Влияние строительных и сносных отходов пластиковых фракций на древесно-полимерные композитные свойства

Глобальная генерация отходов значительно выросла на протяжении всей истории и, по прогнозам, увеличится на десятки процентов в будущем, если не будут приняты^{меры 1}. В частности, страны с высоким уровнем дохода произвели более одной трети мировых отходов, хотя они составляют лишь 16% мирового^{населения 1}. Строительный сектор является важным производителем этих отходов в связи с быстрой урбанизацией и ростом населения. Согласно оценкам, примерно одна треть мировых твердых отходов образуется в результате проектов строительства и сноса; однако, точные значения из разных областей^{отсутствуют 2}. В Европейском союзе (ЕС) количество строительных и сносных отходов (CDW) составляет примерно 25%-30% от общего объема^{отходов производства 3, и включает в}себя ценное и значительное вторичное сырье, такое как пластик. Без организованного сбора и управления пластик может загрязнять экосистемы и оказывать негативное воздействие на них. В 2016 году в мире было создано 242 миллиона тонн пластиковых^{отходов.} Доля переработанного пластика в Европе составила всего 31,1%^4.

Нехватка ресурсов обугляет необходимость изменения практики в сторону круговой экономики, в рамках которой цель заключается в использовании отходов в качестве источника вторичных ресурсов и извлечении отходов для повторного использования. Экономический рост и сведенные к минимуму экологические последствия будут созданы круговой экономикой, которая является популярной концепцией в Европе. Европейская комиссия приняла План действий Европейского союза по круговой экономике, в котором устанавливаются цели и показатели взносов^5.

Ужесточение экологических норм и законов способствует строительному сектору, приложив больше усилий для управления отходами и вопросов рециркуляции материалов. Например, Европейский союз (ЕС) поставил цели по восстановлению материального ущерба. С 2020 года уровень испытуемого материала неопасных CDW должен быть 70%⁶. Состав CDW может сильно различаться в зависимости от географического положения, но некоторые общие характеристики могут быть определены, в том числе, например, пластик, который является потенциальным и ценным сырьем для древесно-полимерных композитов. Повторное использование пластика является конкретным шагом на пути к круговой экономике, в которой девственные пластиковые полимеры заменяются переработанным полимером.

Композитные материалы являются многофакторной системой, состоящей из матричного материала и фазы укрепления. Древесно-полимерный композит (WPC) обычно содержит полимеры в качестве матрицы, древесные материалы в качестве арматуры и добавки для улучшения адгезии, такие как ас-смазочные материалы и смазочные материалы. WPC может быть известен как экологически чистый материал, потому что сырье может быть источников из возобновляемых материалов, таких как полилактическая кислота (НОАК) и древесины. Согласно последнему нововведению⁷, добавки WPC могут быть основаны на возобновляемых источниках. Кроме того, источник сырья может быть переработан (не-девственной) материалы, которая является экологически и технически превосходной альтернативой⁸. Например, исследователи изучили экструдированную WPC, которая содержит CDW, и обнаружили, что свойства композитов на основе CDW были на приемлемом^{уровне 9}. Использование переработанного сырья в качестве компонента для ВСМ также приемлемо с экологической точки зрения, о чем свидетельствуют некоторые оценки. В целом, было продемонстрировано, что использование CDW в производстве WPC может уменьшить воздействие на окружающую среду управления CDW¹⁰. Кроме того, было установлено, что использование переработанного полипропилена (PP) пластика в WPC имеет потенциал для сокращения глобального потепления¹¹.

Количество доступных переработанных полимеров будет увеличиваться в будущем. Мировое производство пластика увеличилось примерно на 9% в год, в среднем, и ожидается, что этот прирост будет продолжаться в будущем¹². Наиболее распространенными типами пластиковых полимеров являются, в частности, полипропилен (ПП) и полиэтилен (ПЭ). Доля общего спроса на PE и PP составила 29,8% и 19,3% соответственно, в Европе в 2017^{году 4.} Мировой рынок переработки пластика, как ожидается, будет расти в годовом исчислении на 5,6% в период 2018-2026¹³. Одним из основных применений, в которых используется пластик, является строительство и строительство. Например, почти 20% от общего спроса на европейский пластик было связано со строительными и строительными приложениями^4. С экономической точки зрения использование переработанных полимеров в производстве WPC является интересной альтернативой, ведущей к производству материалов с низкой себестоимостью. Предыдущие исследования показали, что физические эффекты оказывают более сильное влияние на экструдированную материалов из вторичного пластика по сравнению с соответствующим девственным материалом, но свойства зависят от^{источника пластика 14}. Тем не менее, использование переработанного пластика снижает прочность WPC из-за более низкой совместимости¹⁵. Различия между структурами пластиковых полимеров вызывают опасения по поводу повторного использования и переработки, которые способствуют важности сортировки пластика на основе полимера.

Это исследование намерено оценить использование пластикового материала из CDW в качестве сырья для WPC. Полимерные фракции, оцениваемые в исследовании, это адрилонитрил бутадиен стирол (ABS), полипропилен (PP) и полиэтилен (PE). Они известны как универсальные пластиковые фракции в CDW. Полимерные фракции обрабатываются общими производственными процессами, такими как агломерация и экструзия, и тестируются с помощью универсальных механических испытаний свойств. Основная цель исследования заключается в том, чтобы выяснить, как свойства WPC будет меняться, если переработанных полимеров были использованы в качестве сырья в матрице, а не первичных девственных полимеров.

На базе (местного) центра по обращению с отходами (Этеле-Карьялан Ятехуолто Ой) было показано, как хранится богатый пластиком CDW. Было продемонстрировано, что большое количество пластикового материала включено и некоторые примеры CDW пластиковых полимеров были показаны. Исследователи собрали наиболее подходящие полимеры для дальнейшей обработки, такие как ABS, PP и PE. Нужные полимеры (PE, PP, ABS) были определены с помощью портативной ближней инфракрасной (NIR) спектроскопии. Были представлены примеры продукции ВСМ, в которых собранные пластиковые материалы могут использоваться в качестве сырья. Было объяснено определение композита и его преимущества.