Recykling folii PVB

Obecnie na świecie znajduje się około 1,2 miliarda pojazdów i liczba ta będzie cały czas rosnąć, przez co szacuje się, że do 2040 roku ma osiągnąć wartość ponad 2 miliardy. Wraz ze wzrostem posiadanych samochodów, rośnie też liczba zużywanych aut, a co za tym idzie - wzrasta ilość materiałów, które należy i trzeba utylizować. 

Nie chciałabym skupiać się w tym artykule na elementach metalowych, gdyż z nimi z reguły nie ma kłopotu, natomiast elementy plastikowe i szklane muszą już powędrować do firm, które specjalizują się w recyklingu danego materiału.

Z samym szkłem zasadniczo również nie ma większego problemu, można je wykorzystać w postaci stłuczki szklanej i zastąpić nią krzemionkę, wapienie, sodę kalcynowaną i wiele innych składników w ramach produkcji nowych wyrobów. 

Rozdrobnionego szkła używa się w asfaltach, różnego rodzaju kruszywach budowlanych i drogowych, farbach izolacyjnych, a także w piaskowaniu, do produkcji nawierzchni sportowych, w cegielniach i do filtracji wody. Drobiny szklane są używane jako materiały ścierne, a niektóre firmy recyklingowe stosują szkło niższej jakości jako podkład drogowy lub kruszywo. Ponadto globalny rynek szkła z odzysku wart jest ok. 2,6 mld dolarów i rośnie w tempie 7% rocznie. 

Tworzywa sztuczne stosowane w samochodach

Średni udział tworzyw sztucznych w masie samochodów produkowanych w latach 1980-1990 wynosił 7,5%, w samochodach produkowanych w latach 1991-2004 było to już 17% i odsetek ten sukcesywnie rośnie.

Podstawową przyczyną, dla której zwiększa się udział tworzyw sztucznych w pojazdach jest mniejsza masa elementów wykonanych z tworzywa niż z metalu.

Elementy nadwozia w postaci zintegrowanych paneli przodu i tyłu nadwozia, błotników, drzwi, relingów, spoilerów itp. to najbardziej spektakularne przykłady stosowania tworzyw sztucznych. Do podstawowych materiałów, jakie znajdują zastosowanie w konstrukcji nadwozi samochodów osobowych należą PP, PC, PET, PBT, kompozyty na bazie tłoczyw poliestrowych UP.

We wnętrzu samochodu materiały polimerowe zapewniają bezpieczeństwo i komfort kierowcy i pasażerów, stanowią tez doskonałą izolację termiczną i akustyczną. Do najczęściej stosowanych w przedziale pasażerskim tworzyw należą PUR, PVC i PP. Przykłady zastosowań tych materiałów to: tablica przyrządów, fotele, wykładziny drzwi, boków, schowków, półek, podsufitki, pokrętła, przyciski.

Elementy znajdujące się w pobliżu silnika winny być wykonane z tworzyw odpornych na długotrwałe działanie temperatury, przekraczające 100°C. Ponadto powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością, stabilnością wymiarową, odpornością na korozję. Podstawowe tworzywa stosowane "pod maską" to poliamidy zbrojone włóknem szklanym PA, poliformaldehyd POM, politlenek fenylenu PPO, polipropylen wypełniony talkiem PP, i inne. Z materiałów tych wykonuje się; układ klimatyzacji, obudowy silnika, pokrywy silnika i rozrządu, miski olejowe, zbiorniki płynów, wentylatory, elementy chłodnicy itp.

Tworzywa sztuczne stosowane w układach zasilania charakteryzują się wysoką odpornością na działanie paliw, niską przepuszczalnością oparów paliw, częściową przezroczystością (przewody i zbiorniczki płynów), odpornością na korozję. Najczęściej stosowane polimery to: poliamidy PA, polisiarczek fenylenu PPS, politereftalan etylenowy PET i butylenowy PBT, poliformaldehyd POM, polietylen PEHD. Z materiałów tych wykonuje się m.in.: zintegrowane zbiorniki paliwa z pompą i wskaźnikami ilości paliwa, przewody, listwy doprowadzające paliwo do wtryskiwaczy.

W zespołach elektrotechniki i elektroniki znajduje zastosowanie coraz więcej tworzyw sztucznych HT odpornych na wysokie temperatury, niepalnych i dobrych dielektryków takich jak: politereftalan butylenu PBT, poliwęglan PC, polisiarczek fenylenu PPS, poliamid PA, tworzywo fenolowe PF. Z tworzyw sztucznych w układach elektrotechniki i elektroniki wykonuje się: reflektory, lampy, obudowy urządzeń, elektrycznych, elementy komputerów, akumulatory, elementy alternatorów, rozruszników.

Z poliformaldehydu PC, poliamidu PA wykonuje się koła zębate do pompy oleju, mechanizmu wycieraczek, liczników prędkościomierzy, mechanizmów podnoszenia szyb, łożyska pedałów hamulca i sprzęgła, miseczki przegubów kulowych układu kierowniczego i zawieszenia, łożyska (tuleje) przekładni kierowniczej, kolumny kierowniczej, łożyska oporowe sworzni zwrotnic.

Folia PVB

Nas jednak interesuje folia PVB (poliwinylobutyral), czyli odpad tworzywa polimerowego, która w większości przypadków gromadzona jest na wysypiskach, co powoduje duże obciążenie środowiska naturalnego. Czy ktoś się kiedyś zastanawiał co się dzieje z folią, która znajduje się między szybami? 

Aktualnie wykorzystanie szkła laminowanego znacząco rośnie w przemyśle samochodowym i budowlanym. Tylko co z nim później się dzieje, a konkretnie, co dzieje z folią która zlepia warstwy szkła? Jest na nią jakiś sposób? 

Trzeba przyznać, iż folia PVB to zmora recyklerów szkła samochodowego. Proces odzysku szkła z szyb klejonych jest nieco bardziej skomplikowany i składa się z wielu etapów o których rozpisywać się nie będę a chętnych odsyłam do literatury. Ogólnie można rzec, iż PVB używany jest w produkcji przednich szyb samochodowych jako klej do łączenia poszczególnych warstw. Zużyte, uszkodzone szyby zawierają cienką warstwę PVB, która nieodzyskana stanowi obciążenie dla środowiska.

Szkło laminowane stanowi ok. 3% całkowitego materiału w standardowych pojazdach osobowych, a każda przednia szyba zawiera około 1 kg samej folii PVB. Po przeanalizowaniu składu samochodowej szyby laminowanej, okazuje się, że składa się ona w 25% z PVB i w 75% ze szkła. Na całym świecie 65% używanej folii PVB znajduje swoje zastosowanie w produkcji szyb samochodowych, przez co w ciągu ostatnich kilku lat rynek PVB gwałtownie się rozwinął.

W obliczu powyższych liczb i statystyk możemy wyobrazić sobie, z jakimi ilościami materiałów mamy do czynienia w procesie utylizacji pojazdów mechanicznych. A chyba każdy zdaje sobie sprawę iż najprostszą i niestety najczęściej stosowaną w większości krajów metodą zagospodarowania odpadów jest ich składowanie. Jednak należy pamiętać, że jest to metoda najmniej ekonomiczna, wymaga dużych obszarów składowania, a naturalny proces rozkładu polimerów jest długotrwały, dlatego też najkorzystniejszy jest recykling. Ten sposób został narzucony nie tylko poprzez uwarunkowania ekonomiczne, ekologiczne, ale i obowiązujące przepisy prawne. Więc składowanie jest niewątpliwie najgorszym sposobem unieszkodliwiania odpadów, zarówno z ekonomicznego i ekologicznego punktu widzenia.

W tym przypadku istotne jest prowadzenie prac naukowo-badawczych ukierunkowanych na rozwój technologii recyklingu i badań materiałowych, w celu wskazania nowych aplikacji.

Badacze z różnych dziedzin przemysłu na dzień dzisiejszy borykają się ze skuteczną metodą oczyszczenia takiej folii z małych fragmentów szkła, przez które to istnieje problem ponownego zagospodarowania folii. Do rozdzielenia składników możliwe jest wykorzystanie różnic we własnościach materiałów (szkło i termoplast PVB) gęstości, rozszerzalności termicznej, przewodnictwie cieplnym i wytrzymałości mechanicznej. Tylko żeby to było takie proste w praktyce...

Co jeszcze warto wiedzieć o PVB?

Tworzywo to charakteryzuje się doskonałą przeźroczystością, wysoką wartością maksymalnego wydłużenia względnego (250%), wytrzymałością na rozerwanie przekraczającą 20 MPa, przy tym odpornością zarówno na promieniowanie ultrafioletowe jak i temperaturę. Folia taka w szybie spełnia funkcje ochronne, poprzez rozproszenie siły uderzenia na powierzchni szyby zwiększając w ten sposób odporność szkła na uderzenia. A pod wpływem silnego uderzenia szkło pęka i jego fragmenty przylegają właśnie do tej międzywarstwy dzięki czemu kierowca i pasażerowie są chronieni. Dodatkowo ta lepkosprężysta warstwa pośrednia folii ulega odkształceniu plastycznemu i pochłania energię przenoszoną przez uderzający obiekt.

Prognozy na przyszłość

W literaturze można znaleźć wiele pomysłów na zagospodarowanie folii? Można otrzymać z niej regranulat PVB i proszek - oba o czystości 99%. Autorzy zapewniają, że formowanie regranulatu PVB następuję w procesie wytłaczania a jego chłodzenie odbywa się w strumieniu zimnych par gazów ochronnych, natomiast formowanie proszku PVB zachodzi w procesie pulweryzacji i odbywa się w młynie kriogenicznym. Wszystkie zastosowane w instalacji operacje jednostkowe zachowują oryginalny skład i własności tworzywa PVB - zabezpieczają przed utlenieniem i degradacją termiczną jak i nie dopuszczają do migracji plastyfikatorów, nie zmieniając przy tym koloru i przeźroczystości tworzywa.

Dzięki zastosowaniu najnowszych dostępnych na rynku urządzeń do rozdrabniania, mielenia, sortowania oraz mycia folii z wykorzystaniem cieczy jonowych przewidują iż cena takich recyklatów PVB będzie o ponad 100% niższa a ich użyteczność (recyklat o zawartości zawartość szkła poniżej 1%) będzie mieć znacznie większy wachlarz zastosowań niż oferowane przez konkurencję bardziej zanieczyszczone produkty.

Wydawałoby się, że folia nawet z niewielką zawartością szkła może być zastosowana jako paliwo alternatywne. Jak się okazuje, folia PVB pomimo stosunkowo wysokiej kaloryczności jest niechętnie stosowana jako paliwo alternatywne ze względu na stosunkowo dużą zawartość szkła oraz słabe właściwości palne. Istnieją opracowane technologie wytwarzania paliwa alternatywnego z folii PVB np. w procesie krakingu termicznego, jednak bezwzględnym elementem pozwalającym na wykorzystanie takiej technologii jest usunięcie drobin i kawałków szkła z folii. Jeżeli jednak faktycznie znajdują się chętni "kupcy", którzy wykorzystają folię jako paliwo alternatywne, to nie są oni skłonni do oferowania zbyt wysokiej ceny za materiał. Chcąc się pozbyć "balastowego" odpadu, recykler ponosi więc koszty związane z utylizacją folii PVB, która wymaga z jego strony o wiele większego nakładu pieniężnego niż przerób - odsyłam do literatury w celu szerszego zapoznania się z tematem.

Obecnie dysponujemy zaawansowaną technologią pozyskiwania materiałów z recyklingu i metody te są cały czas dopracowywane. Ważnym jest aby to nasze tworzywo polimerowe stanowiło wartościowy surowiec wtórny, zdatny do wielokrotnej obróbki bez znaczącej utraty jakości.

Badania naukowców i projekty są właśnie odpowiedzią na potrzeby zarówno dostawców odpadów jak i firm używających w swoich procesach produkcji tworzywa PVB. Przed nimi jeszcze wiele pracy ale kto wie może niebawem nastąpi przełom w zagospodarowaniu właśnie folii PVB, z którą od dawien dawna nie można sobie poradzić w należyty sposób, aby przedsiębiorcy i przemysł dostali produkt do dalszych zastosowań?

Gospodarowanie odpadami ze szkła laminowanego jest problemem globalnym, nad którym intensywnie pracują naukowcy na całym świecie, próbując znaleźć skuteczną metodę separacji i odzysku folii PVB i drobin szkła z powstałych odpadów. Choć wiele badań przeprowadzonych zostało z powodzeniem, to nie są one jeszcze na tyle rozpowszechnione, aby wykorzystywane były na co dzień. 

Przykładowe rozwiązania

Jedna z polskich firm oferuje recyklingowany PVB od Shark Solutions A/S - najwyższej jakości surowiec do farb i tworzyw sztucznych. PVB jest nietoksyczną, nieżrącą żywicą o dobrych właściwościach powłokotwórczych, adhezji i elastyczności. Dodatkowo poprawia ona udarność. PVB Shark Solutions to surowiec recyklingowany, a co za tym idzie przyjazny dla środowiska, i korzystniejszy cenowo niż zwykły PVB.

Firma Shark Solutions A/S opracowała innowacyjną metodę oczyszczania PVB pozyskiwanego ze zużytych szyb samochodowych, uzyskując tym samym ekologiczny, odnawialny produkt. Obecnie Shark Solutions A/S posiada kilka fabryk produkujących recyklingowany PVB. Dzięki opatentowanej technologii resztki PVB nie trafiają na składowiska odpadów, co pozytywnie wpływa na środowisko. PVB firmy Shark Solutions A/S może być wykorzystywany jako spoiwo w układach wodnych i rozpuszczalnikowych. Dostępne są dwa produkty: SharkPowder i SharkDispersion. Do zastosowania w tworzywach polimerowych przeznaczony jest produkt SharkPellets. Może być on wykorzystany jako modyfikator udarności - zastosowanie 3-5% PVB SharkPellets poprawia elastyczność, nie zwiększając miękkości, co zdarza się w przypadku niektórych plastyfikatorów. 

ML