Műanyag keverékek ömledékállapotban történő szétválaszthatóságának vizsgálata

Átírás

1 Dobrovszky Károly 1, Szabó Diána Katalin 1, Ronkay Ferenc 1 * Műanyag keverékek ömledékállapotban történő szétválaszthatóságának vizsgálata Kutatásunk során műanyag keverékek ömledékállapotú szétválaszthatóságát elemeztük centrifugális erőtérben. A vizsgálat célja a szétválasztás hőmérséklet és a hőntartási paraméterek optimalizálása PS/HDPE és PET/HDPE keverékek szétválasztása során, amellyel az újfajta szétválasztó berendezés hatékonysága növelhető. Elemeztük a habosítás hatását a műanyagok szétválaszthatóságára; illetve bizonyítottuk, hogy az eljárással egy lépésben kettőnél több műanyag is szétválasztható egymástól, lehetőséget biztosítva a vizsgált minta összetételének nagy pontosságú becslésére. Az eljárás megfelelő lehet a műanyagok újrahasznosítására is, mivel a szétválasztás során a különböző műanyagfrakciók nagy tisztaságban nyerhetők vissza. 1. BEVEZETÉS Magyarországon a műanyagok előállítása és felhasználása az utóbbi években folyamatos emelkedést mutat ban a hazai műanyaggyártás mennyisége 10%-kal, 1478 ezer tonnára emelkedett 2012-höz képest, a műanyagokból előállított termékek mennyisége pedig 815 ezer tonna volt, ami 3,7% növekedést jelent [1]. A polimerek egyre nagyobb mértékű felhasználásával párhuzamosan a képződő műanyaghulladék mennyisége is egyre jelentősebb. A növekvő termeléssel párhuzamosan a forgalomba hozott termékek tömegének közel fele, a csomagolóipari és háztartási eszközök piacáról származó műanyag termékek pedig több mint a fele egy éven belül megjelenik a hazai hulladékáramban. A csomagolási- és lakossági hulladékban a legnagyobb mennyiségben HDPE, LDPE, PP, PS, PVC és PET műanyagok fordulnak elő, így ezek megfelelő újrahasznosításáról gondoskodni kell a társadalmi elvárások és az egyre szigorodó környezetvédelmi előírások miatt. A többször módosított 94/62/ EK irányelv [2] értelmében Magyarországon 2012 végére el kellett érni a műanyag csomagolási hulladékok legalább 22,5 tömegszázalékos újrahasznosítási arányát (teljesült, 37 m% volt a visszagyűjtési arány), amíg a 2008/98/EK irányelv [3] 2020-ra megköveteli a lakosságtól szelektíven visszagyűjtött hulladékok minimum 50 tömegszázalékos újrahasznosítási arányát. A határozatoknak köszönhetően egyre nagyobb mennyiségű hulladék kerül szelektív úton begyűjtésre, a műanyagok és a fémek elkülönített gyűjtése ma már külön hulladékgyűjtő edényben valósul meg. Igazodva a lakossági igényekhez, Budapest több kerületében már megoldott a háznál történő szelektív gyűjtés és a hulladék elszállítása [4]. A fenntartható fejlődést figyelembe véve szintén fontos a mű - anyaghulladék minél nagyobb arányú, és minél jobb minőségű újrahasznosítása, amely legkönnyebben a hulladékáramban lévő különböző műanyagtípusok nagy tisztaságú szétválasztásával lenne megvalósítható. Ahhoz, hogy az irányelvek teljesíthetők legyenek, hatékonyabb szétválasztó technológiák és módszerek szükségesek. Az iparban a sűrűségkülönbség elvén működő szétválasztási technológiák az elterjedtek, amelynek oka az egyszerű és olcsó üzemeltetés, nagy kihozatali teljesítmény mellett. Azonban problémát okoznak a habosított, adalékanyagot, vagy erősítőanyagot tartalmazó termékek, ugyanis sűrűségük megváltozhat az eredeti műanyagéhoz képest. Ugyancsak problémát okoz a szétválasztásnál a keverékkészítés, ugyanis a blend sűrűsége az alkotók arányától függően változik. Műanyagok szétválasztásához megfelelő lehet a nedves szér, ahol a szétválasztás folyadékoszlop segítségével, barázdált rázóasztalon valósul meg. Az eljárásnál viszont figyelni kell a műanyagszemcsék méretének egyenlő eloszlására [5, 6]. Ígéretes megoldás lehet a PP és HDPE szétválasztására Bakker és társai [7] által fejlesztett inverz mágneses sűrűségszeparátor (IMDS), ahol mágnesezhető ferritszemcséket használnak a szétválasztó közegben, kialakítva egy látszólagos sűrűségeloszlást a folyadékban. Azonban a kissűrűségű LDPE és PP egymástól való szétválasztása nehezen megvalósítható a sűrűségtartományok átfedése miatt. Más elrendezésű magneto-hidrosztatikus szétválasztó berendezés hatékonyságát vizsgálták a víznél nagyobb sűrűségű anyagoknál a MISKOLCI EGYETEM NYERSANYAG-ELŐ- KÉSZÍTÉSI ÉS KÖRNYEZETI ELJÁRÁSTECHNIKAI INTÉZET-ben Faitli és társai [8]. Pongstabodee és társai [9] ötlépéses szétválasztási folyamattal szemléltették, hogy a lakossági hulladékban nagy mennyiségben megtalálható műanyagok hogyan választhatók szét egymástól. A lépések során különböző kémiai adalék - anyagokat is felhasználtak (pl. PET és PVC szétválasztása során), amelyek potenciális környezetvédelmi veszélyt jelentenek, illetve szennyezi a szétválasztó közeget is. Gombkötő és Nagy [10] kutatásában taglalta, hogy sűrűségkülönbségen alapuló szétválasztási módszereknél fontos a 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp 3. *ronkay@pt.bme.hu. 1. évfolyam 5. szám, november Polimerek 155

2 szétválasztási határ helyes megválasztása, illetve a hulladék összetételének ismerete. Gazdasági tényezőket is figyelembe véve, a sűrűségkülönbségen alapuló szétválasztási technológiákkal egy lépésben általában egy szétválasztási határ valósítható meg gazdaságosan (vízben vagy víz és alkohol elegyében), így a hulladék csak részben választható szét [11]. A felmerülő problémákra megoldást jelenthet a BME POLIMER- TECHNIKA TANSZÉK-én fejlesztett polimer ömledékcentrifuga, ahol a műanyagok egymástól történő szétválasztása ömledék - állapotban valósul meg, centrifugális erőtérben. Bizonyítottuk, hogy ezzel az újfajta szétválasztási módszerrel a polimer blendek komponensei ismételten nagy tisztaságban nyerhetők vissza [12], illetve egy lépésben szétválasztható kettőnél több, egymással nem-elegyedő műanyag [13]. Jelen kutatásunkban vizsgáljuk a szétválasztási hőmérséklet és a hőntartási paraméterek hatását PET/HDPE és PS/ HDPE blendek szétválaszthatóságára vonatkoztatva, amellyel a gyártási folyamat optimálható, ezáltal az újfajta szétválasztó berendezés hatékonysága növelhető. Vizsgáljuk, hogy a habosítás milyen hatással van a műanyagok ömledékállapotú szétválaszthatóságára, illetve bemutatjuk többalkotós polimer keverék szétválaszthatóságát, amely eredményt felhasználva a vizsgált minta összetétele pontosan becsülhető, lehetőséget adva egy ismeretlen anyagáramból vett minta összetételének elemzésére. Célunk, hogy a szétválasztás során nagy tisztaságban legyenek visszanyerhetők a vizsgált műanyagok, lehetőséget adva a későbbi ismételt felhasználásukra. 2. KÍSÉRLETI RÉSZ 2.1. FELHASZNÁLT ANYAGOK A kutatás során olyan műanyagokat (HDPE, PS, PA6 és PET) vizsgáltunk, amelyek a hulladékban nagy mennyiségben fordulnak elő. A gyártás során a következő anyagokat használtuk fel az 50/50 térfogatszázalék [tf%] arányú szárazkeverékek és az előzetesen ikercsigás extruderben kompaundált blendek előállításához: a HDPE a VERSALIS S.P.A által gyártott Liten MB87 típusú (sűrűsége 0,955 g/cm 3, MFI 23 g/10 perc (190 C/2,16 kg)), a PS a POLIMERI EUROPA által gyárott Edistir N1840 típusú (sűrűsége 1,05 g/cm 3, 10 g/10 perc (200 C/5 kg)), a PET a NEOGROUP által gyártott NeoPET 80 típusú (sűrűsége 1,34 g/cm 3, kristályolvadási hőmérséklet 248 C, határviszkozitás 0,8 dl/g), a PA6 LANXESS által készített Durethan B30S típusú (sűrűsége 1,14 g/cm 3, kristályolvadási hőmérséklet 222 C) műanyag volt. A habosított PET alapanyagot a FE- GROUP INVEST ZRT. által biztosított reciklált PET granulátumokból állítottuk elő A VIZSGÁLAT BERENDEZÉSEI A feldolgozás előtt a PET-et 160 C-on, apa6-ot pedig 80 Con szárítottuk 6 órán keresztül. A műanyagok ömledékállapotban történő homogenizálása kompaundálás útján LABTECH LTE ikercsigás extruderrel zajlott. Az 50/50 tf% PET/HDPE keveréknél C, az 50/50 tf% PS/HDPE keverék esetén C volt a hőmérséklet profil az extruder zónái között, 40/min csigafordulatszám és 15/min adagolási fordulatszám mellett. Az ömledékszálak hűtése levegővel történt szállítószalagos elhordással, az így megszilárdított homogenizált extrudátumot granuláltuk. A műanyagkeverékek szétválasztása centrifugális erőtérben, a műanyagok ömledékállapotában valósult meg az 1a. áb - rán látható centrifugáló berendezéssel, a műanyagok sűrűségkülönbsége alapján. Az ömledékállapotba hozott minta szétválasztása a szétválasztó berendezés forgatásával, a fellépő centrifugális erő hatására valósul meg, amelynek nagysága az (1) összefüggéssel írható le: F cf 5 m~a cf 5 m~r~v 2 n 2 c,p 5 m~r~ a 2~p~ 60 b 5 n c,p 2 5 r a ~V a ~r~ a 2~p~ 60 b 5 ahol F cf a fellépő centrifugális erő, a cf a centripetális gyorsulás, m a vizsgált részecske tömege az ω szögsebességgel forgó rendszerben, r a részecske tömegközéppontjának a távolsága a forgástengelytől, n c,p a centrifuga fordulatszáma percenként, ρ a a szemcse sűrűsége és V a az anyag egységnyi térfogata. A szétválasztás során a fellépő centrifugális erő nagysága két paramétertől, a műanyagok sűrűségkülönbségétől és az alkalmazott fordulatszámtól függ. Ezáltal a nagy sűrűségkülönbségű műanyagok könnyebben választhatók szét, amíg kis sűrűségkülönbségek esetén nagyobb fordulatszám, vagy hosszabb forgatási idő szükséges a jó minőségű szétválasztáshoz. A műanya - gok szétválasztásának hatékonysága függ még az alkalmazott hőmérsékleti paramétertől (amely hatással van az anyagok viszkozitására), az ömledékcseppek méretétől, valamint a műanyagok között fellépő határfelületi kölcsönhatá soktól. A fejlesztett horizontális felépítésű szétválasztó centrifuga három szétválasztó rekeszből álló fő egysége a tengelyhez oldhatóan csatlakozik. A nagy, 2850±20/perc fordulatszámú forgatás hőálló csapágyakkal biztosított, amelyek csapágyháza a hegesztett kerethez rögzített. A hajtásátvitel az elektromos meghajtás és a centrifuga között alakkal záró kötéssel biztosított. A szétválasztó tartályok illeszkedései közötti tömítettséget hőálló szilikon géllel értük el. Ahhoz, hogy a szétválasztó tartályokba betáplált 50 g minta hőmérséklete állandósuljon, a forgatást meghatározott hőmérsékletű (240 C) 60 perces hőntartás előzte meg, az (1) 1. ábra. (a) A fejlesztett polimer szétválasztó berendezés, ahol a szétválasztó tartályok külső átmérője 82,5 mm; (b) a forgatás után alakrögzítéssel kialakult PS/HDPE korongminta, ahol a külső zónát a nagyobb sűrűségű PS, a belső zónát a kisebb sűrűségű HDPE alkotja 156 Polimerek 1. évfolyam 5. szám, november

3 összeszerelt berendezést a mintákkal együtt egy előhevített NABERTHERM L9/11/C6 típusú izzítókemencébe helyezve. A hőntartási idő után a műanyag komponensek szétválasztása a berendezés forgatásával (0 15 perc) valósult meg, a szétválasztási hőmérséklet fenntartása mellett. A forgatás után kialakult szétválasztott, réteges struktúra megőrzése érdekében a berendezés folyamatos forgatása mellett szobahőmérsékleten 60 C hőmérsékletig hűtöttük. Ezzel a művelettel biztosítható a szétválasztó tartályokban kialakuló korong alakú, szétvált minta alakrögzítése (1b. ábra). A korongok alakrögzítése után a minták polírozása 5 µm finomságig STRUERS LaboPol-5 berendezéssel történt. Az így előkészített, szétválasztott korongminták vizsgálata OLYMPUS BX51M optikai mikroszkóppal valósult meg. Az optikai mikroszkópos felvételekkel megállapított sikeres szétválasztás megerősítésére és a szétválasztás tisztaságának minősítésére BRUKER Tensor 27 típusú Fourier-transzmissziós infravörös spektrométert (FTIR) használtunk, a kiindulási anyagok referenciaspektrumainak és a korongokból vett minták spektrumainak összehasonlításával. A termogravimetriai vizsgálatok (TGA) TA INSTRUMENTS TGA Q5000 IR berendezésen valósult meg nitrogén atmoszférában. A vizsgált hőmérsékleti tartomány C, a minták tömege 6 10 mg volt. 3. KUTATÁSI EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK A kutatás során az alkalmazott szétválasztási hőmérséklet és forgatási idő hatását mutatuk be 50/50 tf% PET/HDPE és 50/50 tf% PS/HDPE keverékeken. Továbbá kísérletet tettünk több komponensű keverékek szétválasztására is. A szétválasztott frakciók tisztaságát FTIR méréssel igazoltuk, a degradációt pedig TGA vizsgálattal elemeztük. A szétválasztási művelet végén a korongok alakrögzítésével a fázisok szétválasztását megfelelőnek tekintettük, ha a két homogén fázis közötti átmeneti, vegyes összetételű zóna vastagsága nem haladta meg a korong teljes vastagságának 10%-át. Az alkalmazott minősítési eljárás szemléltetésére szolgál a 2. ábra, ahol két különböző szétválasztási paraméterek mellett vizsgált PS/ HDPE korong optikai mikroszkóppal készült fáziseloszlási képe látható. Amíg a 2a. ábrán látható korong szétválasztása nem megfelelő (az átmeneti zóna vastagsága nagyobb, mint 10% a korong teljes vastagságára vonatkoztatva), addig a 2b. ábrán látható korong megfelelően szétvált 20 Ckal magasabb hőmérsékleten. 2. ábra. Szétválasztás eredményességének meghatározása az átmeneti zóna vastagságából kompaundált blendnél: (a) PS/HDPE 300 C-2 perc forgatás, (b) PS/HDPE 320 C-1 perc forgatás láthatók. A 3a. ábra mutatja az 5 perces pörgetési idővel kapott szétválasztási eredményt, míg a 3b. ábra a 15 perceset. A hosszabb pörgetési idő hatására az egyes frakciók már megfelelően elválnak egymástól a forgatás során fellépő kis nyíróerők hatására. A szárazkeveréssel, illetve kompaundálás útján, ömledékállapotban homogenizált PET/ HDPE blendek szétválasztási eredménye összehasonlítható az alkalmazott szétválasztási hőmérséklet hőntartás utáni forgatási idő mátrixszal (1. táblázat). Mint látható, a PET/HDPE blendek jó minőségű szétválasztásához magasabb szétválasztási hőmérséklet, vagy hosszabb forgatási idő kellett, mint a PET/HDPE szárazkeverék esetén. Ez a jelenség feltehetően azzal magyarázható, hogy a kompaundált blendben a fázisok mérete kisebb mérettartományba esik, mint a szárazkeveréssel előállított minták, ezért az ömledékcseppek rendeződéséhez, a megfelelő szétválasztás eléréséhez a centrifugális erőtérnek hosszabb ideig kell fennállnia. A kísérletek során habosított, reciklált PET szétválaszthatóságát is vizsgáltuk. A habosítás következményeként a PET 3.1. PET/HDPE KEVERÉKEK A granulátumokból, száraz keveréssel előállított keverékek szétválasztási eredményei összehasonlíthatók az ömledékállapotban kompaundált blendek szétválaszthatóságával. Megállapítható, hogy az ömledékállapotba hozott 50/50 tf%- os PET/HDPE keverékek szétválaszthatók centrifugális erőtérben a fejlesztett eljárással. A 3. ábrán a 260 C hőmérsékleten szétválasztott korongok képei 3. ábra. 50/50 tf% PET/HDPE száraz keverék szétválasztási eredménye az alkalmazott forgatási idő függvényében 260 C-on: (a) 5 perc forgatás; (b) 15 perc forgatás; (c) habosított reciklált PET, 15 perc forgatás 1. évfolyam 5. szám, november Polimerek 157

4 1. táblázat. 50/50 tf% PET/HDPE keverékek szétválasztásához szükséges szétválasztási hőmérséklet és forgatási idő, ahol piros a nem megfelelő szétválást, a zöld a jó minőségű szétválást jelöli: (a) szárazkeveréssel előállított keverék, (b) a habosított PET-ből szárazkeveréssel készített keverék, (c) kompaundálással homogenizált keverék0 a) [min] b) [min] c) [min] eredeti sűrűsége 1 g/cm 3 alá csökkent, ezáltal a klasszikus, sűrűségkülönbségen alapuló vizes szétválasztási technológiákkal a két alkotó már nem lenne szétválasztható egymástól. A szétválasztás során szintén 50/50 tf%-os összetételi arányú száraz keveréket hoztunk létre, hogy vizsgálható legyen a habosítás hatása az újfajta szétválasztási eljárás hatékonyságára. A mérési eredmények azt mutatják, hogy a PET sűrűségének csökkentése nem befolyásolja a szétválasztás eredményességét, ugyanis a habosított PET-et tartalmazó keverék szeparálása nem igényel több pörgetési időt (3c. ábra), vagy nagyobb hőmérsékletet a megfelelő szétválás eléréséhez, mint azoknál a keverékeknél, ahol az alapanyagok sűrűségét nem változtattuk meg (1. táblázat). 2. táblázat. 50/50 tf% PS/HDPE keverékek szétválasztásához szükséges szétválasztási hőmérséklet és forgatási idő, ahol piros a nem megfelelő szétválást, a zöld a jó minőségű szétválást jelöli: (a) száraz keverék, (b) kompaundált blend a) [min] b) [min] PS/HDPE KEVERÉKEK Azonos módszerekkel vizsgáltuk a PS/ HDPE keverékek szétválaszthatóságát is a műanyagok ömledékállapotában, centrifugális erőtérben. Azt tapasztaltuk, hogy 300 C szétválasztási hőmérséklet alatt rövidebb forgatási időknél a fázisok szétválasztása még nem tökéletes, különösképpen blendeknél, ahol a külső zónában még nem alakult ki összefüggő PS fázis. Az azonos hőmérsékleten, ám megnövelt pörgetési idővel szétválasztott minta fázisai már megfelelően szeparálódtak kompaundált blendek esetén is. A kapott PS/HDPE szétválasztási eredmények trendje megegyezik a PET/HDPE keverék esetén tapasztaltakkal, a belndek sikeres szeparáláshoz ebben az esetben is nagyobb szétválasztási hőmérsékletre, vagy hosszabb forgatási időre volt szükség (2. táblázat) SZÉTVÁLASZTÁSI MINTA ÖSSZETÉTELÉNEK ELEMZÉSE A négyfázisú, HDPE/PS/PA6/PET száraz keverékek szétválasztása 320 C-on 60 perc hőntartási idő mellett valósult meg, 4. ábra. 17/25/25/33 tf% összetétel-arányú HDPE/PS/PA6/PET szárazkeverék szétválasztása amelyet 10 perc forgatási idő követett. Az optikai mikroszkópi felvételek alapján az alakrögzítés után a műanyagok sűrűségkülönbségük alapján négy különálló zónában dúsultak fel (4. ábra). Korábbi eredményeink [12, 13] alapján kijelenthető, hogy a külső zónát (4. zóna) a legnagyobb sűrűségű PET alkotja, amelyet befelé rendre a PA6 (3. zóna), a PS (2. zóna) és végül a legkisebb sűrűségű HDPE követ (1. zóna). A műanyagok nagy tisztaságú szétválasztását első lépésben FTIR spektroszkópiai vizsgálatokkal igazoltuk. A különböző zónákból mintát véve a kapott spektrumok képe összehasonlítható a vizsgálathoz felhasznált referencia alapanyagok spektrumaival, ezáltal megállapítható, hogy a korong adott zónáját melyik műanyag alkotja, illetve információ kapható a zónák homogenitásáról is. A 5a. ábra mutatja a referencia alapanya Polimerek 1. évfolyam 5. szám, november

5 5. ábra. Szétválasztott zónákban található műanyagok azonosítása FTIR vizsgálattal: (a) felhasznált alapanyagok spektruma, (b) szétvált zónából vett minta spektruma gok FTIR spektrumait, amelyeket a szétválasztás során a 3. táblázatban található összetétel-arányban adagoltuk be a szétválasztó berendezésbe. A szétválasztott korongok egyes zónáiból vett minták spektrumai a felhasznált műanyagok közül rendre csak az egyik típusú műanyaggal volt megfeleltethető, azaz a műanyagok szétválasztása nagy tisztaságban valósult meg, a kialakult különböző zónák nagy homogenitásúak, a feldúsult műanyagtípuson felül más anyag nem volt észlelhető a mérés alapján. Azonban meg kell jegyezni, hogy a szétválasztás során a PS fázisban légbuborékok jelentek meg, amelyek az 4. ábrán is láthatók a 2. zónában. A kialakult zónák vastagságából és az FTIR vizsgálattal azonosított műanyag sűrűségének ismeretében a zónákra rendeződött műanyagok tömegei számíthatók, és összehasonlítható a szétválasztó tartályba betáplált eredeti összetétellel. Az egyes rétegvastagságok mérése optikai mikroszkóp szoftveres kiértékelő programjával valósult meg, a zónák tömegeinek számítása a (2) és (3) összefüggések alapján tehető meg. V 5 1d 2 2 k 2 db2 ~p~h 4 (2) m = ρ V (3) ahol V a réteg térfogata [cm 3 ], d k és d b a réteg külső, illetve belső átmérője [cm], h a korong magassága [cm], amely 2 cm volt minden mintánál, m a réteg tömege [g], ρ az anyag sűrűsége [g/cm 3 ]. Az eredeti betáplált műanyagok tömege és összetételarányuk, illetve a minta zónáiból meghatározott tömegek és összetétel-arány a 3. táblázatban hasonlítottuk össze. Látható, hogy az eredeti összetétel nagyon jó becsléssel meghatározható a szeparálással kapott korongminta szétválasztási eredményével. A zónák vastagságából számított tömegek maximum 1 grammal tértek el az eredeti tömegektől, a számított öszszetétel-arány is nagyon jó közelítéssel, kb. 1% pontossággal adta meg az eredeti összetétel-arányt. Az eredmények azt mutatják, hogy az újfajta ömledékállapotú, centrifugális erőtérben történő szétválasztással kapott minták alkalmasak lehetnek a jövőben arra, hogy valós hulladékáramból származó minták összetétele gyorsan, nagy pontossággal becsülhető legyen. 3. táblázat. HDPE/PS/PA6/PET száraz keverék eredeti összetétele, illetve a zónák vastagságából számolt tömegek és összetétel-arány Betáplált műanyagok tömege és eredeti összetétel-arány Mintában található műanyagok számított tömege és összetétel-aránya [g] [tf%] [g] [tf%] PET 20 33,3 19,97 33,9 PA ,02 23,8 PS ,44 26,2 HDPE 10 16,7 9,50 16,1 Összesen: , TERMIKUS DEGRADÁCIÓ MEGHATÁROZÁSA A szétválasztás során, a hőntartás miatt fellépő termikus degradációt TGA vizsgálatokkal ellenőriztük. Első lépésként folyamatos 10 C/perc felfűtés mellett vizsgáltuk a minták tömegének változását a hőmérséklet függvényében, nitrogén atmoszférában. Először a PS (369 C) és a PA6 (379 C) anyagoknál jelentkezett 5 m%-nál nagyobb tömegcsökkenés a termikus degradáció hatására, amíg PET esetén ez 396 C-nál, HDPE-nél 437 C-nál volt kimutatható. Azonban a kapott hőmérsékletek rendre nagyobbak voltak, mint a szétválasztás során alkalmazott paraméterek. A termogravimetriai görbék deriváltjának maximuma további hasznos információt szolgáltat a degradációs folyamatok intenzitásáról: ez a pont PS-nél 352 C, PA6 esetén 362 C, PET-nél 373 C, HDPE-nél 410 C volt. Az eredmények azt mutatják, hogy inkább csak PS és PA6 esetében várható enyhe termikus degradáció a szétválasztás során alkalmazott 60 perces hőntartási idő alatt. TGA vizsgálatokkal azt is ellenőriztük, hogy a műanyagok 320 C-on történő 60 perces hőntartása mekkora termikus degradációt okozhat a szétválasztás során. Mivel a műanyagok zárt tartályban találhatók, így a TGA vizsgálatokat inert, nitrogén atmoszférában végeztük el állandó 320 C hőmérsékleten, 60 percen keresztül. A tartós hőterhelési ciklus során a várakozásoknak megfelelően azt tapasztaltuk, hogy 5 m%-nál 1. évfolyam 5. szám, november Polimerek 159

6 nagyobb tömegcsökkenés csak a PA6 és a PS esetén volt megfigyelhető. Egy óra elteltével a HDPE tömege kevesebb, mint 1%-ot csökkent (99,25 m%), PET-nél a termikus degradációból származó tömegcsökkenés 2% volt (98,23 m%), PA6 esetén közel 6% (93,67 m%) és PS esetén is még kevesebb, mint 10% volt a minta tömegének csökkenése (90,87 m%). Mindezek alapján kijelenthető, hogy a szétválasztás során a termikus hőbomlásból származó degradációs hatások nem olyan számottevők, amelyek ellehetetlenítenék az ömledékállapotban szétválasztott műanyagok újrahasznosítását. Azonban meg kell jegyezni, hogy a vizsgálatok során a szétválasztó berendezést, és a benne lévő műanyagokat hideg állapotban helyeztük el az izzítókemencében. Ahhoz, hogy a megadott hőmérsékletet elérjék a tartályokban lévő műanyagok, jelentős időre van szükségük a többszöri hőátadás, illetve a műanyagokat jellemző rossz hővezetésük miatt. Ezért valós szétválasztási körülmények között a termikus degradációs hatások valószínűleg kisebbek a TGA vizsgálatokkal kimutatott értékeknél. 4. ÖSSZEFOGLALÁS Jelen kutatásunkban egy újfajta műanyag szétválasztó berendezést és annak hatékonyságát mutattuk be. A vizsgálatok során arra a megállapításra jutottunk, hogy az alkalmazott szétválasztási hőmérséklet és a forgatás idő hossza jelentős hatással van a szétválasztás sikerességére. Rámutattunk arra, hogy az előzetesen, ömledékállapotban kompaundált blendek szétválasztásához mindig magasabb hőmérsékletre, vagy hoszszabb forgatási időre volt szükség PET/HDPE és PS/HDPE keveréknél is. Négykomponensű HDPE/PS/PA6/PET mintán mutattuk be, hogy az egy lépésben szétválasztott műanyagok tömege nagy pontossággal számítható az eljárás végén kapott korongmintából, a minta eredeti összetétele nagyjából 1%-os pontatlansággal volt meghatározható a számítások után. Végül TGA vizsgálatokkal bizonyítottuk, hogy a szétválasztási művelet során alkalmazott magas hőmérsékletek a műanyagokban legfeljebb 10 m%-os csökkenést okoznak, lehetővé téve az egymástól centrifugális erőtérben, ömledékállapotban szétválasztott műanyagok ismételten anyagában történő hasznosítását. [4] A évre vonatkozó Országos Gyűjtési és Hasznosítási Terv (OGyHT 15), Budapest, [5] Csőke, B.: A hulladékfeldolgozás szeparátorai. Második rész: Nedves szeparátorok, Hulladéksors, 10, (2009). [6] Carvalho, M. T.; Agante, E.; Durao, F.: Recovery of PET from packaging plastics mixtures by wet shaking table, Waste Management, 27, (2007). [7] Bakker, E. J.; Rem, P. C.; Fraunholcz, N.: Upgrading mixed polyolefin waste with magnetic density separation, Waste Management, 29, (2009). [8] Faitli, J.; Nagy, S.; Antal, G.; Csőke, B.; Lukács, P.: Laboratoryscale magnetohydrostatic separator for high resolution density analysis of plastic and other wastes, In: XXV International Mineral Processing Congress: Smarter Processing for the Future, Brisbane, 2010, pp [9] Pongstabodee, S.; Kunachitpimol, N.; Damronglerd, S.: Combination of threestage sink float method and selective flotation technique for separation of mixed post-consumer plastic waste, Waste Management, 28, , (2008). [10] Gombkötő, I.; Nagy, S.: Evaluation of separation processes and its practical significance, Geosciences and Engineering, 5, (2012). [11] Dobrovszky, K.; Ronkay, F.: Minőségnövelt hulladékhasznosítás kétkomponensű fröccsöntés alkalmazásával, Műanyag és Gumi, 49, (2012). [12] Dobrovszky, K.; Ronkay, F.: Alternative polymer separation technology by centrifugal force in a melted state, Waste Management, 34, (2014). [13] Dobrovszky, K.; Csergő, V.; Ronkay, F.: Alternative, new method for predicting polymer waste stream contents, Materials Science Forum, 812, (2015). Az FTIR és TGA vizsgálatok lehetőségének megteremtésért köszönettel tartozunk a BME Szerves Kémia és Technológia Tanszéknek. A kutatás az Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA K ) által biztosított forrásból valósult meg. IRODALOMJEGYZÉK [1] Buzási, Lné: Műanyag-feldolgozás Magyarországon 2013-ban, Műanyag és Gumi, 51, (2014). [2] European Parliament and Council Directive 94/62/EC of 20 December 1994 on packaging and packaging waste. Official Journal of the European Union 365, (1994). [3] Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council of 19 November 2008 on waste and repealing certain Directives. Official Journal of the European Union 312, 3 30 (2008). 160 Polimerek 1. évfolyam 5. szám, november