Új módszer műanyag- és gumihulladékok újrafeldolgozására

Átírás

1 MÛANYAG- ÉS GUMIHULLADÉKOK 5.2 Új módszer műanyag- és gumihulladékok újrafeldolgozására Tárgyszavak: granulátum; PET; izocianát; poliuretán; etilén/vinil-acetát. Új kötőanyag-felhordási technológia A PU- (poliuretán), EVA- (etilén/vinil-acetát), gumi- és egyéb hulladékok újrafeldolgozásának egyik lehetősége az, hogy az anyagokat granulálják, majd kötő- vagy ragasztóanyagokkal rögzítik. A TecMac SRL cég Ecobelt néven szabadalmaztatott egy új módszert, amellyel a kötőanyagot a korábbiaknál hatékonyabban lehet eloszlatni a granulátumon. A rendszer a granulátumok egymáshoz képest végzett mozgására épül. A granulátumoknak két, eltérő sebességgel mozgó szalag között kell áthaladniuk, aminek hatására a granulátumok tengelyük körül forognak. A kötőanyagot az egyik, a vizet a másik szalagon oszlatják el. A vízhez adalékokat is tehetnek, amelyek csökkentik a térhálósodás idejét, és így gyorsítják a termelést. A rendszer lehetővé teszi, hogy a jobb eloszlatás következtében a kötőanyag mennyiségét erősen lecsökkentsék. A hagyományos eljárás és annak problémái Eddig a polimerhulladékot granulálták, majd egy nagy, betonkeverőhöz hasonló dobba juttatták. Ezután a dobot lezárták, és a kötőanyagot fúvókákon keresztül beporlasztották. Így azonban nem borítható be egyenletesen minden részecske kötőanyaggal. Ennél az eljárásnál a dobot forgatni kell, hogy a már beborított granulátumok a kötőanyag egy részét átadják a még száraz granulátumoknak. Ezután a beborított granulátumokat egy formába öntik, és kézi úton eloszlatják, hogy elkerüljék a sűrűségingadozást a termékben, és egyenletesebb felületminőséget alakítsanak ki. Ezután az anyagot sajtolják. A létrejövő tömb sűrűsége a

2 granulátum mennyiségétől, minőségétől és sűrűségétől, valamint a présnyomástól függ. Ez után gőzt vezetnek a formába, hogy elegendő vízmennyiség álljon rendelkezésre a kötőanyaggal történő reakcióhoz. A hagyományos eljárás problémáit mindenki ismeri, aki már dolgozott vele. A beporlasztott kötőanyag egy része egyáltalán nem jut el a granulátumokhoz, hanem a dob és a keverőlapát holttereiben megtapad. Ezek a lerakódások napról napra növekszenek, és szabályos időközönként el kell őket távolítani. A lerakódások olyan kemények, hogy eltávolításukhoz kalapácsot és vésőt, nagy keverő esetében pedig csákányt kell használni. Az így kialakuló veszteségek viszonylag nagyok, mert a termelést le kell állítani, és az izocianáthulladéktól csak drágán lehet megszabadulni. A fúvókákat a kristályosodó kötőanyag gyakran teljesen vagy részben eltömi. Ez egyenetlen kötőanyag-eloszláshoz, és ezzel gyengébb, inhomogén termékhez vezet, amit a hosszabb keverési idővel csak részben lehet kompenzálni. A granulálás során a granulátumok egy része erősen feltöltődik statikus elektromossággal, aminek eredményeként kemény agglomerátumok képződnek. Ezek a csomók a keverés során nem törnek szét, ezért az agglomerátum belsejében levő granulátumokat nem borítja be a kötőanyag, így inhomogén, üregeket tartalmazó végterméket kapnak. Az új eljárás Az új módszer lényege az, hogy a granulátumszemcséket egyenként forgó mozgásra kényszeríti azzal, hogy a granulátumok két, különböző sebességgel mozgó szalag között haladnak. A forgás annál intenzívebb, minél nagyobb a sebességkülönbség. A készülék működési elvét az 1. ábra mutatja. Egyik szalagra juttatják a kötőanyagot, a másikra a vizet, adott esetben katalizátorokkal együtt. A granulátumok forgása következtében a felületek jobban nedvesednek. A szakaszos eljárásnál a beborított granulátumok a formába, a folyamatos eljárásnál pedig egy továbbító szalagra kerülnek. Különböző kötőanyagokat használhatnak: poliuretánokat, poliuretánprepolimereket, MDI-alapúakat vagy latexeket. A kötőanyagot és a vizet nagy pontosságú szivattyúkkal adagolják, hogy a kémiai reakció által megkövetelt, pontos arányban keveredjenek össze. A folyamat összes, egymással összefüggő paraméterét elektronikus berendezések vezérlik, ezért ha a szalag szállítási sebességét megnövelik, az összes többi paraméter ehhez igazodik (pl. a szivattyúteljesítmény arányosan megnő stb.). A szállítószalagok közti távolság beállításával különböző méretű

3 granulátumok dolgozhatók fel. Néha érdemes különböző méretű granulátumokkal dolgozni olyan módon, hogy a kisebb granulátumok kitöltsék a nagyobbak közti hézagokat. Fontos, hogy az eljárás segítségével különböző anyagi minőségű granulátumok (pl. poliuretánhab, gumi, polisztirolpelyhek) egyidejűleg feldolgozhatók. hulladék A komponens (pl. izocianát prepolimer) B komponens (pl. víz) V 1 V 2 V 1 V 2 1. ábra Az Ecobelt-berendezés működési elve Az új eljárás előnyei Az eljárás legnagyobb előnye, hogy minden granulátumszemcsét egyedileg, közvetlenül kezelnek, nem részben indirekt módon, mint a hagyományos eljárásnál. Ezzel nő a nedvesítés hatásfoka és csökken a kötőanyag-veszteség. Egy homogén minőségű termék előállításához 30 50%-kal kevesebb kötőanyag is elegendő. Az agglomeráció elkerülésével elérhető, hogy nem keletkezik üregeket és egyéb mechanikai hibákat tartalmazó termék. Ezzel a módszerrel folyamatos termelés is megoldható. A gyártósor hossza jelentősen lerövidíthető, mert kevesebb katalizátorra van szükség és rövidebb a térhálósodási idő is.

4 Folyamatos technológiánál alkalmazhatnak pl. két szalagot, amelyek között a nedvesítést és a préselést is elvégezhetik, a folyamatosan keletkező terméket pedig pl. felcsévélhetik. A szakaszos megoldásnál pl. egy forgóasztalos rendszer formáit tölthetik meg egymás után. A rendszer másik nagy előnye, hogy nincsenek holtterek és így nincs kötőanyag-felhalmozódás sem, ezért nincs leállási idő a tisztítás miatt. Mivel a vizet magára a szalagra juttatják rá, nincs szükség befecskendezésre, és a vízben levő katalizátor mennyiségével a térhálósodási idő is kényelmesen beállítható. A folyamat és a termékek főbb műszaki paraméterei A termék tulajdonságai nagymértékben függnek a granulátumok méretétől. A legjobb eredményeket viszonylag kisebb (2 3 mm-es) granulátumokkal érhetik el. A kisebb szemcseméret azonban nagyobb fajlagos felületet, ezért nagyobb kötőanyag-felhasználást jelent. Jó kompromisszumot jelent, ha valamivel nagyobb granulátumokat (8 10 mm) alkalmaznak, amelyek hézagait kisebb szemcsékkel töltik ki. A termék mechanikai tulajdonságait és sűrűségét leginkább befolyásoló tényező a nyomás. Azonos szemcseméret és azonos mennyiségű kötőanyag esetében minél nagyobb a nyomás, annál nagyobb az érintkező felület, ezért az adhézió nő az alkalmazott nyomással. Az ipari megvalósításnál a nyomás 0,2 és 1,5 bar között változik. A nagyobb nyomásértékeket a szakaszos eljárásnál lehet megvalósítani. A folyamatos eljárásnál jóval nagyobb beruházási költségre kell számítani, amit az eredmény nem mindig indokol. Eddig a legszívesebben alkalmazott kötőanyagok az izocianátok voltak. Az izocianátok vízzel reagálva első lépésben karbaminsavat képeznek, amely hő hatásra elbomlik, széndioxid és amin keletkezik, az amin pedig a maradék izocianáttal elreagálva polikarbamidot képez. Leggyakrabban MDI-t (difenil-metán-diizocianátot) használnak, de népszerűek a poliolok és diizocianátok reakciójával előállított prepolimerek is. Az izocianát végcsoportot tartalmazó poliolok kevésbé toxikusak, mint az izocianátok, és a poliol megfelelő megválasztásával a végtermék mechanikai tulajdonságai beállíthatók. Próbálkoztak latex kötőanyagokkal is, de nem lehetett velük olyan jó eredményeket elérni, mint az izocianátokkal. Ami a kötőanyag mennyiségét illeti, az leginkább a granulátumok méretétől és anyagi minőségétől, valamint az alkalmazott nyomástól függ. A hagyományos eljárásnál a kötőanyag mennyisége 8

5 15% (egyes esetekben 20%). Az új eljárásnál a kötőanyag-szükséglet akár 50%-kal is csökkenthető. Az 1. táblázatban a termékek jellemző összetétele és tipikus tulajdonságtartománya látható. Az új módszerrel tehát a hagyományosnál gyorsabban, megbízhatóbban és olcsóbban állíthatók elő a korábbinál kedvezőbb tulajdonságú, reciklált termékek. 1. táblázat A reciklált műanyag és gumigranulátumokból előállított termékek összetétele és főbb mechanikai tulajdonságai. Keverék Gumigranulátum 1,5 bar nyomás átmérő átlag 3 mm 100 tömegrész Prepolimer MDI alapú 12 tömegrész Víz Jellemzők Sűrűség (kg/m 3 ) Tépőszilárdság (ISO 53515, n/mm) 3,85 5,15 Szakítószilárdság (ISO 1798, kpa) Szakadási nyúlás (ISO 1798, %) tömegész Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes Monchier, M.: Recyclieren von granulierten PU, EVA und sonstigen Polymerabfällen. = GAK Gummi, Fasern Kunststoffe, 56. k. 9. sz p Hulme, A. J.; Goodhead, T. C.: Cost effective reprocessing of polyurethane by hot compression moulding. = Journal of Materials Processing Technology, 139. k sz aug. p Romero-Sánchez, M. D. M.; Pastor-Blas, M.; Martín-Martínez, J. M.: Treatment of a styrene-butadiene-styrene rubber with corona discharge to improve the adhesion to polyurethane adhesive. = International Journal of Adhesion and Adhesives, 23. k. 1. sz p