TEXTILNÍ VLÁKNA Z RECYKLACE PNEUMATIK

TEXTILNÍ VLÁKNA Z RECYKLACE PNEUMATIK Lenka Vavrušková 1, Bohdan Nešpor 1, Ivana Chromková 1 Cílem projektu "Inovativní využití textilních vláken z komplexní recyklace pneumatik v produktech s funkčními vlastnostmi", díky kterému vnikl i tento příspěvek, je efektivní a hospodárné využití textilních vláken, která jsou separována při recyklaci pneumatik a dnes jsou z velké části spalována v cementárnách. V úvodu výzkumu byly stanoveny základní vlastnosti a ekologické charakteristiky odpadních textilních vláken. ÚVOD Ekologické likvidaci se v rámci České republiky věnuje několik velkých firem. Na výzkumu dalšího využití recyklací vznikajících textilních vláken spolupracujeme se společností RPG Recycling [1]. Způsoby recyklace pneumatik a nakládání s jednotlivými složkami recyklátu (pryž, ocelový kord a textilní vlákna) byly obecně popsány již dříve [2]. Tento příspěvek se zaměřil již výhradně na podrobný popis odpadního textilního vlákna. Množství získaného textilního podílu při recyklaci se různí dle typu recyklované pneumatiky, kdy se vzájemně liší poměrné zastoupení pryže, ocelových a textilních vláken (např. traktorové pneumatiky jsou vyztuženy pouze ocelovým patním lanem s textilním kordem, naproti tomu pneumatiky pro nákladní a osobní auta jsou protkány pevnějším ocelovým kordem). Lze však říct, že průměrně lze z jednoho kusu pneumatiky osobního automobilu o hmotnosti 10 kg získat [1]: 6,7 kg pryžového granulátu/drásaniny (v různých frakcích, nejčastěji 0-1,0 mm, 1,0-3,0 mm nebo 3,0-6,0 mm), 1,6 kg ocelového kordu, který dosahuje čistoty 95 97 % železa (ocelová vlákna jsou při procesu drcení oddělována magnetickými separátory, další využití v hutního průmyslu), 1,7 kg rozvolněného textilního vlákna (průmyslový textil s mírnou příměsí pryžového granulátu; textilní vlákno je nepravidelné tloušťky a tvaru v délce do 20 mm. 1 VAVRUŠKOVÁ Lenka, Ing. Ph.D.; NEŠPOR Bohdan, Ing.; CHROMKOVÁ Ivana, Ing.; Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s., Hněvkovského 30/65, Brno 617 00, vavruskova@vustah.cz; nespor@vustah.cz, chromkova@vustah.cz 1

Textilní vlákna vzájemně tvoří chuchvalce s příměsí částic pryže; při technologickém procesu získání vláken nejsou do vstupu přidávána žádná činidla, příměsi nebo jiné podpůrné prostředky; jde o sypkou, nelepivou hmotu, která je dobře manipulovatelná a má šedohnědou barvu. Obr. 1: Celkový náhled dočišťovaný vzorek odpadních textilních vláken z recyklace pneumatik dodaný společností RPG Recycling 1. SÍTOVÝ ROZBOR VZORKU Pro popsání tvaru, velikosti a množství textilních vláken, pryžové drtě a zbytků kovových složek ve vzorku, byla zvolena metoda sítového rozboru. I když nešlo o nejvhodnější metodu (vznik elektrostatického náboje), přesto se díky ní podařilo od sebe dostatečně oddělit jednotlivé složky vzorku. Nejprve byl původní vzorek zkontrolován pomocí silného magnetu a byly separovány hrubě kovové částice, totéž bylo ještě zopakováno i po rozdělení složek sítováním. Z původní navážky se při sítování oddělují jak příslušné částice pryže, tak podíly vláken, které nelze dobře definovat ani délkou nebo silou vlákna. Výsledek zkoušky lze považovat za dobře charakterizující tvar, velikost i množství dílčích složek ve vzorku. Sítování bylo několikrát prováděno na sestavě sít 0, 1, 2, 4 a 8 mm, vždy po dobu 60 minut: na sítech laboratorní prosévačky Ø 200 typ P200 (navážka 120 g) na čtvercových sítech 50 50 cm (navážka 1000 g). I při použití velkých čtvercových sít (500 500 mm) jsou výsledky podobné experimentu v menším měřítku na kulatých sítech (Ø 200 mm). 2

Tab. 1: Průměrné výsledky několika stanovení vzorku textilního vlákna z recyklace pneumatik pomocí sítového rozboru Zůstatek na sítě Zkušební síto Min Max Průměr [mm] [%] 8 33,68 57,15 43,84 4 5,66 12,89 9,24 2 12,36 19,26 16,55 1 3,57 5,19 4,48 0 21,20 28,71 25,74 Kov částice/drátky 0,37 1,10 0,76 Na snímcích je dokumentován stav zastoupení podílů textilních vláken a pryže. Snímky (obr. 2 až 4) zobrazují části vzorku ve stejném měřítku. Obr. 2: Zbytky na sítě 8 mm (snímek vlevo) a 4 mm (vpravo) Na sítu 8 mm (obr. 2) jsou patrné husté shluky jemných vláken s částicemi pryže, která se stále mají tendenci uvolňovat nebo opět vplétat do vláken. Na sítu 4 mm je výrazný podíl hlavně silnějších vláken, které prostupují zrna pryže. 3

Obr. 3: Zbytky na sítě 2 mm (snímek vlevo) a 1 mm (vpravo) Snímek síta 2 mm (obr. 3) představuje spíše samotná zrna pryže s malým výskytem textilních vláken. Častější je výskyt silných vláken. Na sítu 1 mm jsou jemná zrna pryže, která opět obalují shluky jemných vláken. Obr. 4: Zbytky na dně sítové řady (snímek vlevo) a magnetem separované částice kovu/kovu a pryže/ocelových vláken (vpravo) 4

V podílu nejjemnějších vláken (dno sítové řady) se vyskytují i částice kovu (obr. 4). Jemná vlákna opět tvoří shluky, ale opět nelze lépe popsat jejich velikost. Vlákna mohou bez větších problémů prostupovat celou sítovou řadou, záleží jen na délce a intenzitě sítování. Pomocí silného magnetu je ze všech frakcí vzorku odseparován podíl jemných částic kovu, částic kovu s pryží případně ocelových vláken. Negativně při magnetické separaci působí statický náboj vzniklý sítováním. Pryž je přichycena na částečky kovu. 2. POLARIZAČNÍ MIKROSKOPIE Textilní vlákna získaná při likvidaci pneumatik představují dle typu materiálu směs různých vláken (vlákna viskózová, polyamidová, aramidová, polyesterová, polyvinylalkoholová a polypropylenová). Pro materiálové zařazení jednotlivých typů vláken byla využita metoda polarizační mikroskopie. Preparát byl připraven odběrem z chomáče vzorku na sklíčko a sledován pod mikroskopem (viz obr. 5 a 6). Obr. 5: Vlákna a pryžové částice z optického mikroskopu (zvětšení 20x) 1 2 Obr. 6: Detail vlákna prostoupeného pryží z optického mikroskopu (zvětšení 200x; 1 konopné vlákno, 2 vlákno juty) [3] 5

Zkoumání vzorku textilních vláken proběhlo v režimech: XPL procházející světlo, zkřížené nikoly; PPL procházející světlo, 1 nikol (1 polarizační filtr) RL odražené světlo Pomocí optického mikroskopu se podařilo identifikovat vlákna juty a podle charakteristického vinutí i vlákna konopná [3]. Jak již bylo dříve zmíněno, materiálové složení a zastoupení vláken v hmotě textilního recyklátu se liší typem zpracovávaných pneumatik. 3. PROVEDENÁ ANALYTICKÁ STANOVENÍ 3.1 Analytické stanovení obsahu chloridů V současnosti se textilní vlákna nejčastěji využívají jako palivo při výrobě cementu, proto nás zajímal obsah chloridů, který by při velkém zastoupení ve vzorku mohl negativně zvyšovat jeho podíl ve složení surovinové směsi pro výpal cementu. Tab. 2: Výsledek stanovení obsahu chloridů Vz. Textilní vlákna Ozn. Cl - Přesný název zkušebního postupu / metody Stanoveni chloridů merkurimetricky Identifikace zkušebního postupu / SOP CH28 (ČSN 72 2111) Obsah složky % hm. 0,015 * * hodnota výsledku je pod mezi stanovitelnosti. Laboratoř má určeny u jednotlivých metod meze stanovitelnosti, ty nejsou uváděny do protokolu. Na vyžádání budou dodány. K hodnotám výsledku pod mezi stanovitelnosti se nevztahuje nejistota výsledku měření. Pozn.: Výsledky analýzy jsou vztaženy na původní stav vzorků. Zjištěné množství obsažených chloridů v textilním vláknu z recyklace pneumatik je nízké, a to bývá při využití vláken jako alternativního paliva při výpalu cementu žádoucí. Z obecně dostupných zdrojů [4, 5] jsme k porovnání získali informaci o obsahu chloridů v pryži z recyklace pneumatik (při využití jako alternativní palivo v cementárnách) [4], kdy byl stanoven obsah chloridů v průměru 0,062 % hm. (ø ze 17 měření, v rozmezí 0,01 až 0,21 % hm.) [5]. 3.2 Ekotoxikologické rozbory vzorku V dalším kroku jsme u vzorku zajistili provedení akreditovaných toxikologických testů, s postupem stanovení ekotoxicity pro odpad. Při rozhodnutí, zda při rozboru postupovat metodou pro odpad nebo pro 6

výrobek, jsme vycházeli z reálné podoby vzorku textilního vlákna použitého pro stanovení. Textilní vlákna byla převedena postupem SOP E03S (Věstník MŽP č. 12/2002) na vodný výluh pro následné testování ekotoxicity. Na připraveném vzorku bylo provedeno měření ph a konduktivity laboratorním postupem (SOP E 02N): výsledek ph 7,70 konduktivita 188 μs/cm Na výluhu ze vzorku textilních vláken z recyklace pneumatik byly provedeny základní ekotoxikologické testy na čtyřech organismech. Výsledky pro jednotlivé organismy uvádí tabulka 3: řasy Scenedesmus subspicatus perloočky Daphnia magna Straus ryby Poecilia reticulata hořčice bílá Sinapis alba Tab. 3: Souhrnné výsledky stanovení testů ekotoxicity Stanovení akutní letální toxicity látek pro sladkovodní ryby (Poecilia reticulata) postupem SOP E51 (ČSN EN ISO 7346-2) Textilní vlákna Kontrola Vzorek Koncentrace výluhu (ml/l) 0 1000 Mortalita ryb za 96 hod (ks) / počet ryb v testu (ks) 0/10 0/10 Mortalita ryb za 96 hod (%) 0 0 Zkouška inhibice pohyblivosti Daphnia magna Straus Zkouška akutní toxicity postupem SOP E52 (ČSN EN ISO 6341) Koncentrace výluhu (ml/l) 0 1000 Imobilizace perlooček za 48 hodin (ks) / počet perlooček v testu (ks) 0/10 60/60 Mortalita perlooček za 48 hod (%) 0 100 Test inhibice růstu sladkovodní řasy (Scenedesmus subspicatus) postupem SOP E53 (ČSN EN ISO 8692) Koncentrace výluhu (ml/l) 0 1000 Počet paralelních stanovení 3 3 Průměr inhibice / stimulace růstu* ) řady (%) - 44 Test inhibice růstu kořene hořčice bílé (Sinapis alba) postupem SOP E54 (Věstník MŽP č. 4/2007) Koncentrace výluhu (ml/l) 0 1000 Počet paralelních stanovení 3 3 Průměr inhibice / stimulace růstu* ) kořene (%) - 44 * ) Inhibice růstu kladné výsledky / stimulace růstu záporné výsledky 7

3.3 Analytické stanovení kovů a sulfátu ve výluhu Chemické složení textilních vláken z recyklace pneumatik (tab. 4) může být dalším ukazatelem při využití vláken jako alternativního paliva, ale i při využití pro přípravu stavebních materiálu. Některé z chemických složek, při zastoupení ve vysokém obsahu, by mohly při použití vláken například do betonu nebo malt ovlivňovat tuhnutí a tvrdnutí (například retardace [6]), případně jiné technologické nebo fyzikálně-mechanické vlastnosti. Tab. 4: Výsledky stanovení kovů a sulfátu ve výluhu Označení zkoušky / složka Jednotka Obsah složky SOP CH01 ztráta suš. % hm. 1,01 ± 0,08 SOP CH32 S 2- % hm. 0,13 ± 0,01 SOP CH38 As mg/l 0,011 - SOP CH38 Ba mg/l 0,060 ±0,021 SOP CH38 Cd mg/l 0,0012 - SOP CH38 Cr mg/l 0,037 - SOP CH38 Cu mg/l 0,021 - SOP CH38 Mo mg/l 0,011 ±0,004 SOP CH38 Ni mg/l 0,0077 - SOP CH38 Pb mg/l 0,022 - SOP CH38 Sb mg/l 0,036 ±0,013 SOP CH38 Se mg/l 0,0088 - SOP CH38 Zn mg/l 0,378 ±0,132 SOP CH40 Hg μg/l 0,420 - u kombinovaná rozšířená nejistota vypočtená s použitím je-li před hodnotou uveden znak jedná se o výsledek pod mezí stanovitelnosti Pro upřesnění výskytu a obsahu organických složek ve vzorku textilních vláken z recyklace pneumatik byla provedena stanovení zaměřená na obsah sušiny, BTEX (souhrnný parametr pro benzen, toluen, ethylbenzen a xylen) PAU 12 (polycyklické aromatické uhlovodíky), PCB 7 (polychlorovaný bifenyl) a uhlovodíky C10-C40 (extrahovatelné nepolární uhlovodíky látek ropného i neropného původu s 11 až 39 uhlíky v molekule). Výsledky zkoušek ukazuje tabulka 5. u 8

Tab. 5: Výsledky zkoušek upřesnění výskytu organických složek ve vzorku textilního vlákna z recyklace pneu Označení zkoušky / složka Jednotka Obsah složky ČSN ISO 11 465 Sušina % hmot. 99,10 ČSN 75 7550 BTEX pevný mg/kg suš. 0,40 ČSN 75 7554 PAU 12 pevný mg/kg suš. 5,77 ČSN EN 61619 PCB 7 pevný mg/kg suš. 0,05 DIN 38 414 EOX (C1) pevný mg/kg suš. 16,70 ČSN EN 14039 Uhlov. C10 C40 mg/kg suš. 34100 výsledky pod mezí stanovitelnosti 4. ZÁVĚR Jak již bylo výše uvedeno, textilní vlákna z recyklace pneumatik mají v současnosti značně omezený způsob dalšího využití. Materiálové složení vzorku textilních vláken je dáno typem a objemem recyklovaných pneumatik. Vlákna jsou vždy doprovázena volnými nebo textilními vlákny prostoupenými zrny pryže. Velikost pryžových zrn se pohybuje od 1 do 8 mm. Délka vláken je od milimetrových rozměrů do cca 2 cm, taktéž průměr vláken je proměnný. Ve hmotě vzorku textilních vláken se do cca 1 % vyskytují i částice kovu (vlákna ocelový kord, zrna zbytky ventilku pneumatik). Jako dostatečná se ukázala při snaze o separaci vláken od pryže metoda sítováním. Na zkušebních sítech byla zachycena podobně jemná zrna pryže s podobně dlouhými vlákny textilu. Úplná oddělitelnost textilní a pryžové složky je i díky vlivům statické elektřiny problematická. Použití separační technologie za mokra by vyžadovalo vnést do procesu krok sušení a účinnost tohoto způsobu separace nemusí vést k dobrému, či lepšímu způsobu rozdělení než dosud. Cílem tohoto příspěvku bylo provést základní stanovení vlastností tohoto sekundárního materiálu a v dalším kroku je se zaměřit na jeho využití při návrhu a výrobě stavebních materiálů a hmot. 9

PODĚKOVÁNÍ Tento příspěvek byl zpracován na základě Institucionální podpory na rozvoj výzkumné organizace (Dlouhodobý koncepční rozvoj výzkumné organizace) poskytnuté MPO ČR. LITERATURA [1] Web společnosti RPG Recycling [online]. [cit. 2019-05-12]. Dostupné z: http://www.rpgrecycling.cz/ [2] VAVRUŠKOVÁ, Lenka. Aktuální stav recyklace pneumatik v ČR [CD]. Brno: Výzkumný ústav stavebních hmot, 2018 [cit. 2019-04-15]. ISBN 978-80-87397-26-8. [3] Microscopy. Identification of textile fibres [online]. In:. [cit. 2019-04-15]. Dostupné z: https://www.youtube.com/watch?v=rj82epee0va [4] Recyklace pneumatik, výroba alternativního paliva. [online]. [cit. 2019-04-16]. Dostupné z: https://www.mariuspedersen.cz/cs/o-mariuspedersen/sluzby/21.shtml [5] ELEFANTOVÁ, Alena. A - Portál životního prostředí [online]. In:. Brno, prosinec 2004 [cit. 2019-04-16]. Dostupné z: portal.cenia.cz/eiasea/download/.../jhm126_oznameni.doc [6] ROVNANÍKOVÁ, P., Problémy spojené s použitím pozinkované výztuže v betonu, článek v Koroze a ochrana materiálů, ISSN 0452-599X, 2002 10