docRozpuszczalnik jest dobry na wszystko?
download 
Reklamacja Transkrypt
Rozpuszczalnik jest dobry na wszystko?
Tworzywa z odzysku Rozpuszczalnik jest dobry na wszystko? W poprzednim artykule pokazaliśmy, że nie wszystko da się zmieszać. Tkanina poliestrowa laminowana polichlorkiem winylu okazała się zbyt trudna do zmieszania w jakiś sensowny miks o interesujących cechach. Łatwiej było rozdzielić obydwa składniki poprzez zastosowanie selektywnego rozpuszczalnika. W tym artykule pokażemy, że metoda selektywnego rozpuszczania jest wręcz stworzona do recyklingu styropianu oraz że dzięki niej można otrzymać inne produkty handlowe niż pierwotny polistyren. Jerzy Żelaziński S tyropian jest pierwszą na świecie masowo produkowaną pianką izolacyjną. Jego historie można zacząć od roku 1930, kiedy to naukowcy z firmy Badische Anilin & Soda-Fabrik (BASF) opracowali metodę przemysłowej produkcji polistyrenu. Styropian został wynaleziony przez firmę BASF w roku 1950 i wprowadzony na rynek pod nazwą „styropor”. Nazwa polska opracowana została jako tłumaczenie nazwy amerykańskiej firma DOW: „styrofoam” na polski: „styropian(ka)”. Od tego momentu zyskał sobie miano jednego z najbardziej praktycznych i pożądanych materiałów termoizolacyjnych znajdując zastosowanie praktycznie w każdym obszarze ludzkiej działalności. Rodzaje styropianu i jego odpadów Styropian jako materiał jest bardzo popularny, najczęściej znajduje zastosowanie w budownictwie i w opakowaniach. Ponieważ jest bardzo lekki i bywa często porywany przez wiatr, więc „złą sławą” dorów12 PlastNews 10’2011 nuje innemu odpadowi: torebce foliowej. Aby podjąć się recykling tego materiału musimy znać jego skład, a właściwie skład odpadów styropianowych. Jak zauważyliśmy wcześniej, istnieją dwa rodzaje styropianu: opakowaniowy i budowlany. Czym różnią się między sobą te dwie odmiany? Różnice są dwie: 1. Styropian budowlany zawiera w swoim składzie uniepalniacz, a styropian opakowaniowy nie. 2. Styropian budowlany często jest zanieczyszczony resztkami zapraw mineralnych lub pianką poliuretanową. Styropian opakowaniowy może być zmieszany z folią polietylenową. Te dwie różnice w składzie odpadów styropianowych powodują, że recyklingowi poddawane są prawie wyłącznie odpady opakowaniowe Klasyczny zestaw urządzeń: kompaktor – zagęszczarka – wytłaczarka, jest w stanie przetworzyć styropian z niewielkimi zanieczyszczeniami polietylenu czy polipropylenu, ale nie poradzi sobie z odpadami budowlanymi. Styropian budowlany (odpady) składa się z następujących składników: Powietrze – jest najważniejszym składnikiem styropianu (ok. 98% objętości). Duży udział powietrza w odpadzie przeszkadza w recyklingu. Powoduje, że transport takiego odpadu na znaczne odległości staje się nieopłacalny. Wpływa również na utrudnienie przepływu ciepła w masie tworzywa w wytłaczarce lub zagęszczarce. Należy wstępnie (w miejscu powstawania odpadu) pozbawić styropian przynajmniej części powietrza np. na brykieciarce lub kompaktorze. Polistyren - drugi składnik zajmuje 2% objętości i 99% masy tego materiału. Uniepalniacz - środkiem uniepalniającym używanym przy produkcji styropianu jest heksabromocyclododekan (HBCD). Jego maksymalne stężenie w kuleczce polistyrenu do spieniania jest mniejsze niż 1% wagowy. Uniepalniacz HBCD na stałe pozostaje w styropianie, nie ulatnia się ani nie rozpuszcza w wodzie. W trakcie przetwórstwa tworzywa na wytłaczarce rozkłada się generując toksyczne dymy. Powoduje to obniżenie jakości wyrobów – kruchość i smużenie na powierzchni. Zanieczyszczenia z procesu budowlanego - a najważniejszymi są resztki zapraw budowlanych, betonów i tynków oraz pianka poliuretanowa, która jest używana jako klej do styropianu. Resztki zaprawy, tynku czy betonu wprowadzone wraz ze styropianem do wytłaczarki powodują jej przyspieszone zużycie aż do całkowitego zniszczenia. Pianka poliuretanowa dodana do styropianu powoduje zwiększoną kruchość i smużenie w wyrobie. Metoda rozpuszczalnikowa recyklingu styropianu W praktyce w dniu dzisiejszym recykling styropianu to w głównej mierze recykling „opakowaniówki”. Ale przecież istnieją na świecie spo- Tworzywa z odzysku soby pozwalające przetworzyć styropian o znacznym stopniu zanieczyszczenia. Są to technologie rozpuszczalnikowe. Pierwsze było Sony Pierwszą przemysłowa metodę recyklingu rozpuszczalnikowego styropianu opracowała 1994 roku firma Sony. Nazywała się ona Orange R-net. Jako rozpuszczalnik zastosowała ona naturalny olej ekstrahowany ze skórek owoców cytrusowych – pomarańczy, mandarynek, grejfrutów – znany pod nazwą d-limonen – produkt uboczny przy przetwórstwie cytrusów. Jego własności wyglądają następująco: gestość (20ºC) 0,844 g/cm³ lepkość (25ºC) 0,98 cP temperatura wrzenia 175÷179ºC temperatura zapłonu 48ºC temperatura samozapłonu270ºC rozpuszczalność w wodzie – nierozpuszczalny rozpuszczalność w węglowodorach – całkowicie rozpuszczalny System stworzony przez firmę polega na tym, że w punktach, gdzie przepakowuje się sprzęt AGD i RTV powstają duże ilości odpadów styropianowych. Firma dostarcza tam specjalne pojemniki napełnione 270 litrami roztworu d-limonen. Pracownicy wrzucają tam styropian do momentu aż odpady przestaną się rozpuszczać. Wtedy firma do wymienia pojemniki na nowe. Pojemniki z rozpuszczonym styropianem transportowane są do zakładu recyklingowego. W zakładzie pierwszym procesem jest wstępne podgrzanie roztworu (uzyskuje dzięki temu mniejszą lepkość). Następnie roztwór poprzez filtracje (25μm) oczyszczany jest z wszelkich zanieczyszczeń. Po czym trafia do wyparki, gdzie pod wpływem ciepła (140ºC) i próżni następuje odparowanie rozpuszczalnika. Opary rozpuszczalnika są skraplane na chłodnicy wodnej i ponownie ładowane do pojemników wysyłanych do hur- towni. Stopiony polimer poprzez pompę zębatą jest wytłaczany i granulowany. Otrzymany granulat w porównaniu z granulatem z klasycznego recyklingu posiada ładniejszą barwę, większą klarowność i lepsze parametry wytrzymałościowe – tworzywo jest dużo mniej zdegradowane. Odzysk rozpuszczalnika w jednym cyklu wynosi 99%. Ulepszenia metody Sony System powyższy doczekał się wielu modyfikacji i ulepszeń. W Europie opracowano metodę, gdzie zamiast naturalnego oleju użyto mieszaniny trzech syntetycznych estrów: adypinianu dimetylu, glutaranu dimetylu i bursztynianu dimetylu. Mieszanina ta rozpuszcza styropian równi dobrze jak d-limonen, ale w odróżnieniu od niego częściowo rozpuszcza się w wodzie. Dzięki temu proces recyklingu wygląda nieco inaczej: roztwór polistyrenu po oczyszczeniu mieszany jest z wodą i dość mocno schłodzony. Następuje wytrącenie zawiesiny tworzywa, która jest oddzielana na wirówkach w postaci mikroproszku. Jest on suszony i granulowany lub sprzedawany w postaci proszku. Wodny roztwór estrów jest poddawany destylacji z parą wodną, gdzie odzyskuje się rozpuszczalnik. Dzięki temu proces jest mniej energochłonny i przez to tańszy. Metoda chińska W Chinach została opracowana technologia, gdzie roztwór styropianu w d-limonen zamiast do regranulacji polistyrenu jest używany do produkcji włóknin metodą elektroprzędzenia. Proces elektroprzędzenia wytwarza włókniny z długich włókien polimerowych o średnicy w zakresie od 10-500 nm i dużej powierzchni na jednostkę masy. We wcześniejszych technologiach elektroprzędzenia polistyren rozpuszczano w różnych rozpuszczalnikach, takich jak THF (tetrahydrofuran), DMF (dimetyloformamid) i DMAc (dimetyloacetamid) itp. Rozpuszczalniki te powodują jednak problemy środowiskowe (są toksyczne) i trudności w obsłudze procesu. Naturalny rozpuszczalnik, d-limonen wykorzystywany do rozpuszczania polistyrenu nie generuje takich kłopotów w procesie produkcji nanowłókien polistyrenowych. Średnice nanowłókien otrzymanych ze styropianu wahają się od 300 do 900 nm, z przeciętną około 700 nm. Metoda krajowa Na naszym krajowym podwórku technologia recyklingu styropianu za pomocą rozpuszczania opracowana została na Politechnice Warszawskiej. Jako rozpuszczal- łoża, nieprzesiąkliwość przy działaniu ciśnienia wody aż do wartości 1,2 MPa, wydłużenie względne przy rozciąganiu. Pozostałe właściwości Styrozolu również są wyższe, a zwłaszcza przepuszczalność jonów chlorkowych, zdolność klejenia, przepuszczalność pary wodnej. Dzięki temu stosując Styrozol zamiast izolacji asfaltowej, za mniejszą cenę otrzymujemy znacznie wyższą jakość. Dodatkowo w czasie rozpuszczania styropianu jako produkt uboczny otrzymuje się odzyskany uniepaniacz HBCD, który po przemyciu rozpuszczalnikiem i wysuszeniu może być sprzedany do firm produkujących styropian lub obudowy dla sprzętu elek- -IESZANINAPIANKI POLISTYRENOWEJWZBIORNIKU ZROZPUSZCZALNIKIEM 2OZDZIAPIANKI 5SUWANIEZANIECZYSZCZEÍ POLISTYRENOWEJ IDLIMONENU PRZYUYCIUFILTRA NAWYPARCEPRÏNIOWEJ 3KRAPLACZ :BIORNIK MEDIUMCIEPLNEGO $LIMONEN YWICAPOLISTYRENOWA :BIORNIK ZDLIMONEN "OJLER #IEPO 'RANULATOR :BIORNIK ZWODCHODZC Rys. 1. Schemat metody rozpuszczalnikowej nika użyto mieszaniny popularnych estrów: octanu etylu i octanu butylu. Wsadem jest styropian budowlany. Po odfiltrowaniu z roztworu zanieczyszczeń budowlanych i odwirowaniu zawiesiny uniepalniacza HBCD, dodaje się do niego dodatki poprawiające udarność i elastyczność oraz barwniki. Tak spreparowany roztwór polistyrenu trafia na rynek jako impregnat hydroizolacyjny, pod nazwą Styrozol. Porównując właściwości kilku znanych powłok izolacyjnych można stwierdzić znacznie wyższe parametry techniczne Styrozolu w stosunku do innych mas izolacyjnych, jak np. przyczepność do pod- tronicznego. Może to przynieść nam dodatkowy zysk, ponieważ ten uniepalniacz jest stosunkowo drogi. Jak widzimy dzięki recyklingowi rozpuszczalnikowemu można nie tylko uzyskać czyste tworzywo, ale też wyroby o cenie nieosiągalnej przy produkcji pierwotnej przy zachowaniu niewzruszonych parametrów wytrzymałościowych. Spowodowało to, że niektóre wyroby rynkowe (włóknina, impregnat) aktualnie produkuje się wyłącznie z odpadów. A w następnym odcinku dalej poszukamy rozpuszczalnika w recyklingu. PlastNews 10’2011 13
