Extruze plastů a proces recyklace

Vedle systému oken a dveří na bázi hliníku a dřeva se od šedesátých let minulého století postupně vyvinuly a stále více se prosazují systémy z plastu. Tím je především PVC (Polyvinylchlorid). Je tak nejmladším materiálem používaným pro výrobu profilů okenních a dveřních systémů, i když na druhé straně, PVC je jeden z nejdéle v praxi používaných polymerů. Byl objeven již roku 1872 a od počátku minulého století je prakticky využíván pro výrobu různých předmětů, nejprve jako měkčený, a teprve od konce 50-tých let jako neměkčený.

Do popředí obliby jeho použití v řadě odvětví jej vyzvedla relativně nízká energetická náročnost jeho výroby, snadná zpracovatelnost i obrobitelnost. Polymerace vinylchloridu může probíhat buď v suspenzi, emulzi, nebo v bloku, a vznikající polymer - makromolekula vytváří řetězec o více než 60000 jednotkách (n). Výchozí surovinou pro výrobu PVC jsou zemní plyn a chlorid sodný. Čistý vyrobený PVC je látka velmi tvrdá, která se bez přídavku dalších surovin dá zpracovávat jen velmi obtížně.

Základní přísadou do PVC před zpracováním je stabilizátor, který v současné době v aplikaci pro okenní profily je takřka výhradně na bázi sloučenin vápníku a zinku. Do receptury se dávkuje v dostatečném přebytku, což umožňuje až pětinásobný průchod zpracovatelským strojem bez zhoršení jeho fyzikálních vlastností.

Extruze PVC profilů

PVC profily se vyrábí technologií vytlačování (extruze). Nejprve se ve fluidních míchačkách za teploty cca 120°C připraví směs PVC a přísad, tzv. dryblend. Po ochlazení a uležení se dryblend pneumaticky dopravuje do násypek vytlačovacích strojů, kde se působením tepla a hnětacího účinku šneků přetváří v plastifikovaný materiál, který se následně dvojicí šneků dopravuje až k hlavě vytlačovacího stroje, na niž je upevněn vytlačovací nástroj - matrice, v kterém se vytvaruje finální tvar profilu. Následně je profil ochlazen a zafixován do konečné podoby.

Při vytlačování je důležitý kontinuální a plynulý odtah plastifikovaného materiálu přes chladící a kalibrační části linky. Na konci chladící dráhy je umístěno dělící zařízení, které profil řeže na požadované délky, zpravidla 6 m. Tento výrobní postup vyžaduje velmi přesné seřízení a nastavení síly tahu ještě plastického profilu a současně pečlivé řízení jeho ochlazování. Na zvládnutí tohoto procesu nakonec závisí i hodnota smrštění profilů.

Čtěte také: Výzvy recyklace plastů

je zvláštním případem vytlačování (extruze) PVC spočívající v tom, že do jednoho vytlačovacího nástroje je soustředěn tok materiálů ze dvou vytlačovacích strojů. Vždy se musí jednat o materiály, které jsou mísitelné, a mají podobné fyzikální vlastnosti, zejména smrštění a délkovou roztažnost. V druhém případě se jedná o efektivní využití regenerátu.

Základním rozlišujícím parametrem systémů je jejich stavební hloubka, počet komor a počet těsnících rovin. Výsledné vlastnosti systému či kombinace rámu a křídla jsou pak nejčastěji důsledkem kombinací těchto parametrů, nelze však tvrdit, že vždy s rostoucím počtem komor a stavební hloubkou jsou tepelně izolační vlastnosti lepší.

Pro všechny systémy na bázi PVC platí, že jejich základní vlastnosti a zkušební metody popisuje norma ČSN EN 12608-1 „Profily z neměkčeného polyvinylchloridu (PVC-U) pro výrobu oken a dveří - Klasifikace, požadavky a zkušební metody - část 1". Uvádí především požadavky na materiál a vzhled profilů, jejich rozměry a tolerance, odolnost profilů proti proražení, chování po tepelném namáhání, odolnost proti povětrnostním vlivům, stálobarevnost, a svařitelnost profilů. Norma stanovuje zkušební metody pro ověřování těchto vlastností a předepisuje také způsob označování plastových profilů.

Hlavní profily, které mají v okně nosnou funkci, jsou mj. klasifikovány podle tloušťky jejich stěn. Rozlišují se klasifikační třídy A, B a C, přičemž do třídy A patří profily s tloušťkou pohledových stěn min. 2,8 mm a do třídy B profily s tloušťkou pohledových stěn min. 2,5 mm.

Hodnoty součinitele prostupu tepla pro plastové rámové konstrukce v současnosti běžné na českém trhu se pohybují zhruba v rozmezí Uf = 1,0 [W/m2.K] až 1,5 [W/m2.K], u speciálních konstrukci určených pro pasivní domy i méně. Další žádoucí snižování těchto hodnot lze u plastových rámových profilů dosáhnout např. použitím výplní komor plastových profilů tepelně izolačními materiály, nahrazením kovových výztuží jinými materiály, nebo jinými technickými řešeními, nebo použitím alternativních materiálů pro profily samotné.

Čtěte také: Recyklace plastového odpadu z výroby

Plastové profily lze pokládat za polotovar, z nějž se vyrábějí okna použitím standardních mechanických obráběcích technologií. Řezání, vrtání, frézování. Jedinou jinde nepoužívanou technologií je svařování profilů. Při ní se využívá skutečnosti, že PVC při zahřátí nad teplotu 200°C se stává plastickým, a po stlačení natavených konců profilů seříznutých pod úhlem 45° dojde k jejich propojení, a následným zchladnutím se vytvoří spoj, který má stejnou pevnost jako samotný profil.

Velmi důležitou operací při výrobě oken je vyztužování. Na rozdíl od jiných rámových materiálů není PVC dostatečně tuhý, aby vyrobené elementy byly stabilní a samonosné (pouze do 80 cm). Největším přínosem plastových oken je jejich příspěvek k ochraně životního prostředí. Především tím, že snižují energetické ztráty v objektu, díky nízkému koeficientu prostupu tepla oknem a dveřmi. Dnešním standardem je okno se součinitelem prostupu tepla 1,1 W/m2.K - 1,2 W/m2.K.

Výrobky z PVC profilů splňují požadavky na ekologické aspekty výroby a její dopad na životní prostředí, a na snižování nároků na energie. Technologicky lze regenerát přidávat po barevném vytřídění přímo do směsi na výrobu hlavních profilů, nebo bez barevného třídění do vnitřní části profilů, jež jsou pak obaleny v technologii koextruze primárním materiálem. Je prokázáno, že každá tuna PVC recyklátu, ve srovnání s nasazením primárního PVC, ušetří až 1,87 t CO2 emisí. Přitom z fyzikálního pohledu je tento materiál absolutně rovnocenný původnímu. Z výše uvedených dat vyplývá, že roční objem profilů s recyklátem nadále poroste.

Současné plastové profily se vyznačují velmi dlouhou životností, jejíž skutečnou délku lze zatím jen těžko odhadnout, ale předpokládá se, že to bude doba životnosti více než 80 let. Po celou tuto dobu si profily ponechají svoje funkční a vzhledové vlastnosti za předpokladu pravidelné údržby.

Recyklace PET lahví

Recyklace PET lahví hraje klíčovou roli při snižování plastového odpadu a ochraně životního prostředí. Lidé běžně používají PET (polyethylentereftalát) pro výrobu lahví na nápoje, což z něj činí jeden z nejrozšířenějších plastů. Recyklace PET lahví vyžaduje precizní technologické postupy a důkladnou kontrolu kvality, aby proces fungoval efektivně.

Čtěte také: Inovativní recyklace plastů

Sběr a třídění

Recyklace začíná tím, že odkládáme PET lahve do žlutých kontejnerů nebo sběrných dvorů. Dále se lahve ve speciálních zařízeních třídí pomocí pokročilých technologií. Metoda infračervené spektroskopie efektivně identifikuje a odděluje PET lahve od jiných plastů, jako jsou PVC nebo HDPE.

Čištění

Po vytřídění pracovníci PET lahve důkladně čistí. Proces zahrnuje několik kroků, při nichž odstraňují etikety a víčka vyrobená z jiných materiálů. Lahve se poté perou v teplé vodě s detergenty, aby se odstranily zbytky nápojů a jiné nečistoty.

Drcení a granulace

Čisté lahve se drtí na malé kousky, které se nazývají vločky. Vločky procházejí dalším čištěním, které zahrnuje chemické ošetření. Tento krok pomáhá odstranit zbytkové nečistoty a barviva, které by mohly ovlivnit kvalitu recyklovaného materiálu.

Extruze a peletizace

Suché vločky jsou zahřívány na vysoké teploty a procházejí extruzním procesem, který je přemění na malé pelety. Během extruze se materiál homogenizuje a zajišťuje se, že pelety mají konzistentní vlastnosti.

Výroba nových produktů

Recyklované pelety se používají k výrobě nových PET lahví nebo jiných produktů. Proces zahrnuje tavení pelet a jejich formování do preforem, které se následně vyfukují do tvaru lahve.

Recyklace PET lahví přináší řadu výhod. Především pomáhá snižovat množství odpadu, který končí na skládkách, a tím chrání životní prostředí. Proces recyklace také šetří energii, protože výroba recyklovaného PET vyžaduje méně energie než výroba nového plastu z ropy. Recyklace PETek nachází široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích. V textilním průmyslu se z něj vyrábějí polyesterová vlákna, která se používají pro výrobu oblečení a domácích textilií.

Celkově recyklace PET lahví představuje významný krok směrem k udržitelnosti a ochraně přírodních zdrojů. PET lahve a plasty na bázi PET patří mezi nejjednodušeji vytříditelné a nejvíce recyklovatelné položky z celkového objemu plastového odpadu. Díky svým vlastnostem představují cenný materiál, který je dlouhodobě žádaný ve výrobním průmyslu. Vysoká kvalita výsledného recyklátu je zajišťována moderními technologickými procesy.

PET lahve jsou v České republice primárně sbírány spolu s dalšími plastovými odpady prostřednictvím žlutých kontejnerů na tříděný odpad a sběrných dvorů. V rámci multikomoditního sběru lze v některých regionech spolu s plasty vhazovat do žlutých kontejnerů i plechovky, či tetrapak. Tento materiál je následně převážen do třídícího zařízení, kde jsou frakce odděleny tříděním.

V rámci třídícího zařízení jsou roztříděny jednotlivé komodity. Plastový odpad se následně roztřídí na specifické skupiny plastů, aby se zabránilo křížové kontaminaci různými druhy plastů. To může probíhat jak ručně, tak strojově. Některá třídící zařízení používají automatizované technologie, jako jsou skenery, které opticky snímají odražené záření, což umožňuje rozlišení plastů podle jejich chemického složení. Stejně tak bývají třídící linky vybaveny robotickými rameny nebo pneumatickými tryskami, které rychle a efektivně oddělují z pásu jednotlivé materiály. Obvykle se třídí PET (polyethylentereftalát), HDPE (vysokohustotní polyethylen), LDPE (nízkohustotní polyetylen), PP (polypropylen), PS (polystyren), PVC (polyvinylchlorid).

Odstraňují se kontaminanty, jako jsou kovové části a jiné typy plastů. Lahve jsou tříděny podle barvy a typu materiálu. Při mytí PET vloček v procesu recyklace se často používají různé roztoky pro odstranění olejů, lepidel a jiných nečistot, které mohou být přítomny po prvním mycím procesu. Mytí se může provádět v několika fázích s různými teplotami a pH, aby se zajistilo maximální odstranění nečistot.

Vločky se zahřívají a extrudují do podoby malých pelet, které jsou poté ochlazeny a ztvrdnou. Proces extruze a peletizace PET vloček obvykle vyžaduje zahřátí materiálu na teplotu v rozmezí 260 °C až 280 °C, což odpovídá teplotě tání PET. Tato teplota může být různá v závislosti na specifickém typu PET a na případném přídavku dalších materiálů (aditiv) pro zlepšení vlastností, takže specifické nastavení teploty se může lišit.

Technici pracující s tímto zařízením se řídí předepsanými parametry pro zpracování, které jsou optimalizovány pro daný typ a kvalitu plastu a pro požadované vlastnosti konečného produktu. Takto připravený PET je vhodný například pro výrobu nových PET lahví. Materiál splňuje standardy pro konktakt s potravinami a nezáleží na tom, zda byl sebrán z barevných kontejnerů, nebo ze zálohového systému.

Z hlediska životního prostředí nezáleží na tom, co se z recyklovaného materiálu vyrobí. Tak jako tak se ušetří primární materiál. Pokud se vyrobí PET lahev, pak se bunda nebo součást auta vyrobí z primárního materiálu. A naopak, pokud se z recyklátu vyrobí bunda nebo část auta, pak se PET lahev vyrobí z primárního materiálu.

Při výrobním procesu vyfukování (tvarování) PET preform do PET lahví se preformy nejprve ohřejí, takže jsou dostatečně měkké pro formování. Teplota pro ohřev preform se typicky pohybuje mezi 90 °C a 120 °C. Po ohřátí se preformy umístí do výfukové formy a narazí se do nich stlačený vzduch, který preformy rozfoukne do požadovaného tvaru PET lahve.

Polymer je dále měřen, testován a upravován, aby se zajistilo, že se hodí pro určité výrobky. Takto zpracovaný odpadní PET lze využít pro řadu dalších způsobů použití. Ve všech těchto aplikacích šetří životní prostředí, protože nahrazuje primární panenský PET z ropy. Čím déle je ten který výrobek používán, tím menší uhlíkovou stopu působí. Použití do PET lahví má uhlíkovou stopu poměrně velkou, protože se jedná o rychloobrátkový výrobek. Jeho reálná životnost je cca 2 měsíce. A v každém dalším procesu recyklace se znovu a znovu spotřebovává energie a produkuje uhlík, a to jak v logistice, tak v samotných technologických procesech.

Odpadní PET je velmi univerzální recyklovatelný materiál a lze ho využít v mnoha různých aplikacích kromě výroby nových PET lahví. Recyklace PET nejenže pomáhá snížit množství odpadu na skládkách a ve spalovnách a emise skleníkových plynů, ale také šetří energii a snižuje poptávku po nových surovinách. Vznikají nové technologie a inovace, které neustále rozšiřují možnosti využití recyklovaného PET.

Ve většině zemí není problém s tím, že by odpadní PET končil jinde, než v recyklaci. To je způsobeno především vysokou cenou samotného odpadního materiálu. Ta je dlouhodobě vysoká, což motivuje všechny články řetězce jak k třídění, tak k jeho směřování do recyklace. Pouze tam je vyplacena vysoká cena materiálu. Naopak při jeho skládkování, nebo spalování je nutné za tento proces peníze zaplatit.

Chemická recyklace PET

Polyestery jsou polymery složené z monomerů obsahujících esterové funkční skupiny. Nejrozšířenější látkou z této skupiny je PET, jehož komerční využití pokrývá širokou škálu průmyslových odvětví, od vláken pro textilie až po materiál pro nápojové lahve. V roce 2021 dosáhla celosvětová spotřeba PET 89,3 milionů tun. Je to čtvrtý nejpoužívanější plast na světě, po PE, PP a PVC. Z čísla celosvětové spotřeby PET je zřejmé,že i množství odpadu nebude malé,ale bude tomu naopak.

Aplikace pouze mechanické recyklace PET vyžaduje vysokou čistotu vstupní odpadní suroviny,kdežto suroviny pro chemickou recyklaci mohou obsahovat barevné nebo neprůhledné plastové PET lahve a textilie na bázi polyesteru, které nejsou vhodné pro standardy vysoké čistoty vyžadované při mechanické recyklaci. Výhodou je možnost zpracování nečistých PET surovin pro výrobu čistých monomerů. Kvalita výstupu rPET z chemické recyklace je vyšší než z mechanicky recyklovaného PET.

Obecně je možno konstatovat,že se začínají objevovat komerční zařízení pro chemickou recyklaci PET. Současná komerční činnost je,více méně, ve fázi výzkumu a vývoje až po pilotní provozy.

Metody chemické recyklace

• Methanolýza: Metanolýzou PET vzniká dimethyltereftalát,DMT,který lze přímo použít při transesterifikační polymeraci za vzniku PET.
• Ethanolýza: Ethanolýza je druhý nejnižší alkohol.
• Glykolýza: Zahrnuje transesterifikaci PET přebytkem glykolu za vzniku odpovídajícího esteru ( bis - 2 - hydroxyethylentereftalát ).
• Aminolýza: Aminolýza depolymeruje PET za přítomnosti aminů a vznikají tereftalamidy.
• Hydrogenolýza: Hydrogenolýza redukčně depolymerizuje PET pod tlakem vodíku. Typicky se vytváří 1,4 - benzendimethanol,BDM.
• Biokatalýza: Enzymové katalyzátory jsou sledovány jako další prostředek k hydrolýze PET.

Biologické štěpení plastů enzymy se týká napadení polymerních materiálů, nemísitelných s vodou, příslušnou mikroflórou. Enzymatická degradace plastů probíhá ve dvou krocích. Prvním krokem je rozklad polymerů na menší molekulární sloučeniny napadením hlavních řetězců polymeru abiotickými nebo biotickými reakcemi.

Reakční extruze přináší možnost výroby funkčních termoplastů,plastů s různými vlastnostmi. Výslednými produkty jsou polymery s novými vlastnostmi, kapalná paliva nebo vosky. S pojmem funkcionalizovaný termoplast jsou úzce svázány plastové slitiny. Vlastnosti plastových slitin lze vyladit,pro splnění jejich funkčních vlastností, například přidáním dalších materiálů,včetně například vyztužujících,vláknitých plniv.

Výzvy a problémy recyklace plastů

Díky spotřebě a tedy i růstu výroby plastů neustále roste i produkce plastového odpadu,včetně podílu plastů v TKO ( tuhý komunální odpad ). Prvním krokem jakékoli recyklace plastů je jejich sběr a třídění. V tomto kroku je mnoho příležitostí odebrat prostřednictvím modernizace recyklační infrastruktury více materiálů,které by jinak skončili na skládkách. Lze toho dosáhnout,například, zvýšením počtu zařízení, jako jsou MRF, nebo zlepšením efektivity třídění v průběhu recyklačního procesu, přidáním většího množství optických třídičů. To, samozřejmě, bude mít pro stávající MRF za následek dodatečné kapitálové náklady.

Provozování MRF přináší řadu problémů. Jedním z nich je problém s personálním obsazením zpracovatelských linek. Dalším problémem je problematické plánování,protože nejsme schopni dostatečně předvídat objemy příchozího proud odpadu. Ne všechny MRF jsou schopné zpracovávat všechny sebrané opady. Problémy dělají celotělové shrink sleeve etikety na PET lahvích, hliníkových plechovkách. Jejich přítomnost v proudu odpadu ovlivňuje recyklovatelnost dvou významných zdrojů příjmů zpracovatelských linek,kterými jsou PET a hliník.

Mechanická recyklace velmi dobře funguje pro homogenní plastové proudy, kterých je ale velmi málo. Některé plasty,například polyetyleny s vysokou a ultra vysokou molekulovou hmotností, termosety, atd. nemohou projít mechanickou recyklací,protože je následně ohřevem nelze převést do taveniny. Také vícevrstvé plastové výrobky nelze mechanicky recyklovat.

Lepší pochopení složitých reakčních mechanismů řídících katalytickou depolymeraci plastů by mohlo přinést nové přístupy k intenzifikaci pyrolýzních procesů. Nové poznatky budou důležité pro překonání nepříznivé kombinace relativně pomalých rychlostí chemických reakcí a omezeného přenosu tepla a hmoty, které charakterizují mnoho pyrolýzních procesů.

Je potřeba lépe porozumět přístupům k přeměně plastických pyrolýzních olejů na chemikálie, plasty a paliva, protože parní krakování, pyrolýza ropy má své problémy. Zkapalňování je další technologie, která je v současnosti komercializována. Hlavními problémy zkapalňování jsou vysoké náklady související se zařízením a provozními podmínkami. Zatímco laboratorní studie ukazují, že složení surovin a reakční podmínky silně ovlivňují výtěžnost a kvalitu produktu zkapalnění, méně studií diskutuje o křížových interakcích mezi různými plasty.

Přístupy k recyklaci plastů založené na rozpuštění mají oproti jiným recyklačním technologiím určitou výhodu v tom,že mohou produkovat původní pryskyřice. Klíčem k proveditelnosti recyklace plastů na bázi rozpouštění pro konkrétní typ plastového odpadu je výběr správného rozpouštědla. Použití velkého množství rozpouštědla představuje potenciální problémy spojené s toxicitou a spotřebou energie.

Kinetika rozpouštění by také mohla bránit rozpouštědlové recyklaci velkého množství plastového odpadu. K rychlosti rozpouštění může přispět mechanické drcení odpadu před rozpouštěním a přidáním technologií pro odstranění kontaminantů. V neposlední řadě je nutno se zaměřit i na integraci technik založených na rozpouštění s technikami chemické recyklace v kapalné fázi. Například selektivní rozpouštění směsného plastového odpadu by mohlo být použito k separaci cílových polymerů před jejich chemickou depolymerizací, čímž by se napodobily metody předběžné úpravy. při přeměně biomasy.

Objevují se nové procesy chemické recyklace zaměřené na katalýzu. Produkty hydrogenolýzy jsou především parafíny a lehké plyny. Jejich přeměna zpět na plasty zahrnuje dehydrogenaci následovanou parním krakováním nebo jiným typem zpracování. Nečistoty v odpadních plastech s největší pravděpodobností vedou ke kontaminovaným produktům nebo snižují účinnost katalyzátorů. Odstranění nečistot ve vstupní surovině je také jednou z výzev v mikrovlnné přeměně.

Pokud jde o biokatalytické procesy, je důležité standardizovat a zlepšit účinnost izolačního postupu pro mikrobiální druhy, které obsahují enzymy degradující plasty tak, aby bylo možné rychle prověřovat čisté chovné kolonie těchto mikroorganismů.

Chemická recyklace je zejména ze strany ropného a petrochemického průmyslu propagována jako řešení problému recyklace plastů a tedy znečištění životního prostředí odpadními plasty. V reálném světě recyklace plastů,zejména environmentálně orientovaní lidé mají k takovému řešení celou řadu námitek a tvrdí,že se nejedná o řešení recyklace,ale spíše o odvádění pozornosti.

Závěry ve studii uváděné - chemická recyklace není reálně využitelným řešením problému plastového odpadu.

• chemickou recyklací se do životního prostředí uvolňují toxické látky - plasty obsahují celou řadu toxických látek a při zpracování plastů za vysokých teplot se zároveň vytvářejí další,nové.
• chemická recyklace má výraznou uhlíkovou stopu - její postupy spotřebovávají velké množství energie,jsou závislé na externí energii.
• prozatím nebylo prokázáno,že postupy chemické recyklace fungují při zpracování velkých objemů odpadů.
• chemická recyklace není, ve vztahu k prodeji nových plastů, konkurence schopná.
• chemická recyklace nesplňuje zásady oběhového hospodářství.

Recyklace ve společnosti Fatra, a.s.

Třídění a následná recyklace druhotných surovin jsou obecně považovány za činnosti příznivé pro životní prostředí a za jednu z hlavních cest k trvale udržitelnému rozvoji. Fatra, a.s. - tradiční zpracovatel plastů - nabízí portfolio v recyklaci plastů. Recyklační linka je určena k přepracování technologického vratného materiálu, neshodných nebo reklamovaných výrobků, pytlů od surovin a nakupované druhotné suroviny od externích organizací.

Zpracovávaný materiál je rozdrcen a dopravníkem je přiváděn k aglomerátoru, kde je znovu drcen a odstřeďován přímo do extruderu. V zahřívaném extruderu rotující šnek materiál dopravuje k filtru taveniny. Přitom je materiál homogenizován a změkčován. Plastová tavenina, vyčištěná ve filtru je adaptérem dopravována do zóny kaskádového extruderu. V tomto extruderu přepravuje šnek materiál vyhřívaným válcem dále ke granulátoru. Přitom jsou vakuovým odplyňováním odstraňovány plyny, vznikající u potištěného, vlhkého nebo organického materiálu. V granulátoru je plastová tavenina protlačována vstřikovací destičkou. Provazce taveniny, jsou následně odřezávány, zachyceny proudem vody, ochlazeny a následně vysušeny. Hotový granulát je dopravován do zásobníku, odkud je plněn.

tags: #extruze #plastu #recyklace #proces

Oblíbené příspěvky:

• Praktické dopady zákona o ochraně přírody
• Žermanice a bioodpad
• Svoz odpadu Valašské Klobouky – podrobnosti
• Dopady klimatické změny na Česko
• Průvodce instalací odpadové armatury