İnşaat ve Yıkım Atık Plastik Fraksiyonlarının Ahşap-Polimer Kompozit Özellikleri Üzerine Etkisi
Summary
İkincil malzeme akışlarının üretim için potansiyel hammaddeleri içerdiği gösterilmiştir. Burada sunulan bir hammadde olarak CDW-plastik atık tespit edildiği bir protokol, çeşitli işleme adımları (aglomerasyon, ekstrüzyon) takip. Sonuç olarak kompozit malzeme üretildi ve mekanik özellikler analiz edildi.
Abstract
Plastik gibi değerli malzemeler de dahil olmak üzere inşaat ve yıkım atıkları (CDW) atık sektörü üzerinde dikkate değer bir etkiye sahiptir. Plastik malzemelerin yeniden kullanılabilmesi için polimer kompozisyonlarına göre tanımlanmalı ve ayrıştırılmalıdır. Bu çalışmada, bu malzemelerin tanımlanması, fiziksel-kimyasal özelliklerine göre malzemeyi tanımlayan yakın kızılötesi spektroskopi (NIR) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. NIR yönteminin avantajları, özel numune hazırlama olmadan 1600-2400 nm spektral aralığında düşük çevresel etki ve hızlı ölçüm (birkaç saniye içinde) dir. Sınırlamalar karanlık maddeleri analiz edememesini içerir. Tanımlanan polimerler, polimer matris, düşük maliyetli dolgu maddeleri ve katkı katkı maddelerinden oluşan ahşap polimer kompozit (WPC) için bir bileşen olarak kullanılmıştır. Bileşenler ilk olarak bir aglomerasyon aparatı ile birleştirildi, ardından ekstrüzyon ile üretim yapıldı. Aglomerasyon sürecinde amaç, tüm malzemelerin tek tip olarak dağıtılmış ve granüllenmiş maddeleri pelet olarak üretmek için biraraya getirmekti. Aglomerasyon işlemi sırasında polimer (matris) eritildi ve dolgu maddeleri ve diğer katkı maddeleri eritilmiş polimer içine karıştırılarak ekstrüzyon işlemine hazır olarak hazır bırakıldı. Ekstrüzyon yönteminde, konik ters dönen çift vidalı tip ekstrüzyonun namlusundaki bir malzemeye ısı ve kesme kuvvetleri uygulandı, bu da malzemelerin yanma ve daha düşük makas karıştırma riskini azaltıyor. Isıtılan ve yıkıntılı karışım daha sonra ürün istenilen şekli vermek için bir kalıp yoluyla iletildi. Yukarıda açıklanan protokol, CDW malzemelerinin yeniden kullanılma potansiyelini kanıtlamıştır. Fonksiyonel özellikler, malzeme için fleksural, çekme ve darbe mukavemeti testleri gibi standart testlere göre doğrulanmalıdır.
Introduction
Küresel atık üretimi tarih boyunca önemli ölçüde büyüdü ve eylem1yapılmazsa gelecekte yüzde onlarca artış öngörüldüğütahmin edilir. Özellikle, yüksek gelirli ülkeler dünya nüfusunun sadece % 16’sını oluştursalar da dünya atıklarının üçte birinden fazlasını oluşturmuşlardır1. İnşaat sektörü hızlı kentleşme ve nüfus artışı nedeniyle bu atıkların önemli bir üreticisidir. Tahminlere göre, küresel katı atıkların yaklaşık üçte biri inşaat ve yıkım projelerinden oluşur; ancak, farklı alanlardaki tam değerler2eksiktir. Avrupa Birliği’nde (AB) inşaat ve yıkım atıklarının (CDW) miktarı toplam atık üretimi3’ünyaklaşık %25-30’udur ve plastik gibi değerli ve önemli ikincil hammaddeleri içerir. Organize toplama ve yönetim olmadan, plastik ekosistemleri kirletebilir ve olumsuz etkileyebilir. 2016 yılında dünyada 242 milyon ton plastik atıküretildi. Avrupa’da geri dönüştürülmüş plastik payı sadece% 31.14oldu.
Kaynak kıtlığı, amaçların atıkları ikincil kaynak olarak kullanmak ve atıkları yeniden kullanmak için geri kazanmak olduğu dairesel bir ekonomiye yönelik uygulamaları değiştirme ihtiyacı yaratmıştır. Avrupa’da popüler bir kavram olan dairesel ekonomi, ekonomik büyüme ve en aza indirilmiş çevresel etkiler yaratacaktır. Avrupa Komisyonu, katkıları için hedefler ve göstergeler belirleyen dairesel bir ekonomi için Avrupa Birliği Eylem Planı’nı kabul etti5.
Daha sıkı çevre düzenlemeleri ve yasaları, inşaat sektörüne atık yönetimi ve malzeme geri dönüşümü konularında daha fazla çaba harcanmasına katkıda bulunmaktadır. Örneğin, Avrupa Birliği (AB) maddi kurtarma için hedefler belirlemiştir. 2020 yılından itibaren, tehlikeli olmayan CDW’nin malzeme geri kazanım oranı %706olmalıdır. CDW bileşimi coğrafi konumlar arasında büyük ölçüde değişebilir, ancak bazı ortak özellikleri, örneğin, ahşap-polimer kompozitler için potansiyel ve değerli bir hammadde plastik de dahil olmak üzere tanımlanabilir. Plastiğin yeniden kullanımı, bakire plastik polimerlerin geri dönüştürülmüş polimerile değiştirildiği dairesel bir ekonomiye doğru atılmış somut bir adımdır.
Kompozit malzemeler, matris malzeme ve takviye fazından oluşan çok fazlı bir sistemdir. Ahşap polimer kompozit (WPC) genellikle matris olarak polimerler içerir, takviye olarak ahşap malzemeler, ve yapıştırıcı geliştirmek için katkı maddeleri, kaplin ajanlar ve yağlar gibi. Hammadde polilaktik asit (PLA) ve ahşap gibi yenilenebilir malzemelerden temin edilebilir, çünkü WPC çevre dostu bir malzeme olarak bilinen olabilir. En son yenilik7göre, WPC katkı maddeleri yenilenebilir kaynaklara dayalı olabilir. Ayrıca, hammadde kaynağı geri dönüştürülebilir (bakire olmayan) malzemeler, hangi bir ekolojik ve teknik olarak üstün alternatif8. Örneğin, araştırmacılar CDW içeren ekstrüzyon wpc inceledik ve CDW tabanlı kompozitözellikleri kabul edilebilir birdüzeyde9 olduğunu bulundu. WPC için bir bileşen olarak geri dönüştürülmüş hammadde kullanımı da çevresel açıdan kabul edilebilir, çeşitli değerlendirmeler tarafından kanıtlanmıştır. Genel olarak, WPC üretiminde CDW kullanarak CDW yönetiminin çevresel etkilerini azaltabilir gösterilmiştir10. Buna ek olarak, WPC geri dönüşümlü polipropilen (PP) plastik kullanarak küresel ısınma yı azaltmak için potansiyele sahip olduğu bulunmuştur11.
Mevcut geri dönüştürülmüş polimerlerin miktarı gelecekte artacaktır. Küresel plastik üretimi yılda ortalama olarak yaklaşık % 9 artmıştır ve bu artış gelecekte12devam edeceği beklenmektedir. En genel plastik polimer tipleri, diğerlerinin yanı sıra, polipropilen (PP) ve polietilen (PE) vardır. 20174yılında Avrupa’da PE ve PP için toplam talep payı sırasıyla %29,8 ve %19,3 olarak gerçekleşmiştir. Küresel plastik geri dönüşüm pazarının 2018-2026 döneminde yıllık %5,6 büyüme13hızıyla büyümesi beklenmektedir. Plastiklerin kullanıldığı ana uygulamalardan biri de inşaat ve inşaattır. Örneğin, Avrupa plastik için toplam talebin neredeyse% 20 bina ve inşaat uygulamaları ile ilişkili4. Ekonomik açıdan bakıldığında, WPC üretiminde geri dönüştürülmüş polimerlerin kullanımı ilginç bir alternatiftir, düşük maliyetli malzemelerin üretimine yol açan. Önceki araştırmalar, fiziksel etkilerin ikincil plastikten yapılan ekstrüzyon malzemeleri üzerinde ilgili bakire malzemeye göre daha güçlü bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir, ancak özellikleri plastik kaynak14bağlıdır. Ancak, geri dönüşümlü plastik kullanımı wpc gücünü düşük uyumluluk nedeniyle azaltır15. Plastik polimerlerin yapıları arasındaki değişim, polimer e dayalı plastik sıralamanın önemine katkıda bulunan yeniden kullanım ve geri dönüşüm endişelerine neden olur.
Bu çalışma, CdW’den plastik malzeme kullanımını WPC için hammadde olarak değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Çalışmada değerlendirilen polimer fraksiyonları akrilonitril bütadien stiren (ABS), polipropilen (PP) ve polietilen (PE) olup. Bunlar CDW içinde evrensel plastik fraksiyonları olarak bilinir. Polimer fraksiyonları, aglomerasyon ve ekstrüzyon gibi genel üretim süreçleri ile tedavi edilir ve evrensel mekanik özellik testleri ile test edilir. Çalışmanın temel amacı, geri dönüştürülmüş polimerler birincil bakire polimerler yerine matris bir hammadde olarak kullanıldığında WPC özellikleri nasıl değişecek keşfetmektir.
(Yerel) atık yönetim merkezi (Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy) dayanarak, plastik açısından zengin CDW’nin nasıl depolandığını göstermiştir. Bu büyük miktarda plastik malzeme dahil olduğu gösterilmiştir ve CDW plastik polimerler bazı örnekler gösterilmiştir. Araştırmacılar ABS, PP ve PE gibi daha fazla işleme için en uygun polimerleri topladılar. İstenilen polimerler (PE, PP, ABS) taşınabilir yakın kızılötesi (NIR) spektroskopisi kullanılarak tanımlanmıştır. Toplanan plastik malzemelerin hammadde olarak kullanılabileceği WPC ürün örnekleri sunulmuştur. Kompozitin tanımı ve avantajları açıklanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
WPC mekanik özellikleri çeşitli uygulamalarda bu ürünlerin uygunluğu karar önemli bir rol oynamaktadır. WPC üç ana maddeleroluşur: plastik, ahşap, ve katkı maddeleri. Elyaf bazlı kompozitlerin mekanik özellikleri kullanılan elyafın uzunluğuna bağlıdır, burada “kritik lif uzunluğu” yeterli takviyeyi göstermek için kullanılan terimdir25. Malzemelerin özelliklerine ek olarak, hammadde kalitesi WPC performansı için önemli bir faktördür. Özellikle geri dönüştürülmü…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar LUT KAYNAK (Kaynak verimli üretim süreçleri ve değer zincirleri) araştırma platformu LUT Üniversitesi ve atık üzerinde Life IP tarafından koordine destek kabul-Finlandiya dairesel bir ekonomiye doğru (LIFE-IP CIRCWASTE-FİnLANDİYA) proje (LIFE 15 IPE FI 004). Projenin finansmanı AB Yaşam Entegre programı, şirketler ve şehirlerden alındı.
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 |
Riferimenti
- The World Bank. What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050. International Bank for Reconstruction and Development/The World Bank. , (2018).
- Llatas, C. A model for quantifying construction waste in projects according to the European waste list. Waste Management. 31, 1261-1276 (2011).
- Waste streams, Construction and Demolition Waste (CDW). European Commission (EC) Available from: https://ec.europa.eu/environment/waste/construction_demolition.htm (2019)
- Plastics – the Facts 2018. PlasticsEurope Available from: https://www.plasticseurope.org/application/files/6315/4510/9658/Plastics_the_facts_2018_AF_web.pdf (2018)
- European Commission (EC). Communication from the Commission to the European Parliament, the Council the European Economic and Social Committee and the committee and the Committee of the Regions, COM. European Commission (EC). , (2015).
- Directive 2008/98/EC. European Union (EU) Available from: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32008L0098&from=EN (2008)
- Anugwom, I., et al. Lignin as a functional additive in a biocomposite: Influence on mechanical properties of polylactic acid composites. Industrial Crops & Products. 140, 111704 (2019).
- Sommerhuber, P. F., et al. Life cycle assessment of wood-plastic composites: Analysing alternative materials and identifying an environmental sound end-of-life option. Resources, Conservation and Recycling. 117, 235-248 (2017).
- Hyvärinen, M., et al. The effect of the use of construction and demolition waste on the mechanical and moisture properties of a wood-plastic composite. Composites Structures. 210, 321-326 (2019).
- Liikanen, M., et al. Construction and demolition waste as a raw material for wood polymer composites – Assessment of environmental impacts. Journal of Cleaner Production. 225, 716-727 (2019).
- Väntsi, O., Kärki, T. Environmental assessment of recycled mineral wool and polypropylene utilized in wood polymer composites. Resources, Conservation and Recycling. 104, 38-48 (2015).
- Geyer, R., et al. Production, use and fate of all plastics ever made. Science Advances. 3, 1-5 (2017).
- Global Plastic Recycling Market: Snapshot. Transparency Market Research Available from: https://www.transparencymarketresearch.com/plastic-recycling-market.html (2018)
- Turku, I., et al. Durability of wood plastic composites manufactured from recycled plastic. Heliyon. 4, (2018).
- Turku, I., et al. Characterization of wood plastic composites manufactured from recycled plastic blends. Composite Structures. 161, 469-476 (2017).
- National Standards Authority of Ireland. CEN – EN 15534-1:2014 + A1:2017, Composites made from cellulose-based materials and thermoplastics (usually called wood-polymer composites (WPC) or natural fibre composites (NFC)) – Part 1: Test methods for characterisation of compounds and products. National Standards Authority of Ireland. , (2014).
- International Organization for Standardization. EN 310:1993, Wood-based panels – Determination of modulus of elasticity in bending and of bending strength. International Organization for Standardization. , (1993).
- International Organization for Standardization. EN ISO 527 2, Plastics – Determination of tensile properties – Part 2: Test conditions for moulding and extrusion plastics. International Organization for Standardization. , (2012).
- International Organization for Standardization. EN ISO 179-1, Plastics – Determination of Charpy impact properties – Part 1: Non-instrumented impact test. International Organization for Standardization. , (2010).
- International Organization for Standardization. EN ISO 291, Plastics – Standard atmospheres for conditioning and testing. International Organization for Standardization. , (2008).
- Klyosov, A. A., Klyosov, A. A. Composition of Wood-Plastic Composite Deck Boards: Thermoplastic. Wood-plastic composites. , 50-74 (2007).
- Martikka, O., et al. Improving durability of wood-mixed waste plastic composites with compatibilizers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 490, 1-9 (2019).
- Martikka, O., Kärki, T. Promoting recycling of mixed waste polymers in wood-polymer composites using compatibilizers. Recycling. 4, (2019).
- Keener, T. J., et al. Maleated coupling agents for natural fibre composites. Composites: Part A. 35, 357-362 (2004).
- Sain, M., Pervaiz, M., Oksman Niska, K., Sain, M. Mechanical properties of wood-polymer composites. Wood-polymer composites. , 101-117 (2008).
- Rocha, D. B., Rosa, D. S. Coupling effect of starch coated fibers for recycled polymer/wood composites. Composites: Part B. 172, 1-8 (2019).
- International Organization for Standardization. EN ISO 178:2010, Plastics – Determination of flexural properties. International Organization for Standardization. , (2010).
- Klyosov, A. A., Klyosov, A. A. Flexural Strength (MOR) and Flexural Modulus (MOE) of Composite Materials and Profiles. Wood-plastic composites. , 225-318 (2007).
