Politechnika A
ódzka
Wydział Chemiczny
INSTRUKCJA LABORATORIUM
Recykling materiałów polimerowych
(Recycling of polymers)
Realizowanego w ramach Zadania nr 9
pn. Doposażenie laboratorium pod nazwą Materiały i
nanomateriały polimerowe jako materiały inżynierskie.
Instrukcję opracował:
mgr inż. Anna Masek
A
ódz
, 2009
ul. Żwirki 36, 90-924 A
ódz
Projekt realizowany w ramach Priorytetu IV - Działanie 4.1 - Poddziałanie 4.1.1.
www. ife.p.lodz.pl pn.  Przygotowanie i realizacja nowych kierunków studiów
tel. [phone] w odpowiedzi na współczesne potrzeby rynku pracy
042 638 38 26 i wymagania gospodarki opartej na wiedzy
SPIS TREÅšCI
1. CEL DWICZENIA (Aim of studies) .....................................................................................................3
2. WPROWADZENIE (Introduction) .....................................................................................................3
3. PRZEBIEG DWICZENIA (Procedure)..................................................................................................8
3.1. Aparatura pomiarowa .................................................................................................................9
3.2. Wykonanie dwiczenia ................................................................................................................11
4. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA (Report) ..................................................................................11
4.1. Cel dwiczenia ..............................................................................................................................11
4.2. Metodyka pomiarów .................................................................................................................11
4.3. Wyniki pomiarów ......................................................................................................................11
4.4. Opracowanie wyników pomiarów ............................................................................................11
4.5. Wnioski ......................................................................................................................................12
5. LITERATURA (References) .............................................................................................................12
6. PYTANIA SPRAWDZAJ
CE (Problems) ..........................................................................................13
7. EFEKTY KSZTAA
CENIA (Learning outcomes) ..................................................................................13
7.1. Co student powinien wiedzied ..................................................................................................13
7.2. Co student powinien umied ......................................................................................................13
8. TELEFONY ALARMOWE (Emergency numbers) ............................................................................14
Strona | 2
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
1. CEL DWICZENIA (Aim of studies)
Celem dwiczenia pn.  Recykling materiałów polimerowych  realizowanego w ramach Zadania 9
jest zapoznanie siÄ™ z tematykÄ… dotyczÄ…cÄ… nowoczesnych rozwiÄ…zao problemu jakim jest
niewątpliwie zagospodarowanie nanomateriałów polimerowych w XXI wieku.
Na laboratorium przeprowadzony zostanie całkowity rozkład materiału polimerowego do
produktów ekologicznych dla środowiska, które mogą byd wykorzystane w innej dziedzinie
działalności. Celem uczestniczących w dwiczeniu będzie zapoznanie się z zasadą przeprowadzania
procesów recyklingu na wybranej i opracowanej metodzie oraz analiza produktów gazowych i
ciekłych pochodzących z rozkładu wybranego polimeru. Analiza produktów dokonana zostanie
przy zastosowaniu spektroskopii w podczerwieni metodÄ… ATR i chromatografii gazowej.
2. WPROWADZENIE (Introduction)
2.1. Idea procesu recyklingu
Ilośd odpadów polimerowych w Polsce wynosi około 1 milion ton rocznie. Zagospodarowanie
odpadów z tworzyw sztucznych jest jednym z podstawowych zadao w obecnych czasach.
Rys.1. Produkcja tworzyw sztucznych na świecie [1]
Strona | 3
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
Dzięki uwarunkowaniach etyki ekologicznej i prawnej znaczna cześd tworzyw sztucznych jest
powtórnie przerabiana. Recykling można podzielid na :
Materiałowy- powtórne przetwórstwo
Chemiczny-piroliza i solwoliza
Organiczny-kompostowanie
Energetyczny
produktowy
Bardzo ważnym aspektem przy opracowywaniu nowych technologii recyklingu jest
uzyskiwanie recyklatów o dobrych i powtarzalnych właściwościach [2,3,4].
Recykling składa się z następujących etapów procesu technologicznego :
Rozdzielanie- metoda sortowania powinna byd prosta i szybka oraz dawad dużą
dokładnośd sortowania w zależności od z
ródła odpadów. Niewątpliwe najprostsze jest
sortowanie ręczne, lecz najszybsze automatyczne (składa się z dwóch urządzeo 
identyfikujÄ…cego tworzywo i urzÄ…dzenie mechanicznie lub pneumatycznie oddzielajÄ…ce
rozpoznane tworzywo). W celu identyfikacji tworzyw najczęściej stosuje się metody
spektroskopowe (IR, masową, laserową), następnie po zidentyfikowaniu tworzywa
komputer przekazuje sygnał do urządzenia oddzielającego.
Najczęściej stosowane metody rozdzielania :
vð W hydrocyklonach za pomocÄ… dziaÅ‚ajÄ…cej siÅ‚y odÅ›rodkowej,
vð W wirówce za pomocÄ… dziaÅ‚ajÄ…cej siÅ‚y odÅ›rodkowej,
vð Rozdzielanie wedÅ‚ug różnic zwilżalnoÅ›ci nanomateriałów,
vð Elektrostatyczny rozdziaÅ‚ tworzyw oparty na różnicy Å‚adunku tryboloelektrycznego
polimerów,
vð Rozdzielenie za pomocÄ… odpowiednich rozpuszczalników.
Rozdrabnianie
Podstawowe cele prowadzenia rozdrabniania tworzyw podczas procesu recyklingu:
* zwiększenie powierzchni właściwej cząstek,
* uzyskanie jedności granulometrycznej,
* zmiana objętości odpadów polimerowych,
Strona | 4
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
*efektywnośd,
*utworzenie warunków do dalszej granulacji,
Rozdrabnianie jest przeprowadzane w różnego rodzaju młynkach  rozdrabniaczach (gilotynowe,
walcowe, wielotarczowe z otwartymi sitami).
Suszenie
Warunki suszenia takie jak temperatura, czas zależą od właściwości nanomateriałów. Najnowszą
metodą suszenia jest suszenie za pomocą promieniowania podczerwonego, które penetruje
równomiernie materiał suszony, lecz nie nagrzewa powietrza znajdującego się w bębnie
obrotowym. Metoda ta ma dużą zaletę a mianowicie skrócenie czasu tego procesu
i uniwersalnośd zastosowania tej metody nawet dla mało odpornych polimerów.
Przetwórstwo
Do przetwarzania odpadów polimerowych stosuje się dwie metody, a więc wytłaczania jedno-
i dwuślimakowego oraz wtryskiwania. Istnieje jeszcze wiele wad samego procesu recyklingu,
a co jest z tym związane również mniejsza jakośd recyklatów która owocuje niedopuszczeniem
ich do kontaktu z żywnością. Dobrym rozwiązaniem wydaje się również zastosowanie
kompatybilizatorów oraz innowacyjne przetwórstwo [3].
2.2. Zagospodarowanie odpadów gumowych
Przemysł gumowy produkuje ze względu na specyfikę procesu technologicznego dużą ilości
odpadów. Ponowne przerobienie odpadu gumowego wymaga kosztownych i czasochłonnych
procesów pomimo to i tak recyklat posiada dużą gorszą jakośd nieporównywalna z oryginalnym
produktem. Dlatego też zagospodarowanie odpadów gumowych stanowi niezwykle poważny
problem.
Podstawowe metody zarzÄ…dzania odpadami gumowymi sÄ… ukierunkowane na :
Zapobieganie - poprzez wydłużanie czasu eksploatacji,
Ponowne zastosowanie  bieżnikowanie opon , regeneracja taśm przenośnikowych,
Recykling produktowy  sztuczne rafy, falochrony, bariery ochronne,
Recykling materiałowy - zastosowanie miału gumowego w drogownictwie
Strona | 5
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
 Regeneracja - depolimeryzacja, utlenianie, łącznie z degradacją łaocucha głównego
polimeru kauczukowego,
Odzysk energetyczny.
Recykling materiałowy jest metodą zalecaną do zagospodarowywania odpadów gumowych.
Najbardziej wymagającą metodą recyklingu tego typu odpadów jest dewulkanizacja siarkowych
wulkanizatów, czyli całkowity lub częściowy rozpad poli, di-, i monosiarczkowych wiązao
utworzonych w pierwotnym procesie wulkanizacji. Jednak jak do tej pory nie udało się
opracowad metody, dzięki której udało by się doprowadzid do rozpadu wiązao sieciujących bez
naruszenia struktury łaocucha głównego.
Obecnie stosuję się technologię regeneracji odpadów gumowych, a więc poddaje się
rozdrobnioną gumę obróbce termicznej, termochemicznej, termomechanicznej, dzięki którym
następuje obniżenie lepkości, umożliwiające dalsze przetwórstwo. Produkt recyklingu ma jednak
gorsze właściwości, gdyż zachodzi częściowa degradacja łaocuchów polimeru [5,6]. Jakie
stosowane są w przemyśle metody regeneracji:
Metoda parowo-olejowa  miał gumowy miesza się z olejem i regenerat uzyskuje się
poprzez wytłaczanie produktu przez sita lub przecieranie przez walcarkę
Metoda parowa- analogicznie jak w powyższej metodzie, lecz prowadzi się w atmosferze
gorÄ…cej pary wodnej
Metoda Lancaster-Banbury  proces prowadzone w mikserze i następnie filtrowanie lub
rafinowanie
Metoda Elgina- odpady przetwarzane w ciągłym trybie przez wytłaczarkę
jednoślimakową
Metoda ultradz
więkowa- działanie ciśnienia, ciepła i ultradz
więków umożliwia
zniszczenie wiÄ…zao sieciujÄ…cych w produkcie [5-7].
2.3. Biokompozyty
Jedną z alternatyw na zagospodarowanie odpadów z materiałów polimerowych jest stworzenie
polimerów ulęgających biorozkładowi do produktów przyjaznych dla środowiska. Stale rosnąca
Strona | 6
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
tendencja rozwoju jest przypisana dla materiałów polimerowych modyfikowanych produktami
pochodzenia naturalnego. Najczęściej polimery modyfikuje się bionapełniaczami takimi jak:
Skrobia,
Celuloza, hemiceluloza, lignina,
MÄ…czka drzewna,
Konopie,
Len,
Hydrolizaty białkowe.
Również prowadzone są badania nad dodawaniem do kompozytów biodegradowalnych
antyutleniaczy pochodzenia naturalnego takich jak:
flawonoidy,
nafto chinony,
pochodne fosforowe,
aminokwasy,
karetonoidy,
inne antyutleniacze fenolowe takie jak np.: tokoferol.
Takie biokompozyty zawierające odnawialne surowce mają niezwykle ważne znaczenie z punktu
widzenia ochrony środowiska, gdyż materiały te powinny byd kompostowalne i biodegradowalne
przez mikro i makroorganizmy do produktów takich jak biomasa i CO2 [8,9].
Strona | 7
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
MATERIAA
Y OPAKOWANIA
PRODUKCJA ZBIÓRKA
ODPADÓW
SKROBIA KOMPOST
CELULOZA
BIODEGRADACJA
FOTOSYNTEZA
SUROWCE BIOMASA CO2 I
NATURALNE H20
ODNAWIALNE
Rys.2. Cykl obiegu zamkniętego biokompozytów polimerowych [10].
3. PRZEBIEG DWICZENIA (Procedure)
Dobór materiału polimerowego oraz wstępne przygotowanie poprzez rozdrobnienie materiału
poddawanego procesowi recyklingu.
Przygotowanie aparatury służącej do recyklingu nanomateriałów polimerowych :
Włączyd chłodzenie (lodówkę),
Wprowadzid próbkę do pieca (polimer + katalizator), szczelnie zamknąd, dokręcid
wszystkie śrubki, zainstalowad termoparę,
Umocowad mieszadło,
Podłączyd przewód przepływu helu oraz przewód odprowadzania gazów powstałych
z rozkładu materiału,
Podłączyd chłodnicę, ustawid pod chłodnicą kolbę trójszyjną,
Włączyd przepływ helu,
Ustawid za pomocą termostatu żądaną temperaturę: 3000C,
Należy kontrolowad temperaturę przez cały czas trwania procesu.
Strona | 8
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
Po zakooczeniu procesu (zauważalne w momencie kiedy nie wydzielają się żadne gazy) należy
wyłączyd termostat, następnie zasilanie. Poczekad do momentu ochłodzenia pieca i dokładnie
oczyścid wnętrze pieca z pozostałości po procesie.
Następnie należy pobrad próbki do analizy i:
Wykonad widma powstałej cieczy po rozkładzie materiału polimerowego metodą
spektroskopii w podczerwieni FT-IR,
Dokonad analizy gazów powstałych podczas recyklingu materiału.
Sprawozdanie powinno zawierad (Report should include):
a) Wstęp literaturowy :
*Problematyka degradacji materiałów polimerowych,
*Opis zagadnienia dotyczÄ…cego recyklingu.
b) Wykonanie dwiczenia,
c) Wyniki pomiarów,
*identyfikacja związków pochodzących z rozkładu materiału na podstawie widm
spektroskopowych w podczerwieni,
* identyfikacja związków pochodzących z rozkładu materiału na podstawie wyników
z chromatografii gazowej.
d) Omówienie wyników badao,
e) Wnioski.
3.1. Aparatura pomiarowa
a) Aparatura służąca do recyklingu materiałów polimerowych:
Strona | 9
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
Rys. 3. Stanowisko do przeprowadzania procesu recyklingu materiałów polimerowych.
b) Spektrofotometr w podczerwieni do wykonywania analizy próbek za pomocą identyfikacji
widma IR:
Rys. 4. Spektrofotometr w podczerwieni firmy Bio-Rad.
Strona | 10
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
3.2. Wykonanie dwiczenia
4. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA (Report)
4.1. Cel dwiczenia
Celem dwiczenia pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowanego w ramach Zadania 9
jest zapoznanie siÄ™ z tematykÄ… dotyczÄ…cÄ… nowoczesnych rozwiÄ…zao problemu jakim jest
zagospodarowanie nanomateriałów polimerowych w XXI wieku. Na laboratorium
przeprowadzony zostanie całkowity rozkład materiału polimerowego do produktów
ekologicznych dla środowiska, które mogą byd wykorzystane w innej dziedzinie działalności.
Celem uczestniczących w dwiczeniu będzie zapoznanie się z zasadą przeprowadzania procesów
recyklingu na wybranej i opracowanej metodzie oraz analiza produktów gazowych i ciekłych
pochodzących z rozkładu wybranego polimeru. Analiza produktów dokonana zostanie przy
zastosowaniu spektroskopii w podczerwieni metodÄ… ATR i chromatografii gazowej.
4.2. Metodyka pomiarów
Przeprowadzenie recyklingu materiału polimerowego,
Wykonanie widm spektroskopowych w podczerwieni,
Wykonanie analizy gazów metodą chromatografii gazowej,
4.3. Wyniki pomiarów
4.4. Opracowanie wyników pomiarów
Na podstawie uzyskanych wyników należy:
Zidentyfikowad powstałą ciecz w kolbie jako produkt rozkładowy materiału
polimerowego za pomocÄ… spektroskopii w podczerwieni metodÄ… ATR,
Strona | 11
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
 Dokonad analizy gazów powstałych z rozkładu materiału na podstawie wyników z widma
chromatografii gazowej,
Określid stopieo rozkładu materiału polimerowego.
4.5. Wnioski
5. LITERATURA (References)
[1] tworzywa.com.pl
[2] M. Kozłowski, Recykling tworzyw w Europie, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,
Wrocław, 2006.
[3] A.Błędzki, Recykling materiałów polimerowych, WNT, Warszawa 1997.
[4] A. Błędzki, Z. Tartakowski, Recykling i odzysk materiałów polimerowych, R. Jeziórska,
Recykling tworzyw polimerowych-metody, maszyny, urzÄ…dzenia, Wydawnictwo Politechniki
Szczecioskiej, 2008.
[5] W. Parasiewicz, L. Pyskło, J. Magryta, Recykling zużytych opon samochodowych, Instytut
Przemysłu Gumowego  Stomil , Piastów, 2005.
[6] A. Błędzki, Z. Tartakowski, Recykling i odzysk materiałów polimerowych, W. Parasiewicz, M.
Tulik, J. Mężyoski, Odpady gumowe - przegląd metod regeneracji, Wydawnictwo Politechniki
Szczecioskiej, 2008.
[7] J. Magryta, Polymer recycling 1,No 1, 1994.
[8] H. Koroniak, J. Barciszewski , Na pograniczu chemii i biologii, A. Masek, M. Zaborski
 Pochodne flawonoidów jako substancje przeciwstarzeniowe w elastomerach , Wydawnictwo
Naukowe Uniwersytetu Adama Mickiewicza, Poznao, 2008.
[9] A. Błędzki, Z. Tartakowski, Recykling i odzysk materiałów polimerowych, H. Żakowska,
Wybrane zagadnienia organizacyjno prawne odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych
z materiałów polimerowych, Wydawnictwo Politechniki Szczecioskiej , Szczecin (2008) , 205-209.
Strona | 12
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
[10] H. Kaeb, Bioplastics & Biodegradable Polymers-EU Market Introduction, 3rd Central &
Eastern European Conference on Packaging, Taropak , 2005.
6. PYTANIA SPRAWDZAJ
CE (Problems)
1. Wyjaśnid pojęcie recykling materiałów polimerowych.
2. Wymienid podstawowe etapy recyklingu.
3. Wymienid metody zagospodarowania odpadów gumowych.
4. Co to sÄ… biokompozyty polimerowe.
7. EFEKTY KSZTAA
CENIA (Learning outcomes)
7.1. Co student powinien wiedzied
a) Co student powinien wiedzied:
Omówid jaki jest cel przeprowadzania recyklingu materiałów polimerowych.
Opisad na czym polega recykling.
Wymienid jakie są alternatywy do zagospodarowania odpadów polimerowych.
7.2. Co student powinien umied
Wykonad recykling materiału polimerowego.
Zinterpretowad widmo spektroskopowe w podczerwieni.
Zinterpretowad widmo z chromatografii gazowej.
Określid wydajnośd przeprowadzonego procesu recyklingu.
Strona | 13
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
8. TELEFONY ALARMOWE (Emergency numbers)
Pogotowie Ratunkowe: 999
Policja: 997
Straż Pożarna: 998
Straż Miejska: 986
Pogotowie Ciepłownicze: 993
Pogotowie Energetyczne: 991
Pogotowie Gazowe: 992
Pogotowie Wodno - Kanalizacyjne: 994
Strona | 14
Laboratorium pn.  Recykling materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9
Laboratorium pn.  Degradacja materiałów polimerowych realizowane w ramach Zadania nr 9