انتخاب فرمولاسیون مناسب و تهیه ژئوممبران ها برای حوضچه های آب شور به منظور افزایش طول عمر آن ها ( مرتبط با کارخانه پتاس خور و بیابانک)

STUDENT

DEGREE

YEAR

Geomembranes are impermeable sheets for float such as liquid and gas. One of the most applications of geomembranes is in brine pond for mining potassium and lithium from deserts. But because of the weather of deserts geomembranes has pure oxidation resistance and environmental stress crack resistance. In this research is tried to improve these resistances. So some mechanical properties, such as oxidative induction time behavior (OIT) and environmental stress crack resistance (ESCR) of medium density polyethylene/linear low density polyethylene blend after reinforcing it with nano clay were investigated. In doing so a compound, MDPE was mixed with 30% LLDPE and three different phr of nano clay is added and this compound is blend with internal mixer and then by pressure molding sheet with 1.5 millimeter is produced. So mechanical properties such as tensile properties, tear resistance, OIT and ESCR was studied. Tear test results showed that by adding nano clay tear resistance is decreased but with this reduction tear resistance is not under the universal standard tear resistance for HDPE geomembranes (GRI GM-13). Samples with‌ 1, 2 and 3 phr nano clay has 321,314 and 311 Newton tear resistance, subsequently. While in GRI GM-13, tear resistance for HDPE geomembranes with 1.5 millimeter is 187 Newton. Tensile test results showed by adding nano clay yield elongation and break elongation are decreased, but this reduction is not enough that these properties are under the GRI GM-13. For example yield elongation and break elongation of sample with 3 phr nano clay are 19 and 847%, subsequently. While these minimum values in GRI GM-13 are 12% and 700%. Tensile strength at yield and tensile strength at break of samples by adding 1 and 2phr nano clay are increased. But by adding 3 phr nano clay tensile strength at yield of sample becomes lower than other samples. Tensile strength at break of sample with 3 phr nano clay is lower than other samples too. But these values are not lower than values in GRI GM-13, i.e. 22 kilo Newton/meter and 40 kilo Newton/meter. Oxidation induction time (OIT) of geomembranes by adding nano clay is obviously increased. For example OIT of sample with 1 phr nano clay is about 2.5 times more than OIT of sample without nano clay. Environmental stress crack resistance test showed that by adding nano clay resistance of geomembranes for producing crack is obviously increased. ESCR of sample with 1 phr nano clay was about 2 times more than ESCR of sample without nano clay, and ESCR of sample with 2 phr nano clay was about 2.5 times more than ESCR of sample with 1 phr nano clay. In this way it can be concluded adding nano clay in geomembranes formulation has positive effect in oxidation induction time and environmental stress crack resistance of geomembranes. By adding nano clay in polyethylene geomembranes if some properties of geomembranes a little decreased but also OIT and ESCR of geomembranes are increased, that this increasing of values make this geomembranes suitable for brine ponds. Keywords : Geomembrane, polyethylene, nano clay, OIT, ESCR

ژئوممبران‌ها، ورق‌های نفوذ ناپذیری هستند که به عنوان عایق سیالات استفاده می‌شوند. یکی از مهمترین کاربردهای ژئوممبران‌ها، در حوضچه‌های آب شور موجود در بیابان‌ها به منظور استحصال مواد معدنی از جمله پتاسیم و لیتیوم می‌باشد. اما این ژئوممبران‌ها با توجه به آب و هوای خشن بیابان‌ها مقاومت کمی در برابر اکسیداسیون و همچنین ترک خوردن ناشی از تنش های محیطی دارند. در این پژوهش سعی شده است این خواص یعنی مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌های محیطی بهینه شود. در این پژوهش به بررسی بعضی خواص مکانیکی، عملکرد اکسیداسیون و مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌های محیطی پلی‌اتیلن با دانسیته‌ی متوسط پس از افزودن نانو رس به منظور استفاده به عنوان ژئوممبران پرداخته شده است. بدین منظور phr 70 پلی‌اتیلن با دانسیته‌ی متوسط با phr30 پلی‌اتیلن خطی سبک، افزودنی‌هایی مثل آنتی‌اکسیدانت، پایدارکننده‌های نوری و حرارتی و دوده‌ی N330 و سه phr متفاوت از نانو رس یعنی 1 و 2 و hr3 به صورت دستی و سپس توسط مخلوط کن داخلی با یکدیگر مخلوط شدند .این آمیزه توسط قالب‌گیری فشاری به صورت ورق‌هایی به ضخامت 5/1 میلیمتر درآمدند. سپس خواص پارگی، کششی، زمان القاء اکسیداسیون، مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش‌های محیطی نمونه‌ها اندازه‌گیری شد. نتایج آزمون پارگی نشان داد که بر اثر افزودن نانورس به فرمولاسیون، مقاومت پارگی ژئوممبران کاهش می‌یابد اما این کاهش مقاومت به حدی نیست که از استاندارد جهانی مقاومت پارگی ژئوممبران‌ها کمتر باشد. نمونه‌های حاوی 1،2 و hr3 نانورس به ترتیب دارای مقاومت پارگی 321، 314 و 311 نیوتن هستند در حالیکه استاندارد جهانی برای ژئوممبران پلی‌اتیلن سنگین با ضخامت 5/1 میلیمتر حداقل 187 نیوتن است. آزمون کششی نمونه‌ها نشان داد که ازدیاد طول در نقاط تسلیم و پارگی ژئوممبران با افزایش نانو رس کاهش می یابد. اما این کاهش به مقداری نیست که از استاندارد جهانی ژئوممبران‌های پلی‌اتیلن سنگین کمتر شود. در نمونه‌ها‌ی حاوی phr 3 نانورس ازدیاد طول در نقطه‌ی تسلیم و پارگی 19 و 847% بود در حالیکه استاندارد جهانی برای این خواص به ترتیب حداقل 12 و 700% است. تنش در نقاط پارگی و تسلیم با افزایش 1و hr2 نانو رس روندی صعودی دارد اما با افزودنphr 3 نانو رس تنش در نقطه‌ی تسلیم از نمونه‌های حاوی 1 و 2 phr نانو رس و نمونه‌ی فاقد نانورس کمتر می‌شود. همچنین تنش در نقطه‌ی پارگی نمونه‌ی حاوی phr 3 نانو‌رس از نمونه‌های حاوی 0 و 1 و phr 2 نانو‌ رس کمتر می‌شود. اما این مقدار تنش در نقطه‌ی تسلیم از حد مجاز برای ژئوممبران‌های پلی‌اتیلن سنگین یعنی 22 کیلونیوتن بر متر بیشتر است. با افزودن نانو رس به فرمولاسیون ژئوممبران زمان القاء اکسیداسیون به طرز چشم‌گیری افزایش می‌یابد؛ به طوری که این زمان در نمونه‌ی حاوی phr 1 نانو رس تقریباً 5/2 برابر بیشتر از زمان القاء اکسیداسیون در نمونه‌ی فاقد نانورس است. آزمون مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌های محیطی نشان داد که با افزایش نانو رس به ترکیب ژئوممبران از 1 تا phr 3 مقاومت ژئوممبران افزایش می‌یابد، به‌طوریکه نمونه‌ی حاوی hr1 نانورس نسبت به نمونه‌ی فاقد نانو رس بیش از 2 برابر و نمونه‌ی حاویphr 2 نانورس نسبت به نمونه‌ی حاوی phr 1 نانو رس بیش از 5/2 برابر افزایش مقاومت در برابر ترک خوردن ناشی از تنش‌های محیطی داشته‌است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که افزودن نانورس تأثیر مثبتی روی مقاومت اکسیداسیونی و مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌های محیطی دارد. از این رو چنین برداشت می‌شود که هرچند برخی خواص ژئوممبران با افزودن نانورس به مقدار قابل اغماضی کاهش می‌یابد اما مقاومت اکسیداسیونی و مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌های محیطی که مهمترین خواص برای ژئوممبران مورد استفاده در حوضچه‌های آب شور است به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. واژه های کلیدی : ژئوممبران، پلی‌اتیلن،نانو رس، مقاومت در برابر ترک خوردگی، زمان القاء اکسیداسیون