تأثير البناء والهدم نفايات الجزيئات البلاستيكية على خصائص الخشب والبوليمر المركب

وقد نما توليد النفايات على الصعيد العالمي بشكل كبير على مر التاريخ، ومن المتوقع أن يزداد بعشرات النسب المئوية في المستقبل ما لم يتم اتخاذ إجراءات¹. وعلى وجه الخصوص، فإن البلدان المرتفعة الدخل قد ولدت أكثر من ثلث النفايات في العالم على الرغم من أنها لا تمثل سوى 16 في المائة من سكان العالم¹. وقطاع البناء منتج هام لهذه النفايات بسبب التوسع الحضري السريع والنمو السكاني. ووفقا للتقديرات، فإن ما يقرب من ثلث النفايات الصلبة العالمية تتشكل من مشاريع البناء والهدم؛ ومع ذلك، القيم الدقيقة من مناطق مختلفة مفقودة². في الاتحاد الأوروبي (EU)، كمية نفايات البناء والهدم (CDW) حوالي 25٪ -30٪ من إجمالي النفايات توليد^3،وتشمل قيمة وكبيرة المواد الخام الثانوية، مثل البلاستيك. وبدون جمع وإدارة منظمين، قد يلوث البلاستيك النظم الإيكولوجية ويؤثر عليها سلبا. في عام 2016، تم توليد 242 مليون طن من النفايات البلاستيكية في العالم¹. وكانت حصة البلاستيك المعاد تدويره في أوروبا فقط 31.1٪⁴.

وقد أدت ندرة الموارد إلى نشوء حاجة إلى تغيير الممارسات نحو اقتصاد دائري، حيث تهدف إلى استخدام النفايات كمصدر للموارد الثانوية واستعادة النفايات من أجل إعادة استخدامها. وسينشأ النمو الاقتصادي والآثار البيئية إلى أدنى حد من خلال الاقتصاد الدائري، وهو مفهوم شائع في أوروبا. واعتمدت المفوضية الأوروبية خطة عمل للاتحاد الأوروبي من أجل اقتصاد دائري، تحدد الأهداف والمؤشرات للمساهمات⁵.

وتسهم الأنظمة والقوانين البيئية الأكثر صرامة في قطاع البناء في بذل المزيد من الجهد في قضايا إدارة النفايات وإعادة تدوير المواد. فعلى سبيل المثال، حدد الاتحاد الأوروبي أهدافاً لاسترداد المواد. من عام 2020 فصاعدا، ينبغي أن يكون معدل استرداد المواد من CDW غير الخطرة 70٪⁶. وقد يختلف تكوين الـ CDW اختلافاً كبيراً من حيث المواقع الجغرافية، ولكن يمكن تحديد بعض الخصائص المشتركة، بما في ذلك، على سبيل المثال، البلاستيك الذي هو مادة خام محتملة وقيمة لمركبات الأخشاب والبوليمرات. إعادة استخدام البلاستيك هو خطوة ملموسة نحو اقتصاد دائري حيث يتم استبدال البوليمرات البلاستيكية البكر من البوليمر المعاد تدويرها.

المواد المركبة هي نظام متعدد المراحل ، ويتألف من مادة مصفوفة ومرحلة التعزيز. الخشب البوليمر المركب (WPC) وعادة ما تحتوي على البوليمرات والمصفوفة ، والمواد الخشبية كتعزيز ، والمواد المضافة لتحسين التصاق ، مثل عوامل اقتران ومواد التشحيم. ويمكن أن يعرف WPC كمادة صديقة للبيئة لأن المواد الخام يمكن أن يكون مصدرها من المواد المتجددة، مثل حمض متعدد الولاتيك (جيش التحرير الشعبي) والخشب. وفقا لأحدث الابتكارات⁷، يمكن أن تستند إضافات WPC على مصادر متجددة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إعادة تدوير مصدر المواد الخام (غير عذراء) المواد ، وهو بديل أفضل بيئيا وتقنيا^8. على سبيل المثال، درس الباحثون WPC مقذوف يحتوي على CDW، ووجدت أن خصائص المركبات المستندة إلى CDW كانت في مستوى مقبول⁹. كما أن استخدام المواد الخام المعاد تدويرها كعنصر من عناصر مؤتمر ال WPC هو أيضاً استخدام مقبول من الجانب البيئي، كما أثبتت عدة تقييمات. عموما، وقد ثبت أن استخدام CDW في إنتاج WPC يمكن أن تقلل من التأثيرات البيئية لإدارة CDW¹⁰. وبالإضافة إلى ذلك، فقد وجد أن استخدام البولي بروبلين المعاد تدويرها (PP) البلاستيك في WPC لديه القدرة على الحد من الاحترار العالمي¹¹.

وسوف تزيد كمية البوليمرات المعاد تدويرها المتاحة في المستقبل. وقد زاد الإنتاج العالمي من البلاستيك حوالي 9٪ سنويا، في المتوسط، ومن المتوقع أن تستمر هذه الزيادة في المستقبل¹². وأكثر أنواع البوليمرات البلاستيكية شيوعاً هي، في جملة أمور، البولي بروبلين (PP) والبولي إيثيلين (PE). وكانت أسهم إجمالي الطلب على الـPE وPP 29.8% و19.3% على التوالي، في أوروبا في عام 2017⁴. من المتوقع أن ينمو السوق العالمي لإعادة تدوير البلاستيك بمعدل نمو سنوي قدره 5.6٪ خلال الفترة 2018-2026^13. أحد التطبيقات الرئيسية التي تستخدم فيها البلاستيك هو البناء والبناء. على سبيل المثال، ارتبط ما يقرب من 20٪ من إجمالي الطلب على البلاستيك الأوروبي مع تطبيقات البناء والتشييد⁴. من منظور اقتصادي، واستخدام البوليمرات المعاد تدويرها في تصنيع WPC هو بديل مثير للاهتمام، مما يؤدي إلى إنتاج المواد بتكلفة منخفضة. وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن الآثار المادية لها تأثير أقوى على المواد المقذوفة المصنوعة من البلاستيك الثانوي مقارنة مع المواد العذراء المقابلة، ولكن خصائص تعتمد على مصدر البلاستيك¹⁴. ومع ذلك ، فإن استخدام البلاستيك المعاد تدويره يقلل من قوة WPC بسبب انخفاض التوافق^15. الاختلاف بين هياكل البوليمرات البلاستيكية يسبب مخاوف لإعادة الاستخدام وإعادة التدوير، مما يساهم في أهمية الفرز البلاستيكي على أساس البوليمر.

تهدف هذه الدراسة إلى تقييم استخدام المواد البلاستيكية من CDW كمادة خام ل WPC. كسور البوليمر التي تم تقييمها في الدراسة هي الاكريلونيتريل بوتاديين الستايرين (ABS) ، البولي بروبلين (PP) ، والبولي ايثيلين (PE). وتعرف هذه الكسور البلاستيكية العالمية داخل CDW. يتم التعامل مع كسور البوليمر مع عمليات التصنيع العامة، مثل التكتل والبثق، ويتم اختبارها مع اختبارات الملكية الميكانيكية العالمية. والهدف الرئيسي من الدراسة هو اكتشاف كيف يمكن أن تتغير خصائص WPC إذا تم استخدام البوليمرات المعاد تدويرها كمادة خام في المصفوفة بدلاً من البوليمرات البكر الأولية.

واستنادا إلى مركز إدارة النفايات (المحلي) (Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy)، فقد تبين كيف يتم تخزين CDW الغنية بالبلاستيك. وقد ثبت أن كمية كبيرة من المواد البلاستيكية مدرجة وبعض الأمثلة على البوليمرات البلاستيكية CDW تم عرضها. جمع الباحثون البوليمرات الأكثر ملاءمة لمزيد من المعالجة، مثل ABS، PP، وPE. تم تحديد البوليمرات المطلوبة (PE، PP، ABS) باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء (NIR) المحمولة. وقدمت أمثلة عن منتجات WPC حيث يمكن استخدام المواد البلاستيكية المجمعة كمادة خام. وشرحت اللجنة تعريف المركب ومزاياه.