Odpady tworzyw sztucznych z demontażu i strzępienia pojazdów

Udział tworzyw sztucznych w konstrukcjach pojazdów w ostatnich latach systematycznie się zwiększa. Ich zaletą jest to, iż są lżejsze a czasami wytrzymalsze i trwalsze od tradycyjnych materiałów, nie korodują, są łatwe w montażu oraz zazwyczaj znacznie tańsze.

W obecnie demontowanych pojazdach materiały polimerowe stanowią ok. 15% całkowitej ich masy, co w przypadku średniej klasy pojazdu daje ok. 150 kg tworzyw (elementy siedzeń, deska rozdzielcza, błotniki, reflektory, przewody i zbiorniki paliwowe, izolacje przewodów elektrycznych, a także opony, uszczelki gumowe itp.). Należy oczekiwać, że w ciągu najbliższych lat udział materiałów polimerowych może znacznie przekroczyć 20%.

Asortyment tworzyw sztucznych stosowanych w pojazdach jest bardzo duży. W przeciętnym samochodzie znajduje się ok. 2 tys. elementów wykonanych z materiałów polimerowych o masie od kilkunastu gramów do kilkudziesięciu kilogramów. Dominującym tworzywem jest PP (zderzaki), PE (zbiornik na paliwo) oraz pianki PUR (siedzenia) a także ABS, PA, PMMA, PVC i inne, a ostatnio coraz częściej różnego rodzaju kompozyty np. poliestrowo-szklane. Tak różne rodzaje tworzyw wymagają często odmiennych metod recyklingu.

Dobór metod

Wobec różnych możliwości odzysku zużytych tworzyw sztucznych, podstawowym problemem jest ocena, która z nich jest najwłaściwsza. Należy wyraźnie stwierdzić, że nie ma metody uniwersalnej. Najlepsze efekty uzyskuje się dobierając optymalną metodę dla danego strumienia odpadu.

Recykling materiałowy polegający na wykorzystaniu odpadu jako pełnowartościowego surowca do wytwarzania nowych lub takich samych wyrobów, uważany jest za najlepszą i najtańszą metodę odzysku tworzyw sztucznych. Największe korzyści osiągane są tylko wtedy, gdy jednorodne i czyste frakcje odpadów polimerowych są przetwarzane w proporcji 1:1 na granulat o właściwościach pozwalających zastąpić polimer pierwotny.

Istotnym ograniczeniem tej metody jest pogorszenie właściwości w kolejnych cyklach recyklingu. Warto mieć ten fakt na uwadze, gdyż coraz częściej do niektórych wyrobów stosowane są już recyklaty o coraz gorszych właściwościach, uniemożliwiających dalsze wykorzystanie w recyklingu materiałowym. Jest to efekt coraz powszechniejszego stosowania w recyklingu tworzyw pochodzących z  przetwórstwa pojazdów wycofanych z eksploatacji tzw. recyklingu kaskadowego, którego prekursorami byli Włosi (Fiat). Istotą tej metody jest wykorzystywanie recyklatów do wytwarzania wyrobów o coraz niższych wymaganiach. Przykładowo granulat z polipropylenu pochodzącego ze starego zderzaka jest wykorzystywany do produkcji elementów przewodów do rozprowadzania powietrza do wentylacji i ogrzewania pojazdu oraz elementów obudowy filtra powietrza. W kolejnych cyklach recyklingu można z tego materiału produkować np. nakładki i progi do nowego pojazdu, dywaniki. Dopiero tworzywo, którego właściwości użytkowe są już bardzo słabe, przeznaczane są do recyklingu surowcowego lub bezpośrednio spalone w celu odzysku energii.

W przypadku odpadów tworzyw sztucznych należy podkreślić, że ich bezpośrednie termiczne przetworzenie, po przejściu kilku cykli recyklingu jest jedynym możliwym i racjonalnym rozwiązaniem, a przy obecnym rozwoju technik spalania nie stanowi to problemu ekologicznego. W kontekście budowy kolejnych spalarni odpadów, którym w pewnym momencie może zabraknąć paliwa, ten kierunek zagospodarowania, podobnie jak produkcja paliw alternatywnych będzie w Polsce zyskiwał na znaczeniu.

W praktyce metodą bezpośredniego recyklingu materiałowego można przetwarzać tylko stosunkowo niewielką część tworzyw termoplastycznych. Głównym problemem jest bardzo duża zmienność składu i właściwości zmieszanych odpadów, szczególnie zmienny udział tworzyw typu PE-LD, PE-HD czy PP oraz udział materiałów po procesie recyklingu.

Z takich odpadów bardzo trudno uzyskać duże partie recyklatów o stałych, zadowalających parametrach. Ponadto większość stosowanych metod nie nadaje się do coraz częściej stosowanych materiałów kompozytowych typu poliester/epoksyd-włókno szklane czy termoplastów z napełniaczami wzmacniającymi.

W efekcie po procesach demontażu i odzysku pozostają znaczne ilości frakcji odpadów tworzyw sztucznych, z których przy obecnych technologiach przetwarzania nie można uzyskać wyrobów o właściwościach rynkowych. Aby racjonalnie zagospodarować rosnący ich strumień, muszą ulec zmianie stosowane obecnie ?tradycyjne? metody przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych. Jednym z kierunków jest otrzymywanie kompozytów w wyniku połączenia co najmniej dwóch materiałów o różnych właściwościach, przy czym kompozyty takie często charakteryzują się właściwościami, których żaden składnik osobno nie wykazuje.

Najnowsze badania wykazały, że materiały o bardzo dobrych parametrach można uzyskać przez  wytworzenie kompozytów wzmocnionych napełniaczami włóknistymi, które z jednej strony pełnią funkcję kompatybilizatorów, umożliwiających ujednolicenie właściwości recyklatów, a równocześnie poprawiających szereg właściwości fizykomechanicznych.

Właściwy dobór ilościowy i jakościowy składników umożliwia uzyskanie kompozytów o dopasowanych dla danego wyrobu właściwościach, m. in. o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej, zróżnicowanej elastyczności, obniżonej palności czy wodochłonności.

Jako wzmacniające napełniacze włókniste bardzo dobrze sprawdziły się włókna szklane pochodzące z termicznego rozkładu odpadowych kompozytów poliestrowo/epoksydowo-szklanych prowadzonego w reaktorze mikrofalowym. Dochodzi w nim do dekompozycji matrycy polimerowej, a na powierzchni włókna wytwarza się bardzo cienka warstwa depozytu węglowego mającego dobre powinowactwo zarówno do szkła jak i polimerów, szczególnie poliolefin. Tak zmodyfikowane włókno szklane, po zmieszaniu w ilości 10 do 80 % z odpadowymi poliolefinami nawet słabej jakości i czystości umożliwia uzyskanie kompozytów o bardzo dobrych parametrach techniczno-użytkowych, umożliwiających produkcję wielu, pełnowartościowych wyrobów.

Jednym z bardzo obiecujących możliwości zagospodarowania odpadowych materiałów polimerowych, które nie nadają się do przerobu tradycyjnymi metodami, tzn. niejednorodnych, zanieczyszczonych i słabych właściwościach fizykomechanicznych, są nowe technologie otrzymywania kompozytów o wysokich parametrach użytkowych i przerobowych.

Prof. dr hab. Włodzimierz Urbaniak, Wydział Chemii Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu