چکیده

با شیوع ویروس کرونا از زمستان ۱۳۹۸ (ژانویه ۲۰۲۰)، استفاده از ماسک‌های سه‌لایه و سایر تجهیزات حفاظتی یکبارمصرف به‌صورت گسترده افزایش یافت. در نتیجه، حجم بسیار زیادی از این پسماندهای پلیمری وارد محیط زیست شد. کارشناسان اعلام کرده‌اند که روزانه میلیون‌ها ماسک مصرف و دور ریخته می‌شود و تاکنون روش مشخص و فراگیری برای ضدعفونی و بازیافت این تجهیزات وجود نداشته است.

علاوه بر ماسک، استفاده از گان، پیش‌بند، کلاه، کاور، حوله و ملحفه‌های یکبارمصرف نیز به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. دفن یا سوزاندن این تجهیزات، به دلیل عمر بسیار طولانی پلیمرهای تشکیل‌دهنده آن‌ها، آثار زیست‌محیطی جبران‌ناپذیری به همراه دارد. همچنین تحقیقات نشان داده‌اند که تجزیه این محصولات موجب تولید میکروالیاف و نانوالیاف خطرناک شده و می‌تواند مواد شیمیایی مضر را وارد محیط زیست کند.

تجهیزات حفاظتی یکبارمصرف عمدتاً از الیاف پلیمری پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن تولید می‌شوند. این پلیمرها هنگام افزودن به قیر، موجب افزایش نقطه نرمی، بهبود مقاومت حرارتی و کاهش میزان نفوذپذیری قیر می‌شوند که از اهداف اصلی اصلاح قیر با پلیمر است.

در این پژوهش، با استفاده از تجهیزات حفاظتی آلوده به ویروس کرونا، محصولاتی مطابق با الزامات سازمان ملی استاندارد ایران و استانداردهای بین‌المللی برای تولید عایق‌های رطوبتی قیری پیش‌ساخته تولید شده است. این روش علاوه بر جلوگیری از دفن یا سوزاندن این پسماندها، از انتشار ناخواسته میکروالیاف و نانوالیاف در محیط زیست نیز جلوگیری می‌کند.

کلمات کلیدی: ویروس کرونا، ماسک، قیر، عایق رطوبتی قیری

مقدمه

از گذشته تاکنون، کادر درمان و بیماران برای کنترل و جلوگیری از انتقال عوامل بیماری‌زا مانند ویروس‌ها، از روش قطع زنجیره انتقال استفاده کرده‌اند. در این راستا تجهیزات حفاظتی مختلفی از جمله:

• ماسک
• گان
• حوله‌های یکبارمصرف
• پیش‌بند
• کلاه
• کاور
• سایر تجهیزات حفاظتی

به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

با توسعه صنایع پتروشیمی و تولید الیاف پلیمری ارزان‌قیمت، این مواد به‌تدریج جایگزین الیاف طبیعی شدند. اگرچه این تغییر موجب کاهش هزینه تولید و سهولت استفاده در مراکز درمانی شد، اما مشکل بزرگی را نیز ایجاد کرد.

الیاف طبیعی قابلیت بازگشت به طبیعت را داشتند و حتی هنگام سوزاندن نیز آلودگی کمتری ایجاد می‌کردند، در حالی که الیاف مصنوعی و پلیمری در فرآیند بازیافت یا سوزاندن، مشکلات زیست‌محیطی بسیار بیشتری به همراه دارند.

افزایش پسماندهای بیمارستانی در دوران کرونا

پسماندهای بیمارستانی همواره یکی از دغدغه‌های مهم حوزه سلامت و محیط زیست بوده‌اند و دستورالعمل‌های متعددی برای مدیریت آن‌ها تدوین شده است. با این حال، همه‌گیری ویروس کرونا باعث شد حجم تجهیزات حفاظتی مصرف‌شده در مدت کوتاهی به شکل بی‌سابقه‌ای افزایش پیدا کند.

در این شرایط، بخش زیادی از این پسماندها از مراکز درمانی خارج شده و وارد محیط زیست شدند. روش‌های رایج مانند دفن یا سوزاندن همچنان مورد استفاده قرار گرفت، اما این روش‌ها نتوانستند پاسخگوی حجم بسیار زیاد زباله‌های کرونایی باشند.

در سال‌های اخیر، راهکارهای مختلفی مانند استفاده از ماسک‌های قابل شست‌وشو یا جمع‌آوری متمرکز تجهیزات حفاظتی پیشنهاد شده است. همچنین در یکی از پژوهش‌های منتشرشده توسط دانشگاهی در استرالیا، استفاده از ماسک‌های مصرف‌شده در صنعت راه‌سازی پیشنهاد شده است. با این حال، در آن پژوهش نحوه فرآوری ماسک، روش اختلاط با قیر و نتایج عملکردی به‌صورت کامل تشریح نشده و تنها ماسک صورت به‌عنوان ماده اولیه مورد بررسی قرار گرفته است.

در مقابل، پژوهش حاضر علاوه بر ماسک، تجهیزات حفاظتی دیگری مانند گان، کلاه، کاور کفش، لباس بیمار، روپوش، ملحفه و زیرانداز را نیز مورد بررسی قرار داده و روش فرآوری، فرمول پیشنهادی، استانداردهای مورد استفاده و نتایج آزمایش‌ها را برای تولید عایق‌های رطوبتی قیری پیش‌ساخته ارائه می‌کند.

روش تحقیق

در این پژوهش، پس از جمع‌آوری تجهیزات حفاظتی آلوده، مناسب‌ترین روش، تفکیک از مبدأ در نظر گرفته شده است. این تجهیزات با رعایت کامل شرایط بهداشتی و دستورالعمل‌های حمل، به محل کارخانه منتقل می‌شوند. پس از انتقال، لازم است پسماندها در یک فضای خشک، مسقف و ایمن به مدت ۱۵ تا ۲۵ روز نگهداری شوند تا مطابق نظر کارشناسان، از غیرفعال شدن ویروس اطمینان حاصل شود.

پس از پایان این دوره، تجهیزات حفاظتی بدون نیاز به جداسازی یا آسیاب کردن، به دیگ‌های همزن حرارتی افقی منتقل می‌شوند. در این مرحله، قیر در دمای حداقل ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد در حال اختلاط بوده و تجهیزات حفاظتی به آن افزوده می‌شوند. میزان استفاده از این مواد، با توجه به نوع محصول نهایی و فرمولاسیون مربوط به هر محصول تعیین می‌شود.

پلیمرهای مورد استفاده در تجهیزات حفاظتی

برای تولید تجهیزات حفاظتی یکبارمصرف، از الیاف پلیمری پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن استفاده می‌شود که به‌صورت منسوجات نبافته (Nonwoven) تولید شده‌اند. این الیاف معمولاً با فناوری‌های زیر تولید می‌شوند:

• ترموباند (Thermobond)

• اسپان‌باند (Spunbond)

• ملت‌بلون (Meltblown)

این ساختارهای پلیمری، ماده اولیه مناسبی برای اصلاح خواص قیر محسوب می‌شوند.

نقش پلیمرهای بازیافتی در اصلاح خواص قیر

افزودن همزمان پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن، که معمولاً در فرآیند تولید خود دارای افزودنی‌های مختلف نیز هستند، باعث افزایش نقطه نرمی قیر و بهبود مقاومت حرارتی آن می‌شود. همچنین این پلیمرها میزان نفوذپذیری قیر را کاهش می‌دهند که از اهداف اصلی اصلاح قیر با پلیمر به شمار می‌رود.

با این حال، برخی مشکلات مانند کاهش الاستیسیته، افت چسبندگی و مقاومت پایین در دماهای سرد همچنان باقی می‌ماند. علاوه بر این، همگن‌سازی کامل پلیمرها و سایر افزودنی‌ها در قیر، یکی از مهم‌ترین چالش‌های این فرآیند است.

برای رفع این مشکلات، در این پژوهش از ترکیبی از الاستومرهای اصلاح‌کننده قیر به همراه مواد پلیمری و نانویی تولیدشده در یک شرکت دانش‌بنیان استفاده شده است. این ترکیبات موجب ایجاد هم‌فازی مناسب، افزایش چسبندگی، بهبود عملکرد در دماهای پایین و دستیابی به الزامات استانداردهای ملی و بین‌المللی شده‌اند.

در نتیجه، امکان تولید عایق‌های رطوبتی قیری پیش‌ساخته با استفاده از تجهیزات حفاظتی آلوده به ویروس کرونا فراهم شده و علاوه بر جلوگیری از دفن یا سوزاندن این پسماندها، از انتشار ناخواسته میکروالیاف و نانوالیاف در محیط زیست نیز جلوگیری می‌شود.

فرآیند ضدعفونی و آماده‌سازی تجهیزات حفاظتی

پس از جمع‌آوری و انتقال تجهیزات حفاظتی به محل بازیافت، کم‌هزینه‌ترین روش ضدعفونی، نگهداری آن‌ها در فضای سرپوشیده به مدت ۱۵ تا ۲۵ روز است. با این حال، پیشنهاد می‌شود مدت زمان دقیق این فرآیند با هماهنگی مراکز بهداشتی هر منطقه تعیین شود؛ زیرا شناخت رفتار ویروس کرونا همچنان در حال تکمیل است.

در شرایطی که امکان دپوی تجهیزات وجود نداشته باشد، می‌توان از روش‌های ضدعفونی مورد تأیید مانند:

• اشعه

• حرارت

استفاده کرد، هرچند این روش‌ها هزینه بیشتری داشته و ریسک بالاتری نیز دارند.

هدف اصلی تمامی این روش‌ها، اطمینان از نابودی کامل ویروس است. پس از ضدعفونی، تجهیزات حفاظتی به قیر مذاب در حال اختلاط افزوده می‌شوند. پلیمرهای مورد استفاده در تولید این تجهیزات، عمدتاً پلی‌پروپیلن در گریدهای 564S ،565S و R55 هستند که در خانواده ترموپلاستیک‌ها قرار می‌گیرند و در کنار آن‌ها افزودنی‌هایی مانند روان‌کننده‌ها و پایدارکننده‌ها نیز استفاده می‌شود.

فرآیند اختلاط پلیمرهای بازیافتی با قیر

برای افزودن پلیمرهای ترموپلاستیک حاصل از تجهیزات حفاظتی به قیر، استفاده از میکسرهای عمودی یا افقی مجهز به سیستم حرارتی مستقیم یا غیرمستقیم ضروری است. این تجهیزات امکان ذوب پلیمر، اختلاط یکنواخت با قیر و تولید قیر پلیمری پلاستومری را فراهم می‌کنند.

یکی از مزایای روش ارائه‌شده در این پژوهش آن است که تجهیزات حفاظتی جمع‌آوری‌شده، پس از طی فرآیند ضدعفونی، بدون نیاز به آسیاب کردن، جداسازی سیم یا جدا کردن کش ماسک و تنها بر اساس درصد تعیین‌شده در فرمولاسیون، مستقیماً به دیگ پخت اضافه می‌شوند.

دمای فرآیند، مدت زمان اختلاط، سرعت چرخش میکسر و درصد مصرف مواد، متناسب با نوع محصول نهایی تعیین می‌شود. پس از تکمیل فرآیند اختلاط و افزودن سایر مواد اصلاح‌کننده، مخلوط از فیلتر عبور داده می‌شود تا مواد حل‌نشده حذف شده و قیر پلیمری آماده ورود به مرحله تولید شود.

فرمولاسیون پیشنهادی برای تولید عایق رطوبتی قیری

برای تولید عایق‌های رطوبتی پیش‌ساخته مطابق استاندارد BS EN 13707 و INSO 3885، لازم است ترکیب قیری دارای نقطه نرمی در محدوده ۱۲۰ تا ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد باشد.

در روش متداول، حدود ۷ تا ۱۲ درصد پلیمر ترموپلاستیک به قیر پایه افزوده می‌شود. در این پژوهش، این مقدار از طریق تجهیزات حفاظتی مصرف‌شده مرتبط با ویروس کرونا تأمین شده است.

به‌منظور ایجاد اختلاط یکنواخت، افزایش انعطاف‌پذیری، بهبود چسبندگی و کنترل اثر افزودنی‌های موجود در پلیمر اولیه، از مواد همگن‌کننده ویژه استفاده شده است. این مواد می‌توانند از خانواده APP (Atactic Polypropylene) یا سایر همسان‌سازهای تجاری باشند.

با توجه به محدودیت تأمین APP در ایران، دو محصول داخلی شامل 201BP و 202BP شرکت سویل ابنیه جهان مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. نتایج نشان داد با افزودن ۷ تا ۱۲ درصد پلیمر ترموپلاستیک و ۱۵ درصد همگن‌کننده به قیر پایه، امکان تولید قیر پلیمری الاستومر–پلاستومر مطابق الزامات استاندارد فراهم می‌شود. پس از افزودن فیلر معدنی، این ترکیب قابلیت استفاده در تولید عایق‌های رطوبتی را خواهد داشت.

شرایط عملیاتی فرآیند تولید

بر اساس نتایج آزمایش‌های انجام‌شده، شرایط پیشنهادی برای تولید به شرح زیر است:

• حداکثر دمای اختلاط پلیمر اولیه: ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد

• دمای افزودن سایر مواد اصلاح‌کننده: ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد

• افزایش زمان فرآیند نسبت به حالت معمول: حداقل ۵ درصد

• حداکثر زمان کل فرآیند: ۶ ساعت

• سرعت چرخش میکسر عمودی: ۱۰۰ تا ۱۵۰ دور در دقیقه

• سرعت چرخش میکسر افقی پارویی: ۱۵ تا ۲۵ دور در دقیقه

این مقادیر بر اساس نتایج آزمایشگاهی پیشنهاد شده‌اند و بسته به شرایط تجهیزات هر واحد تولیدی، امکان تغییر آن‌ها وجود دارد.

اجرای آزمایش تولید نمونه

در این پژوهش، مطابق فرمول پیشنهادی، به قیر نفوذی 60/70 پالایشگاه نفت جی مقدار ۱۰ درصد وزنی ماسک سه‌لایه مصرف‌شده و ملحفه یکبارمصرف افزوده شد. پس از دو ساعت اختلاط در دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و با سرعت ۲۲ دور در دقیقه در میکسر افقی، دما به ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد کاهش یافت.

سپس ۱۵ درصد وزنی بهبوددهنده 201BP شرکت سویل ابنیه جهان در یک مرحله به مخلوط اضافه شد. در ادامه، برای تأمین خواص حجمی محصول نهایی، ۱۰ درصد وزنی فیلر معدنی تالک با مش ۳۲۵ افزوده شد و پس از انجام آزمون‌های لازم، ترکیب حاصل برای تولید عایق رطوبتی استاندارد ویژه مناطق معتدل (کلاس C) به خط تولید منتقل شد.

همین فرآیند با استفاده از بهبوددهنده 202BP نیز تکرار شد تا امکان تولید عایق رطوبتی ویژه مناطق سردسیر مورد ارزیابی قرار گیرد.

نتایج آزمایش‌ها

پس از انجام فرآیند اختلاط پلیمرهای حاصل از تجهیزات حفاظتی مصرف‌شده با قیر و افزودن بهبوددهنده‌های همگن‌کننده، نمونه‌های تولیدشده مطابق استانداردهای ملی و بین‌المللی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد استفاده از پلیمرهای بازیافتی موجود در تجهیزات حفاظتی ویروس کرونا، ضمن حفظ خواص فیزیکی و مکانیکی موردنیاز، امکان تولید عایق‌های رطوبتی استاندارد را فراهم می‌کند.

مشخصات قیر پایه مورد استفاده

در این پژوهش از قیر نفوذی 60/70 پالایشگاه نفت جی به‌عنوان قیر پایه استفاده شد. مشخصات این قیر مطابق نتایج آزمایشگاهی در جدول شماره ۱ ارائه شده است. این قیر به‌عنوان ماده اولیه اصلی در فرمولاسیون پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفت و پایه تولید قیر پلیمری اصلاح‌شده را تشکیل می‌دهد.

جدول ۱: مشخصات قیر 60/70 پالایشگاه نفت جی

مشخصات بهبوددهنده همگن و همسان‌ساز 201BP

برای تولید عایق رطوبتی ویژه مناطق معتدل، از بهبوددهنده همگن و همسان‌ساز خطی 201BP استفاده شد. مشخصات فیزیکی و مکانیکی این ماده شامل نقطه نرمی، درجه نفوذ، چگالی، نقطه اشتعال، دمای پیشنهادی کاربرد و درصد مصرف در جدول شماره ۲ ارائه شده است.

جدول ۲: مشخصات فیزیکی و مکانیکی بهبوددهنده 201BP

مشخصات عایق رطوبتی تولیدشده برای مناطق معتدل

پس از تولید نمونه آزمایشگاهی، خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی مطابق استاندارد INSO 3885 و BS EN 13707 مورد ارزیابی قرار گرفت.

پارامترهای بررسی‌شده شامل موارد زیر هستند:

• انعطاف‌پذیری در دمای پایین
• مقاومت در برابر جریان در دمای بالا
• مقاومت در برابر پیرشدگی حرارتی
• حفظ خواص کششی پس از پیرشدگی

نتایج آزمون‌ها نشان داد محصول تولیدشده تمامی الزامات استاندارد مربوط به عایق رطوبتی کلاس C ویژه مناطق معتدل را تأمین می‌کند.

جدول ۳: مشخصات فیزیکی و مکانیکی عایق رطوبتی ویژه مناطق معتدل

مشخصات بهبوددهنده همگن و همسان‌ساز 202BP

به‌منظور تولید عایق رطوبتی مناسب مناطق سردسیر، از بهبوددهنده 202BP استفاده شد. ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی این ماده شامل نقطه نرمی، درجه نفوذ، چگالی، نقطه اشتعال، دمای کاربرد و میزان مصرف پیشنهادی در جدول شماره ۴ آورده شده است.

جدول ۴: مشخصات فیزیکی و مکانیکی بهبوددهنده 202BP

مشخصات عایق رطوبتی ویژه مناطق سردسیر

نمونه تولیدشده با استفاده از بهبوددهنده 202BP نیز مطابق استانداردهای ملی و بین‌المللی مورد آزمون قرار گرفت.

مهم‌ترین ویژگی‌های ارزیابی‌شده عبارت‌اند از:

• انعطاف‌پذیری در دمای پایین
• مقاومت در برابر دمای بالا
• مقاومت در برابر پیرشدگی حرارتی
• حفظ خواص مکانیکی پس از آزمون پیرشدگی

نتایج آزمایش‌ها نشان داد این محصول نیز تمامی الزامات استاندارد مربوط به عایق‌های رطوبتی ویژه مناطق سردسیر را تأمین می‌کند.

جدول ۵: مشخصات فیزیکی و مکانیکی عایق رطوبتی ویژه مناطق سردسیر

نتیجه‌گیری

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از تجهیزات حفاظتی پلیمری مصرف‌شده مرتبط با ویروس کرونا، از جمله ماسک، گان، کلاه، شیلد و سایر تجهیزات مشابه، به‌عنوان ماده اولیه در تولید عایق رطوبتی ورقه‌ای قیری، راهکاری مؤثر برای مدیریت این پسماندها محسوب می‌شود.

در این روش، تجهیزات حفاظتی پس از طی فرآیند پیشنهادی، به جای دفن، سوزاندن یا رهاسازی در محیط زیست، وارد فرآیند اصلاح قیر شده و در نهایت امکان تولید عایق رطوبتی با کیفیت و مطابق استانداردهای ملی و بین‌المللی فراهم می‌شود.

استفاده از این فناوری علاوه بر کاهش آلودگی‌های ناشی از دفن یا سوزاندن تجهیزات حفاظتی، از تولید و انتشار میکروفایبرها و نانوفایبرهای حاصل از تجزیه این مواد نیز جلوگیری می‌کند. همچنین با بازگرداندن بخش قابل‌توجهی از این پسماندهای پلیمری به چرخه تولید، می‌توان گامی مؤثر در جهت حفظ محیط زیست و توسعه فناوری‌های بازیافت برداشت.

تشکر و قدردانی

مراحل تست مواد اولیه، انجام آزمایش‌ها، فرمول‌سازی و تولید صنعتی عایق رطوبتی ورقه‌ای پیش‌ساخته قیری مطابق استاندارد BS EN 13707 و INSO 3885 در گریدهای مناسب مناطق سردسیر و معتدل، در آزمایشگاه و سالن تولید شرکت ایزوگام آسیاگستر دلیجان انجام شده است.

منابع

منابع مقاله را دقیقاً مطابق نسخه اصلی در انتهای صفحه سایت قرار دهید؛ شامل مقاله منتشرشده در Science of the Total Environment، گزارش Daily Mail و سه مقاله فارسی منتشرشده در کنفرانس‌های علمی و پایگاه سیویلیکا.