تجديد وتجهيز نفايات أفلام البولي إيثيلين تيرفثالات: الوضع الحالي والتقنيات والآفاق (1)
مع التطور السريع لصناعة الإلكترونيات، تلعب أفلام البولي إيثيلين تيريفثالات (حيوان أليف) دورًا أساسيًا في تصنيع العديد من المنتجات الإلكترونية بفضل عزلها الممتاز وشفافيتها العالية وخواصها الميكانيكية الجيدة واستقرارها الكيميائي. تشمل هذه التطبيقات المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (ام ال سي سي)، ولوحات الدوائر المرنة، وشاشات الكريستال السائل، وغيرها. ومع ذلك، ومع التوسع السريع لصناعة الإلكترونيات، يتزايد إنتاج أفلام حيوان أليف المهدرة يومًا بعد يوم. إذا لم يتم التخلص من هذه الأفلام المهدرة بشكل صحيح، فإنها لن تتسبب فقط في هدر هائل للموارد، بل ستشكل أيضًا عبئًا ثقيلًا على البيئة. لذلك، فإن تحقيق إعادة إنتاج وتجهيز أفلام حيوان أليف المهدرة بكفاءة في صناعة الإلكترونيات له أهمية بالغة وواسعة النطاق لتعزيز التنمية المستدامة لصناعة الإلكترونيات، وتخفيف ضغط الموارد، والحد من التلوث البيئي.
مصادر وخصائص نفايات أفلام حيوان أليف في صناعة الإلكترونيات
مصادر متنوعة
في صناعة الإلكترونيات، تنشأ نفايات أفلام حيوان أليف من مجموعة واسعة من المصادر:
إنتاج ام ال سي سي: تُستخدم أفلام حيوان أليف لتشكيل صفائح عازلة، مما يؤدي إلى توليد حواف كبيرة ومواد مهملة بعد التصنيع.
تصنيع لوحات الدوائر المرنة: باعتبارها مادة أساسية، تنتج أفلام حيوان أليف نفايات بسبب عمليات القطع أو عيوب العملية أو العيوب الأخرى.
تصنيع شاشات الكريستال السائل (شاشة LCD): يتم تطبيق أفلام حيوان أليف في مكونات مثل المستقطبات وأفلام الناشر، مع المنتجات المعيبة والقطع أثناء الإنتاج التي تساهم في تراكم النفايات.
الخصائص المعقدة والفريدة
بالمقارنة مع أفلام حيوان أليف العادية، تتميز أفلام حيوان أليف المهدرة في صناعة الإلكترونيات بخصائص مميزة:
قد يؤدي التعرض لمواد كيميائية مختلفة وتقنيات معالجة خاصة في تصنيع الإلكترونيات إلى التلوث بالشوائب المعدنية والملوثات العضوية والهياكل المترابطة بدرجات متفاوتة.
على سبيل المثال، قد تلتصق نفايات مادة حيوان أليف الناتجة عن إنتاج ام ال سي سي بجزيئات أكسيد المعدن بسبب ملامستها لعجائن السيراميك.
قد تحتفظ نفايات مادة حيوان أليف من لوحات الدوائر المرنة بالمواد العضوية مثل بقايا المواد المقاومة للضوء من عمليات الطباعة الحجرية والحفر.
تشكل هذه الخصائص المعقدة تحديات كبيرة فيما يتعلق بتجديد وإعداد أغشية حيوان أليف المهدرة.
تقنيات التجديد والتحضير لأفلام حيوان أليف النفايات
تقنيات إعادة التدوير الفيزيائية
التنظيف والسحق
تهدف عملية التنظيف إلى إزالة الغبار السطحي، وبقع الزيت، والشوائب القابلة للذوبان الأخرى من نفايات أفلام البولي إيثيلين تيرفثالات (حيوان أليف). تشمل الطرق الشائعة الغسيل القلوي، والغسيل الحمضي، والتنظيف بالمذيبات العضوية.
يؤدي الغسيل القلوي إلى إزالة بقع الزيت بشكل فعال.
يؤدي الغسيل الحمضي إلى إذابة الشوائب المعدنية الجزئية.
يعد التنظيف بالمذيبات العضوية أمرًا مهمًا لإزالة الملوثات العضوية.
تتضمن عملية التكسير تكسير أغشية حيوان أليف المُنظّفة إلى قطع بأحجام محددة باستخدام كسارات، مما يُسهّل المعالجة اللاحقة. عمليًا، يجب أن يُصمّم اختيار كواشف التنظيف ومعدات التكسير بما يتناسب مع درجة التلوث وخصائص أغشية النفايات لضمان تنظيف شامل وتوحيد حجم الجسيمات.
البثق المنصهر
يتم تسخين قطع البولي إيثيلين تيرفثالات المسحوقة فوق نقطة انصهارها (عادة 250-260 درجة مئوية) لتشكيل مادة منصهرة، والتي يتم بعد ذلك بثقها من خلال آلة البثق، تليها عملية التبريد والتكوير لإنتاج حبيبات البولي إيثيلين تيرفثالات المتجددة.
غالبًا ما تُضاف مواد مضافة، مثل الملدنات ومضادات الأكسدة، لتحسين خصائص البولي إيثيلين تيرفثالات المُجدَّد. على سبيل المثال، تُعزز الملدنات المرونة، بينما تُعزز مضادات الأكسدة الاستقرار الحراري.
مع ذلك، قد يحدث تحلل جزيئي للسلسلة البولي إيثيلين تيرفثالات (حيوان أليف) أثناء هذه العملية، مما يقلل من أداء المنتج. لذا، يُعدّ التحكم الدقيق في درجة حرارة المعالجة ووقتها وسرعة دوران البراغي أمرًا ضروريًا للحد من التحلل.
التكثيف المتعدد في الحالة الصلبة (إس إس بي)
يُعدّ إس إس بي طريقةً أساسيةً لزيادة الوزن الجزيئي وتحسين أداء بولي إيثيلين تيريفثالات المُجدَّد. تُعالَج حبيبات بولي إيثيلين تيريفثالات المُجدَّدة حرارياً عند درجات حرارة أقل من نقطة الانصهار (عادةً ٢٠٠-٢٢٠ درجة مئوية) في جوٍّ من الغاز الخامل.
من خلال إس إس بي، تعمل تفاعلات التكثيف المتعدد بين سلاسل جزيئات حيوان أليف على زيادة الوزن الجزيئي، وبالتالي تحسين قوة ومقاومة الحرارة لـ حيوان أليف المتجدد.
وتشمل التحديات أوقات المعالجة الطويلة والمتطلبات الصارمة لإحكام إغلاق المعدات ودقة التحكم في درجة الحرارة.
تقنيات إعادة التدوير الكيميائي
تحليل الكحول
تتضمن عملية التحليل الكحولي تفاعل أغشية حيوان أليف المهدرة مع الكحولات (على سبيل المثال، إيثيلين جليكول، بروبيلين جليكول) تحت محفز لتحلل حيوان أليف إلى مونومرات أو أوليجومرات مثل ثنائي (2-هيدروكسي إيثيل) تيريفثالات (بهيت).
لنأخذ تحليل كحول الإيثيلين جليكول كمثال: تُضبط درجة حرارة التفاعل عند 180-220 درجة مئوية، باستخدام محفزات مثل أسيتات الزنك أو تيتانات رباعي البوتيل. بعد التفاعل، يُفصل بهيت بالترشيح والتقطير، ثم يُكرّر لإعادة تخليق حيوان أليف.
تعمل هذه الطريقة على إزالة الشوائب بشكل فعال للحصول على مواد متجددة عالية النقاء ولكنها تتطلب ظروف تفاعل قاسية ومعدات مقاومة للتآكل.
التحلل المائي
تقوم عملية التحلل المائي بتحليل نفايات أفلام حيوان أليف إلى حمض التريفثاليك (رابطة أولياء الأمور والمعلمين) وإيثيلين جليكول باستخدام الماء تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين، ويتم تصنيفها إلى تحلل مائي حمضي وقلوي ومحايد:
التحلل الحمضي: يستخدم أحماض قوية (مثل حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك) كمحفزات، ويتميز بمعدلات تفاعل سريعة ولكن يسبب تآكلًا شديدًا للمعدات.
التحلل القلوي: يستخدم قواعد قوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم، وهيدروكسيد البوتاسيوم)، مع فصل المنتج بسهولة ولكن يتطلب تحييدًا لاحقًا.
التحلل المائي المحايد: يعمل تحت درجة حرارة/ضغط مرتفع بدون محفزات حمضية/قاعدية، وهو صديق للبيئة ولكنه يتطلب ظروفًا أكثر صرامة واستثمارًا أعلى في المعدات.
يؤدي التحلل المائي إلى تحلل مادة حيوان أليف بشكل كامل، مع إنتاج منتجات قابلة للاستخدام مباشرة في تصنيع مادة حيوان أليف، ولكنها تعاني من استهلاك كبير للطاقة وعمليات فصل/تنقية معقدة.
التحلل الحراري
تقوم عملية التحلل الحراري بتسخين نفايات أفلام حيوان أليف عند درجات حرارة عالية (400-600 درجة مئوية) في بيئة خالية من الأكسجين أو تعاني من نقص الأكسجين، مما يتسبب في التحلل الحراري إلى جزيئات صغيرة مثل المركبات العطرية (البنزين والتولوين والزيلين) والأوليفينات/الألكانات.
يمكن استخدام منتجات التحلل الحراري كمواد خام كيميائية، مما يتيح إعادة تدوير نفايات أفلام البولي إيثيلين تيرفثالات (حيوان أليف) الموجهة للطاقة. ومع ذلك، يُشكل خليط المنتج المُعقّد تحديات في الفصل والتنقية، وقد تتطلب الغازات الضارة نظامًا كاملًا لمعالجة غازات العادم.
استكشاف تقنيات إعادة التدوير الجديدة
إعادة التدوير التحفيزي الكهربائي
في السنوات الأخيرة، برزت إعادة التدوير بالتحفيز الكهربائي. على سبيل المثال، استخدم فريق بحثي بقيادة البروفيسور تشاو ييشين من جامعة شنغهاي جياو تونغ تقنية التحفيز الكهربائي لتحويل جلايكول الإيثيلين بشكل انتقائي في مُحلل البولي إيثيلين تيريفثالات (حيوان أليف) إلى حمض الفورميك في درجة حرارة وضغط الغرفة، مع إنتاج الهيدروجين عند الكاثود.
تستخدم هذه التقنية الكهرباء المتجددة كمدخل للطاقة، مما يوفر مسارًا جديدًا لتحويل موارد نفايات أفلام حيوان أليف. ويمكن تحسين الكفاءة والانتقائية من خلال تحسين مواد الأقطاب الكهربائية وظروف التفاعل.
في الوقت الحالي، لا تزال عملية إعادة التدوير التحفيزي الكهربائي في مرحلة البحث المختبري، مع وجود تحديات تقنية للتصنيع، مثل استقرار الأقطاب الكهربائية وتصميم النظام على نطاق واسع.
الجمع بين التحلل البيولوجي والتخليق
تفرز بعض الكائنات الدقيقة إنزيمات تُحلل مادة البولي إيثيلين تيرفثالات. باستخدام هذه الكائنات الدقيقة أو إنزيماتها، تُحلل أغشية البولي إيثيلين تيرفثالات المُهدرة إلى جزيئات صغيرة، تُصنع بدورها بيولوجيًا لتتحول إلى مادة البولي إيثيلين تيرفثالات أو مواد أخرى ذات أساس حيوي.
يقدم هذا النهج مزايا مثل صداقته للبيئة وظروف تفاعله المعتدلة، إلا أنه يعاني من بطء معدلات التحلل البيولوجي وتعقيد تنظيم التخليق الحيوي. لا يزال هذا النهج في مرحلة الاستكشاف، ويتطلب دراسات معمقة حول آليات الأيض الميكروبية وتحسين عملية التخليق الحيوي.
تطبيقات مادة حيوان أليف المُجدَّدة في صناعة الإلكترونيات
استبدال المواد الخام الجزئية
بعد سلسلة من عمليات المعالجة، تحسّنت خصائص مادة حيوان أليف المُجدَّدة بشكل ملحوظ، مما يُمكّنها من استبدال مواد حيوان أليف الخام في صناعة الإلكترونيات إلى حدٍّ ما. وقد استُخدمت مادة حيوان أليف المُجدَّدة على نطاق واسع في مكونات المنتجات الإلكترونية ذات متطلبات الأداء المنخفضة نسبيًا، مثل مواد التغليف الإلكترونية العادية وأغلفة بعض الأجهزة الإلكترونية.
على سبيل المثال، فإن صناديق التعبئة والتغليف لبعض المنتجات الإلكترونية المصنوعة من مادة البولي إيثيلين تيريفثالات المعاد تدويرها لا تعمل على خفض التكاليف فحسب، بل تعمل أيضًا على تقليل الاعتماد على الموارد الخام.
في تصنيع أغلفة الأجهزة الإلكترونية، فإن إضافة مواد التعزيز والإضافات المناسبة تسمح لمادة حيوان أليف المتجددة بتلبية متطلبات القوة ومقاومة الحرارة، مما يحقق التصنيع الأخضر للأغلفة.
التوسع في مجالات التطبيق الجديدة
مع التحسينات والابتكارات المستمرة في خصائص مادة حيوان أليف المُجدَّدة، يتوسع نطاق تطبيقها في صناعة الإلكترونيات تدريجيًا. وفي المجالات الإلكترونية الناشئة، مثل الأجهزة القابلة للارتداء والأجهزة الإلكترونية المرنة، من المتوقع أن تُصبح مادة حيوان أليف المُجدَّدة مادة أساسية مهمة بفضل مرونتها الممتازة وقابليتها للمعالجة.
على سبيل المثال، في مكونات الأجهزة القابلة للارتداء مثل ركائز لوحات الدوائر المرنة وأفلام الحماية للعرض، يمكن لمواد حيوان أليف المتجددة الاستفادة من مزاياها لتحقيق تطوير منتجات خفيفة الوزن ومستدامة.
وفي الوقت نفسه، في الأجهزة الإلكترونية التي تتطلب أداء الحماية الكهرومغناطيسية، فإن تعديل مادة حيوان أليف المتجددة من خلال معالجات خاصة (على سبيل المثال، إضافة حشوات موصلة) يمكن أن ينتج مواد ذات وظائف حماية كهرومغناطيسية، مما يوسع نطاق تطبيق مادة حيوان أليف المتجددة.
