Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

İnşaat ve Yıkım Atık Plastik Fraksiyonlarının Ahşap-Polimer Kompozit Özellikleri Üzerine Etkisi

doi: 10.3791/61064 Published: June 7, 2020

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

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Tanımlama ve ön arıtma

  1. 1600-2400 nm spektral aralığında taşınabilir yakın kızılötesi (NIR) spektroskopi aracı ile plastik polimerleri tanımlayın. Spektroskopi aleti ile polimerle iletişime geçin ve ölçülen yansıma ile polimeri belirleyin.
    1. Spektroskopinin tanımlama eğrisine göre laboratuvardaki ekrandan alınan tanımlama sonuçlarını analiz edin.
  2. Tanımlama sonucuna göre, polimerler arasında malzemeleri sıralayın ve kendi ağırlıklarını ölçün.
    NOT: Malzeme ölçülen tanımlama sonuçlarına göre sıralandı ve ağırlıklandırıldı. Daha fazla işleme için seçilen polimerler sırasıyla 27.1, 14.2 ve 44.7 kg olan ABS, PE ve PP idi.
  3. Bir kırıcı aparatı ile laboratuvar koşullarında seçilen plastik malzemeler için boyut küçültme gerçekleştirin. Çekiç darbelerin mekanik kuvveti ile malzemeleri ezen aparata toplanan ve tanımlanmış malzemeleri yerleştirin.
    1. 10 ila 20 mm arasında değişen elek boyutuna sahip bir kırıcı/parçalayıcı aparatı ile tek şaftlı parçalama sistemi kullanarak plastik malzemeleri ezin.
    2. Plastik parçaları 5 mm elek ile donatılmış düşük hızlı bir kırıcıya tabi tart.edin. Malzemenin homojen olduğundan emin olun.
  4. Kompozitler için malzeme miktarlarını ölçün. Bir tarifi örnek olarak gösterin ve bu malzemeleri sırasıyla plastik, ahşap, kaplin maddesi ve yağlayıcı (sırasıyla %64, 30, 3 ve 3 wt) olarak göreceli miktarlarda sunun.
    NOT: Bu çalışmada üç farklı kompozit incelenmiştir. CDW geri dönüşümlü plastik polimerler ABS, PP ve PE idi. Kompozit malzemenin dolgu su, kurutulmuş ladin türlerinden hazırlanan odun unu(Picea abies)boyutu kırma ekipmanları kullanılarak azaltılmış ve homojen bir boyut (20 mm örgü) için elek. Kaplin maddesi ve yağlayıcının ticari katkı maddeleri kullanıldı. Hazırlanan malzemelerin kompozisyonları ve adı Tablo 1'degösterilmiştir.
Malzeme Polimer
/ tutar
Ahşap Ca Lubr
CDW-ABS ABS / 30 64 3 3
CDW-PP PP / 30 64 3 3
CDW-PE PE / 30 64 3 3

Tablo 1: İncelenen malzemelerin bileşimi. Numunenin adı dahil matris bileşeni oluşur, geri dönüşümlü akrilonitril bütadien stiren (ABS), polipropilen (PP) ve polietilen (PE) inşaat ve yıkım atık (CDW). Tüm örneklerde ahşap, kaplin maddesi (CA) ve yağlayıcı (Lubr.) miktarları aynıydı.

2. WPC malzemelerinin boyut küçültme işleminden sonra ekstrüzyon teknolojisi ile işlenmesi

  1. Tanımlanan ve önceden işlenmiş malzemeleri bir sonraki (aglomerasyon) işleme adımına yakın bir şekilde aktarın.
    DİkKAT: ABS plastik malzeme bir stiren bileşeni içerir. Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı stirenin "muhtemelen insanlar için kanserojen" olduğunu düşünüyor. Bu nedenle, eylem aglomerasyon adım filme dahil edilmedi ama süreci bu çalışmada özetlenmiştir. Ayrıca, sadece PP veya PE polimer ekstrüzyon üretiminde filme sırasında kullanılmıştır.
  2. Malzemenin aglomerasyon gerçekleştirin.
    1. İşlemin tüm bileşenlerini (polimer, ahşap, kaplin maddesi ve yağlayıcı) turbomikser ve soğutucudan oluşan bir cihazda karıştırın. Malzemelerin sıcaklığı 200 °C'ye ulaşana kadar turbomikserin deki malzemeleri aglomeralayın. Sıcaklık ve sürtünmenin kombine etkisi nden dolayı granül ler aglomerasyonun tedavi sürecinden sonra oluşmuştur.
    2. Turbomixer tedavisinden sonra malzemeleri soğutucu bir aparatta 4-7 dakika soğutun.
  3. İşlemden malzeme boşaltın ve aglomera malzeme toplamak.
  4. Aglomerasyon la işlenmiş malzemeleri bir sonraki işlem adımına (ekstrüzyon) aktarın.
    1. Ekstrüzyon makinesinin kontrol paneline tıklayın ve doğru parametreleri kontrol edin. Ortalama varil ve takım sıcaklıkları sırasıyla 167 ile 181 °C arasında, 183 ve 207 °C arasında değişmektedir. Erime sıcaklığı 164 ile 177 °C arasında, kalıp basınçları ise 3.7 ile 5.9 MPa arasında değişmekteydi. Geri dönüştürülmüş malzemeler heterojen olduğundan ve işlem profesyonel kontrol gerektirdiğinden parametreleri ayarlayın.
    2. 15 kg/h malzeme çıkışı ile konik ters dönen çift vidalı ekstrüder kullanarak bileşenleri birleştirin. Malzemelerin parametreleri Tablo 2'de sunulmuştur. Ekstrüzyon işleminden sonra kompozitprofil malzemesi oluşturuldu.
Malzeme Namlu T °C Araç T °C Erime T °C Eritmek
Basınç (çubuk)
Besleme
hızı (kg/h)
Avg.Vida
hız (rpm)
CDW-ABS 181 ± 11,9 189 ± 14,7 177 50 15 14
CDW-PP 170 ± 10,4 207 ± 8,62 164 37 15 15
CDW-PE 167 ± 8,51 183 ± 10,1 164 59 15 13

Tablo 2: Kompozit malzemelerin işleme parametreleri. ('±' işaretinden sonraki değerler standart sapmaları gösterir. Avg. = ortalama)

3. Üretilen malzemelerin örneklemesi ve özelliklerinin analizleri

  1. Laboratuvarda mekanik özellik testleri için numuneler hazırlayın.
    1. Ekstrüde profillerden alınan örnekleri bir makineyle (örn. sürgülü bir masa testeresi) kesin. Testler için üç farklı boyutta numune gereklidir: fleksural, çekme ve darbe mukavemeti.
    2. EN 1553416'nıntavsiyesine göre test numunelerinin boyutunu ilgili standartlara göre belirleyin. Standarda göre, en az beş numune test edin, ancak ortalama değerin daha fazla hassasiyeti gerekiyorsa ölçüm sayısı beşten fazla olabilir.
  2. Standart EN 31017'yegöre flekstural özellik testi için ekstrüzyon malzemelerinden alınan test örneklerini gördüm.
    1. Örnek için aşağıdaki boyutlarda bir sürgülü tablo testere kullanın: 800 mm x 50 mm x 20 mm (uzunluk, genişlik, kalınlık).
    2. Fleksural özelliklerin (mukavemet ve modül) analizi için 20 numune üretin.
  3. Standart EN ISO 527 218'egöre, çekme özelliği testi için ekstrüzyon malzemelerinden testere testi örnekleri. Malzemeyi aşağıdaki boyutlara kesmek için sürgülü tablo testeresini kullanın: 150 mm x 20 mm x 4 mm (uzunluk, genişlik, kalınlık).
    1. Bilgisayar sayısal kontrol (CNC) ile bir dumb-bell şekliişleme için malzeme preformları ayarlayın. Numunenin dar kısmındaki genişliği 10 mm, numunenin kesit yüzey alanı 4 mm x 10 mm olup, gerilme gerilimi giderilmiştir. Dar kısmın uzunluğu 60 mm olup, yarıçapı 60 mm olan yuvarlak bir köşede sonlandı.
    2. Çekme özelliklerinin (mukavemet ve modül) analizi için 20 numune yapın.
  4. Standart EN ISO 179-119'agöre, darbe mukavemettesti için ekstrüzyon malzemelerinden testere testi örnekleri.
    1. Örnekleri aşağıdaki boyutlara kesmek için sürgülü tablo testeresini kullanın: 80 mm x 10 mm x 4 mm (uzunluk, genişlik, kalınlık). Darbe mukavemeti özelliğinin analizi için 20 numune yapın.
  5. Test malzemesini standart EN ISO 29120'yegöre 23 °C ve %50 bağıl nem durumu odasına sabit bir kütleulaşıncaya kadar taşıyın. Malzeme özellikleri test edilmeden önce numunelerin şartlandırıldığından emin olun.
  6. Testleri (fleksural, çekme ve darbe) gerçekleştirin. En 31017 ve EN ISO 527-218 standartlarına uygun olarak bir test makinesi ile numunelerin mekanik özelliklerini fleksural ve çekme mukavemet testleri ile belirleyin.
    1. Test cihazını kullanarak 20 numunenin her biri için esnek mukavemet ve modül testi yapın. 15 N ön yük ve 10 mm/dk test hızı ile test cihazını kontrol eden bilgisayar programında Test başlat'ı tıklayarak iki noktanın desteğinde esnek test numunesini ayarlayın ve numunenin merkezine bir yük uygulayın. Test, sonucu kaydettikten sonra otomatik olarak durur. Destek araçlarından test örneğini çıkarın ve araçlara yeni bir örnek ayarlayın.
      1. 20 örnek test edilene ve program sonuçları kaydedilene kadar tekrar prosedürü. Bilgisayar programı testin ortalama sonuçlarını hesaplar.
        NOT: Test cihazları test cihazları değiştirilirken protokol burada duraklatılabilir.
    2. 20 işlenmiş (dumb-bell şeklinde) numune için çekme mukavemeti ve modül testi yapın. Test araçları arasında çekme testi örneğini ayarlayın ve test sırasında numuneyi araçlarda tutacak pnömatik kelepçeler takın. Testi 10 N'lik ön yük ve 2 mm/dk'lık test hızıyla bilgisayar kontrol panelinden başlatın ve test başladıktan hemen sonra bir uzatma ölçer aracı takın.
      NOT: Uzatma ölçer aracı, numunedeki çekme modüllerini ölçer. Her test, sonucu kaydedildikten sonra otomatik olarak durduruldu.
      1. Her testten sonra test örneğini araçtan çıkarın ve araçlara yeni bir örnek ayarlayın. Tüm numuneler için yordamı tekrarlayın. Bilgisayar programı ortalama sonuç değerlerini hesaplar.
    3. Standart EN ISO 179-119'agöre, bir darbe test edicisi ile darbe mukavemettesti gerçekleştirin. Destek arasındaki 10 mm x 4 mm boyutu (genişlik, kalınlık) örneğini ayarlayın, kuvveti sıfırlayın ve 5 kpcm darbe çekicini bırakın.
      NOT: Çekiç etkisi ve emilen enerji miktarı nedeniyle darbe mukavemeti testi örnek rüptürü test göstergesinde görülebilir.
      1. Sonucu kaydedin ve darbe mukavemetinin ortalama değeri hesaplanan 20 örnek için tekrarlayın. Kaydedilen sonuçlar joule (J) olarak değiştirildi "kpcm" birimi, ve sonuçlar metrekare başına bir kilojoule olarak sunuldu.
        NOT: Darbe mukavemettestinde numune desteği (numunenin temas çizgileri arasındaki mesafe) arasındaki mesafe 62 mm veya alternatif olarak kalınlığı 20 kat idi.
  7. Şekil 1, Şekil 2 ve Şekil 3'tesunulan mekanik testlerden elde edilen sonuçları analiz edin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

CDW plastik polimerin WPC'nin mekanik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak için matris olarak üç farklı polimer türü incelenmiştir. Tablo 1 malzemelerin bileşimini sunar ve Tablo 2 üretim süreçlerini rapor etmektedir. CDW-PP'nin malzemesi aletler için daha yüksek bir arıtma sıcaklığı gerektirir, ancak buna karşılık, erime basıncı diğer malzemelere (CDW-ABS ve CDW-PE) göre daha düşüktür.

Şekil 1, standart sapmaları bir hata çubuğu olarak da dahil olmak üzere çubuk grafikler olarak malzemenin esnek mukavemetini (ortalama 20 ölçüm) sunar. En yüksek fleksural mukavemet değerleri, bir matrisiçinde geri dönüştürülmüş ABS polimeri içeren malzeme ile elde edilmiştir. Bir matriste geri dönüştürülmüş PE polimerin kullanıldığı malzemede neredeyse uyumlu yüksek mukavemetli kalite elde edilmiştir. En düşük fleksural mukavemetler, bir matrisiçinde geri dönüştürülmüş PP polimer içeren malzeme ile elde edilmiştir. Şekil 1 aynı zamanda mukavemet özelliği ile aynı anda ölçülen malzemelerin fleksural modülü için benzer sonuçlar sunar. Ancak, geri dönüştürülmüş ABS ve PE polimerler mukavemet testlerinde olduğu gibi uyumlu sonuçlar alsa da, fleksural modül sonuçları farklıydı. Geri dönüştürülmüş PE malzemeler, geri dönüştürülmüş ABS polimerdeğerine göre önemli ölçüde daha düşük modül değerine sahiptir.

Figure 1
Şekil 1: İncelenen malzemelerin fleksural özellikleri.
Esnek kuvvet, düz renk dolu çubuklarda (kırmızı, yeşil ve mavi) ve fleksural modül desen dolu çubuklarda aynı renkler kullanılarak sunulur. Standart sapmalar hata çubukları olarak tanımlanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2, hata çubuğu olarak standart sapmalar da dahil olmak üzere çubuk grafikler olarak çekme mukavemetini ve modülünü (ortalama 20 ölçümden) gösterir. Geri dönüştürülmüş ABS ve PE'nin kullanıldığı malzemeler neredeyse uyumlu çekme mukavemeti sonuçlarına sahiptir, ancak geri dönüştürülmüş ABS'nin kullanıldığı malzeme için standart sapma daha yüksekti. En zayıf çekme mukavemeti bir matris içinde geri dönüştürülmüş PP polimer içeren malzeme elde edildi. Çekme modülünün sonuçları, geri dönüştürülmüş ABS polimeri ile en iyi modüle ulaşıldığı fleksural modül sonuçlarıyla uyumluydu.

Figure 2
Şekil 2: İncelenen malzemelerin çekme özellikleri.
Çekme mukavemeti düz renk dolu çubuklarda (kırmızı, yeşil ve mavi) sunulur ve çekme modülü desen dolu çubuklarda aynı renkler kullanılarak sunulur. Standart sapmalar hata çubukları olarak tanımlanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3, standart sapmaları bir hata çubuğu olarak da dahil olmak üzere çubuk grafikler olarak malzemelerin (ortalama 20 ölçümden ortalama) darbe mukavemet özelliklerini görüntüler. Geri dönüştürülmüş ABS ve PP polimerlerin darbe mukavemetleri hemen hemen aynı seviyedeydi, ancak bu çalışmada en iyi darbe mukavemetözelliğine sahip olan geri dönüştürülmüş PE polimer ile daha fazla etki mukavemeti elde edildi.

Figure 3
Şekil 3: İncelenen malzemelerin darbe mukavemetözellikleri.
Darbe mukavemeti düz renk dolu çubuklarda sunulur ve standart sapmalar hata çubukları olarak tanımlanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

ABS polimer wpc içinde olumlu davranışı artırabilir üç monomerler oluşur. Örneğin, akrilonitril bileşeni mukavemet katkıda bulunur, bütadien bileşenleri darbe direnci katkıda bulunur, ve stiren bileşenleri sertlik katkıda bulunur. Pe tabanlı WPC en büyük pazar payı için hesaplar, Kuzey Amerika'da örnekler için, ve çivi, vida kolaydır ve gördüm. Ancak, PE farklı özelliklere sahip yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) gibi çeşitli polimerik formlarda üretilmektedir. PP tabanlı WPC bu çalışmada en zayıf özelliklere sahipti, pazar payı nispeten küçük olduğu gerçeği ile tutarlı. Polietilen ile karşılaştırıldığında birkaç üstün özelliklere sahip olmasına rağmen, bu tür hafif ve güçlü olmak gibi, aynı zamanda polietilen daha kırılgan21.

Genel olarak, kompozit lerin geri dönüşümü ekolojik olarak tercih edilen yoldur8, ve geri dönüştürülmüş atık plastik kompozitler için uygun bir hammaddedir, hangi performans compatibilizers kullanılarak geliştirilebilir22. Çeşitli mekanik özelliklerin nedeni malzemelerin bileşiminden kaynaklanıyor olabilir ve özellikle bağlantı maddesinin önemli bir etkisi olabilir. WPC geri dönüşümlü polimerlerin mekanik özellikleri compatibilizers ile geliştirilmiş ama etkileri kullanılan ajan ve yapımiktarı güçlü bağlıdır, kullanılan ajanlar arasında büyük bir varyasyon neden23. Bir önceki çalışmada, PP tabanlı WPC en yüksek performans üç yüzde düzeyleri24compatibilizers miktarları ile elde edildiğini göstermiştir , bu çalışmada kullanılan miktar ile uyumludur. Bu nedenle, kullanılan bağlantı aracısı aracı düzeyi daha sorunlu olabilir. Ancak, genellikle bağlantı ajanları optimize edilmiş koşullar altında kullanıldığında WPCs mekanik performans geliştirilmiş olduğu kabul edilir25.

Her polimer, polimerlerin ayrılmasının wpc değerini doğru katkı maddeleri ile artırdığını gösteren, malzeme ayrı özelliklere sahiptir. Gelecekte, geri dönüşümlü polimer kompozitler için yeni çevre dostu alternatif kaplin ajanlar talebi karşılamak için kullanılabilir, Rocha ve Rosa yeni bir çalışmada gösterilen nişasta sakız gibi26. Ayrıca, plastik yeniden kullanımı ekonomik mantıklı olmalı, ve böylece de gelecekteki eylem gerektirir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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 dönüştürülmüş hammaddelerin kullanıldığı bu çalışmada, hammaddeye çok dikkat çekilmiştir. Bu çalışmada, cdw kaynaklı, şantiyeler arasında farklılık gösteren malzemeler kullanılmıştır ve bu değişkenlik farklı çalışmaların karşılaştırılmasında kritik bir faktördür. Bu nedenle, malzeme tek tip ürün kalitesini sağlamak standart testlere göre çalışılmalıdır.

Fleksural bir testte, WPC malzemesi yük taşıyan tarafta sıkıştırıcı stres ve buna bağlı olarak karşı uçta çekme gerilimi deneyimler. Test yöntemi, gerçek kullanımda ekstrüde bir profilin esnek özelliklerini gösteren ahşap tabanlı panellerin (EN 310) standardına dayanmaktadır. Fleksural test malzeme için sıkıştırma (üst yüzeyde) ve çekme (alt) strese neden olur, bu nedenle ekstrüde (içi boş) profilin simetrik olması önemlidir. Fleksural özellik için başka bir test (örneğin, standart EN ISO 17827), örnek boyutları daha küçük olduğu, kullanılan ekstrüzyon profili için gerçek değerli verim olmaz ama içi boş bir profil etkisi olmadan malzemenin özelliği analiz edecektir. Bu sonuçlar üzerinde bir etkisi olduğundan destek aralıkları arasında standart laştırılmış bir mesafe kullanmak önemlidir. Esnek güç, artan destek süresinin yükün orantılı olarak azalmasına yol açtığı destek süresine doğrusal olarak bağlıdır28.

Genellikle, ahşap fiber içinde artan içerik PP polimer ile çekme modülü artar25. Bu nedenle, bir kaplin maddesi gibi katkı maddeleri de dahil olmak üzere malzemelerin bileşimi, bu malzeme için en uygun olmadığını varsayabiliriz. Çekme testi numunelerinin kalınlıkları arasındaki en yüksek değişim 0.94 mm; bu varyasyon, örneklerin sabitlemenin kritik bir adım olduğunu gösterir. Test makinesi, çeşitli numune kalınlıklarıyla gereksiz kuvvete neden olan pnömatik bağlantı elemanlarını içeriyordu. Bu nedenle, pnömatik bağlantı elemanlarının sonuçları bozmayacak şekilde çekme testinin başında kuvvet ölçümü sıfırlanmalıdır. Alternatif olarak, bu sorun giderme örnekleme aşamasında homojen test örnekleri üretilerek ortadan kaldırılabilir.

Darbe mukavemeti testi, anlık bir gerilimi ölçerken, diğer testlerin çoğu malzemenin uzun vadeli gerilmesini ölçerken, malzemenin farklı bir mekanik özelliğini gösterir. Ahşap elyaf artan içeriği darbe mukavemetini azalttı25. Numunelerin boyutları tüm testlerde ölçülmelidir ve ölçüm cihazlarının kullanımında araştırmacılar arasında farklılıklar olabilir (örneğin, kaliper veya mikrometre kullanımında sıkıştırma kuvveti). Bu nedenle, aynı kişinin her testte numunelerin boyutlarını ölçerek ölçümlerdeki insan hatalarını dışlaması önemlidir. Bir değişiklik tekniği olarak başka bir seçenek sıkıştırma için bir an içeren bir aygıt kullanmaktır. Buna ek olarak, test atmosferi incelenen özellikleri üzerinde bir etkisi olabilir. Bu çalışmada, çalışılan tüm testler aynı koşullar altında yapıldı, bu nedenle atmosferin etkisi benzerdi ve her test için tesadüfi bir etki yarattı. Gelecekteki bir uygulama olarak, testler atmosferin kararlı olarak ayarlandığı bir odada yapılabilir.

WPC, ahşap ve polimer gibi en az iki malzemeden oluştuğundan, bir standardın seçimini zorlaştırabilir. Örneğin, ahşap malzemelerin yanı sıra polimer malzemeler için de, çalışma için uygun bir standardın seçiminde sınırlamalar neden olacak uygun standartlar olabilir. Standart kuruluş, selüloz bazlı malzemeler den ve termoplastiklerden yapılan kompozitler için test yöntemlerinin tanımlandığı standartları (EN 15534-1:2014+A1:2017) yayınlamıştır. Standart, Avrupa Standardı'nı takip eden araştırmacıların çalışmalarında evrensel bir şekilde hareket etmelerine olanak tanır. Araştırmacıların önemli bir kısmı sonuçların karşılaştırmalarında sorunlara neden olacak başka bir standardı (örneğin, ASTM International) takip ederse bir komplikasyon ortaya çıkabilir. Gelecekteki bir gelişme, standartları küresel olarak geçerli olacak tek bir standart kuruluş olabilir.

WPCs standartları özelliklerinin ölçümü için ayrıntılı talimatlar içerir, ancak bunların yorumlanması araştırmacılar arasında değişebilir. Araştırma kuruluşları arasında kıyaslama, operasyon yöntemlerini birlilebilir, ancak araştırma kuruluşları genellikle gizli bilgilerle ilgilenen kısıtlı kurumlar olduğu için izin verilmeyebilir. Bu nedenle, görsel olarak açıklanan bu tür çalışmalar, test uygulamalarının daha fazla sayıda insan için evrensel olmasını sağlayarak yanlış anlama olasılıklarını kısıtlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Circwaste projesi, malzeme üretimi için AB'den mali destek alıyor. İçerikte yansıtılan görüşler tamamen projenin dir ve ab komisyonu bunların herhangi bir şekilde kullanılmasından sorumlu değildir.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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. Washington, DC. (2018).
  2. Llatas, C. A model for quantifying construction waste in projects according to the European waste list. Waste Management. 31, 1261-1276 (2011).
  3. Waste streams, Construction and Demolition Waste (CDW). European Commission (EC). Available from: https://ec.europa.eu/environment/waste/construction_demolition.htm (2019).
  4. Plastics - the Facts 2018. PlasticsEurope. Available from: https://www.plasticseurope.org/application/files/6315/4510/9658/Plastics_the_facts_2018_AF_web.pdf (2018).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Geyer, R., et al. Production, use and fate of all plastics ever made. Science Advances. 3, 1-5 (2017).
  13. Global Plastic Recycling Market: Snapshot. Transparency Market Research. Available from: https://www.transparencymarketresearch.com/plastic-recycling-market.html (2018).
  14. Turku, I., et al. Durability of wood plastic composites manufactured from recycled plastic. Heliyon. 4, (2018).
  15. Turku, I., et al. Characterization of wood plastic composites manufactured from recycled plastic blends. Composite Structures. 161, 469-476 (2017).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. International Organization for Standardization. EN ISO 291, Plastics - Standard atmospheres for conditioning and testing. International Organization for Standardization. (2008).
  21. Klyosov, A. A. Composition of Wood-Plastic Composite Deck Boards: Thermoplastic. Wood-plastic composites. Klyosov, A. A. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey. 50-74 (2007).
  22. 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).
  23. Martikka, O., Kärki, T. Promoting recycling of mixed waste polymers in wood-polymer composites using compatibilizers. Recycling. 4, (2019).
  24. Keener, T. J., et al. Maleated coupling agents for natural fibre composites. Composites: Part A. 35, 357-362 (2004).
  25. Sain, M., Pervaiz, M. Mechanical properties of wood-polymer composites. Wood-polymer composites. Oksman Niska, K., Sain, M. Woodhead Publishing Limited. Cambridge, England. 101-117 (2008).
  26. Rocha, D. B., Rosa, D. S. Coupling effect of starch coated fibers for recycled polymer/wood composites. Composites: Part B. 172, 1-8 (2019).
  27. International Organization for Standardization. EN ISO 178:2010, Plastics - Determination of flexural properties. International Organization for Standardization. (2010).
  28. Klyosov, A. A. Flexural Strength (MOR) and Flexural Modulus (MOE) of Composite Materials and Profiles. Wood-plastic composites. Klyosov, A. A. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey. 225-318 (2007).
İnşaat ve Yıkım Atık Plastik Fraksiyonlarının Ahşap-Polimer Kompozit Özellikleri Üzerine Etkisi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lahtela, V., Hyvärinen, M., Kärki, T. The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties. J. Vis. Exp. (160), e61064, doi:10.3791/61064 (2020).More

Lahtela, V., Hyvärinen, M., Kärki, T. The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties. J. Vis. Exp. (160), e61064, doi:10.3791/61064 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter