ACTA ENVIRONMENTALICA UNIVERSITATIS COMENIANAE (BRATISLAVA) Vol. 19, Supplement (2011): 345–350 ISSN 1335-0285
VYUŽITELNOST HETEROGENNÍCH PLASTOVÝCH ODPADŮ NA BÁZI PVC Ivo Špaček Odbor kvality a životního prostředí, Fatra, a. s., T. Bati 1541, 763 61 Napajedla, Česká republika, e-mail:
[email protected] Abstract: Utilization of heterogeneous plastic PVC waste. The report describes production line for mechanical recycling. It works on the principle of mechanical shredding (grinding) and separating of PVC roofing sheets. Product of recycling can be used back to the some product. Target this process is granulate of PVC with defined quality as purity and dimension. The report describes methods of testing the product.
Klíčová slova: PVC, recyklace, plastové heterogenní odpady, drcení, hydroizolační fólie, střešní krytiny, mechanické vlastnosti ÚVOD Příspěvek se zabývá možnostmi využití recyklovaných PVC heterogenních odpadů vznikajících ve výrobním procesu střešních hydroizolačních fólií. Pro zvýšení pevnosti a rozměrové stálosti se u tohoto druhu izolačních fólií používá jako výztužný prvek textilní výztuž ve formě řídké textilie (textilní mřížka), případně netkané textilie. Jako materiál jsou používána skleněná vlákna, či častěji vlákna na bázi polyesteru (PES). V popisovaném případě je výztužný materiál na bázi PES tkaniny ve formě mřížky o rozměrech cca 5 x 5 mm. Z hlediska životního cyklu výrobku (LCA) zde popisovaný případ řeší primárně problematiku zpracování odpadů z fáze výroby – pre-consumer waste (Baitz et al. 2004). Výhodou zpracování odpadů z výrobní fáze je: - definovatelné složení odpadů, - zaručená čistota daná technologií a technologickou kázní zaměstnanců. Cílem popisovaného projektu bylo využít vznikající technologický odpad zpět do původních výrobků. Vzhledem k obsahu textilních vláken není možný přímý vstup odpadu. Pro možnost zpětného využití bylo nutno zařadit proces recyklace umožňující odseparovat textilní podíl.
345
METODIKA Popisovaná problematika materiálového využití heterogenních odpadů z PVC hydroizolačních fólií byla realizována ve společnosti Fatra, a. s. Dodavatelem technologie recyklace je společnost Hosokawa Alpine. Princip recyklace je znázorněn na obr. 1. Postupným drcením a mletím dochází ke zmenšování částic za současného mechanicko-pneumatického odlučování PES vláken. Problematikou mechanické recyklace se zabývá například studie (Plinke 2000).
Obr. 1: Schematické znázornění průběhu mechanické recyklace
Odpad fólie je ve dvou stupních drcení postupně zmenšen na rozměry částice řádově stejné jako původní tloušťka folie. Převážně ve 3. stupni je smykovými silami docíleno rozdělení částice v rovině zakotvené mřížky a obnažení vláken. Tím je umožněno dokončit uvolnění vláken ze struktury materiálu. Kromě drtě PVC se v jednotlivých stupních tvoří shluky uvolněných PES vláken ve formě „cupaniny“. Úkolem linky je kromě nadrcení odpadu separovat PVC drť od PES vláken. Princip odlučování vláken spočívá v rozdílném odporu částic vůči proudícímu vzduchu. Lépe vznosná část PES vláken je unášena přes separátor vzduchotechnikou k odlučovacímu filtru. Drť PVC s nižším odporem vůči proudícímu vzduchu odchází spodní částí separátoru k dalšímu stupni zpracování. Výsledným produktem je drť PVC vhodná k dalšímu zpracování zpět do původního výrobku (obr. 2). Získaná drť je zpracovatelná technologiemi válcování a vytlačování. Odloučený podíl představuje odpadní „cupanina“ tvořená PES vlákny a neodloučeným PVC (obr. 3). Tento zbytkový materiál v současné době nemá uplatnění. V dalším stupni vývoje koncepce zpracování heterogenních materiálů je uvažována možnost vývoje výrobku umožňujícího využít odpadní PES vlákna. Možnost zpracovatelnosti recyklátu v určité technologii a do určitého výrobku je dána jeho složením, čistotou a fyzikálně-mechanickými vlastnostmi. Čistotou se v daném případě rozumí: - obsah zbytkových vláken v drti, která jsou zabudována v částicích, - obsah volných vláken ve formě prachového podílu. 346
Obr. 2: Výsledný produkt linky, drť PVC
Obr. 3: Odpad PES vláken
Při experimentálním ověřování dosahovaných parametrů linky na zpracování heterogenních odpadů byl zkoumán a posuzován mechanismus oddělování PES textilu z původního materiálu. To znamená způsob zakotvení zbytkových vláken v drti PVC a způsob zakotvení zbytkového PVC na vláknech v odpadní „cupanině“. Na přiložených mikrofotografiích při zvětšení 120x jsou patrné oba mechanismy.
Obr. 4: Mikrofotografie detailu zbytkového PVC na vláknech
347
První série fotografií na obrázku 4 představuje odpadní „cupaninu“. Je zřejmá dobrá adheze PVC na oddělených vláknech. Způsob zakotvení PVC mezi vlákny původního pramene z textilní mřížky napovídá na sekundární natavování drobných částí PVC zpět na textilní vlákna. To lze přičítat vznikajícímu teplu vlivem působení smykových sil během mechanického namáhání v procesu drcení. Cílem je pochopitelně v co největší míře minimalizovat zbytkový obsah PVC představující ztrátu materiálu.
Obr. 5: Mikrofotografie detailu částice drtě se zbytkovými vlákny
Druhá série fotografií na obrázku 5 představuje výsledný produkt. Znázorněny jsou okraje částice drtě se zbytkovými vlákny PES. Tato vlákna pocházející z původního odpadu nebyla v procesu separace odloučena. Vlákna způsobují heterogenitu, která má vliv na další zpracovatelnost do konkrétního výrobku a vliv na fyzikálně-mechanické vlastnosti. VÝSLEDKY A DISKUSE Výsledný recyklát vznikající jako produkt linky je směřován do výrobků vyráběných technologiemi válcování a vytlačování. V rámci provedených zkoušek bylo hodnoceno dosažení požadovaných parametrů. Definovaná kritéria pro zpětné uplatnění do výrobků jsou pevnost v tahu a tažnost. Z odebraných vzorků drtě byla při zkouškách zhotovena fólie na laboratorním dvouválci. Následné hodnocení pevnosti a tažnosti probíhalo dle ČSN EN 12311-2/B. Požadované parametry pro výsledný produkt linky – drť PVC: - pevnost v tahu min. 14 Mpa - tažnost min. 220 % V rámci experimentálního vyhodnocení byly vzorky vznikající drtě odebírány po dobu čtyř dnů. Součástí je statistické vyhodnocení naměřených dat na obrázcích 6 a 7 včetně vyhodnocení způsobilosti procesu.
348
Histogram Process Statistics Total: Std Dev : Mean : Median : Min : Max : Cp : PpK:
16
31 1.075 16.444 16.640 13.99 18.76 N/A 0.76
LSL=14.00 -3 SD=13.218
Mean=16.444
+3 SD=19.670
14
12
Frequency
10
8
6
4
2
0 13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
18.0
18.5
19.0
19.5
MPa
Obr. 6: Histogram pevnosti v tahu Histogram LSL=220.00
Process Statistics
-3 SD=192.938 16
Total: 31 Mean : 232.971 Median : 231.900 Min : 201.50 Max : 259.70 Std Dev : 13.344 Range: 58.20 Cp : N/A Cpk: 0.32
Mean=232.971
+3 SD=273.004
14
12
Frequency
10
8
6
4
2
0 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275
%
Obr. 7: Histogram tažnosti
ZÁVĚR Z uvedeného statistického vyhodnocení je zřejmé, že v případě pevnosti je: - požadovaná hodnota 14 MPa, - průměr z naměřených hodnot 16,4 MPa, - směrodatná odchylka 1,08 MPa. - způsobilost procesu Cpk 0,76 349
U tažnosti je: požadovaná hodnota 220 %, průměr z naměřených hodnot 233 %, směrodatná odchylka 13,3 %. způsobilost procesu Cpk 0,32 Naměřená data pocházejí z období zkoušek na recyklační lince. Proces recyklace v počátečním stadiu je z pohledu dosažených hodnot poznamenán rozkolísaností a menší homogenitou dat. Z hodnot Cpk (viz ČSN ISO/TR 10017) je zřejmá nižší způsobilost procesu pod 1,0. Po konečném odladění výroby a optimalizaci procesu recyklace lze předpokládat další zlepšení procesu z hlediska distribuce naměřených hodnot. -
LITERATURA Baitz M., Kreißig J., Byrne E. 2004. Life Cycle Assessment of PVC and of principal competing materials. Commissioned by the European Commission, July 2004. ČSN EN 12311-2/B Hydroizolační pásy a fólie – Stanovení tahových vlastností – Část 2: Plastové a pryžové pásy a fólie pro hydroizolaci střech. ČSN ISO/TR 10017 Návod k aplikaci statistických metod. http://cs.wikipedia.org/wiki/Index_zp%C5%AFsobilosti_procesu Plinke E. 2000. Mechanical Recycling of PVC Wastes. Study for DG XI of the European Commission, January 2000.
350
