木高分子複合物に及ぼす構造・解体廃プラスチック分率の影響
Summary
二次材料の流れは生産のための潜在的な原料を含むように示されている。ここで提示されるCDW-プラスチック廃棄物を原料として識別し、その後に様々な処理ステップ(凝集、押出)を行うプロトコルが提示される。その結果、複合材料が作製され、機械的特性が解析された。
Abstract
プラスチックなどの貴重な材料を含む建設・解体廃棄物(CDW)は、廃棄物部門に顕著な影響を与えます。プラスチック材料を再利用するためには、ポリマー組成に従って特定し、分離する必要があります。本研究では、近赤外分光法(NIR)を用いて、その物質を物理的化学的特性に基づいて同定した。NIR法の利点は、特殊なサンプル調製なしで1600-2400 nmのスペクトル範囲での低い環境負荷および迅速な測定(数秒以内)である。制限には、暗い材料を分析できないことが含まれます。同定されたポリマーは、ポリマーマトリックス、低コスト充填剤、および添加剤から構成される木ポリマー複合材料(WPC)の成分として利用された。この成分を、最初に凝集装置で配合し、次いで押出による生産を行った。凝集プロセスでは、すべての材料を複合化し、ペレットとして均一に分布および顆粒化された材料を製造することを目的としました。凝集プロセス中に、ポリマー(マトリックス)を溶融し、充填剤および他の添加剤を溶融ポリマーに混合し、押出プロセスの準備を整えた。押出方法では、熱とせん断力が円錐逆回転双ねじ型押出機のバレル内の材料に適用され、材料を燃焼させるリスクと低いせん断混合のリスクを低減しました。加熱され、せわされた混合物は、製品に所望の形状を与えるためにダイを介して搬送された。上記のプロトコルはCDW材料の再利用の可能性を証明した。機能特性は、材料の曲げ、引張、衝撃強度テストなどの標準化されたテストに従って検証する必要があります。
Introduction
世界の廃棄物発生は歴史を通じて大幅に増加しており、行動を起こしていない限り、将来的には数十%増加すると予測されています。特に、高所得国は世界の廃棄物の3分の1以上を生み出しているが、世界人口1の16%に過ぎない。建設部門は、急速な都市化と人口増加のために、この廃棄物の重要な生産国です。推定によると、世界の固形廃棄物の約3分の1は建設および解体プロジェクトによって形成されています。ただし、異なるエリアからの正確な値は2がありません。欧州連合(EU)では、建設・解体廃棄物(CDW)の量は、廃棄物発生量3の約25~30%であり、プラスチックのような貴重で重要な二次原料が含まれています。収集と管理を組織化しないと、プラスチックが生態系を汚染し、悪影響を及ぼす可能性があります。2016年には、世界で2億4,200万トンのプラスチック廃棄物が発生しました。ヨーロッパでリサイクルされたプラスチックの割合はわずか31.1%4でした4。
資源不足は、廃棄物を二次資源の源泉として使用し、再利用のための廃棄物を回収することを目的とする循環経済に向けて慣行を変える必要性を生み出した。経済成長と環境への影響の最小化は、ヨーロッパで一般的な概念である循環経済によって生み出されます。欧州委員会は、循環経済のための欧州連合行動計画を採択しました, 貢献のための目標と指標を設定しました5.
環境規制や法規制の強化が建設部門に貢献し、廃棄物管理や材料リサイクルの問題に力を入れています。例えば、欧州連合(EU)は、材料回収の目標を設定しています。2020年以降、非危険CDWの物質回収率は70%6である必要があります。CDWの組成は地理的な場所によって大きく異なる可能性がありますが、例えば、木材ポリマー複合材料の可能性と貴重な原料であるプラスチックを含むいくつかの一般的な特性を特定することができます。プラスチックの再利用は、バージンプラスチックポリマーがリサイクルポリマーによって置換される循環経済への具体的な一歩です。
複合材料は、マトリックス材料と補強フェーズからなる多相システムです。木ポリマー複合材料(WPC)は、典型的には、マトリックスとしてポリマー、補強材としての木材材料、およびカップリング剤および潤滑剤などの接着性を向上させる添加剤を含む。WPCは、原料がポリ乳酸(PLA)や木材などの再生可能な材料から供給することができるので、環境に優しい材料として知ることができます。最新の技術革新7によると、WPCの添加物は再生可能な供給源に基づくことができます。さらに、原料の供給源は、生態学的かつ技術的に優れた代替8であるリサイクル(非処女)材料、することができます。例えば、CDWを含む押し出しWPCを研究し、CDWベースの複合材料の特性が許容レベル9であることを発見しました。WPCの部品としてリサイクルされた原料の利用は、いくつかの評価によって証明されるように、環境面からも許容される。全体として、WPC生産でCDWを利用することで、CDW管理10の環境影響を低減できることが実証されている。また、WPCにリサイクルポリプロピレン(PP)プラスチックを使用すると、地球温暖化を低減する可能性があることがわかりました11.
今後、リサイクルポリマーの使用量が増加します。世界のプラスチック生産量は、平均で年平均で約9%増加しており、今後もこの増加は12%に続くと予想されています。最も一般的なプラスチックポリマータイプは、とりわけ、ポリプロピレン(PP)およびポリエチレン(PE)である。2017年の欧州におけるPEおよびPPの総需要の割合はそれぞれ29.8%と19.3%であった。世界のプラスチックリサイクル市場は、2018年から2026年の13年間で年間成長率5.6%の成長が見込んでいます。プラスチックが使用されている主なアプリケーションの一つは、建物と建設です。例えば、ヨーロッパのプラスチックの総需要のほぼ20%は、建築および建設アプリケーション4に関連していました。経済的な観点から、WPC製造におけるリサイクルポリマーの使用は興味深い代替手段であり、低コストで材料を生産することにつながります。これまでの研究では、物理的な効果は、対応するバージン材料と比較して二次プラスチックから作られた押し出し材料に強い影響を与えることを示しているが、特性はプラスチック源14に依存する。しかし、リサイクルプラスチックの使用は、低い互換性15のためにWPCの強度を低下させます。プラスチックポリマーの構造間のばらつきは、再利用とリサイクルの懸念を引き起こし、ポリマーに基づくプラスチック選別の重要性に寄与する。
本研究では、CdWのプラスチック材料をWPCの原料として利用する評価を行う。研究で評価されたポリマー画分は、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)です。これらは、CDW内の普遍的なプラスチック分画として知られています。ポリマー画分は、凝集や押出などの一般的な製造プロセスで処理され、普遍的な機械的特性試験でテストされます。この研究の主な目的は、リサイクルポリマーが一次バージンポリマーの代わりにマトリックスの原料として使用された場合、WPCの特性がどのように変化するかを発見することです。
(地元の)廃棄物管理センター(エテラ・カルジャラン・ヤテフオルト・オイ)に基づいて、プラスチックが豊富なCDWがどのように貯蔵されているかを示した。大量のプラスチック材料が含まれていることを実証し、CDWプラスチックポリマーのいくつかの例を示した。研究者は、ABS、PP、PEなどのさらなる処理に最も適したポリマーを収集しました。所望のポリマー(PE、PP、ABS)を、携帯用近赤外(NIR)分光法を用いて同定した。WPC製品の例として、集めたプラスチック材料を原料として利用できる事例を紹介しました。コンポジットの定義とその利点を説明した。
Protocol
Representative Results
Discussion
WPCの機械的特性は、様々な用途でこれらの製品の適合性を決定する上で重要な役割を果たしています。WPCは、プラスチック、木材、および添加物の3つの主成分で構成されています。繊維系複合材料の機械的特性は、使用される繊維の長さに依存し、「臨界繊維長」は十分な補強25を示すために用いられる用語である。原材料の特性に加えて、原材料の品質は、WPCの性能のた?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、LUT大学と廃棄物に関するライフIPによって調整されたLUT RESOURCE(資源効率の良い生産プロセスとバリューチェーン)研究プラットフォームの支援を認めている- フィンランドの循環経済(LIFE-IP CIRCWASTE-FINLAND)プロジェクト(LIFE 15 IPE FI 004)に向けて。プロジェクトのための資金は、EUライフ統合プログラム、企業、および都市から受け取られました。
Materials
| Agglomeration | Plasmec | TRL100/FV/W | apparatus of turbomixer |
| Agglomeration | Plasmec | RFV 200 | apparatus of cooler |
| CNC router | Recontech | F2 – 1325 C | CNC machine |
| Condition chamber | Memmert | HPP260 | constant climate chamber |
| Coupling agent | DuPont | Fusabond E226 | commercial coupling agent additive |
| Crusher 1 (crusher/shredder ) | Untha | Untha LR 630 | 10-20 mm sieve |
| Crusher 2 (low-speed crusher) | Shini | Shini SG-1635N-CE | 5 mm sieve, granulator |
| Extruder | Weber | Weber CE 7.2 | conical counter-rotating twin-screw |
| Lubricant | Struktol | TPW 113 | commercial lubricant additive |
| NIR spectroscopy | Thermo Fisher Scientific | Thermo Scientific microPHAZIR PC | |
| Recycled material ABS from CDW | |||
| Recycled material PE from CDW | |||
| Recycled material PP from CDW | |||
| Sliding table saw | Altendorf | F-90 | circular saw/sliding table saw |
| Testing apparatus | Zwick | 5102 | impact tester |
| Testing machine | Zwick Roell | Z020 | allround-line materials testing machine |
| Wood flour (Spruce) material | |||
| WPC example material | UPM Profi | Decking board |
References
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