تحلل البوليمر

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

يُعرَّف تحلل البوليمر بأنه انخفاض خصائصه ، كضعف قوته، نتيجةً لتغيرات في تركيبه الكيميائي. وتتعرض البوليمرات، وخاصةً البلاستيك، للتحلل في جميع مراحل دورة حياة المنتج ، بما في ذلك مراحل التصنيع الأولي، والاستخدام، والتخلص منه في البيئة، وإعادة تدويره. [ 1 ] ويختلف معدل هذا التحلل اختلافًا كبيرًا؛ فقد يستغرق التحلل البيولوجي عقودًا، بينما قد تُحلل بعض العمليات الصناعية البوليمر تمامًا في غضون ساعات.

طُوّرت تقنياتٌ لتثبيط التحلل أو تسريعه. فعلى سبيل المثال، تضمن مُثبّتات البوليمر إنتاجَ المنتجات البلاستيكية بالخصائص المطلوبة، وتُطيل عمرها الافتراضي، وتُسهّل إعادة تدويرها. في المقابل، تُسرّع الإضافات القابلة للتحلل الحيوي تحلل النفايات البلاستيكية بتحسين قابليتها للتحلل الحيوي . وقد تتضمن بعض أشكال إعادة تدوير البلاستيك التحلل الكامل للبوليمر إلى مونومرات أو مواد كيميائية أخرى.

بشكل عام، تُعدّ تأثيرات الحرارة والضوء والهواء والماء من أهم العوامل المؤثرة في تدهور البوليمرات البلاستيكية. وتتمثل التغيرات الكيميائية الرئيسية في الأكسدة وانقطاع السلسلة ، مما يؤدي إلى انخفاض الوزن الجزيئي ودرجة بلمرة البوليمر. وتؤثر هذه التغيرات على الخصائص الفيزيائية مثل المتانة، والليونة ، ومؤشر تدفق الذوبان ، والمظهر، واللون. ويُطلق على هذه التغيرات في الخصائص عادةً اسم "التقادم".

Pie chart showing 2013 European plastic demand by type
الطلب الأوروبي على البلاستيك حسب نوع البوليمر في عام 2013: PP: بولي بروبيلين ، PE: بولي إيثيلين ، PVC: بولي فينيل كلوريد ، PS: بوليسترين ، PET: بولي إيثيلين تيريفثالات

القابلية للتأثر

تتنوع المواد البلاستيكية بشكل كبير، إلا أن عدة أنواع من البوليمرات الأساسية تهيمن على الإنتاج العالمي، وهي: البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP)، والبولي فينيل كلوريد (PVC)، والبولي إيثيلين تيريفثالات (PET، PETE)، والبوليسترين (PS)، والبولي كربونات (PC)، والبولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA). وتُعد عملية تحلل هذه المواد ذات أهمية بالغة، إذ أنها تُشكل الجزء الأكبر من النفايات البلاستيكية .

جميع هذه المواد البلاستيكية من اللدائن الحرارية، وهي أكثر عرضة للتلف من نظيراتها من اللدائن المتصلبة حرارياً، نظراً لترابطها المتشابك بشكل أكبر . أغلبها (PP، PE، PVC، PS، وPMMA) عبارة عن بوليمرات إضافية ذات سلاسل كربونية بالكامل، وهي أكثر مقاومة لمعظم أنواع التلف. أما PET وPC فهما بوليمرات تكثيف تحتوي على مجموعات كربونيل ، مما يجعلها أكثر عرضة للتحلل المائي والتأثيرات الشعاعية للأشعة فوق البنفسجية .

التدهور أثناء المعالجة

See caption
مخطط تركيب البلاستيك
فيديو قصير عن قولبة الحقن (9 دقائق و37 ثانية)

يجب تسخين البوليمرات الحرارية (سواء كانت خامًا أو مُعاد تدويرها) حتى تذوب لتشكيلها في أشكالها النهائية، وتتراوح درجات حرارة المعالجة بين 150 و320  درجة مئوية (300-600  درجة فهرنهايت) حسب نوع البوليمر. [ 2 ] تتأكسد البوليمرات في ظل هذه الظروف، ولكن حتى في غياب الهواء، تكفي هذه الدرجات لإحداث تحلل حراري في بعض المواد. كما يتعرض البوليمر المنصهر لإجهاد قص كبير أثناء البثق والتشكيل، وهو ما يكفي لكسر سلاسل البوليمر. وعلى عكس العديد من أشكال التحلل الأخرى، فإن تأثيرات المعالجة بالصهر تُحلل كامل كتلة البوليمر، وليس فقط الطبقات السطحية. يُدخل هذا التحلل نقاط ضعف كيميائية في البوليمر، لا سيما في شكل هيدروبروكسيدات ، والتي تُصبح مواقع بدء لمزيد من التحلل خلال عمر المنتج.

غالبًا ما تخضع البوليمرات لأكثر من دورة واحدة من معالجة الصهر، مما قد يؤدي إلى تفاقم تدهورها بشكل تراكمي. عادةً ما يخضع البلاستيك الخام لعملية مزج لإضافة مواد مثل الأصباغ والملونات والمثبتات. كما يمكن تجفيف المادة المُحَبَّبة المُحضَّرة بهذه الطريقة مسبقًا في فرن لإزالة أي رطوبة متبقية قبل صهرها النهائي وتشكيلها إلى منتجات بلاستيكية. عادةً ما يُظهر البلاستيك الذي يُعاد تدويره عن طريق إعادة الصهر البسيطة (إعادة التدوير الميكانيكية) تدهورًا أكبر من المواد الخام، وقد تكون خصائصه أضعف نتيجة لذلك. [ 3 ]

الأكسدة الحرارية

على الرغم من أن مستويات الأكسجين داخل معدات المعالجة منخفضة عادةً، إلا أنه لا يمكن استبعادها تمامًا، وعادةً ما تحدث الأكسدة الحرارية بسهولة أكبر من التحلل الحراري البحت (أي بدون هواء). [ 4 ] تتبع التفاعلات آلية الأكسدة الذاتية العامة ، مما يؤدي إلى تكوين بيروكسيدات وكربونيلات عضوية . قد يؤدي إضافة مضادات الأكسدة إلى تثبيط هذه العمليات.

التحلل الحراري

قد يؤدي تسخين البوليمرات إلى درجة حرارة عالية كافية إلى تغييرات كيميائية ضارة، حتى في غياب الأكسجين. يبدأ هذا عادةً بانقطاع السلسلة ، مما يُولّد جذورًا حرة ، والتي تتفاعل بشكل أساسي في تفاعلات عدم التناسب والتشابك . يُعدّ البولي فينيل كلوريد (PVC) أكثر البوليمرات شيوعًا حساسيةً للحرارة، حيث يحدث تحلل كبير بدءًا من حوالي 250 درجة مئوية (480 درجة فهرنهايت) ؛ [ 5 ] بينما تتحلل البوليمرات الأخرى عند درجات حرارة أعلى. [ 6 ]  

التدهور الحراري الميكانيكي

البوليمرات المنصهرة سوائل غير نيوتونية ذات لزوجة عالية، وقد يكون التفاعل بين تحللها الحراري والميكانيكي معقدًا. عند درجات الحرارة المنخفضة، يكون البوليمر المنصهر أكثر لزوجة وأكثر عرضة للتحلل الميكانيكي بفعل إجهاد القص . أما عند درجات الحرارة المرتفعة، فتقل اللزوجة، لكن يزداد التحلل الحراري. كما أن الاحتكاك عند نقاط القص العالية قد يُسبب تسخينًا موضعيًا، مما يؤدي إلى مزيد من التحلل الحراري.

يمكن الحد من التدهور الميكانيكي بإضافة مواد التشحيم، والتي تُعرف أيضاً باسم مُحسِّنات المعالجة أو مُحسِّنات التدفق. تُقلل هذه المواد الاحتكاك مع آلات المعالجة، وكذلك بين سلاسل البوليمر، مما يؤدي إلى انخفاض لزوجة المادة المنصهرة. ومن المواد الشائعة الشموع ذات الوزن الجزيئي العالي ( شمع البارافين ، إسترات الشمع ، إلخ) أو ستيرات المعادن (مثل ستيرات الزنك ).

التدهور أثناء الخدمة

Bar chart showing global plastic waste generation by industrial sector for 2015
إنتاج النفايات البلاستيكية العالمية حسب القطاع الصناعي لعام 2015، مقاسة بالأطنان سنوياً

تُستخدم معظم المواد البلاستيكية، مثل مواد التغليف، لفترة وجيزة ومرة ​​واحدة فقط. ونادرًا ما تتعرض هذه المواد لتلف البوليمر خلال فترة استخدامها. بينما تتعرض مواد أخرى لتلف تدريجي بفعل البيئة الطبيعية. مع ذلك، يمكن لبعض المواد البلاستيكية أن تدوم لفترات طويلة في بيئات قاسية، لا سيما تلك التي تتعرض للحرارة أو المواد الكيميائية لفترات طويلة. وقد يكون تلف البوليمر كبيرًا في هذه الحالات، ولا يُمكن عمليًا الحد منه إلا باستخدام مُثبّتات بوليمر متطورة . ويُعد التلف الناتج عن تأثيرات الحرارة والضوء والهواء والماء هو الأكثر شيوعًا، ولكن توجد أيضًا طرق أخرى للتلف.

يُعدّ تدهور الخواص الميكانيكية أثناء الاستخدام جانبًا مهمًا يُحدّ من تطبيقات هذه المواد. وقد يتسبب تدهور البوليمر الناتج عن التدهور أثناء الاستخدام في حوادث تُهدد الحياة. ففي عام 1996، أُصيب رضيعٌ بعدوى أثناء تغذيته عبر أنبوب هيكمان، وذلك عند استخدام موصلات جديدة في أحد المستشفيات. وكان سبب هذه العدوى هو تشقق الأنابيب وتآكلها من الداخل نتيجة ملامستها للسوائل. [ 7 ]

التصدع الناجم عن الكلور

See caption
هجوم الكلور على وصلة سباكة مصنوعة من راتنج الأسيتال

قد تحتوي مياه الشرب المعالجة بالكلور لقتل الميكروبات على آثار ضئيلة من الكلور. وتوصي منظمة الصحة العالمية بحد أقصى قدره 5 أجزاء في المليون . [ 8 ] على الرغم من انخفاض هذه النسبة، إلا أن 5 أجزاء في المليون كافية لإحداث تآكل تدريجي في أنواع معينة من البلاستيك، خاصةً عند تسخين الماء، كما هو الحال عند استخدامه في الغسيل. وتُعد أنابيب ووصلات البولي إيثيلين [ 9 ] [ 10 ] ، والبولي بيوتيلين [ 11 ] ، وراتنج الأسيتال (بولي أوكسي ميثيلين) [ 12 ] جميعها عرضةً لهذا التآكل. ويؤدي هذا التآكل إلى تصلب الأنابيب، مما يجعلها هشة وأكثر عرضةً للتلف الميكانيكي .

الإلكترونيات

تُستخدم المواد البلاستيكية على نطاق واسع في تصنيع الأجهزة الكهربائية، مثل لوحات الدوائر والكابلات الكهربائية . قد تكون هذه التطبيقات قاسية، مما يُعرّض البلاستيك لمزيج من التأثيرات الحرارية والكيميائية والكهروكيميائية. تعمل العديد من الأجهزة الكهربائية، مثل المحولات والمعالجات الدقيقة وكابلات الجهد العالي، في درجات حرارة مرتفعة لسنوات، أو حتى لعقود، مما يؤدي إلى أكسدة حرارية منخفضة المستوى ولكنها مستمرة. قد يتفاقم هذا الأمر بسبب التلامس المباشر مع المعادن، مما قد يُعزز تكوين الجذور الحرة، على سبيل المثال، من خلال تفاعلات فنتون على الهيدروبروكسيدات. [ 13 ] كما يمكن أن تُلحق أحمال الجهد العالي الضرر بالمواد العازلة، مثل المواد العازلة الكهربائية ، التي تتدهور عبر التفرع الكهربائي الناتج عن الإجهاد الكهربائي لفترات طويلة. [ 14 ] [ 15 ]

الفعل الجلفاني

آلية التحلل الجلفاني لبوليمر البوليميد المتصلد حرارياً عند درجات الحرارة العالية

وُصِفَ تحلل البوليمر بفعل التآكل الجلفاني لأول مرة في الأدبيات التقنية عام 1990 على يد مايكل سي. فودري، الموظف في شركة جنرال دايناميكس، فرع فورت وورث. [ 16 ] [ 17 ] تُعرف هذه الظاهرة باسم "تأثير فودري"، [ 18 ] ويمكن استخدامها كعملية مستدامة لتحليل البلاستيك المتصلد حراريًا غير القابل لإعادة التدوير، كما أن لها آثارًا على منع التآكل في الطائرات لأغراض السلامة، مثل إدخال تعديلات على التصميم. [ 19 ] [ 20 ] عند تثبيت بوليمر مُدعّم بألياف الكربون على سطح معدني، يمكن أن تعمل ألياف الكربون ككاثود عند تعرضها للماء أو الرطوبة الكافية، مما يؤدي إلى التآكل الجلفاني . وقد لوحظ ذلك في الهندسة عند استخدام بوليمرات ألياف الكربون لتقوية الهياكل الفولاذية الضعيفة. [ 21 ] [ 22 ] لوحظت تفاعلات مماثلة في سبائك الألومنيوم [ 23 ] والمغنيسيوم، [ 24 ] وتشمل البوليمرات المتأثرة ثنائي ماليميد (BMI) والبوليميدات . يُعتقد أن آلية التحلل تتضمن التوليد الكهروكيميائي لأيونات الهيدروكسيد ، التي بدورها تكسر روابط الأميد . [ 25 ]

تدهور البيئة

معظم أنواع البلاستيك لا تتحلل بيولوجيًا بسهولة، [ 26 ] ومع ذلك، فإنها تتحلل في البيئة بفعل الأشعة فوق البنفسجية والأكسجين والماء والملوثات. يُطلق على هذا التفاعل غالبًا اسم تجوية البوليمرات . [ 27 ] يؤدي تكسر سلاسل البوليمرات بفعل التجوية إلى زيادة هشاشة المواد البلاستيكية، مما يتسبب في النهاية في تفتتها. ثم يستمر التفتت حتى تتشكل جزيئات بلاستيكية دقيقة. ومع تناقص أحجام الجزيئات، تزداد مساحة سطحها الإجمالية. وهذا يُسهّل تسرب المواد المضافة من البلاستيك إلى البيئة. وترتبط العديد من الجدالات المتعلقة بالبلاستيك بهذه المواد المضافة. [ 28 ] [ 29 ]

الأكسدة الضوئية

الأكسدة الضوئية هي التأثير المشترك للأشعة فوق البنفسجية والأكسجين، وهي العامل الأهم في تآكل البلاستيك. [ 27 ] على الرغم من أن العديد من البوليمرات لا تمتص الأشعة فوق البنفسجية، إلا أنها غالبًا ما تحتوي على شوائب مثل الهيدروكسيد ومجموعات الكربونيل التي تُضاف أثناء المعالجة الحرارية، والتي تمتصها. تعمل هذه الشوائب كمحفزات ضوئية لتكوين تفاعلات متسلسلة معقدة للجذور الحرة، حيث تتحد آليات الأكسدة الذاتية والتحلل الضوئي . يمكن كبح الأكسدة الضوئية باستخدام مثبتات ضوئية مثل مثبتات الأمينات المعيقة (HALS). [ 30 ]

التحلل المائي

تتميز البوليمرات ذات الهيكل الكربوني الكامل، مثل البولي أوليفينات ، بمقاومتها للتحلل المائي. أما بوليمرات التكثيف ، مثل البوليسترات [ 31 ] والبولي أميدات والبولي يوريثانات والبولي كربونات، فتتحلل بفعل التحلل المائي لمجموعات الكربونيل فيها، مُنتجةً جزيئات ذات وزن جزيئي منخفض. ورغم أن هذه التفاعلات بطيئة للغاية في درجات الحرارة المحيطة، إلا أنها تُشكل مصدرًا هامًا لتدهور هذه المواد، لا سيما في البيئة البحرية. [ 32 ] كما يُمكن أن يُسبب التورم الناتج عن امتصاص كميات ضئيلة من الماء تشققات ناتجة عن الإجهاد البيئي ، مما يُسرّع من عملية التدهور.

الأوزونوليز للمطاط

Photo of a natural rubber tube showing ozone cracking
تشقق الأوزون في أنابيب المطاط الطبيعي

تُعدّ البوليمرات غير المشبعة تمامًا عرضةً لتأثير الأوزون . يوجد هذا الغاز طبيعيًا في الغلاف الجوي، كما يتكوّن أيضًا من أكاسيد النيتروجين المنبعثة من عوادم السيارات. تتأثر العديد من أنواع المطاط الشائعة، ويُعدّ المطاط الطبيعي ، والبولي بوتادين ، ومطاط الستايرين-بوتادين ، ومطاط النتريل بوتادين (NBR) الأكثر حساسيةً للتلف. يؤدي تفاعل الأوزون إلى انقطاع فوري في السلسلة. تتجه شقوق الأوزون في المنتجات المعرضة للشد دائمًا بزاوية قائمة على محور الإجهاد، لذا تتشكل حول محيط أنبوب مطاطي مثني. تُشكّل هذه الشقوق خطرًا عند حدوثها في أنابيب الوقود، لأنها تتسع من الأسطح الخارجية المكشوفة إلى داخل الأنبوب، مما قد يؤدي إلى تسرب الوقود ونشوب حريق. يمكن الوقاية من مشكلة تشقق الأوزون بإضافة مضادات الأوزون .

التدهور البيولوجي

تكمن الميزة الرئيسية للتحلل البيولوجي في أنه، نظريًا، يُستهلك البوليمر في البيئة دون الحاجة إلى إدارة معقدة للنفايات، وأن نواتج هذا التحلل غير سامة. تتحلل معظم أنواع البلاستيك الشائعة ببطء شديد، لدرجة أنها تُعتبر أحيانًا غير قابلة للتحلل البيولوجي. [ 26 ] [ 33 ] ولأن البوليمرات عادةً ما تكون كبيرة جدًا بحيث لا تستطيع الخلايا امتصاصها، فإن التحلل البيولوجي يعتمد في البداية على الإنزيمات الخارجية المُفرزة لتقليل طول السلاسل. يتطلب هذا أن تحمل البوليمرات مجموعات وظيفية يمكن للإنزيمات "التعرف عليها"، مثل مجموعات الإستر أو الأميد. لا تتحلل البوليمرات طويلة السلسلة ذات الهياكل الكربونية بالكامل، مثل البولي أوليفينات والبوليسترين والبولي فينيل كلوريد، بفعل العمليات البيولوجية وحدها. [ 34 ] ويجب أولًا أكسدتها لتكوين مجموعات كيميائية يمكن للإنزيمات مهاجمتها. [ 35 ] [ 36 ]

قد يحدث التأكسد نتيجةً لعمليات الصهر أو عوامل التجوية. ويمكن تسريع التأكسد عمدًا بإضافة مواد قابلة للتحلل الحيوي . تُضاف هذه المواد إلى البوليمر أثناء عملية المزج لتحسين تحلل البلاستيك المقاوم للتحلل الحيوي. وبالمثل، صُممت أنواع من البلاستيك قابلة للتحلل الحيوي ، وهي قابلة للتحلل الحيوي بطبيعتها، شريطة أن تُعامل معاملة السماد العضوي ، وليس أن تُترك في مكب النفايات حيث يصعب تحللها بسبب نقص الأكسجين والرطوبة. [ 37 ]

التدهور أثناء إعادة التدوير

Graph showing the estimated share of global plastic waste by disposal method
وسائل عالمية للتخلص من النفايات البلاستيكية

تؤدي عملية إعادة تدوير البلاستيك إلى تدهور سلاسل البوليمر فيه، عادةً نتيجةً لتلف حراري مشابه لما يحدث أثناء المعالجة الأولية. في بعض الحالات، يُستغل هذا التدهور لصالح عملية إعادة تدوير البلاستيك بشكل كامل إلى مونومراته الأولية ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنتاج بلاستيك جديد غير متدهور. نظريًا، توفر هذه العملية الكيميائية (أو إعادة تدوير المواد الخام) إمكانية إعادة تدوير لا نهائية، ولكنها أيضًا أكثر تكلفة وقد يكون لها بصمة كربونية أكبر نظرًا لتكاليف الطاقة. [ 3 ] أما إعادة التدوير الميكانيكية، حيث يُعاد صهر البلاستيك وتشكيله ببساطة، فهي أكثر شيوعًا، على الرغم من أن هذا ينتج عنه عادةً منتج ذو جودة أقل. بدلاً من ذلك، يمكن حرق البلاستيك كوقود في عملية تحويل النفايات إلى طاقة . [ 38 ] [ 39 ]

إعادة الصهر

يمكن إعادة صهر البوليمرات الحرارية، مثل البولي أوليفينات، وإعادة تشكيلها إلى منتجات جديدة. تُعرف هذه الطريقة بإعادة التدوير الميكانيكية، وهي عادةً أبسط أشكال الاستعادة وأكثرها اقتصادية. [ 3 ] عادةً ما يكون البلاستيك المستهلك مُصابًا بدرجة من التدهور. وتؤدي جولة أخرى من معالجة الصهر إلى تفاقم هذا التدهور، مما ينتج عنه أن البلاستيك المُعاد تدويره ميكانيكيًا عادةً ما يتمتع بخصائص ميكانيكية أضعف من البلاستيك الخام. [ 40 ] يمكن أن يتسارع التدهور بسبب التركيزات العالية من الهيدروبروكسيدات، والتلوث المتبادل بين أنواع البلاستيك المختلفة، والمواد المضافة الموجودة في البلاستيك. كما أن التقنيات المُطورة لتعزيز التحلل البيولوجي للبلاستيك قد تتعارض مع إعادة تدويره، حيث تزيد المواد المضافة القابلة للتحلل الحيوي ، والمكونة من أملاح معدنية للحديد والمغنيسيوم والنيكل والكوبالت، من معدل التحلل الحراري. [ 41 ] [ 42 ] اعتمادًا على نوع البوليمر، قد تُضاف كمية من المواد الخام للحفاظ على جودة المنتج. [ 43 ]

التحلل الحراري والتحلل الحراري

عندما تقترب البوليمرات من درجة حرارتها القصوى ، يتحول التحلل الحراري إلى تحلل كامل. تخضع بعض البوليمرات، مثل PTFE والبوليسترين وPMMA [44]، لعملية إزالة البلمرة لتكوين مونومراتها الأولية ، بينما تخضع بوليمرات أخرى، مثل البولي إيثيلين، لعملية التحلل الحراري ، حيث ينتج عن انشطار السلسلة العشوائي مزيج من المنتجات المتطايرة. عند الحصول على المونومرات، يمكن تحويلها مرة أخرى إلى بلاستيك جديد (إعادة تدوير كيميائية أو إعادة تدوير المواد الأولية) [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] ، بينما تُستخدم منتجات التحلل الحراري كنوع من الوقود الاصطناعي (إعادة تدوير الطاقة) [ 48 ] . عمليًا، حتى عملية إزالة البلمرة الفعالة جدًا إلى مونومرات غالبًا ما تشهد بعض التحلل الحراري المنافس. يمكن أيضًا تحويل البوليمرات المتصلبة حراريًا بهذه الطريقة، على سبيل المثال، في إعادة تدوير الإطارات .

إزالة البلمرة الكيميائية

يمكن أيضًا إزالة بلمرة البوليمرات المكثفة التي تحتوي على مجموعات قابلة للكسر، مثل الإسترات والأميدات، بشكل كامل عن طريق التحلل المائي أو التحلل بالمذيبات . قد تكون هذه العملية كيميائية بحتة، ولكن يمكن أيضًا تحفيزها بواسطة الإنزيمات. [ 49 ] هذه التقنيات أقل تطورًا من تقنيات إزالة البلمرة الحرارية، ولكنها تتميز بإمكانية خفض تكاليف الطاقة. حتى الآن، يُعد بولي إيثيلين تيريفثالات البوليمر الأكثر دراسة. [ 50 ] بدلاً من ذلك، يمكن تحويل النفايات البلاستيكية إلى مواد كيميائية قيّمة أخرى (ليست بالضرورة مونومرات) بفعل الكائنات الحية الدقيقة. [ 51 ] [ 52 ]

المثبتات

تعمل مثبتات الضوء الأمينية المعيقة (HALS) على تثبيت البوليمر ضد عوامل التجوية عن طريق التخلص من الجذور الحرة الناتجة عن الأكسدة الضوئية لمصفوفة البوليمر. أما المواد الماصة للأشعة فوق البنفسجية، فتعمل على تثبيت البوليمر ضد عوامل التجوية عن طريق امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وتحويلها إلى حرارة. وتعمل مضادات الأكسدة على تثبيت البوليمر عن طريق إيقاف التفاعل المتسلسل الناتج عن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من ضوء الشمس. ويؤدي التفاعل المتسلسل الذي يبدأ بالأكسدة الضوئية إلى توقف التشابك بين جزيئات البوليمر وتدهور خصائصها. وتُستخدم مضادات الأكسدة للحماية من التحلل الحراري.

كشف

See captionInfra-red spectroscopy showing carbonyl absorption due to oxidative degradation of polypropylene crutch moulding

يمكن الكشف عن التدهور قبل ظهور تشققات خطيرة في المنتج باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء . [ 53 ] وعلى وجه الخصوص، فإن أنواع البيروكسي ومجموعات الكربونيل المتكونة عن طريق الأكسدة الضوئية لها نطاقات امتصاص مميزة.

انظر أيضاً

فهرس

  • لويس، بيتر ريس، رينولدز، ك وجاج، سي، هندسة المواد الجنائية: دراسات حالة ، مطبعة سي آر سي (2004)
  • إزرين، ماير، دليل فشل البلاستيك: السبب والوقاية ، هانسر-SPE (1996).
  • رايت، ديفيد سي، تشقق البلاستيك الناتج عن الإجهاد البيئي RAPRA (2001).
  • لويس، بيتر ريس، وجاج، سي، هندسة البوليمر الجنائية: لماذا تفشل منتجات البوليمر في الخدمة ، وودهيد/سي آر سي برس (2010).

مراجع

  1. ↑ سينغ، بالجيت؛ شارما، نيشا (مارس 2008). "الآثار الآلية لتحلل البلاستيك". تحلل البوليمر واستقراره . 93 (3): 561-584 . doi : 10.1016/j.polymdegradstab.2007.11.008 .
  2. ↑ راغيرت، كيم؛ ديلفا، لورينز؛ فان جيم، كيفن (نوفمبر 2017). "إعادة التدوير الميكانيكية والكيميائية للنفايات البلاستيكية الصلبة". إدارة النفايات . 69 : 24-58 . Bibcode : 2017WaMan..69...24R . doi : 10.1016/j.wasman.2017.07.044 . PMID 28823699 . 
  3. 1 2 3 شينز، زوي أو جي؛ شيفر، مايكل بي. (فبراير 2021). "إعادة التدوير الميكانيكي لبلاستيك التغليف: مراجعة" . اتصالات الجزيئات الكبيرة السريعة . 42 (3) 2000415. doi : 10.1002/marc.202000415 . PMID 33000883 . 
  4. ↑ بيترسون، جيفري د.؛ فيازوفكين، سيرجي؛ وايت، تشارلز أ. (2001). "حركية التحلل الحراري والتحلل التأكسدي الحراري للبوليسترين والبولي إيثيلين والبولي بروبيلين". كيمياء وفيزياء الجزيئات الكبيرة . 202 (6): 775-784 . doi : 10.1002/1521-3935(20010301)202:6 < 775::AID-MACP775 > 3.0.CO ; 2-G .
  5. ↑ يو، جي؛ صن، لوشي؛ ما، تشوان؛ تشياو، يو؛ ياو، هونغ (فبراير 2016). "التحلل الحراري لمادة PVC: مراجعة". إدارة النفايات . 48 : 300-314 . Bibcode : 2016WaMan..48..300Y . doi : 10.1016/j.wasman.2015.11.041 . PMID 26687228 . 
  6. ^ ماتسوزاوا، يوشياكي. أيابي، مونيو؛ نيشينو، جونيا؛ كوبوتا، نوبوهيكو؛ موتيجي ، ميكيو (أغسطس 2004). “تقييم نسبة وقود الفحم في نفايات الانحلال الحراري البلدية”. وقود . 83 ( 11 – 12): 1675 – 1687. دوى : 10.1016/j.fuel.2004.02.006 .
  7. ↑ سهر الدين، محمد شاهنيل؛ عاطف، رشيد؛ شيحة، إسلام؛ إنام، فؤاد (22-12-2015). "تدهور الخواص الميكانيكية في مركبات البوليمر النانوية المعرضة للوسط السائل - مراجعة" (ملف PDF) . RSC Advances . 6 (2): 1076–1089 . doi : 10.1039/C5RA22620A . ISSN 2046-2069 . S2CID 98370832 .  
  8. ↑ إرشادات جودة مياه الشرب (الطبعة الرابعة متضمنة الطبعة الإضافية الأولى ). جنيف: منظمة الصحة العالمية . 2017. ISBN  978-92-4-154995-0.
  9. ↑ هاسينين، ج. (مايو 2004). "تدهور أنابيب البولي إيثيلين المعرضة للمياه المكلورة". تدهور البوليمر واستقراره . 84 (2): 261-267 . doi : 10.1016/j.polymdegradstab.2003.10.019 .
  10. ↑ دوفال، دونالد (يونيو 2014). "مقاومة أكسدة أنابيب البولي بروبيلين العشوائي المشترك للماء المكلور". مجلة تحليل الأعطال والوقاية منها . 14 (3): 336-342 . doi : 10.1007/s11668-014-9809-3 . S2CID 137141131 . 
  11. ^ فوجي، تاكيهيرو. ماتسوي، يويتشي؛ هيراباياشي، هيديو؛ إيجاوا، كازوهيسا؛ أوكادا، ساوري؛ هونما، هيديكازو؛ نيشيمورا، هيرويوكي؛ يامادا ، كازوشي (سبتمبر 2019). "تأثير الكلور المتبقي والضغط على تحلل أنابيب البولي بيوتيلين". تدهور البوليمر واستقراره . 167 : 1– 9. دوى : 10.1016/j.polymdegradstab.2019.06.012 . S2CID 197611740 . 
  12. ↑ أونر، معلا؛ وايت، دون هـ. (يناير 1993). "دراسة تحلل البوليمر المشترك التجاري من نوع بولي أوكسي ميثيلين في تطبيقات خدمات المياه". تحلل البوليمر واستقراره . 40 (3): 297-303 . doi : 10.1016/0141-3910(93)90135-6 .
  13. ↑ أوساوا، زينجيرو (يناير 1988). "دور المعادن ومثبطات المعادن في تحلل البوليمر". تحلل البوليمر واستقراره . 20 ( 3-4 ): 203-236 . doi : 10.1016/0141-3910(88)90070-5 .
  14. ↑ زاكريفسكي، ف.أ.؛ سودار، ن.ت.؛ زاوبو، أ.؛ دوبيتسكي، يو. أ. (15 فبراير 2003). "آلية التدهور الكهربائي وانهيار البوليمرات العازلة". مجلة الفيزياء التطبيقية . 93 (4): 2135-2139 . Bibcode : 2003JAP....93.2135Z . doi : 10.1063/1.1531820 .
  15. ↑ مايو، سي. (أكتوبر 2000). "تدهور المواد العازلة تحت تأثير الإجهاد الكهربائي". معاملات IEEE في العوازل الكهربائية . 7 (5): 590-601 . doi : 10.1109/TDEI.2000.879355 .
  16. ↑ فودري، مايكل سي. (1991). "علاقة مركبات الجرافيت/البوليميد بالعمليات الجلفانية" (ملف PDF) . مجلة جمعية تطوير هندسة المواد والعمليات (SAMPE) . 2 : 1288-1301 . ISBN 0-938994-56-5.
  17. ^ ج، فودري م. (1991). "電気化学的過程とグラファイト/ポリイミド複合材料の関係" . ندوة ومعرض سامبي الدولي (جمعية النهوض بهندسة المواد والعمليات) . 36 (2): 1288 – 1301.
  18. ^ جنانافيل، ج. ثيروماريمورجان، م.؛ موهانا جيا فالي، نائب الرئيس (2015). “السيناريو الحالي للتحلل الحيوي للمواد البلاستيكية – مراجعة” (PDF) . المجلة الأسترالية للعلوم الأساسية والتطبيقية . 9 : 408- 417. ISSN 1991-8178 . 
  19. ↑ دورنهايم، مايكل (26 نوفمبر 1990). "باحثو مكتب الكحول والتبغ والأسلحة النارية والمتفجرات يتناولون احتمالية تحلل مركب البسماليميد" . أسبوع الطيران والعلوم والتكنولوجيا : 122-123 .
  20. ↑ فودري، مايكل سي. (1991). "علاقة مركبات الجرافيت/البوليميد بالعمليات الجلفانية" (ملف PDF) . مجلة جمعية تطوير هندسة المواد والعمليات (SAMPE) . 2 : 1288-1301 . ISBN 0-938994-56-5.
  21. ↑ توكلي زاده، محمد رضا؛ سعداتمانش، حامد (أغسطس 2001). "التآكل الجلفاني للكربون والفولاذ في البيئات العدائية". مجلة المواد المركبة للبناء . 5 (3): 200-210 . doi : 10.1061/(ASCE)1090-0268(2001)5:3(200) .
  22. ↑ تشاو، شياو لينغ؛ تشانغ، لي (أغسطس 2007). "مراجعة لأحدث التقنيات في مجال الهياكل الفولاذية المقواة بألياف البوليمر المقوى". هندسة الهياكل . 29 (8): 1808-1823 . Bibcode : 2007EngSt..29.1808Z . doi : 10.1016/j.engstruct.2006.10.006 .
  23. ↑ ليو، ز.؛ كوريوني، م.؛ جمشيدي، ب.؛ ووكر، أ.؛ برينجنيل، ب.؛ طومسون، ج. إي.؛ سكيلدون، ب. (سبتمبر 2014). "الخصائص الكهروكيميائية لمركب ألياف الكربون والتأثيرات الجلفانية المرتبطة به مع سبائك الألومنيوم". مجلة علوم الأسطح التطبيقية . 314 : 233-240 . Bibcode : 2014ApSS..314..233L . doi : 10.1016/j.apsusc.2014.06.072 .
  24. ↑Pan, Yingcai; Wu, Guoqing; Cheng, Xu; Zhang, Zongke; Li, Maoyuan; Ji, Sudong; Huang, Zheng (September 2015). "Galvanic corrosion behaviour of carbon fibre reinforced polymer/magnesium alloys coupling". Corrosion Science. 98: 672–677. Bibcode:2015Corro..98..672P. doi:10.1016/j.corsci.2015.06.024.
  25. ↑Woo, E. M.; Chen, J. S.; Carter, C. S. (1993). "Mechanisms of degradation of polymer composites by galvanic reactions between metals and carbon fiber". Polymer Composites. 14 (5): 395–401. doi:10.1002/pc.750140505.
  26. 12Andrady, Anthony L. (February 1994). "Assessment of Environmental Biodegradation of Synthetic Polymers". Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews. 34 (1): 25–76. doi:10.1080/15321799408009632.
  27. 12Feldman, D. (1 October 2002). "Polymer Weathering: Photo-Oxidation". Journal of Polymers and the Environment. 10 (4): 163–173. Bibcode:2002JPEnv..10..163F. doi:10.1023/A:1021148205366. S2CID 92300829.
  28. ↑Hahladakis, John N.; Velis, Costas A.; Weber, Roland; Iacovidou, Eleni; Purnell, Phil (February 2018). "An overview of chemical additives present in plastics: Migration, release, fate and environmental impact during their use, disposal and recycling"(PDF). Journal of Hazardous Materials. 344: 179–199. Bibcode:2018JHzM..344..179H. doi:10.1016/j.jhazmat.2017.10.014. PMID 29035713.
  29. ↑Teuten, Emma L.; Saquing, Jovita M.; Knappe, Detlef R. U.; Barlaz, Morton A.; Jonsson, Susanne; Björn, Annika; Rowland, Steven J.; Thompson, Richard C.; Galloway, Tamara S.; Yamashita, Rei; Ochi, Daisuke; Watanuki, Yutaka; Moore, Charles; Viet, Pham Hung; Tana, Touch Seang; Prudente, Maricar; Boonyatumanond, Ruchaya; Zakaria, Mohamad P.; Akkhavong, Kongsap; Ogata, Yuko; Hirai, Hisashi; Iwasa, Satoru; Mizukawa, Kaoruko; Hagino, Yuki; Imamura, Ayako; Saha, Mahua; Takada, Hideshige (27 July 2009). "Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 364 (1526): 2027–2045. doi:10.1098/rstb.2008.0284. PMC 2873017. PMID 19528054.
  30. ↑Wiles, D.M.; Carlsson, D.J. (November 1980). "Photostabilisation mechanisms in polymers: A review". Polymer Degradation and Stability. 3 (1): 61–72. doi:10.1016/0141-3910(80)90008-7. S2CID 96033161.
  31. ↑Allen, Norman S.; Edge, Michael; Mohammadian, Mehrdad; Jones, Ken (January 1991). "Hydrolytic degradation of poly(ethylene terephthalate): Importance of chain scission versus crystallinity". European Polymer Journal. 27 (12): 1373–1378. Bibcode:1991EurPJ..27.1373A. doi:10.1016/0014-3057(91)90237-I.
  32. ↑Gewert, Berit; Plassmann, Merle M.; MacLeod, Matthew (2015). "Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment"(PDF). Environmental Science: Processes & Impacts. 17 (9): 1513–1521. doi:10.1039/C5EM00207A. PMID 26216708. S2CID 16732335.
  33. ↑Ahmed, Temoor; Shahid, Muhammad; Azeem, Farrukh; Rasul, Ijaz; Shah, Asad Ali; Noman, Muhammad; Hameed, Amir; Manzoor, Natasha; Manzoor, Irfan; Muhammad, Sher (March 2018). "Biodegradation of plastics: current scenario and future prospects for environmental safety". Environmental Science and Pollution Research. 25 (8): 7287–7298. Bibcode:2018ESPR...25.7287A. doi:10.1007/s11356-018-1234-9. PMID 29332271. S2CID 3962436.
  34. ↑Danso, Dominik; Chow, Jennifer; Streit, Wolfgang R. (19 July 2019). "Plastics: Environmental and Biotechnological Perspectives on Microbial Degradation". Applied and Environmental Microbiology. 85 (19): e01095–19, /aem/85/19/AEM.01095–19.atom. Bibcode:2019ApEnM..85E1095D. doi:10.1128/AEM.01095-19. PMC 6752018. PMID 31324632.
  35. ↑Tokiwa, Yutaka; Calabia, Buenaventurada; Ugwu, Charles; Aiba, Seiichi (26 August 2009). "Biodegradability of Plastics". International Journal of Molecular Sciences. 10 (9): 3722–3742. doi:10.3390/ijms10093722. PMC 2769161. PMID 19865515.
  36. ↑Krueger, Martin C.; Harms, Hauke; Schlosser, Dietmar (November 2015). "Prospects for microbiological solutions to environmental pollution with plastics". Applied Microbiology and Biotechnology. 99 (21): 8857–8874. doi:10.1007/s00253-015-6879-4. PMID 26318446. S2CID 8797245.
  37. ↑Shah, Aamer Ali; Hasan, Fariha; Hameed, Abdul; Ahmed, Safia (May 2008). "Biological degradation of plastics: A comprehensive review". Biotechnology Advances. 26 (3): 246–265. doi:10.1016/j.biotechadv.2007.12.005. PMID 18337047.
  38. ↑Singh, Narinder; Hui, David; Singh, Rupinder; Ahuja, I.P.S.; Feo, Luciano; Fraternali, Fernando (April 2017). "Recycling of plastic solid waste: A state of art review and future applications". Composites Part B: Engineering. 115: 409–422. doi:10.1016/j.compositesb.2016.09.013.
  39. ↑Hopewell, Jefferson; Dvorak, Robert; Kosior, Edward (27 July 2009). "Plastics recycling: challenges and opportunities". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 364 (1526): 2115–2126. doi:10.1098/rstb.2008.0311. PMC 2873020. PMID 19528059.
  40. ↑Yin, Shi; Tuladhar, Rabin; Shi, Feng; Shanks, Robert A.; Combe, Mark; Collister, Tony (December 2015). "Mechanical reprocessing of polyolefin waste: A review". Polymer Engineering & Science. 55 (12): 2899–2909. doi:10.1002/pen.24182.
  41. ↑Babetto, Alex S.; Antunes, Marcela C.; Bettini, Sílvia H. P.; Bonse, Baltus C. (February 2020). "A Recycling-Focused Assessment of the Oxidative Thermomechanical Degradation of HDPE Melt Containing Pro-oxidant". Journal of Polymers and the Environment. 28 (2): 699–712. Bibcode:2020JPEnv..28..699B. doi:10.1007/s10924-019-01641-6. S2CID 209432804.
  42. ↑Aldas, Miguel; Paladines, Andrea; Valle, Vladimir; Pazmiño, Miguel; Quiroz, Francisco (2018). "Effect of the Prodegradant-Additive Plastics Incorporated on the Polyethylene Recycling". International Journal of Polymer Science. 2018: 1–10. doi:10.1155/2018/2474176.
  43. ↑Eriksen, M.K.; Christiansen, J.D.; Daugaard, A.E.; Astrup, T.F. (August 2019). "Closing the loop for PET, PE and PP waste from households: Influence of material properties and product design for plastic recycling"(PDF). Waste Management. 96: 75–85. Bibcode:2019WaMan..96...75E. doi:10.1016/j.wasman.2019.07.005. PMID 31376972. S2CID 199067235.
  44. ↑Kaminsky, W; Predel, M; Sadiki, A (September 2004). "Feedstock recycling of polymers by pyrolysis in a fluidised bed". Polymer Degradation and Stability. 85 (3): 1045–1050. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2003.05.002.
  45. ↑Kumagai, Shogo; Yoshioka, Toshiaki (1 November 2016). "Feedstock Recycling via Waste Plastic Pyrolysis". Journal of the Japan Petroleum Institute. 59 (6): 243–253. doi:10.1627/jpi.59.243.
  46. ↑Rahimi, AliReza; García, Jeannette M. (June 2017). "Chemical recycling of waste plastics for new materials production". Nature Reviews Chemistry. 1 (6): 0046. doi:10.1038/s41570-017-0046.
  47. ↑Coates, Geoffrey W.; Getzler, Yutan D. Y. L. (July 2020). "Chemical recycling to monomer for an ideal, circular polymer economy". Nature Reviews Materials. 5 (7): 501–516. Bibcode:2020NatRM...5..501C. doi:10.1038/s41578-020-0190-4. S2CID 215760966.
  48. ↑Aguado, J.; Serrano, D. P.; Escola, J. M. (5 November 2008). "Fuels from Waste Plastics by Thermal and Catalytic Processes: A Review". Industrial & Engineering Chemistry Research. 47 (21): 7982–7992. doi:10.1021/ie800393w.
  49. ↑Wei, Ren; Zimmermann, Wolfgang (November 2017). "Microbial enzymes for the recycling of recalcitrant petroleum-based plastics: how far are we?". Microbial Biotechnology. 10 (6): 1308–1322. doi:10.1111/1751-7915.12710. PMC 5658625. PMID 28371373.
  50. ↑Geyer, B.; Lorenz, G.; Kandelbauer, A. (2016). "Recycling of poly(ethylene terephthalate) – A review focusing on chemical methods". Express Polymer Letters. 10 (7): 559–586. doi:10.3144/expresspolymlett.2016.53.
  51. ↑Ru, Jiakang; Huo, Yixin; Yang, Yu (21 April 2020). "Microbial Degradation and Valorization of Plastic Wastes". Frontiers in Microbiology. 11: 442. doi:10.3389/fmicb.2020.00442. PMC 7186362. PMID 32373075. S2CID 216028039.
  52. ↑Wierckx, Nick; Prieto, M. Auxiliadora; Pomposiello, Pablo; Lorenzo, Victor; O'Connor, Kevin; Blank, Lars M. (November 2015). "Plastic waste as a novel substrate for industrial biotechnology". Microbial Biotechnology. 8 (6): 900–903. doi:10.1111/1751-7915.12312. PMC 4621443. PMID 26482561.
  53. ↑Celina, Mathew C.; Linde, Erik; Martinez, Estevan (March 2021). "Carbonyl Identification and Quantification Uncertainties for Oxidative Polymer Degradation". Polymer Degradation and Stability. 188 109550. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2021.109550. OSTI 1772948. S2CID 233639741.