Het effect van bouw- en sloopafval plastic fracties op hout-polymeer composiet eigenschappen

De wereldwijde afvalproductie is in de loop van de geschiedenis aanzienlijk gegroeid en zal naar verwachting in de toekomst met tientallen percentages toenemen, tenzij er actie wordt ondernomen¹. Met name de landen met een hoog inkomen hebben meer dan een derde van het afval in de wereld gegenereerd , hoewel zij slechts 16% van de wereldbevolking vertegenwoordigen¹. De bouwsector is een belangrijke producent van dit afval als gevolg van de snelle verstedelijking en bevolkingsgroei. Volgens schattingen wordt ongeveer een derde van het wereldwijde vaste afval gevormd door bouw- en sloopprojecten; exacte waarden uit verschillende gebieden ontbreken echter². In de Europese Unie (EU) bedraagt de hoeveelheid bouw- en sloopafval (CDW) ongeveer 25 tot 30% van de totale afvalproductie³, en omvat waardevolle en belangrijke secundaire grondstoffen, zoals plastic. Zonder georganiseerde inzameling en beheer kan plastic ecosystemen vervuilen en negatief beïnvloeden. In 2016 werd 242 miljoen ton plastic afval geproduceerd in de wereld¹. Het aandeel van plastic gerecycleerd in Europa was slechts 31,1%⁴.

De schaarste van hulpbronnen heeft geleid tot de noodzaak om praktijken te veranderen in de richting van een circulaire economie, waarin het doel is om afval te gebruiken als een bron van secundaire hulpbronnen en afval terug te vorderen voor hergebruik. Economische groei en geminimaliseerde milieueffecten zullen worden gecreëerd door de circulaire economie, die een populair concept is in Europa. De Europese Commissie heeft een actieplan van de Europese Unie voor een circulaire economie aangenomen, waarin doelstellingen en indicatoren voor bijdragen zijn vastgelegd⁵.

Strengere milieuvoorschriften en -wetten dragen ertoe bij dat de bouwsector zich meer inzet voor afvalbeheer en materiaalrecycling. Zo heeft de Europese Unie (EU) doelen gesteld voor materiaalherstel. Vanaf 2020 moet het materiaalterugwinningspercentage van niet-gevaarlijke CDW 70%⁶bedragen . De samenstelling van CDW kan sterk verschillen tussen geografische locaties, maar er kunnen enkele gemeenschappelijke kenmerken worden vastgesteld, waaronder bijvoorbeeld plastic dat een potentiële en waardevolle grondstof is voor houtpolymeercomposieten. De reutilisatie van plastic is een concrete stap naar een circulaire economie waarin virgin plastic polymeren worden vervangen door gerecycled polymeer.

Composietmaterialen zijn een meerfasensysteem, bestaande uit een matrixmateriaal en versterkingsfase. Hout-polymeer composiet (WPC) bevat meestal polymeren als de matrix, hout materialen als wapening, en additieven voor het verbeteren van hechting, zoals koppelingsmiddelen en smeermiddelen. WPC kan bekend staan als een milieuvriendelijk materiaal omdat de grondstof kan worden afkomstig uit hernieuwbare materialen, zoals polymelkzuur (PLA) en hout. Volgens de laatste innovatie⁷kunnen de additieven van WPC worden gebaseerd op hernieuwbare bronnen. Bovendien kan de bron van de grondstof worden gerecycled (niet-maagdelijke) materialen, dat is een ecologisch en technisch superieur alternatief⁸. Bijvoorbeeld, onderzoekers hebben bestudeerd geëxtrudeerd WPC die CDW bevat, en vond dat de eigenschappen van CDW-gebaseerde composieten waren op een aanvaardbaar niveau⁹. Het gebruik van gerecycleerde grondstoffen als onderdeel voor WPC is ook aanvaardbaar vanuit het milieuaspect, zoals blijkt uit verschillende beoordelingen. Over het geheel genomen is aangetoond dat het gebruik van CDW in de productie van WPC de milieu-invloeden van CDW-beheer kan verminderen¹⁰. Bovendien is gebleken dat het gebruik van gerecycled polypropyleen (PP) plastic in WPC het potentieel heeft om de opwarming van de aarde te verminderen¹¹.

De hoeveelheid beschikbare gerecycleerde polymeren zal in de toekomst toenemen. De wereldwijde kunststofproductie is gemiddeld met ongeveer 9% per jaar gestegen en de verwachting is dat deze toename in de toekomst zal aanhouden¹². De meest algemene soorten plastic polymeer zijn onder meer polypropyleen (PP) en polyethyleen (PE). De aandelen van de totale vraag naar PE en PP bedroegen respectievelijk 29,8% en 19,3% in Europa in 2017⁴. De wereldwijde markt voor plasticrecycling zal naar verwachting in de periode 2018-2026 met 5,6% op^jaarbasisgroeien . Een van de belangrijkste toepassingen waarin kunststoffen worden gebruikt is de bouw en de bouw. Zo ging bijna 20% van de totale vraag naar Europees plastic gepaard met bouw- en bouwtoepassingen⁴. Vanuit economisch oogpunt is het gebruik van gerecycleerde polymeren in de WPC-productie een interessant alternatief, wat leidt tot de productie van materialen met lage kosten. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat fysieke effecten een sterkere invloed hebben op geëxtrudeerde materialen gemaakt van secundair plastic in vergelijking met het overeenkomstige virgin materiaal, maar eigenschappen zijn afhankelijk van de plastic bron¹⁴. Het gebruik van gerecycled plastic vermindert echter de sterkte van WPC als gevolg van lagere compatibiliteit¹⁵. Variatie tussen de structuren van kunststof polymeren veroorzaakt zorgen voor hergebruik en recycling, die bijdragen aan het belang van kunststofsoring op basis van het polymeer.

Deze studie is bedoeld om het gebruik van kunststof uit CDW als grondstof voor WPC te beoordelen. De polymeerfracties die in de studie worden beoordeeld, zijn acrylonitril butadieen styreen (ABS), polypropyleen (PP) en polyethyleen (PE). Deze staan bekend als universele plastic fracties binnen CDW. De polymeerfracties worden behandeld met algemene productieprocessen, zoals agglomeratie en extrusie, en worden getest met universele mechanische eigendomstests. Het primaire doel van de studie is om te ontdekken hoe de eigenschappen van WPC zouden veranderen als gerecycleerde polymeren werden gebruikt als grondstof in matrix in plaats van primaire maagdelijke polymeren.

Op basis van het (lokale) afvalbeheercentrum (Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy) werd getoond hoe plastic-rijk CDW wordt opgeslagen. Het werd aangetoond dat een grote hoeveelheid plastic materiaal is opgenomen en enkele voorbeelden van CDW plastic polymeren werden getoond. Onderzoekers verzamelden de meest geschikte polymeren voor verdere verwerking, zoals ABS, PP en PE. De gewenste polymeren (PE, PP, ABS) werden geïdentificeerd met behulp van draagbare near infrared (NIR) spectroscopie. Er werden WPC-productvoorbeelden gepresenteerd waarin ingezamelde plastic materialen als grondstof konden worden gebruikt. De definitie van de composiet en de voordelen ervan werden toegelicht.