Kompozitanyagok előállítása síküveghulladékból

Átírás

1 EGYÉB HULLADÉKOK 6.1 Kompozitanyagok előállítása síküveghulladékból Tárgyszavak: hulladékhasznosítás; kompozit; műanyag; újrahasznosítás; üveg. Bevezetés A környezetszennyezés csökkentéséhez az ipar a keletkező hulladékokból előállított kompozitanyagokkal is hozzá tud járulni. A gépkocsiszélvédők és a biztonságos épületüvegek gyártásakor a síküveg feldolgozása során egyebek közt üvegtükör-darabokból és polivinil-butirát (PVB) csíkokból álló hulladék is keletkezik. A tiszta PVB-hulladék újrahasznosítására már vannak jól ismert technológiai eljárások, de e hulladék körülbelül 5 20%-a az újrahasznosítást akadályozó szennyeződéseket is tartalmaz. A tükörgyártás során keletkező hulladék hasznosítására alkalmas módszerek hiányában (mivel a tükörüveg hulladék például nem szabványos) ez a komponens végül lerakókba kerül. Ennek a hulladéknak a részaránya egyes üzemekben elérheti a keletkezű hulladékok 10 15%-át. Tekintettel arra, hogy a síküveget feldolgozó gyárakban általában mindkét fent említett hulladékfajta keletkezik, célszerű megvizsgálni annak a lehetőségét, hogy miként lehetne ezekből az újra fel nem használható hulladékokból üvegkompozit másodtermékeket előállítani. Mivel a PVB igen jól tapad a nátronmész-szilikát üveg felületéhez, a PVB-hulladék és a hengerelt üveg együttes hasznosítására számos ígéretes lehetőség kínálkozik. A legjobb helyzetben azok az üzemek vannak, amelyekben mindkét fajta üveghulladék keletkezik, pl. rúdanyagprofilok gyártása során, amelyek mechanikai jellemzői kiválóak és stabilak, nedves közegben és változó hőmérséklet mellett is. Mivel azonban a hengerelt tükörüveg felületén előforduló fémrészecskék, valamint a felhasznált PVB-hulladék is negatív hatást gyakorolhat a hulladékból előál-

2 lított termékek felhasználása szempontjából fontos paraméterekre, az eljárás alkalmazásához speciális vizsgálatokra van szükség. Vizsgálati módszerek A kísérletek során a tükröket gyártó oroszországi Saratovsteklo Rt. hulladékát használták fel mintaként. Ennek összetétele %(m/m)-ban kifejezve a következő volt: 73,1 SiO 2 ; 1,1 Al 2 O 3 ; 8,6 CaO; 3,6 MgO és 13,6 Na 2 O. A tükörbevonatot rozsdamentes acél vákuumos porlasztásával alakították ki. A PVB-hulladékot a Monsanto B-17-es polimerfilmjéből nyerték. Az 1-es számú kísérletsorozatban a töltőanyagot úgy kapták, hogy száraz golyósmalomban (alumináttégely, amelyben timföldgolyócskák vannak) tükörüveg-hulladékot őröltek, az őrlemény finomsága elérte a 4000 ± 100 cm 2 /g-ot. Ezután az üvegőrleményt hozzáadták a 115 C-on megolvasztott PVB-hez, amihez előzetesen 0,5 %(m/m) poli(etil)-szilánt kevertek a komponensek összekeveredésének elősegítésére és a kapott anyag homogenitásának növelésére. A porított üveg és a PVB arányát 1 30 %(m/m) között változtatták. Az előállított keverékből gyorshűtéssel vékony rétegeket, illetve extrudált rudakat készítettek. Mint ismeretes, a nátronmész-szilikát üveg felületéhez adszorbeált vízpára befolyásolja a polimereknek az ilyen üvegfelülethez tapadását. Kimutatták azt is, hogy ha az üveghulladékhoz őrlése közben bizonyos szerves polimereket adagolnak, az utóbbiakból termo mechanikai úton történő roncsolás során keletkező termék elősegíti az üvegfelület tulajdonságainak módosítását. Ebből kiindulva összeállítottak egy második kísérletsorozatot is, amelyben PVB-hulladékot is tartalmazó tükörüveghulladék őrleményét szobahőmérsékleten izopropanol 15%-os oldatával elegyítettek; az üveghulladék és a PVB alkoholos oldat tömeg szerinti részaránya 0,05 volt. A várakozás szerint az így kapott porított üveg víztaszító, és a PVB-hez tapadása nő. Hogy a felületi tulajdonságok fent említett módosulását jellemezhessék, az előállított töltőanyagokat termikus analízissel (TGA/DTGA) a következő összetételű porított üvegekre vizsgálták: a) friss szárazon őrölt, b) szárazon őrölt és egy hónapig párás atmoszférában tartott, c) PVB alkoholos oldattal őrölt és egy hónapig párás atmoszférában tartott üvegpor. A kompozitanyagból előállított cikkek átlagos mechanikai szakítószilárdságát mindegyik csoportból vett 18 mintán vizsgálták. Tekintettel ar-

3 ra, hogy az előállított anyagok tulajdonságait környezeti hatások is befolyásolhatják, az 1-es és a 2-es kísérletsorozatban előállított töltőanyagok felhasználásával készült kompozitanyagokat három hónapon át 25 C-os levegőn (páratartalma 40%) tartották, majd az anyagok főbb használati paraméterei esetleges változásainak megállapítása érdekében megismételték a fent leírt mechanikai teszteket. Eredmények, értékelés Az első kísérletsorozatban különféle arányban üvegport tartalmazó kompozitok alapvető jellemzőit közvetlenül gyártásukat követően mérték (az adatokat az 1. táblázat tartalmazza). A PVB-mátrixba 1 10% porított üveget adagolva a kompozit mechanikai szilárdsága 1,6-szorosára javult, míg szakadásig mért relatív megnyúlása 1,3-szorosára csökkent. Az üvegpor arányának további növelésével az igénybevétel szempontjából fontos paraméterek romlottak. 1. táblázat A külön, szárazon őrölt üvegből extrudálással készített minták fő paraméterei Tulajdonságok Young modulus, Mpa Szakítószilárdság, Mpa Szakításig mért relatív megnyúlás, % Az üvegpor részaránya, %(m/m) ,3 2,5 2,7 2,9 4,3 3,8 2,7 2,5 2,3 6,8 5,2 7,4 7,9 11,2 8,4 8,5 7,0 5, A nedves közeg által az igénybevételi paraméterekre gyakorolt hatást az első kísérletsorozatban előállított, 1 10% porított üveget tartalmazó mintákon az 1. és a 2. ábra mutatja. A vizsgált paraméterekben csökkenés csak az első két hónap folyamán következett be, utána az értékek stabilizálódtak. Ugyanez az eredmény adódott a 2. táblázatban szereplő eredmények tekintetében is, amelyek a friss és a régi (levegő hatásának 1 hónapon át kitett) porból készült kompozitanyagok viselkedését mutatják. A tulajdonságok ilyen romlása összhangban van a

4 szakirodalom adataival, és az üveg töltőanyag felületén a kompozittermékek gyártását megelőzően lejátszódó alábbi folyamatoknak tulajdonítható: a levegőben lévő vízpára adszorpciója (kicsapódása); nátriumionok kilúgozódása, illetve az oldott CO 2 -vel reagáló nátriumionok által képzett Na 2 CO 3 és NaH-CO 3 kristályosodása. Az üveg töltőanyag felületén jelenlévő kristályok csökkentették a PVB-hez tapadást. Ugyanakkor, ha az üvegtükör-hulladékhoz őrlés közben alkoholban oldott PVB-t adnak (2. kísérletsorozat), ez fokozza az üvegpor víztaszítását és stabilizálja a kompozitanyag szerkezetét. Az 1. és a 2. ábrán jól látható, hogy az így kapott porból készült kompozitminták paraméterei javulnak, és stabilitásuk is kedvezőbb tulajdonságok igénybevétel, napok szakításig mért relatív megnyúlás szakítószilárdság Young modulus 1. ábra. A nedves közeg hatása az első (folyamatos vonalak) és második kísérletsorozatban (szaggatott vonal) előállított kompozitmintákra: szakításig mért relatív megnyúlás (%x10-1 ), szakítószilárdság (Mpa) és Young modulus (Mpa) A termikus elemzéssel (DTGA) nyert adatok szerint a régi üveg töltőanyagra az üveggolyós száraz őrléssel előállított friss üvegporhoz képest a mérési görbén C-on jelentkező további intenzív csúcsérték jellemző, amely a kémiai úton adszorbeált víz deszorpciójával áll kapcsolatban. Az izo-propanolos PVB-oldattal együtt őrölt töltőanyagnál viszont nincs ilyen maximum, és jóval kevesebb a kondenzálódott víz is. A termogrammon megjelenő további csúcsok az adott töltőanyag esetében a PVB megolvadásához és elbomlásához kapcsolhatók. Feltéte-

5 lezhető tehát, hogy a módosított felületű üvegporból előállított kompozit (2. kísérletsorozat) mechanikai sajátosságainak stabilizálódása a vízpára kisebb mértékű adszorpciójának volt tulajdonítható. 3,0 2,5 zsugorodás, % 2,0 1,5 1,0 0,5 0, igénybevétel, napok 2. ábra. A párás levegő és a víz hatása az 1. és a 2. kísérlet kapcsán készült minták sűrűségére: 1. sorozat ( ) és 2. sorozat ( ) 2. táblázat Az első kísérletsorozatban, 1 és 10% üvegport tartalmazó, közvetlenül az őrlés után előállított és levegő hatásának egy hónapon át kitett üvegporból készült kompozitminták paraméterei Tulajdonságok A felhasznált üvegpor minősége Őrlés után 1 hónappal Friss por Young modulus, Mpa 3,8 4,3 Szakítószilárdság, Mpa 8,2 11,2 Szakításig mért relatív megnyúlás (%) Tükörüveg- és PVB-hulladék megőrlésével, majd az így kapott anyag feloldásával 15%-os izopropanol oldatban PVB-hulladékból és 10 %(m/m) üveges töltőanyagból álló alapanyagot kaptak, amelyből extrudálással különböző profilú kompozitrudakat gyártottak. Az egyik oroszországi üzemben ezekből nagy szilárdságú üvegek tárolására és szállítására szolgáló alapokat állítottak elő.

6 Következtetések A síküveg feldolgozása során rendszerint keletkező hulladék poli(vinil)-butirat szalagok és tükörüveg darabok felhasználásával kedvező tulajdonságú kompozitanyagok állíthatók elő. Körülbelül 10 %(m/m) üvegport tartalmazó keverékekből igen jó és stabil mechanikai paraméterekkel jellemezhető kompozitok nyerhetők. A PVB alkoholos oldatának hozzáadásával a kompozitok nedves közegben mért paraméterei is stabilizálhatók. Összeállította: Dr. Balog Károly Gorokhovsky, A. V.: Escalante-Garcia, J. I.: Composite materials on wastes of flat glass processing. = Waste Management, 25. k. 7. sz p Hurley, J.: Glass a resource for the future. = Wastes Management, sz. p