Name: Die Auswirkungen von Bau- und Abbruchabfällen kunststofffraktioniert auf Holz-Polymer-Verbundeigenschaften (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 6 s
Description: Erfahren Sie die Verarbeitung von Bau- und Abbruchabfällen zu Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen mittels Agglomeration und Extrusion. Dieses Protokoll ermöglicht die Identifizierung von Kunststoffen und die Analyse mechanischer Eigenschaften.

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Die Autoren würdigen die Unterstützung der Forschungsplattform LUT RESOURCE (Resource efficient production processes and value chains), die von der LUT University koordiniert wird, und der Life IP on waste–Towards a circular economy in Finland (LIFE-IP CIRCWASTE-FINLAND) Project (LIFE 15 IPE FI 004). Die Finanzierung des Projekts wurde aus dem EU Life Integrated-Programm, Unternehmen und Städten erhalten.

1. Identifizierung und Vorbehandlung
<ol><li>Identifizieren Sie Polymere aus Kunststoff mit dem tragbaren Nahinfrarot-Spektroskopie-Tool (NIR) im Spektralbereich von 1600–2400 nm. Kontaktieren Sie das Polymer mit spektroskopie-Werkzeug und bestimmen Sie das Polymer durch die gemessene Reflexion.<ol>
<li>Nach der Identifikationskurve der Spektroskopie, analysieren Sie die Identifikationsergebnisse aus dem Bildschirm im Labor.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Sortieren Sie auf Der Grundlage des Identifikationsergebnisses die Materialien zwischen den Polymeren und messen Sie deren jeweilige Gewichte. HINWEIS: Das Material wurde nach den gemessenen Identifikationsergebnissen sortiert und gewichtet. Ausgewählte Polymere für die Weiterverarbeitung waren ABS, PE und PP mit den Mengen 27,1, 14,2 bzw. 44,7 kg.</li>
	<li>Führen Sie die Größenreduzierung für die ausgewählten Kunststoffmaterialien unter Laborbedingungen mit einem Brechergerät durch. Legen Sie gesammelte und identifizierte Materialien in das Gerät, das Materialien mit der mechanischen Kraft von Hammerschlägen zerkleinerte.<ol>
<li>Zerkleinern Sie Kunststoffmaterialien mit einem Einwellen-Schreddersystem mit einem Brecher-/Schreddergerät mit einer Siebgröße von 10 bis 20 mm.</li>
		<li>Unterziehen Sie die Kunststofffragmente einem Low-Speed-Brecher, der mit einem 5 mm Sieb ausgestattet ist. Stellen Sie sicher, dass das Material homogen ist.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Messen Sie die Materialmengen für Verbundwerkstoffe. Zeigen Sie ein Rezept als Beispiel und präsentieren Sie diese Materialien in den relativen Mengen an Kunststoff, Holz, Kupplungsmittel und Schmiermittel (64, 30, 3 und 3 Gew.-% ). HINWEIS: In dieser Studie wurden drei verschiedene Verbundwerkstoffe untersucht. Die recycelten Kunststoffpolymere aus dem CDW waren ABS, PP und PE. Der Füllstoff des Verbundmaterials war Holzmehl, das aus einer getrockneten Fichtenart (Picea abies) mit Zerkleinerungsgeräten reduziert und für eine homogene Größe (20 mm Masche) gesiebt wurde. Es wurden kommerzielle Zusatzstoffe von Kupplungsmittel und Schmiermittel verwendet. Die Zusammensetzungen und der Name der hergestellten Materialien sind in Tabelle 1dargestellt.</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Material</td>
			<td>Polymer / Betrag</td>
			<td>Holz</td>
			<td>Ca</td>
			<td>Lubr</td>
		</tr>
<tr>
<td>CDW-ABS</td>
			<td>ABS / 30</td>
			<td>64</td>
			<td>3</td>
			<td>3</td>
		</tr>
<tr>
<td>CDW-PP</td>
			<td>PP / 30</td>
			<td>64</td>
			<td>3</td>
			<td>3</td>
		</tr>
<tr>
<td>CDW-PE</td>
			<td>PE / 30</td>
			<td>64</td>
			<td>3</td>
			<td>3</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 1: Zusammensetzung der untersuchten Materialien. Der Name der Probe besteht aus der mitgelieferten Matrixkomponente, recyceltem Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) aus dem Bau- und Abbruchabfall (CDW). Die Mengen an Holz, Kupplungsmittel (CA) und Schmiermittel (Lubr.) waren in allen Proben gleich.
2. Verarbeitung von WPC-Materialien mit Extrusionstechnik nach Größenreduzierung
<ol><li>Übertragen Sie die identifizierten und vorbehandelten Materialien in den nächsten (Agglomerations-)Verarbeitungsschritt. VORSICHT: Das Kunststoffmaterial von ABS enthält eine Styrolkomponente. Die Internationale Agentur für Krebsforschung ist der Ansicht, dass Styrol "möglicherweise krebserregend für den Menschen" ist. Daher wurde der Agglomerationsschritt in Aktion nicht in die Dreharbeiten einbezogen, aber sein Prozess wird in dieser Arbeit skizziert. Zusätzlich wurde bei der Extrusionsproduktion während des Filmens nur PP- oder PE-Polymer verwendet.</li>
	<li>Agglomeration des Materials durchführen.<ol>
<li>Mischen Sie alle Komponenten des Prozesses (Polymer, Holz, Kupplungsmittel und Schmiermittel) in einem Gerät, das aus einem Turbomixer und einem Kühler besteht. Agglomerieren Sie die Materialien im Turbomixer, bis die Temperatur der Materialien 200 °C erreichte. Durch die kombinierte Wirkung von Temperatur und Reibung wurden die Granulatmaterialien nach dem Behandlungsprozess der Agglomeration gebildet.</li>
		<li>Kühlen Sie die Materialien nach turbomixer Behandlung für 4-7 Minuten in einem Kühlergerät.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Evakuieren Sie Material aus dem Prozess und sammeln Sie agglomeriertes Material.</li>
	<li>Übertragen Sie die agglomerationsbehandelten Materialien in den nächsten Prozessschritt (Extrusion).<ol>
<li>Klicken Sie auf das Bedienfeld der Extrusionsmaschine, und überprüfen Sie die richtigen Parameter. Die durchschnittlichen Fass- und Werkzeugtemperaturen schwankten zwischen 167 und 181 °C bzw. 183 bzw. 207 °C. Die Schmelztemperatur schwankte zwischen 164 und 177 °C, die Drucke lagen zwischen 3,7 und 5,9 MPa. Passen Sie Parameter an, da recycelte Materialien heterogen sind und der Prozess eine professionelle Kontrolle erfordert.</li>
		<li>Compoundieren Sie die Komponenten mit einem konischen, gegenläufigen Doppelschneckenextruder mit 15 kg/h Materialleistung. Die Parameter der Materialien sind in Tabelle 2dargestellt. Nach dem Extrusionsprozess wurde das Profilmaterial des Verbundwerkstoffs erzeugt.</li>
	</ol>
</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Material</td>
			<td>Fass T °C</td>
			<td>Werkzeug T °C</td>
			<td>Schmelze T °C</td>
			<td>Schmelzen Druck (bar)</td>
			<td>Fütterung Geschwindigkeit (kg/h)</td>
			<td>Avg.Schraube Geschwindigkeit (rpm)</td>
		</tr>
<tr>
<td>CDW-ABS</td>
			<td>181 ± 11,9</td>
			<td>189 ± 14,7</td>
			<td>177</td>
			<td>50</td>
			<td>15</td>
			<td>14</td>
		</tr>
<tr>
<td>CDW-PP</td>
			<td>170 ± 10,4</td>
			<td>207 ± 8,62</td>
			<td>164</td>
			<td>37</td>
			<td>15</td>
			<td>15</td>
		</tr>
<tr>
<td>CDW-PE</td>
			<td>167 ± 8,51</td>
			<td>183 ± 10,1</td>
			<td>164</td>
			<td>59</td>
			<td>15</td>
			<td>13</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 2: Verarbeitungsparameter der Verbundwerkstoffe. (Werte nach der ±-Marke weisen auf Standardabweichungen hin. Avg. = Durchschnitt)
3. Probenahme von produzierten Materialien und Analyse von Eigenschaften
<ol><li>Bereiten Sie Proben für mechanische Eigenschaftentests im Labor vor.<ol>
<li>Schnittproben aus extrudierten Profilen mit einer Maschine (d. h. einer Schiebetischsäge). Für Tests werden drei Proben unterschiedlicher Größe benötigt: Biege-, Zug- und Schlagfestigkeit.</li>
		<li>Bestimmen Sie die Größe der Prüfmuster nach den geltenden Normen auf der Grundlage der Empfehlung der EN 1553416. Nach der Norm, testen Sie mindestens fünf Proben, aber die Anzahl der Messungen kann mehr als fünf sein, wenn eine größere Genauigkeit des Mittelwerts erforderlich ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Sägeprüfmuster aus den extrudierten Materialien für die Biegeeigenschaftenprüfung nach der Norm EN 31017.<ol>
<li>Verwenden Sie eine Schiebetischsäge mit folgenden Abmessungen für die Probe: 800 mm x 50 mm x 20 mm (Länge, Breite, Dicke).</li>
		<li>Herstellung von 20 Proben zur Analyse von Biegeeigenschaften (Stärke und Modul).</li>
	</ol></li>
	<li>Sägeprüfmuster aus den extrudierten Materialien für die Zugeigenschaftenprüfung nach der Norm EN ISO 527 218. Verwenden Sie die Schiebetischsäge, um das Material in folgende Abmessungen zu schneiden: 150 mm x 20 mm x 4 mm (Länge, Breite, Dicke).<ol>
<li>Stellen Sie die Materialvorform für die Bearbeitung einer Hantelform über Computer numerische Steuerung (CNC). Die Breite der Probe in ihrem schmalen Abschnitt betrug 10 mm, und die Querschnittsfläche der Probe betrug 4 mm x 10 mm, wobei die Zugspannung angesprochen wurde. Die Länge des schmalen Abschnitts betrug 60 mm und endete in einer abgerundeten Ecke mit einem Radius von 60 mm.</li>
		<li>Erstellen Sie 20 Proben für die Analyse der Zugeigenschaften (Stärke und Modul).</li>
	</ol></li>
	<li>Sägeprüfmuster aus den extrudierten Materialien für die Schlagfestigkeitsprüfung nach der Norm EN ISO 179-119.<ol>
<li>Verwenden Sie die Schiebetischsäge, um die Proben in folgende Maße zu schneiden: 80 mm x 10 mm x 4 mm (Länge, Breite, Dicke). Erstellen Sie 20 Proben für die Analyse der Eigenschaft der Schlagzähigkeit.</li>
	</ol></li>
	<li>Bewegen Sie das Prüfmaterial in die 23 °C und 50% relative Feuchte-Zustandskammer nach Norm EN ISO 29120, bis eine konstante Masse erreicht ist. Stellen Sie sicher, dass Proben vor der Prüfung der Materialeigenschaften konditioniert werden.</li>
	<li>Führen Sie die Tests (Flexural, Zug und Aufprall) durch. Bestimmen Sie die mechanischen Eigenschaften von Proben durch Biege- und Zugfestigkeitsprüfungen mit einer Prüfmaschine nach den Normen EN 31017 bzw. EN ISO 527-218.<ol>
<li>Führen Sie die Biegefestigkeit und den Modultest für jede der 20 Proben mit dem Prüfgerät durch. Legen Sie die Flexura-Testprobe auf die Unterstützung von zwei Punkten und wenden Sie eine Last auf die Mitte der Probe an, indem Sie im Computerprogramm, das das Prüfgerät steuert, auf Teststart klicken, mit einer Vorlast von 15 N und einer Prüfgeschwindigkeit von 10 mm/min. Der Test wird nach der Aufzeichnung des Ergebnisses automatisch beendet. Entfernen Sie das Testbeispiel aus den Support-Tools, und legen Sie ein neues Beispiel für die Werkzeuge fest.<ol>
<li>Wiederholen Sie den Vorgang, bis 20 Proben getestet und Die Ergebnisse des Programms registriert wurden. Das Computerprogramm berechnet die durchschnittlichen Ergebnisse des Tests. HINWEIS: Das Protokoll kann hier angehalten werden, während die Testwerkzeuge für das Prüfgerät geändert werden.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Führen Sie Zugfestigkeits- und Modultest für 20 bearbeitete (hantelförmige) Proben durch. Stellen Sie die Zugprobe zwischen den Prüfwerkzeugen ein und befestigen Sie pneumatische Klemmen, die die Probe während des Tests in den Werkzeugen halten. Starten Sie den Test über das Bedienfeld des Computers mit einer Vorspannung von 10 N und einer Prüfgeschwindigkeit von 2 mm/min, und befestigen Sie unmittelbar nach dem Teststart ein Verlängerungsmesser. HINWEIS: Das Werkzeug Verlängerungsmesser misst den Zugmodul aus der Probe. Jeder Test wurde automatisch beendet, nachdem sein Ergebnis aufgezeichnet wurde.<ol>
<li>Entfernen Sie das Testbeispiel nach jedem Test aus dem Werkzeug, und legen Sie ein neues Beispiel für die Werkzeuge fest. Wiederholen Sie den Vorgang für alle Proben. Das Computerprogramm berechnet durchschnittliche Ergebniswerte.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Führen Sie einen Schlagfestigkeitstest mit einem Schlagprüfer gemäß der Norm EN ISO 179-119durch. Stellen Sie die 10 mm x 4 mm Große der Probe (Breite, Dicke) zwischen die Stütze ein, setzen Sie die Kraft zurück und lösen Sie den Schlaghammer von 5 kpcm. HINWEIS: Die Schlagfestigkeitsprobe blinkt aufgrund des Aufpralls des Hammers und der Menge der absorbierten Energie ist im Tester-Indikator sichtbar.<ol>
<li>Zeichnen Sie das Ergebnis auf, und wiederholen Sie die für die 20 Stichproben, nach denen der durchschnittliche Wert der Aufprallstärke berechnet wird. Die aufgezeichneten Ergebnisse waren in der Einheit "kpcm", die in Joule (J) geändert wurde, und die Ergebnisse wurden als Kilojoule pro Quadratmeter dargestellt. ANMERKUNG: Die Spanne zwischen der Probenstütze (Abstand zwischen den Kontaktlinien der Probe) betrug 62 mm oder alternativ das 20-fache seiner Dicke.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Analysieren Sie die Ergebnisse der mechanischen Tests, die in Abbildung 1, Abbildung 2 und Abbildung 3dargestellt sind.</li>
</ol>

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<li>International Organization for Standardization. EN ISO 178:2010, Plastics - Determination of flexural properties. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22International+Organization+for+Standardization%22">International Organization for Standardization</a>. , (2010).</li>
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</ol>

Das Circwaste-Projekt erhält finanzielle Unterstützung von der EU für die Herstellung seines Materials. Die im Inhalt reflektierten Ansichten sind ausschließlich die eigenen des Projekts, und die EU-Kommission ist für ihre Nutzung nicht verantwortlich.

Die mechanischen Eigenschaften von WPC spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidung über die Eignung dieser Produkte in verschiedenen Anwendungen. WPC besteht aus drei Hauptbestandteilen: Kunststoff, Holz und Zusatzstoffe. Die mechanischen Eigenschaften von faserbasierten Verbundwerkstoffen hängen von der Länge der verwendeten Faser ab, wobei "kritische Faserlänge" der Begriff ist, der verwendet wird, um eine ausreichende Verstärkung25anzuzeigen. Neben den Eigenschaften der Inhaltsstoffe ist d...

Die weltweite Abfallerzeugung ist im Laufe der Geschichte erheblich angestiegen und wird in Zukunft voraussichtlich um zig Prozent steigen, wenn nicht gehandelt wird1. Insbesondere Länder mit hohem Einkommen haben mehr als ein Drittel der weltweiten Abfälle erzeugt, obwohl sie nur 16 % der Weltbevölkerung ausmachen1. Der Bausektor ist aufgrund der raschen Urbanisierung und des Bevölkerungswachstums ein bedeutender Produzent dieser Abfälle. Schätzungen zufolge wird etwa ein Drittel des weltweiten festen Abfalls durch Bau- und Abbruchprojekte gebildet; Genaue Werte aus verschiedenen Bereichen fehlen jedoch2. In der Europäischen Union (EU) beträgt die Menge an Bau- und Abbruchabfällen (CDW) etwa 25 % bis 30 % der gesamten Abfallerzeugung3und umfasst wertvolle und bedeutende Sekundärrohstoffe wie Kunststoff. Ohne organisierte Sammlung und Verwaltung kann Kunststoff Ökosysteme kontaminieren und beeinträchtigen. Im Jahr 2016 wurden weltweit 242 Millionen Tonnen Plastikmüll erzeugt1. Der Anteil der in Europa recycelten Kunststoffe betrug nur 31,1 %4.
Ressourcenknappheit hat dazu führen, dass die Praktiken in Richtung einer Kreislaufwirtschaft geändert werden müssen, in der das Ziel besteht, Abfälle als Quelle sekundärer Ressourcen zu nutzen und Abfälle zur Wiederverwendung zu verwerten. Wirtschaftswachstum und minimierte Umweltauswirkungen werden durch die Kreislaufwirtschaft entstehen, die in Europa ein beliebtes Konzept ist. Die Europäische Kommission hat einen Aktionsplan der Europäischen Union für eine Kreislaufwirtschaft angenommen, in dem Ziele und Indikatoren für Beiträge festgelegt werden5.
Strengere Umweltvorschriften und Gesetze tragen dazu bei, dass der Bausektor mehr Anstrengungen in Fragen der Abfallbewirtschaftung und des Materialrecyclings aufnimmt. So hat sich beispielsweise die Europäische Union (EU) Ziele für die materielle Verwertung gesetzt. Ab dem Jahr 2020 sollte die Materialrückgewinnungsrate von nicht-gefährlichem CDW 70%6betragen. Die Zusammensetzung von CDW kann je nach geographischen Standorten sehr unterschiedlich sein, aber es lassen sich einige gemeinsame Merkmale identifizieren, darunter beispielsweise Kunststoff, der ein potenzieller und wertvoller Rohstoff für Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe ist. Die Wiederverwendung von Kunststoff ist ein konkreter Schritt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft, in der native Kunststoffpolymere durch recyceltes Polymer ersetzt werden.
Verbundwerkstoffe sind ein mehrphasiges System, das aus einem Matrixmaterial und einer Verstärkungsphase besteht. Holz-Polymer-Verbundwerkstoff (WPC) enthält in der Regel Polymere als Matrix, Holzmaterialien als Verstärkung und Additive zur Verbesserung der Haftung, wie Z. B. Kupplungsmittel und Schmierstoffe. WPC kann als umweltfreundliches Material bezeichnet werden, da der Rohstoff aus nachwachsenden Rohstoffen wie Polymilchsäure (PLA) und Holz gewonnen werden kann. Nach der neuesten Innovation7können die Additive von WPC auf erneuerbaren Quellen basieren. Zusätzlich kann die Rohstoffquelle recycelt werden (nicht-native) Materialien, was eine ökologisch und technisch überlegene Alternativeist 8. Zum Beispiel haben Forscher extrudierte WPC untersucht, die CDW enthält, und festgestellt, dass die Eigenschaften von CDW-basierten Verbundwerkstoffen auf einer akzeptablen Stufe9waren. Die Verwendung von recycelten Rohstoffen als Komponente für WPC ist auch unter dem Aspekt der Umwelt akzeptabel, wie mehrere Bewertungen belegen. Insgesamt wurde gezeigt, dass die Verwendung von CDW in der WPC-Produktion die Umwelteinflüsse des CDW-Managements verringern kann10. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verwendung von recyceltem Polypropylen (PP) Kunststoff in WPC das Potenzial hat, die globale Erwärmung zu reduzieren11.
Die Menge der verfügbaren recycelten Polymere wird in Zukunft zunehmen. Die weltweite Kunststoffproduktion ist im Durchschnitt um etwa 9 % pro Jahr gestiegen, und es wird erwartet, dass sich dieser Anstieg auch in Zukunft fortsetzen wird12. Die allgemeinsten Kunststoffpolymertypen sind unter anderem Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE). Die Anteile an der Gesamtnachfrage nach PE und PP betrugen 2017 in Europa429,8 % bzw. 19,3 %. Der weltweite Kunststoffrecyclingmarkt wird im Zeitraum 2018–2026 voraussichtlich um 5,6 % jährlich um 5,6 % wachsen13. Eine der Hauptanwendungen, bei denen Kunststoffe verwendet werden, ist der Bau und die Konstruktion. So entfielen beispielsweise fast 20 % der Gesamtnachfrage nach europäischem Kunststoff auf Bauanwendungen4. Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Verwendung von recycelten Polymeren in der WPC-Herstellung eine interessante Alternative, die zur Herstellung von Materialien mit geringen Kosten führt. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass physikalische Wirkungen einen stärkeren Einfluss auf extrudierte Materialien aus Sekundärkunststoff im Vergleich zum entsprechenden Neumaterial haben, aber die Eigenschaften hängen von der Kunststoffquelleab 14. Die Verwendung von recyceltem Kunststoff verringert jedoch die Festigkeit von WPC aufgrund der geringeren Kompatibilität15. Die Variation zwischen den Strukturen von Kunststoffpolymeren bereitet bedenken die Wiederverwendung und das Recycling, die zur Bedeutung der Kunststoffsortierung auf Basis des Polymers beitragen.
In dieser Studie soll die Verwendung von Kunststoff aus CDW als Rohstoff für WPC bewertet werden. Die in der Studie bewerteten Polymerfraktionen sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE). Diese werden als universelle Kunststofffraktionen innerhalb von CDW bezeichnet. Die Polymerfraktionen werden mit allgemeinen Herstellungsverfahren wie Agglomeration und Extrusion behandelt und mit universellen mechanischen Eigenschaftstests getestet. Das primäre Ziel der Studie ist es herauszufinden, wie sich die Eigenschaften von WPC verändern würden, wenn recycelte Polymere als Rohstoff in Matrix anstelle von primären virginpolymeren verwendet würden.
Basierend auf dem (lokalen) Abfallwirtschaftszentrum (Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy) wurde gezeigt, wie kunststoffreiche CDW gelagert werden. Es wurde gezeigt, dass eine große Menge an Kunststoffmaterial enthalten ist und einige Beispiele von CDW-Kunststoffpolymeren gezeigt wurden. Die Forscher sammelten die am besten geeigneten Polymere für die Weiterverarbeitung, wie ABS, PP und PE. Die gewünschten Polymere (PE, PP, ABS) wurden mittels portabler Nahinfrarotspektroskopie (NIR) identifiziert. Vorgestellt wurden WPC-Produktbeispiele, in denen gesammelte Kunststoffe als Rohstoff verwendet werden konnten. Die Definition des Verbunds und seine Vorteile wurden erläutert.

<table><tbody><tr><td>Agglomeration</td><td>Plasmec</td><td>TRL100/FV/W</td><td>Apparat des Turbomischers</td></tr><tr><td>Agglomeration</td><td>Plasmec</td><td>RFV 200</td><td>Apparat des Kühlers</td></tr><tr><td>CNC-Fräser</td><td>Recontech</td><td>F2 - 1325 C</td><td>CNC-Maschine</td></tr><tr><td>Zustandskammer</td><td>Memmert</td><td>HPP260</td><td>Konstantklimakammer</td></tr><tr><td>Haftvermittler</td><td>DuPont</td><td>Fusabond E226</td><td>kommerzielles Haftvermittler-Additiv</td></tr><tr><td>Brecher 1 (Brecher/Schredder)</td> <td>Untha</td><td>Untha LR 630</td><td>10-20 mm</td></tr><tr><td>Sieb Brecher 2 (Langsamläufer)</td><td>Shini</td><td>Shini SG-1635N-CE</td><td>5 mm Sieb, Schneidmühle</td></tr><tr><td>Extruder</td><td>Weber</td><td>Weber CE 7.2</td><td>konisch gegenläufig rotierender Doppelschnecken-Schmierstoff</td></tr><tr><td></td><td>Struktol</td><td>TPW 113</td><td>gewerblicher Schmierstoff-Zuschlag</td></tr><tr><td>NIR-Spektroskopie</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Thermo Scientific microPHAZIR PC</td><td></td></tr><tr><td>Rezyklat ABS aus CDW</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rezyklat PE aus CDW</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rezyklat PP aus CDW</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Formatkreissäge</td><td>Altendorf</td><td>F-90</td><td>Kreissäge/Formatkreissäge</td></tr><tr><td>Prüfapparatur</td><td>Zwick</td><td>5102</td><td>Schlagprüfgerät</td></tr><tr><td>Prüfmaschine</td><td>Zwick Roell</td><td>Z020</td><td>Allround-Linie Materialprüfmaschine</td></tr><tr><td>Holzmehl (Fichte) Material</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>WPC Beispielmaterial</td><td>UPM Profi</td><td></td><td>Terrassendiele</td></tr></tbody></table>

die auswirkungen von bau- und abbruchabfällen kunststofffraktioniert auf holz-polymer-verbundeigenschaften

The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties

Bau- und Abbruchabfälle (CDW), einschließlich wertvoller Materialien wie Kunststoffe, haben einen bemerkenswerten Einfluss auf den Abfallsektor. Damit Kunststoffe wiederverwendet werden können, müssen sie entsprechend ihrer Polymerzusammensetzung identifiziert und getrennt werden. In dieser Studie wurde die Identifizierung dieser Materialien mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIR) durchgeführt, die Material anhand ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften identifizierte. Vorteile der NIR-Methode sind eine geringe Umweltbelastung und eine schnelle Messung (innerhalb weniger Sekunden) im Spektralbereich von 1600-2400 nm ohne spezielle Probenvorbereitung. Zu den Einschränkungen gehört die Unfähigkeit, dunkle Materialien zu analysieren. Die identifizierten Polymere wurden als Komponente für Holz-Polymer-Verbundwerkstoff (WPC) verwendet, die aus einer Polymermatrix, kostengünstigen Füllstoffen und Additiven besteht. Die Komponenten wurden zunächst mit einem Agglomerationsapparat zusammengesetzt, gefolgt von der Extrusion. Im Agglomerationsprozess bestand das Ziel darin, alle Materialien zu einer gleichmäßig verteilten und granulierten Materialsproduktion als Pellets zu verankern. Während des Agglomerationsprozesses wurde das Polymer (Matrix) geschmolzen und Füllstoffe und andere Additive in das geschmolzene Polymer gemischt, um für den Extrusionsprozess bereit zu sein. Bei der Extrusion wurden Wärme- und Scherkräfte auf ein Material innerhalb des Laufs eines konischen, gegenläufigen Doppelschneckenextruders aufgebracht, was das Risiko des Verbrennens der Materialien und der geringeren Schermischung reduziert. Die erhitzte und gescherte Mischung wurde dann durch eine Matrize transportiert, um dem Produkt die gewünschte Form zu geben. Das oben beschriebene Protokoll bewies das Potenzial für die Wiederverwendung von CDW-Materialien. Die Funktionseigenschaften müssen gemäß den standardisierten Tests überprüft werden, wie z. B. Biege-, Zug- und Schlagfestigkeitsprüfungen für das Material.

Um die Wirkung von CDW-Kunststoffpolymer auf die mechanischen Eigenschaften von WPC zu untersuchen, wurden drei verschiedene Polymertypen als Matrix untersucht. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Werkstoffe und Tabelle 2 zeigt die Herstellungsverfahren. Das Material von CDW-PP erfordert eine höhere Behandlungstemperatur für Werkzeuge, aber entsprechend war der Schmelzdruck im Vergleich zu den anderen Materialien (CDW-ABS und CDW-PE) geringer.
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Sekundäre Materialströme enthalten nachweislich potenzielle Rohstoffe für die Produktion. Hier wird ein Protokoll vorgestellt, in dem CDW-Kunststoffabfälle als Rohstoff identifiziert werden, gefolgt von verschiedenen Verarbeitungsschritten (Agglomeration, Extrusion). Als Ergebnis wurde ein Verbundwerkstoff hergestellt und mechanische Eigenschaften analysiert.

Die Auswirkungen von Bau- und Abbruchabfällen kunststofffraktioniert auf Holz-Polymer-Verbundeigenschaften

Construction and demolition waste (CDW), including valuable materials such as plastics, have a remarkable influence on the waste sector. In order for ...

Die Anhäufung von Abfällen hat erheblich zugenommen. Beispielsweise ist der Bausektor ein bedeutender Abfallproduzent. Wir müssen einen praktischen Weg finden, um diese wertvolle pro materielle Belastung auszunutzen.Bau- und Abbruchabfälle umfassen Kunststoff, wertvolle Rohstoffe für Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe. Dieser recycelte Kunststoff kann durch Holzpolymere ersetzt werden, wenn er richtig identifiziert und verarbeitet werden kann. Um Polymere in Kunststoff zu identifizieren, kontaktieren Sie das Polymer von Interesse mit einem tragbaren Nahinfrarot-Spektroskopie-Tool im Spektralbereich von 1600 bis 2400 Nanometern und bestimmen Sie den Polymertyp durch die gemessene Reflexion.Verwenden Sie die Spektroskopie-Identifikationskurve, um die Laborergebnisse zu analysieren und die Materialien zwischen den Polymeren basierend auf den Identifikationsergebnissen zu sortieren. Um die Größenreduzierung für die ausgewählten Kunststoffmaterialien durchzuführen, legen Sie das identifizierte und gesammelte Material in ein einzelnes Wellenzerkleinerungssystem, das mit einem Brecherzerkleinerteiler ausgestattet ist, und zerkleinern Sie die Kunststoffmaterialien bei niedriger Geschwindigkeit und mit einem fünf Millimeter schreddernden. Wenn das Material homogen ist, messen Sie die Materialmengen für die Verbundwerkstoffe und präsentieren Sie die Materialien in ihren relativen Mengen an Kunststoff, Holz, Kupplungsmittel und Schmiermittel.Für die Verarbeitung von Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen mit Extrusionstechnik mischen nach Derformatierung alle Prozesskomponenten in einem Turbomischer und Kühlerapparat und agglomerieren die Materialien im Turbomischer bis zur Temperatur der Materialien von 200 Grad Celsius. Durch die kombinierten Auswirkungen von Temperatur und Reibung bilden sich am Ende der Behandlung Granulatmaterialien. Am Ende der Behandlung kühlen Sie die Materialien für vier bis sieben Minuten in einem Kühlerapparat, bevor Sie das Material vom Prozessor evakuieren und das agglomerierte Material sammeln.Im Bedienfeld der Extrusionsmaschine wird die durchschnittliche Fasstemperatur auf 167 bis 181 Grad Celsius und die durchschnittlichen Werkzeugtemperaturen auf 183 bis 207 Grad Celsius eingestellt. Die Schmelztemperatur sollte zwischen 164 und 177 Grad Celsius eingestellt werden. Und der Färbedruck sollte zwischen 3,7 und 5,9 Megapascal liegen.Passen Sie die Parameter nach Bedarf an. Da recyceltes Material heterogen ist und der Prozess professionelle Kontrolle erfordert. Und verwenden Sie einen konischen, gegenläufigen Doppelschneckenextruder mit einer Materialleistung von 15 Kilogramm pro Stunde, um die Komponenten zu verdichten.Nach dem Extrusionsprozess kann das Profilmaterial des Verbundwerkstoffs erzeugt werden. Um Proben für einen Biegeeigenschaftentest vorzubereiten, verwenden Sie eine Schiebetischsäge, um 800 mal 50 mal 20 Millimeter Proben aus den extrudierten Profilen zu schneiden. Verwenden Sie für einen Zugeigenschaftentest die numerischen Steuerelemente des Computers, um die Leistung des Materials auf eine Hantelform einzustellen und 150 mal 20 mal vier Millimeter Proben aus den extrudierten Materialien zu schneiden.Um Proben aus den extrudierten Materialien für eine Schlagfestigkeitsprüfung zu sägen, verwenden Sie die Schiebetischsäge, um die Proben in 80 mal 10 mal vier Millimeter zu schneiden. Dann legen Sie das Prüfmaterial in eine 23 Grad Celsius und 50% relative Luftfeuchtigkeit Zustandskammer, bis eine konstante Masse erreicht ist. Um eine Biegefestigkeit und einen Modultest für jede der 20 Proben durchzuführen, legen Sie eine Biegeprobe mit Unterstützung von zwei Punkten in das Prüfgerät und klicken Sie auf Teststart, um eine Vorspannung von 15 Newton und eine Testgeschwindigkeit von 10 Millimetern pro Minute in die Mitte der Probe anzuwenden.Der Test wird nach der Aufzeichnung des Ergebnisses automatisch beendet. Entfernen Sie das Beispiel aus den Support-Tools, und legen Sie ein neues Beispiel auf die Werkzeuge. Um einen Zugfestigkeits- und Modultest für 20 bearbeitete Hantelproben durchzuführen, stellen Sie die Zugprobe zwischen den Prüfwerkzeugen ein und befestigen Sie noematische Klemmen, um die Probe während der Prüfung in den Werkzeugen zu halten.Starten Sie den Test vom Computer-Bedienfeld aus mit einer Vorspannung von 10 Newton und einer Testgeschwindigkeit von zwei Millimetern pro Minute und befestigen und Erweiterungsmesser sofort nach dem Teststart anbringen. Entfernen Sie am Ende des Rests die Testprobe, und legen Sie eine neue Probe auf die Werkzeuge fest. Um einen Aufprallfestigkeitstest durchzuführen, platzieren Sie eine 10 mal vier Millimeter große Probe zwischen den Stützen eines Schlagtesters und setzen Sie die Kraft zurück.Dann lassen Sie den Schlaghammer bei einer Schlagkraft von fünf Kilapond-Zentimetern. Wenn alle Tests abgeschlossen sind, berechnen Sie den Durchschnittswert für jeden Satz getesteter Stichproben. Um die Auswirkungen von Bau- und Abbruchverschwendungs-Kunststoffpolymeren auf die mechanischen Eigenschaften von Holzpolymerverbundwerkstoffen zu untersuchen, wurden drei verschiedene Polymertypen als Matrix mit drei verschiedenen Verarbeitungsparametern untersucht.Die höchsten Biegefestigkeitswerte wurden mit dem Material erreicht, das ein recyceltes ABS-Polymer in einer Matrix enthält. und fast kongruente hohe Festigkeitsqualität wurde in dem Material erreicht, in dem recyceltes Polyethylenpolymer in einer Matrix verwendet wurde. Die geringsten Biegefestigkeiten wurden mit dem Material erreicht, das ein recyceltes Polypropylenpolymer in einer Matrix enthält.Ähnliche Ergebnisse werden auch für den Biegemodul von Materialien beobachtet, der gleichzeitig mit der Festigkeitseigenschaft gemessen wurde. Da die recycelten Polyethylen-Materialien einen deutlich niedrigeren Modulwert im Vergleich zum Wert des recycelten ABS-Polymers aufweisen. Die Materialien, die recyceltes ABS und Polyethylen verwendet haben, haben eine nahezu kongruente Zugfestigkeit.Die schwächste Zugfestigkeit wurde mit dem Material erreicht, das ein recyceltes Polypropylenpolymer in einer Matrix enthält. Ähnliche Ergebnisse wurden für die Zugmodulanalyse beobachtet. Darüber hinaus waren die Schlagstärken der recycelten ABS- und Polypropylenpolymere nahezu gleich.Eine höhere Schlagzähigkeit wurde jedoch mit dem recycelten Polyethylenpolymer erreicht, das in dieser Studie die beste Schlagfestigkeitseigenschaft hatte. Es ist wichtig, dass materialien vor der Verarbeitung identifiziert und sortiert werden und das korrekte Materialverhältnis aller Materialien vor den Herstellungsschritten modellieren. Mit diesem Protokoll, wie gezeigt, können auch mehrere andere funktionelle Eigenschaften wie Feuchtigkeitsbeständigkeit und Festigkeit nach der Zyklusbehandlung untersucht werden.Wie gezeigt, können Abfallstoffe als Rohstoff wiederverwendet werden. In zukünftigen Studien sollten neue Rohstoffströme evaluiert und ihre Eigenschaften in neuartigen Produkten getestet werden.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Kunststoff-Folien mit der Bezeichnung "biologisch abbaubar" sind im Handel erhältlich für die landwirtschaftliche Nutzung als Mulch. Bodenbearbeitung stellt eine attraktive Methode zur Verfügung, aber Abbau unter Feldbedingungen ist wenig bekannt. Der Zweck dieser Studie war es, Methoden zur Isolierung von Mutterboden Pilze und Bakterien, die Plastik Mulchfolien nach Feld Bestattung kolonisieren zu entwickeln.

Isolation der Native Soil Mikroorganismen mit Potenzial für den Abbau von biologisch abbaubaren Kunststoff Mulch Films in der Landwirtschaft eingesetzt

Wir präsentieren ein neues Verfahren zur Herstellung von starren und robuste kurze Naturfaser-Preforms mit einem Papierherstellungsprozess. Bakterielle Cellulose wirkt gleichzeitig als Bindemittel für die losen Fasern und Steifigkeit verleiht der Faservorformlinge. Diese Vorformlinge mit einem Harz, wirklich grün hierarchische Verbundwerkstoffen infundiert werden.

Herstellung von robusten Naturfaser-Preforms Verwendung Bakteriencellulose als Binder

Das entwürdigte verdichtete Holz stellt ein neues vielversprechendes Leicht-, Hochleistungs- und biobasiertes Material dar, das in Zukunft naturfaserverstärkte oder glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe teilweise ersetzen kann. Wir stellen hier zwei vielseitige Fertigungswege vor und zeigen die Möglichkeit, komplexe Verbundteile zu erstellen.

Herstellung und Design von holzbasierten Hochleistungs-Verbundwerkstoffen

Ein Beispiel für einen geschlossenen Kreislaufansatz in Richtung einer zirkulären Materialwirtschaft wird hier beschrieben. Es wird ein ganzer nachhaltiger Zyklus vorgestellt, in dem biobasierte halbaromatische Polyester durch Polymerisation, Depolymerisation und dann mit nur geringfügigen Änderungen ihrer Ausbeute oder endlichen Eigenschaften repolymerisiert werden.

Entwickelt für molekulares Recycling: Ein aus Lignin gewonnenes halbaromatisches biobasiertes Polymer

Es wurde ein vielseitiges Doppelschneckenextrusionsverfahren entwickelt, um eine effiziente thermomechanische Vorbehandlung auf lignozellulosehaltiger Biomasse zu ermöglichen, was zu einem erhöhten durchschnittlichen Faserseitenverhältnis führt. Ein natürliches Bindemittel kann auch nach der Faserraffination kontinuierlich hinzugefügt werden, was zu biobasierten Faserplatten mit verbesserten mechanischen Eigenschaften nach dem Heißpressen des erhaltenen extrudierten Materials führt.

Doppelschnecken-Extrusionsverfahren zur Herstellung erneuerbarer Faserplatten

Wir zeigen die Bildung und dimensionale Charakterisierung von Mikro- und Nanoplastik (MPs bzw. NPs) mittels eines schrittweisen Prozesses aus mechanischem Fräsen, Schleifen und bildgebender Analyse.

Bildung von Mikro- und Nanoplastik aus Agrarkunststofffolien für den Einsatz in Grundlagenforschung

In diesem Artikel wird ein Herstellungsverfahren für faserverstärkte Polymermatrix-Verbundlaminate beschrieben, die mit dem Nasshandlaminier-/Vakuumbeutelverfahren gewonnen werden.

Messung der mechanischen Eigenschaften von glasfaserverstärkten Polymer-Verbundlaminaten, die durch verschiedene Herstellungsverfahren erhalten werden

Hier stellen wir eine optimierte Methodik zur Herstellung von myzelbasierten Verbundwerkstoffen (MBCs) aus Petrochemikalien und Schadstoffen für Wärmedämmanwendungen vor. Um kohlenstoffneutral und nachhaltig zu werden, könnten biobasierte und kompostierbare Materialien wie Myzel-Biokomposit die Lösung sein. Um festzustellen, ob sie den Baunormen entsprechen, wurden mehrere Versuche durchgeführt.

Herstellung und Prüfung des Feuchteverhaltens und der thermischen Eigenschaften von Rapsstroh und Ganoderma resinaceum Myzel Bio-Composites

Diese Studie beschreibt ein überkritisches Kohlendioxid-Schäumverfahren zur Herstellung von kohlenstofffaser- und bambusfaserverstärkten Poly (Butylenadipat-co-terephthalat)-Schäumen.

Herstellung von kohlenstofffaser- und bambusfaserverstärkten Poly(butylenadipat-co-terephthalat)-Schäumen durch überkritisches Kohlendioxidschäumen

Das chronoamperometrische Wachstum von anodischen elektroaktiven mikrobiellen Biofilmen in einem Fed-Batch-Reaktor unter Verwendung eines Drei-Elektroden-Aufbaus, gesteuert durch einen Potentiostaten, wird demonstriert. Der extrazelluläre Elektronentransfer wird mittels zyklischer Voltammetrie in Gegenwart des Elektronendonors und in Abwesenheit des Elektronendonors charakterisiert. Die fundamentale Datenanalyse wird demonstriert.

Aus Abwasser gewonnene elektroaktive mikrobielle Biofilme: Wachstum, Erhaltung und grundlegende Charakterisierung

Erfahren Sie die Verarbeitung von Bau- und Abbruchabfällen zu Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen mittels Agglomeration und Extrusion. Dieses Protokoll ermöglicht die Identifizierung von Kunststoffen und die Analyse mechanischer Eigenschaften.

Die Auswirkungen von Bau- und Abbruchabfällen kunststofffraktioniert auf Holz-Polymer-Verbundeigenschaften

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