Czy z trocin da się otrzymać tworzywo?
Transkrypt
Czy z trocin da się otrzymać tworzywo?
Tworzywa z odzysku Wieści z pogranicza, czyli gdzie kończy się plastik, a zaczyna drewno Cz. 3 Czy z trocin da się otrzymać tworzywo? W poprzednim artykule opisane tworzywo zrobione z mieszaniny ligniny i naturalnych żywic zwanych „płynnym drewnem”. Materiał taki to marzenie każdego ekologa: same naturalne składniki i do tego w pełni biodegradowalne. W tym artykule zostanie omówione tworzywo, a właściwie cała rodzina materiałów już nie tak „ekologicznych”, za to dużo bardziej trwałych. Chodzi o tworzywa zwane po angielsku Wood Plastics Composites (WPC). Jerzy Żelaziński Ogólnie o WPC Generalnie produkcja WPC polega na zmieszaniu włókien naturalnych z odpowiednim tworzywem termoplastycznym na specjalnie zmodyfikowanej wytłaczarce. Własności takich tworzyw zależą od: rodzaju użytych włókien, ich wielkości, rodzaju użytego tworzywa plastycznego, stopnia napełnienia tworzywa włóknem oraz rodzaju zastosowanego środka sprzęgającego (kompatybilizatora). Zamiast włókien może być stosowana również mączka celulozowa. Włókna naturalne mogą być pozyskane z różnych gatunków drewna oraz różnego rodzaju roślin włóknistych. Różne techniki pozyskiwania włókien z tego samego surowca również dają włókna o różnych wymiarach i własnościach. Tworzywa sztuczne używane do takich kom- 20 PlastNews 3’2011 pozycji to te, których temperatura uplastycznienia jest niższa niż temperatura degradacji drewna, czyli jakieś 230ºC. W praktyce większość popularnych tworzyw termoplastycznych nadaje się do tego celu (LDPE, HDPE, LLDPE, PP, PS, ABS, PVC i inne). Kompatybilizatory są ustalane z każdym razem dla nowo opracowywanej kompozycji. Stopień napełnienia, czyli procentowa zawartość celulozy w tworzywie waha się od 10% wagowo dla tworzyw nisko napełnionych do 90% wagowo dla tworzyw wysoko napełnionych. Z opisanych powyżej zmiennych wynika, że tworzyw kompozytowych w układzie celuloza drewno mogą być tysiące. Opisanie ich własności to zadanie dla opasłego tomu publikacji naukowej, a nie skromnego artykułu popularyzatorskiego. WPC z surowców odpadowych Ponieważ w tym cyklu artykułów opisywane są technologie związane z recyklingiem, dlatego publikacja ta skupi się na tych tworzywach WPC, które powstają z surowców odpadowych. Teoretycznie każda z potencjalnie możliwych kompozycji WPC może powstać z odpadów. Odpadowy surowiec roślinny staje się źródłem pozyskania włókien lub mączki celulozowej. Jako lepiszcza użyjemy tworzywa sztucznego nie oryginalnego tylko odpowiednio umytego i rozdrobnionego odpadu. Interesująca jest technologia pozwalająca na równoczesne rozwłóknianie drewna z ich mieszaniem z tworzywem sztucznym. Ale po kolei…. Produkcja WPC klasycznego a z surowców odpadowych W klasycznym przypadku produkcji tworzyw napełnianych do wytłaczarki (wskazane, żeby była dwuślimakowa) dozujemy polimer, który jest tam wstępnie uplastyczniony. Do tak przygotowanego surowca podajnik boczny dozuje odpowiednio rozdrobniony napełniacz (włókna lub proszki - organiczne, syntetyczne lub mineralne). Jeśli jest potrzeba wstępnej modyfikacji powierzchni napełniacza to robi się to wcześniej przed procesem napełniania na osobnych urządzeniach. Kompatybilizator dozuje na wytłaczarkę osobny podajnik. Czasami buduje się układ kaskadowy, gdzie napełniacz dozowany jest w dwóch porcjach: na pierwszej wytłaczarce Tworzywa z odzysku pierwsza porcja, na drugiej reszta. Pozwala to na produkcję tworzyw wysoko napełnianych. Tak wygląda klasyczna metoda produkcji WPC. W porównaniu do niej technika recyklingowa jest „postawiona na głowie”. Materiał roślinny jest tylko wstępnie rozdrobniony (zrębki, trociny, sieczka ze słomy, plewy). Miesza się go z podobnie rozdrobnionym plastikiem przed dozowaniem do maszyny przetwórczej. Odwrotnie niż metodzie klasycznej celowe jest zmieszanie niewielkiej ilości tworzywa sztucznego z dominującą porcją surowca roślinnego. Tak przygotowany wsad lepiej ulega rozwłóknieniu niż ten o dużej zawartości tworzywa. Jeśli potrzebujemy materiału o większym udziale termoplastu to „rozcieńczymy” powstały kompozyt czystym tworzywem w drugim przejściu przez maszynę. Ponieważ kompozyt zawiera dużą zawartość celulozy, więc charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem płynięcia. Aby temu zapobiec należy dodać substancje poślizgowe. Substancje te dodajemy w układzie kaskadowym na samym końcu. Maszyny stosowane w tej metodzie to specjalnie skonstruowane wytłaczarki dwuślimakowe – krótkie o dużych średnicach i specyficznej konstrukcji ślimaków (układ rozwłókniania generuje potężne siły skręcające). Mogą być też wykorzystywane specjalne mieszarko-rozwłókniarki o konstrukcji opartej na maszynach do pelletów e n e r g e t y c z ny c h . Konieczne jest wtedy dodatkowe wytłoczenie produktu przez wytłaczarkę celem ujednorodnienia tworzywa oraz odfiltrowanie na sicie fragmentów nierozwłóknionych. Gotowe tworzywo granulujemy, suszymy i wysyłamy do przetwórcy. pozycję pośrednią pomiędzy drewnem a tworzywami sztucznymi. Niewielką wadą jest konieczność wstępnego suszenia granulatu przed ostatecznym przetwórstwem. Tworzywo nie płynie pod obciążeniem tak jak typowe tworzywo sztuczne. Wiele wyrobów wykonanych jest z tworzywa spienionego, co jeszcze bardziej zbliża tworzywa WPC do naturalnego drewna. Jakie jest zastosowanie takich tworzyw? Ze względu na specyficzne właściwości granulaty WPC mają zastosowanie przede wszystkim do wyrobu wytłaczanych profili zastępujących wyroby drewniane. Są to w szczególności deski tarasowe (najbardziej rozpowszechnione), elementy balustrady, profile okienne, profile drzwiowe, parapety itd. Za pomocą wtryskarek otrzymuje się wiele detali stosowanych w przemyśle meblarskim: gałki, kółka, nóżki, uchwyty itd. Metodą wtrysku otrzymuje się również detale techniczne, takie jak pojemniki, łopatki, łożyska i wiele innych. Na postawione w tytule pytanie o naturę tworzyw otrzymywanych z włókien celulozowych i odpadowych tworzyw sztucznych możemy jednoznacznie stwierdzić, że jest to tworzywo plastyczne, a dokładniej termoplastyczne, ponieważ wytwarzane jest na wytłaczarce, a formowane na wytłaczarce lub wtryskarce, tak jak typowy „plastik”. W następnym artykule zobaczymy, że to nie surowce decydują o własnościach tworzywa, lecz sposób przetwarzania, czyli „ jak z tego samego zrobić, co innego”. Właściwości materiału Tworzywa otrzymane tą technologią charakteryzują się wysoką: twardością, udarnością, odpornością na warunki atmosferyczne. Zajmują PlastNews 3’2011 21