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