MÛANYAG- ÉS GUMIHULLADÉKOK
5.2
Nagyüzemi poliuretánreciklálás Tárgyszavak: poliuretán; reciklálás; előállítás; a technológia előnyei.
Nyersanyag-takarékosság, kisebb hulladékkezelési költség A németországi Rajna-Pfalz tartományban levő Regra cég eredetileg poliuretánfeldolgozással foglalkozott. Mivel sok volt a feldolgozási maradék, a cég megpróbálkozott a hulladékok hasznosításával. A kilencvenes évek óta foglalkoznak poliuretán újrafeldolgozásával. Azzal, hogy a maradékot visszajuttatják a feldolgozási ciklusba, csökkennek a nyersanyagköltségek és a hulladékkezelés költségei is. A szolvolízisre épülő technológiát az Aaleni Szakfőiskola segítségével fejlesztették ki, a végterméke egy nagy értékű poliol (Recycpol®). Az eljárás gazdasági sikere lehetővé tette, hogy létrejöjjön a Regra Ecosystems GmbH, amelynek fő profilja a nagyüzemi poliuretánreciklálás.
A poliuretánok előállítása és alkalmazása A poliuretánokat folyékony nyersanyagokból állítják elő: poliolból (Akomponens) és izocianátból (B-komponens). A komponensek adott arányú összekeverése után a reakció spontán megindul, aminek eredményeként a polimer megkeményedik és/vagy térhálósodik. Különféle reagensek hozzáadásával sokféle PUR-hab állítható elő, különböző tulajdonságokkal. Poliuretánokból készülnek lágy habok (matracok, ülőpárnák), szigetelőhabok (elsősorban hőszigetelő habok), integrálhabok (autóipari elemek, cipőtalp), elasztomerek és bevonatok. A teljes műanyag-felhasználásnak világszerte mintegy 5%-a poliuretán. 1999-be világszerte mintegy 2,6 millió tonnát, Németországban 546 000 tonnát használtak fel, és a tendencia növekvő jellegű.
PUR-újrafeldolgozás A hőre lágyuló polimerek (a polipropilén, polietilén, poli(etilén-tereftalát), poli(vinil-klorid)) egyszerű megömlesztéssel újra feldolgozhatók, a poliuretánok (PUR) újrahasznosítását eddig korlátozta azok hőre keményedő jellege. Mindeddig a poliuretánok nehezen vagy egyáltalán nem újrafeldolgozható polimernek számítottak. A környezetvédelem fontosságának felismerésével egyre nagyobb nyomás nehezedik a nyersanyaggyártókra a környezeti szempontból semleges anyagok kifejlesztése irányában. Számos eljárást dolgoztak ki többek között poliuretánok újrahasznosítására is. A környezeti szempontból nem túlságosan kedvező energetikai hasznosítás mellett számos mechanikai eljárás is született. Az energetikai hasznosítás során az anyag előállításához befektetett energiának csak egy kis részét nyerik vissza hő formájában, az anyagában történő hasznosítás során pedig a másodnyersanyag eredeti funkciójában hasznosul. Az őrléses módszerek esetében, ahol a poliuretánport visszaadagolják az A-komponensbe, a viszkozitásnövekedés miatt még a legjobb esetekben is csak mintegy 10% reciklátum hasznosítható. Az egyetlen olyan újrahasznosítási eljárás, amely valóban megérdemli ezt a nevet, a kémiai újrahasznosítás, mert ennek segítségével 100%ban hasznos komponens, egy poliol képződik.
Nagyüzemi PUR-reciklálás A lágy-, kemény- és integrálhabok reciklálására szolgáló glikolízises módszer már régóta ismert. A Regra cég egyetemekkel együttműködve glikolízises, poliolízises és acidolízises módszereket fejlesztett ki, amelyeket elsőként nagyüzemi léptékben is megvalósítottak. Az eddigi eljárásokat nagyrészt csak laboratóriumi vagy félüzemi mértékben próbálták ki. A Regra cég saját maga fejlesztette ki mindegyik módszerhez a nagyüzemi berendezéseket, így ezek az eljárások iparilag megvalósíthatók. Az újrafeldolgozási módszerben először kb. 5 cm-es darabokra aprítják a poliuretánt, majd egy légköri nyomáson működő reaktorba juttatják (1. ábra). A reaktorban már előzetesen elhelyezik a szükséges reagenseket (glikolt, poliolt vagy karbonsavat), a szükséges katalizátorokat és aminmegkötő anyagokat. Folyamatos keverés mellett a hőmérsékletet 200 °C-ra emelik, aminek hatására a PUR-láncok felhasadnak. A reakció 7 óráig folyik, utána a keletkezett folyékony elegyet (amely poliolokat és kismolekulás uretánokat tartalmaz) leszűrik. A szűrés után visszamaradó
anyag csak idegen komponenseket tartalmaz és elégethető. A kapott Recypol poliolt a vevők kívánsága szerint tartályokba vagy hordókba csomagolják. A poliol reciklátumot magában vagy más poliolokkal keverve fel lehet használni különféle PUR-habok előállításához. Mivel a poliuretánkötések csak részben bomlanak le, és szükség esetén friss poliolt is hozzá lehet adni a rendszerhez, az eredetivel azonos minőségű poliuretántermékek készíthetők. Ezzel a módszerrel a PUR-maradékok 97–99%-a felhasználható. Ez különösen a legnagyobb mennyiségben készülő lágyhabok esetében jelentős, mert ezekre eddig nem volt anyagában történő újrahasznosítási technológia. izocianátok poliuretán féltermékek poliol
hulladékok
1. ábra A PUR-újrafeldolgozási módszer vázlata
A felhasznált berendezések A Regra Ecosystems által kifejlesztett berendezések lényegében három elemet tartalmaznak: egy temperálóegységet, egy adagolóegységet és egy reaktort. A tervezéskor a maximális rugalmasság és automatizálhatóság volt a legfontosabb szempont. A berendezés így mindenféle poliuretánmaradék feldolgozására alkalmas, függetlenül annak összetételétől és a termék fizikai megjelenésétől. Ez a világ első olyan PUR-
recikláló egysége, ahol minden eddigi vegyi újrahasznosítási eljárás nagyipari méretben végrehajtható. A temperálóegység 300 kW-os gázégőt és olaj fűtőközeget tartalmaz. A berendezések felépítésekor gondoltak a későbbi bővítési lehetőségekre és a hőszigetelési megoldások továbbfejlesztésre. Van pl. egy hőtároló (puffer), amelynek segítségével hűtéskor a forró olaj eltárolható és a következő fűtési ciklusban fűtőközegként újra felhasználható. Tűzvédelmi okokból a gázégő a gyártócsarnoktól elkülönített helyen található. Az adagolóegységet úgy tervezték, hogy minél több gyártó számára lehetővé tegyék a saját nyersanyagukból készülő reciklátum újrafelhasználását. Az adagolóberendezés 60 és 600 kg/m3 közötti halmazsűrűségű áru szállítására képes 1,5 t/h sebességgel. Ennek biztosítására két szállítóegységet üzemeltetnek. Egy 19 kW-os szívóadagolóval (amelynek kézzel mozgatható csöve van) megtöltenek egy 7 m3-s tartályt. Az adagoló légáramát szűréssel tisztítják, és a szűrőt impulzusszerű léglökésekkel tisztítják meg a porlerakódástól. A tartályból egy 11 kWos (DN350), szabályozható fordulatszámú adagolócsiga juttatja a PURgranulátumot a reaktorba. A pontos adagolás érdekében a csiga fordulatszámát összekapcsolták a reaktorvezérléssel. A reaktor egy 6 m3-s keverős reaktor, amelyet olajjal fűthető csővezetékek járnak át. A homogén hőmérséklet- és komponenseloszlásról egy 22 kW-os keverőegység gondoskodik. A reaktorhoz számos, pontosan szabályozható szivattyú kapcsolódik, amelyek a szükséges reagenseket adagolják. A reaktor levegőjéből először egy vizes hűtővel leválasztják a kondenzálható gőzöket, majd egy aktív szenes szűrőn át juttatják a külvilágba, amikor már semmilyen káros komponenst nem tartalmaz. Miután a PUR-maradékok teljesen átalakultak poliollá, 80 °C-ra lehűtik a rendszert, egy 100 µm-es pórusátmérőjű szűrőegységen átszűrik, majd lefejtik. Lehetőség van a termékek 200 l-es hordókba, IBC-tartályokba és tanktartályokba történő csomagolására. Az egész rendszert egy a Siemens cég által kifejlesztett, speciálisan erre a célra programozott vezérlőberendezés vezérli. A vezérlőrendszer egyszersmind az adatok dokumentálására is alkalmas – aminek a minőségbiztosítás szempontjából van jelentősége.
A megvalósított technológia előnyei és jelentősége A PUR feldolgozásánál általában 5–10% hulladék képződik. Ez nemcsak hulladékkezelési költségeket okoz (100–130 EUR/kg), hanem
értékes nyersanyagok elvesztésével is jár. Emiatt célszerű a hulladékot visszajuttatni a feldolgozási ciklusba, vagyis megvalósítani a hulladék anyagában történő hasznosítását. Ez mind gazdasági, mind környezetvédelmi szempontból előnyösebb megoldás, mint a hulladék elégetése vagy deponálása. A Regra cég által kidolgozott és nagyüzemi léptékben megvalósított technológia elsőként kínál lehetőséget arra, hogy a legkülönbözőbb PUR-hulladékokat ismét értékes poliolokká alakítsák. A technológia előnyei a következőképpen foglalhatók össze: – az eredeti termék tulajdonságai megtarthatók az újrahasznosított termékben; – az eljárás integrálható a feldolgozási ciklusba anélkül, hogy jelentős új berendezésekre lenne szükség; – a reciklátumot tulajdonságromlás veszélye nélkül adhatjuk hozzá az új termék előállításánál használt komponensekhez; – a reciklálásnál keletkező poliol olcsóbb, mint az eredeti; – a hulladék 100%-ban hasznosul; – megspórolhatók a hulladékkezelési költségek; – a módszer megfelel az újabb környezetvédelmi előírásoknak, amennyiben gondoskodik a hulladék hasznosításáról; – a módszer bevezetésével javul a cég megítélése a környezetkímélő technológia miatt. A Regra cég a technológia kifejlesztéséért és bevezetéséért kitüntetést kapott Rajna-Pfalz tartománytól. Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes Kugler, M.; Werth, M. = Grosstechnisches Polyurethan-Recycling. = Wasser, Luft und Boden, 47. k. 4. sz. 2003. p. 44–46. Gracas Fassina Fuedes, C.; Santos Rosa, D.: Recycling of industrial polyurethane residue and the characterisation of its properties. = Progress in Rubber Plastics Recycling Technology, 18. k. 1. sz. 2002. p. 69–84. Ghose, S.; Isayec, A. I.: Recycling of unfilled polyurethane rubber using high-power ultrasound. = Journal of Applied Polymer Science, 88. k. 4. sz. 2003. ápr. 25. p. 980–989.
