docduroplasty-poliuretan
download 
Reklamacja Transkrypt
duroplasty-poliuretan
Tworzywa z odzysku Recykling duroplastów – tworzyw chemoutwardzalnych A jak zagospodarować zużyty poliuretan? Dotychczas zajmowaliśmy się technologiami recyklingu tworzyw termoplastycznych. Aby nie powstało wrażenie, że duroplasty nie ulegają recyklingowi należy opisać również te technologie. W tym artykule zajmiemy się poliuretanami. Jest to duża grupa różnorodnych materiałów począwszy od pianek po kleje i dlatego istnieje wiele różnych metod ich recyklingu. Jerzy Żelaziński Poliuretan jako przykład duroplastu Duroplasty to tworzywa utwardzalne, grupa tworzyw polimerowych przechodzących nieodwracalnie ze stanu plastycznego w stan utwardzony w wyniku działania podwyższonej temperatury (tworzywa termoutwardzalne), pod wpływem czynników chemicznych (tworzywa chemoutwardzalne), bądź w wyniku łącznego działania temperatury i czynników chemicznych. Typowym duroplastem, który potrafi jednak występować czasami w postaci termoplastu są poliuretany. Jest to cała gama tworzyw, które wszyscy /#. 2 .#/ znamy jako: pianki poliuretanowe miękkie (np. tapicerskie), twarde (np. pianka ociepleniowa), włókna elastyczne, detale elastomeryczne, lakiery i farby, kleje i lepiszcza. Wspólną cechą tych tak różnych, na pierwszy rzut oka tworzyw, jest ich budowa chemiczna. Poliuretany (PUR lub PU) to polimery powstające w wyniku addycyjnej polimeryzacji, wielofunkcyjnych izocyjanianów do amin i alkoholi. Cechą wyróżniającą poliuretany od innych polimerów jest występowanie w ich głównych łańcuchach ugrupowania uretanowe [-O-CO-NH-]. (/ 2n To, co powoduje, że poliuretany tak bardzo się różnią pomiędzy sobą, to różne masy podstawników R i R`, a także różne długości łańcuchów i fakt występowanie (lub nie) mostków łączących poszczególne łańcuchy (sieciowanie). Istotny jest również fakt czy układ polimeryzujący uległ spienieniu w trakcie reakcji oraz czy komórki piany są otwarte czy zamknięte. Układy poliuretanowe pozbawione mostków sieciujących są termoplastyczne. Recykling W recyklingu poliuretanów istnieje wiele różnych metod recyklingu i żadna z nich nie jest dominująca. /( ( /#. / 2 / 10 PlastNews 2’2012 .#/ ( / 2n /#. ( &ARBYILAKIERY %LASTOMERY 0IANKAELASTYCZNA 0IANKASZTYWNA +LEJEILEPISZCZE 2 N Rys. 1. Procentowy udział poszczególnych rodzajów poliuretanu Pianka poliuretanowa miękka Najpopularniejszym wyrobem poliuretanowym jest pianka elastyczna. Od niej wiec zaczniemy opis sposobów recyklingu. Stosowana przede wszystkim jako materiał tapicerski. Najprostszym sposobem na recykling takiej pianki jest zmielenie go na drobne kawałki, a następnie dodanie tego przemiału do surowców do wyrobu nowej pianki. W wyniku reakcji spieniania i sieciowania otrzymujemy tzw. układ rodzynkowy – tzn. kawałki „starej” pianki są zanurzone wewnątrz „nowej”. Należy tylko zadbać o to, aby twardość „nowej” pianki była podobna do twardości „starej” pianki. Otrzymane w ten sposób wyroby posiadają takie same własności użytkowe jak te otrzymane z oryginalnych surowców. Innym sposobem przetwórstwa odpadów z miękkiej pianki poliuretanowej jest sklejenie zmielonych kawałków za pomocą specjalnie dodanych klejów. Taki układ prasuje się pod zwiększonym ciśnieniem i podwyższonej temperaturze. W wyniku tego otrzymujemy całą gamę płyt, wyraźnie twardszych i sztywniejszych od tych otrzymanych w poprzedniej metodzie. Cza- Tworzywa z odzysku Rys. 2. Piana poliuretanowa z materiału z porecyklingowego sami jako klej stosuje się odpady tworzyw termoplastycznych. Otrzymane ta metodą płyty znajdują zastosowanie jako elementy izolacyjne, wygłuszające i antywibracyjne. Te dwie technologie to przykład na tzw. recykling materiałowy. Innym sposobem na przetworzenie odpadów jest tzw. recykling surowcowy. W wyniku tej metody z odpadu otrzymujemy surowiec do ponownej produkcji pianki. Istnieje kilka komercyjnie opracowanych technologii wykorzystujących tę metodę. W specjalnie opracowanych aparatach w podwyższonej temperaturze, przy wykorzystaniu odpowiednio dobranych chemikaliów, poddane dużym siłom ścinającym, odpad pianki zostaje poddany procesowi glikolizy (transestryfikacji). W wyniku tego pękają wiązania sieciujące, łańcuchy polimeru zaś ulęgają pocięciu na krótsze kawałki. Efektem tego procesu jest ciekły oligomer zwany jako poliol – składnik systemów pianki poliuretanowej. Można na jego bazie otrzymać piankę poliuretanową praktycznie taką samą jak oryginalna. Pianka poliuretanowa twarda Jest spotykana głównie w postaci płyt ociepleniowych stosowanych w budownictwie oraz w przemyśle chłodniczym. Jeśli odpad występuje w postaci „gołych” płyt jego dalsza przeróbka jest bardzo łatwa, Wystarczy prosty młynek, aby otrzymać przemiał o złożonym rozdrobnieniu R ys.3. Pianka poliuretanowa otrzymana metodą sklejenia zmielonych kawałków za pomocą specjalnie dodanych klejów Jeżeli zaś odpad występuje w postaci płyt warstwowych to musimy użyć specjalnego młynka, który rozdrobni nie tylko piankę poliuretanową, ale przede wszystkim blachy stalowe stanowiące okładziny tych płyt. Po rozdrobnieniu na separatorze magnetycznym rozdzielamy kawałki metalu od przemiału poliuretanowego. Tak przygotowany przemiał poliuretanowy możemy poddać recyklingowi za pomocą technologii, które zostały opisane przy okazji pianek tapicerskich. Inny sposobem zagospodarowania takiej pianki jest potraktowanie jej jako „lekkiego wypełniacza” do produkcji np.: bloczków betonowych, ceramiki poryzowanej, wylewek i tynków ciepłochronnych, płyt drewnopochodnych i wielu innych wyrobów, w których zależy nam na obniżeniu masy produktu oraz zwiększeniu jego oporu cieplnego. Elastomer poliuretanowy chemoutwardzalny W Polsce opracowano technologię recyklingu spodów obuwniczych wykonanych z elastomeru poliuretanowego. Polega ona na rozdrobnieniu odpadów na młynku aż do uzyskania przemiału o charakterze białego proszku. Zostaje on poddany rozpuszczaniu w utwardzaczach aminowych żywic epoksydowych, przeznaczonych do wylewek epoksydowych (podłogi przemysłowe). Zmodyfikowany utwardzacz, zawierający do 25% elastomeru PU, powoduje znaczny wzrost elastyczności utwardzonych wylewek epoksydowych, a także wzrost odporności na działanie alkoholu, benzyny i kwasów. Wszystkie badania wykonane były zgodnie z aktualnymi normami polskimi, wskazując na możliwość uzyskania tańszych materiałów do podłóg przemysłowych (15-20% odpadów). Inną technologia, dzięki której możemy przeprowadzić recykling poliuretanu jest kontrolowana degradacja na wytłaczarce. Zmielone odpady poliuretanowe wraz z dodatkami ułatwiającymi glikolizę w ściśle określonej temperaturze zostają poddane dużym siłom ścinającym na specjalnie przystosowanej wytłaczarce. W wyniku tego pro- 7ODA CIEPOWNICZA GORCA cesu otrzymujemy elastomer poliuretanowy o charakterze termoplastycznym w postaci granulatu. Dalsze wykorzystanie tak przygotowanego granulatu polega na przetworzeniu go na wtryskarce lub wytłaczarce do postaci handlowej. Parametry użytkowe elastomeru mogą się trochę różnić od oryginalnych tworzyw należy, więc rozważyć konieczność wzbogacania wsadu na wtryskarkę dodatkiem tworzywa pierwotnego. Taką technologia można przetwarzać nie tylko odpadowe detale elastomeryczne, ale także odpadową piankę poliuretanowa twardą i miękką. Elastomer poliuretanowy termoplastyczny Materiał termoplastyczny poddaje się recyklingowi w taki sam sposób jak każde inne tworzywo termoplastyczne (PP, PE, PS, ABS, itd.), czyli produkuje się regranulat przeznaczony do dalszego przetwórstwa. Farby i lakiery oraz kleje i lepiszcza Materiały powłokowe oraz klejące powstałe na bazie poliuretanowej poddaje się recyklingowi w sposób typowy do recyklingu farb: Poprzez destylacje odzyskuje się rozpuszczalnik zawarty w tych materiałach, a stanowiący czasami więk- 'AZSYNTEZOWY KG #HODZENIE IOCZYSZCZANIE GAZUSYNTEZOWEGO # /DPADY KG 3IARKAKG /DPADY 7ODAKG # 0RASA # # :GNIATANIE :GAZOWANIE 0IROLIZA /CZYSZCZANIE WODY 3ÏL.A4KG 7ODOROTLENKIMETALIKG # 'RANULAT METALICZNY KG 4LEN KG 4LEN 7ODA CIEPOWNICZA CHODNA 'RANULAT BAZALTOWYKG R ys. 4. Schemat recyklingu energetycznego PlastNews 2’2012 11 Tworzywa z odzysku szość masy takiego materiału. Pozostałość po destylacji przeznacza się do utylizacji lub recyklingu energetycznego. Recykling energetyczny Najprostsza metoda odzyskania ciepła zawartego w tworzywach sztucznych jest ich spalenie w hutniczych wielkich piecach oraz w obrotowych piecach w cementowniach. Występują tam urządzenia oczyszczające gazy spalinowe i dlatego nie zachodzi potrzeba ponoszenia znacznych nakładów inwestycyjnych. Oprócz prostych technologii spalania z odzyskiem ciepła w instalacja wyposażonych w urządzenia oczyszczające gazy spalinowe, istnieją bardziej wyrafinowane technologie, gdzie oprócz ciepła produkowane są również surowce do dalszych syntez. W wyniku przeprowadzenia procesu otrzymujemy ciepło użytkowe do wykorzystania np. w celach komunalnych, ale przede wszystkim duże ilości gazu syntezowego. Gaz syntezowy jest mieszaniną: wodoru, tlenku węgla, azotu, metanu, etanu i innych gazów palnych. Może być wykorzystywany jako gaz palny do otrzymania ciepła w innym miejscu i czasie lub też, co sugeruje nazwa do syntezy innych związków chemicznych. Warto tu wspomnieć o słynnej syntezie Fischera-Tropscha, czyli reakcji pozwalającej uzyskać z gazu syntezowego węglowodory ciekłe – benzynę. Jak widzimy na podstawie tych kilku przykładów zakres technologii recyklingowych wykorzystywanych w celu zagospodarowania odpadów poliuretanowych jest bardzo szeroki. Możemy zaobserwować tu wszystkie typy recyklingu: funkcjonalny, materiałowy, surowcowy, energetyczny. A w następnym odcinku opiszemy technologie recyklingu „miękkiego” duroplastu: gumy. 12 PlastNews 2’2012
