4261638945

Odpady z tworzyw sztucznych jako nowe i tanie komponenty stosowane do wyrobu nanokompozytów polimerowych

podczas utylizacji zużytych wyrobów z termoplastów jest konieczność ich sortowania pod względem asortymentu, które wymaga umiejętności fachowych oraz usuwania z nich zanieczyszczeń. Nie zawsze jest to opłacalne. Tworzywa z polimerów usieciowanych w zasadzie nie mogą być ponownie przetwarzane. Wszystkie tworzywa organiczne są palne, lecz niszczenie ich w ten sposób również nastręcza trudności. Metody tej nie można stosować do tworzyw zawierających siarkę, fluorowce i fosfor, gdyż podczas spalania emitują do atmosfery duże ilości trujących gazów, które są przyczyną tzw. kwaśnych deszczy¹². Wydzielają się przede wszystkim chloroorganiczne związki aromatyczne, przewyższające toksycznością wielokrotnie cyjanek potasu, tlenki węglowodorów w postaci dioksanów - C₄H₈0₂ i furanów - C₄H₄0 przedostających się do atmosfery. Gromadzą się one w środowisku, ale trudno je wykryć z racji nikłych stężeń. Wchłaniane z pokarmem, powietrzem oraz wodą i kumulowane w organizmie powodują ciężkie schorzenia, obniżają odporność organizmu, są rakotwórcze oraz mogą wywołać zmiany genetyczne. Podstawowym źródłem emisji dioksyn są procesy spalania odpadów zawierających w swym składzie chlor. Dla uniknięcia emisji tych szkodliwych związków należy stosować instalacje wyposażone w tzw. komory dopalania, w temperaturze min 1200°C. Są to jednak instalacje niezwykle drogie, dlatego obecnie w Polsce, niestety, w zasadzie brak jest odpowiednich spalarni odpadów tworzyw sztucznych¹'¹.

Innowacyjnym pomysłem wykorzystania odpadów z tworzyw sztucznych byłoby wytworzenie z nich nanokompozytów polimerowych. Są materiałami dwufazowymi (składające się z fazy ciągłej i rozproszonej) otrzymanymi najczęściej w wyniku modyfikacji tradycyjnych tworzyw polimerowych przez wprowadzenie i zdyspergowanie w matrycy polimerowej dodatków rozdrobnionych do wymiarów poniżej 100 nm. Matryca polimerowa może zostać wytworzona na bazie polimerów zarówno termoplastycznych, jak i termoutwardzalnych. Natomiast drugim komponentem, tzw. napełniaczem mogą być różne materiały pod względem charakteru chemicznego, struktury fizycznej oraz kształtu cząstek, tj.: krzemionka, fulereny, krzemiany warstwowe, nanorurki węglowe¹⁴. Szczególnie interesującym napełniaczem jest montmorylonit (MMT), który jest głównym składnikiem bentonitu wydobywanego w różnych częściach świata, w tym również i w Polsce. Ponieważ montmorylonit jest silnie hydrofilo-wy, aby uzyskać dobrą kompatybilność z większością stosowanych polimerów, należy poddać go procesowi hydrofobilizacji. Proces ten polega na wymianie kationu metalu na kation organiczny, najczęściej czwartorzędowy kation anionowy. Po takiej modyfikacji otrzymujemy zmodyfikowany montmorylonit, w którym zwiększona jest odległość międzypakietowa, co ułatwia wnikanie monomeru lub polimeru w przestrzenie międzypakietowe¹⁵.

Obecnie znane są cztery podstawowe metody wytwarzania nanokompozytów polimerowych: interka-lacja polimeru lub prepolimer z roztworu, interkalacyjna polimeryzacja in situ, interkalacja w stanie stopionym oraz technologia zol-żel. Najprostszym sposobem otrzymywania nanokompozytów polimerowych jest interkalacja w stopie. Polega ona na dyspersyjnym zmieszaniu odpowiednio zmodyfikowanego krzemianu warstwowego z polimerem w stanie stopionym. Gdy krzemian jest kompatybilny z matrycą polimerową, to polimer może wpełznąć do wewnątrz warstwowych przestrzeni, dzięki czemu otrzymuje się nanokompozyt o strukturze warstwowej lub całkowicie eksfoliowanej, powodu-

¹²    E. Pyłka-Gutowska, Ekologia z ochronę środowiska, Wydawnictwo Oświata, Warszawa 2000, s. 150-164.

¹³    Association of Plastics Manufacturers, Fakty o tworzywach sztucznych 2010..., dz. cyt., s. 4-31.

¹⁴    M. Olejnik, Nanokompozyty polimerowe-rola nanododatków, „Techniczne Wyroby Włókiennicze", 2008, s. 25-31; M. Kacperski, Nanokompozyty polimerowe, „Kompozyty", 7/2003, s. 225-232.

¹⁵    E. Stodolak, Ł. Zych, A. Łącz, W. Kluczewski, Modyfikowany montmorylonit jako nanowypetniacz w nanokom-pozytach polimerowo-ceramicznych, "Kompozyty", 2/2009, s. 122-127.

69