در آن مونومرها یکی پس از دیگری به انتهای زنجیره رو به رشد اضافه می‌شوند. این واکنش که به عنوان افزودن تیامایکل شناخته می‌شود، قابل برگشت است، یعنی پلی‌تیونون‌های حاصل (PCTE) می‌توانند دوباره تجزیه شده تا به مونومر اولیه برسند.
یکی از پلیمرهای سنتز شده، PCTE-Ph، بسیار جالب بود. این ماده از یک مونومر CTE با حلقه شش‌عضوی آروماتیک کربنی (حلقه فنیل) به عنوان گروه جانبی ساخته شده است.
PCTE-Ph ترموپلاستیک پایایی حرارتی است که خواص مکانیکی برجسته‌ای دارد. رنگ‌دهنده‌ها و پرکننده‌ها را می‌توان در آن ادغام کرد و توسط روش‌های معمولی پردازش شود. این ماده جدید برای چاپ سه‌بعدی بسیار مناسب است.
اجزایی که با این ماده چاپ سه‌بعدی می‌شوند را می‌توان تنها با ذوب کردن مواد و پردازش مجدد آنها بدون تغییر دادن خواص مطلوب مانند مقاومت کششی و ثبات حرارتی بازیافت مکانیکی کرد. علاوه بر این، آنها را نیز در حضور کاتالیزور تجزیه کرد تا ۹۰ درصد بازدهی داشته باشد تا دوباره به مونومر اولیه تبدیل شوند؛ سپس این مونومر بازیابی‌شده برای دورهای بعدی پلیمریزاسیون در دسترس خواهد بود.
نویسنده خبر: مهدیه رنجبر
مرجع :
بدون دیدگاه