Valorificarea polimerilor termoplastici reciclati prin armare cu fibre naturale functionalizate pentru obtinerea de noi produse cu valoare adaugata - VALPOLYMER

 Proiectul VALPOLYMER  este un proiect derulat  în perioada 2016 - 2018 în cadrul Programului PN-III-CERC-CO-PTE-2016  la care au participat :

 -       SC MONOFIL SRL in calitate de COORDONATOR

 -       INCDTP in calitate de PARTENER – P1

 -       UPBin calitate de PARTENER – P2

 Scopul proiectului este dezvoltarea de noi materiale compozite cu valoarea adaugata pe baza de polimer termoplastic reciclat (PET-polietilentereftalat) armat cu fibre de in (lungi sau scurte) functionalizate cu titanati sau aluminati. Pe baza acestei tehnologii, noile compozite vor prezenta proprietati fizico-mecanice imbunatatite precum si rezistenta la atacul mucegaiului. Fibrele de in functionalizate vor fi imobilizate in topitura de polimer reciclat, atat sub forma scurta (tocata) prin extrudere-granulare cat si sub forma de fibre lungi functionalizate, avind in vedere dotarea instalatiei de compoundare care permite preluarea firelor de in direct in sectiunea de curgere a topiturii polimerice si taierea cablului rezultat la lungimea dorita la faza de granulare. Prin implementarea corespunzatoare a tehnologiei mentionate mai sus, compozitul rezultat va deveni viabil atat din punct de vedere, ecologic, economic, cat si din punct de vedere al proprietatilor fizico-mecanice.

 Necesitatea abordari proiectului a aparut datorita numeroaselor probleme existente la nivel global, cauzat de gestionarea ineficienta a volumului din ce in ce mai ridicat de desuri plastice precum si a impactului lor negativ, asupra mediului. Depozitarea necontrolata a deseurilor din materiale plastice precum si degajarea emisiilor toxice în timpul de incinerarii (dioxine, furani, HCl, CO, CO2) polueaza alimentele pe care le mânca, apa pe care o bem, aerul pe care îl respirăm amenințând dreptul suprem al ființelor umane si anume, dreptul de a trăi. Plastics Europe a publicat o actualizare a analizei statistice din 2015, privind producția de mase plastice in Europa cu cifre pentru anul 2014, cu informații detaliate privind: utilizarea materiilor prime si reciclarea. Producția mondială de materiale plastice a ajuns la 311 milioane de tone, iar producția în UE este estimată la 59 de milioane de tone. In anul 2014, 25,8 milioane de tone de deșeuri de plastic post-consum au ajuns în ciclul de prelucrare: 29,7% au fost reciclate, 39,5%, au fost transformate în energie, în timp ce 30,8%, ce corespunde la 8 milioane de tone, au ajuns în gropile de gunoi, aceasta fiind cea mai rea opțiunie din cele existente.

 România este încă printre ţările în care groapa de gunoi este prima opțiune pentru eliminarea deșeurilor. In prezent in Romania doar putin peste 60% din deseurile provenite din ambalaje din PET sunt valorificate in fibre datorita nivelului scazut de colectare si sortare a acestora. Valorificarea deseurilor de PET in fibre scurte necesita anumite conditii tehnologice care limiteaza procentul de valorificare al acestei clase de deseuri.

 Prezentul proiect se adreseaza in principal categoriei de deseuri din ambalaje din PET care nu se pot valorifica prin procedeul mentionat anterior si anume a deseurilor din ambalaje de PET cu usoare contaminari de PP/HDPE (provenit din capace), de culoare si nu in ultimul rind contaminari cu biopolimeri. In acest sens, pentru a depasi aceasta problema grava si anume, protejarea sanatati umane, a mediului si conservarea resurselor naturale, membrii consortiului propun o metoda simpla si fezabila de transformare a deseurilor din plastic in produse noi cu valoarea adaugata.

 Stadiul actual pe plan național şi internațional: Deşeurile din materiale plastice sunt generate de o varietate de surse inclusiv industria ambalajelor, automobile, bunuri de larg consum, electrice si electronice, care conduc la creşterea importantă a volumului de deşeuri şi la necesitatea impetuoasa de reducere a acestora[1]. Prelucrarea sau depozitarea materialelor plastice industriale este extrem de dificilă și a devenit o problemă socială în ultimii ani, la nivel global [2]. Reciclarea produselor utilizate este considerata ca fiind una dintre cele mai bune moduri de a economisi şi de a proteja mediul, cu toate ca, tehnologiile aplicate trebuie astfel proiectate si gestionate încât să se evite poluarea mediului[3]. Incalzirea globala si diminuarea rezervelor de petrol au propulsat oamenii de stiinta, sa se concentreze mai mult pe utilizarea fibrelor naturale din resurse regenerabile cum ar fi, iuta, canepa, bumbac, in, fibre din nuca de cocos, fibre din frunze de ananas si banane[4-5] etc., pentru armarea materialelor compozite[6]. Datorita biodisponibilitatii, costului redus, densitatii scazute, proprietatilor specifice acceptabile, usurintei de separare, biodegradabilitatii si reciclabilitatii, fibrele naturale sunt din ce in ce mai des utilizate in compozitele pe baza de materiale plastice[7]. Cu toate ca, materialele plastice ranforsate cu fibre de sticla sau alte tipuri de fibre sintetice (fibre de carbon, alumina) detin o rezistenta specifica mult mai ridicata, domeniile lor 4 PN-III-CERC-CO-PTE-2016 de aplicare sunt mult mai limitate datorita costului inerent mai ridicat al procesului de productie[8]. Datorita hidrofiliei ridicate a tuturor fibrelor naturale, adeziunea cu cei mai frecventi polimerii utilizati ca matrice (hidrofobi) este putin problematica[9]. Aceasta problema poate fi rezolvata prin modificarea suprafetei fibrelor utilizand metode, fizice, chimice, mecanice sau prin modificarea compozitiei chimice a matricei polimerice[10]. Tratamentele chimice cele mai des utilizate pentru modificarea suprafatei fibrelor naturale includ, tratamentul cu alcali (NaOH), tratamentul cu silani, acetilare (sau metoda esterificarii cu anhidrida acetica) – rezistenta la incovoiere creste cu 18% in cazul compozitului PP/fibre de in, tratamentul cu peroxid, tratarea cu anhidrida (utilizand anhidrida maleica sau PP-g-AM, PE-g-AM), deparafinare, acoperire si impregnare cu rasini epoxi diluate, tratamente enzimatice – combinate cu tratamente chimice sau mecanice (utilizand enzime oxidative precum, lacaze si peroxidaze)[11-12], etc. Numeroase alte tipuri de tratamente au fost investigate pentru modificarea hidrofiliei fibrelor utilizand, permanganati, zirconati, izocianati, clorura de sodiu, acid stearic, acrilonitril si metode de eterificare etc. Legatura interfaciala intre fibre si matrice joaca un rol vital in determinarea proprietatilor mecanice ale compozitelor. Legatura interfaciala poate fi realizata prin mai multe mecanisme, interblocare mecanica, legatura electrostatica, legatura chimica si interdifuzie [13]. Metodele fizice cele mai frecvent utilizate pentru imbunatatirea interfetei includ: corona, tratamentul in plasma, UV, tratamente termice, radiatii cu electroni si presarea fibrelor[14]. Un studiu axat pe utilizarea PET-ului reciclat din sticle a avut ca scop imbunatatirea proprietatilor mecanice si termice utilizand policarbonat in procent de 20 si 50%[15]. Compozitele pe baza de fibre in tratate cu tanin au fost intens studiate in ultimii anii, in principal pentru aplicatii din industria auto. Alte studii, s-au axat pe imbunatatirea performantelor mecanice, prin utilizarea nanotehnologiei in obtinerea compozitelor si in special a celor pe baza de nanofibrile de in/nanoargile[16].

 Noutatea si originalitatea proiectului: [1] Dezvoltarea unei noi metode simple si fezabile de imbunatatire a interfetei prin modificarea suprafetei fibrelor de in cu precursori de titan (izopropoxidul de titan sau TiCl4) sau alumina (AlCl3) capabile sa se lege selectiv atat pe suprafata fibrelor naturale (prin legaturi -OH) iar reteaua oxidica care se formeaza sa permita o mai buna aderenta si compatibilitate cu suprafata matricei polimerice; [2] Modificarea suprafetelor fibrelor de in utilizand precursori de titan va imbunatati compatibilitatatea dintre faze si implicit rezistenta mecanica si termica, precum si rezistenta la atacul bacteriilor si la atacul mucegaiului (polimerii sunt foarte sensibili la atacul mucegaiului si scad proprietatile mecanice); [3] Utilizarea precursorului de alumina va permite formarea legaturi –Al-O-C- [Sonmez M, Ficai D, Stan A, Bleotu C, Matei L, Ficai A, et al. Synthesis and characterization of hybrid PVA/Al2O3 thin film. Materials Letters. 2012;74:132-6] ceea ce va induce o rigiditate ridicata compozitului precum si posibilitatea de a ingloba cantitati mai ridicate de fibre in matricea polimerica in accord cu rezultatele publicate [Sonmez M, Georgescu M, Valsan M, Radulescu M, Ficai D, Voicu G, et al. 5 PN-III-CERC-CO-PTE-2016

Design and characterization of polypropylene matrix/glass fibers composite materials. Journal of Applied Polymer Science. 2015;132]; [4] Datorita tehnologiei de prelucrare alese, polimerii reciclati vor putea fi armati atat cu fibre scurte cat si cu fibre lungi functionalizate, maximizandu-se in acest fel proprietatile mecanice. Posibilitatea conferita de echipamentul utilizat si anume adaugarea fibrelor, direct in masa polimerica dupa ce a fost topit, evita degradarea fibrelor in timpul prelucrarii; [5] Obtinere de noi compozite cu valoare adaugata la un pret de cost mult mai scazut comparativ cu utilizarea polimerilor virgini, datorita disponibilitati ridicate atat a masei plastice precum si a fibrelor naturale; [6] Protejarea sanatati umane si a mediului prin reducerea cantitatilor de desuri, si valorificarea lor in produse noi, printr-o metoda eficienta si anume reciclare; [7] Comparativ cu metodele prezentate in literatura de specialitate, metoda propusa de consortiu nu implica utilizarea de nanoparticule pentru imbunatatiri suplimentare a proprietatilor mecanice, ceea ce face ca aceasta metodologie sa poata fi implementata rapid pe scara larga in industrie; [8] Se poate controla gradul acoperire a suprafatei fibrei prin varierea cantitati de agent de functionalizare utilizat si implicit gradul de adeziune fibra/matrice polimerica in functie de proprietatile fizice si mecanice solicitate. [9] Aceasta metodologie de modificare poate fi aplicata cu usurinta pe suprafata oricarei tip de fibra naturala, deoarece constituentul major al tuturor fibrelor naturale este celuloza, si prezinta grupari –OH libere capabile de a se lega preferential cu precursori de titan si alumina; [10]. Materialele compozite pe baza de PET dezvoltate in proiect reprezinta o solutie de inlocuire totala a polimerilor virgini si a lemnului prin crearea unui ambalaj fabricat integral din material reciclat, scopul fiind acela de a patrunde pe o piata a ambalajelor aflata intr-o continua crestere .

Experienta si rezultatele relevante avute in domeniul proiectului a consortiului, precum si necesitatea avuta in cadrul IMM-ului si anume, dezvoltarea unei metode eficiente de modificare a suprafetei fibrelor naturale si inglobarea ulterioara in polimeri reciclati cu usoare contaminari de PP/HDPE si biopolimeri in scopul diversificari portofoliului de produse, de calitate superioara, precum si rentabile economic (pret de cost redus), a fost factorul hotarator al alegerii precursorului de titan si alumina pentru modificarea suprafetei fibrelor.

 POLIMERI TERMOPLASTICI ARMATI CU FIBRE NATURALE FUNCTIONALIZATE

 Titlul proiectului    Valorificarea polimerilor termoplastici reciclati prin armare cu fibre naturale functionalizate pentru obtinerea de noi produse cu valoare adaugata - VALPOLYMER

 Acronim    VALPOLYMER
Contract Nr.    20/2016
SC MONOFIL SRL  Savinesti

 Institutia coordonatoare si datele de contact  
Manager proiect: Dr.ing. Doina CONSTANTINESCU
Str. Uzinei nr.1, Savinesti, 617410 , Judetul Neamt, ROMANIA
Tel. +40233281690, Fax +40233281680
email: Această adresă de email este protejată de spambots. Trebuie să aveți JavaScript activat ca să o puteți vedea.

Autoritatea contractanta: UNITATEA EXECUTIVA PENTRU FINANTAREA INVATAMANTULUI SUPERIOR, A CERCETARII, DEZVOLTARII SI INOVARII (UEFISCDI)

Bugetul proiectului: 568.000,00 lei, buget de stat
115.750,00    lei, cofinanţare 
Durata proiectului    24 luni

 COMPONENTA CONSORTIULUI

 COORDONATOR – CO   

 SC MONOFIL SRL Savinesti 
Manager proiect: Dr.ing. Doina CONSTANTINESCU
Str. Uzinei nr.1, Savinesti, 617410 , Judetul Neamt, ROMANIA
Tel. +40233281690, Fax +40233281680
email: Această adresă de email este protejată de spambots. Trebuie să aveți JavaScript activat ca să o puteți vedea.

PARTENER – P1

 INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE PENTRU TEXTILE SI PIELARIE-I.N.C.D.T.P. BUCURESTI SUCURSALA BUCURESTI INSTITUTUL DE CERCETARE PIELARIE - INCALTAMINTE I.C.P.I.
Responsabil de proiect: Doctor/Cercetator Stiintific gr.III MARIA SONMEZ
Str. Lucretiu Patrascanu, nr. 16, sector 3, Bucuresti, ROMANIA 
tel:  0213235060 , fax: 0213235280
e-mail:  Această adresă de email este protejată de spambots. Trebuie să aveți JavaScript activat ca să o puteți vedea.

 
PARTENER – P2

 UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI  
Responsabil de proiect: Doctor, Conferentiar universitar DENNISA FICAI
Bucuresti - Sector 6,Splaiul Independenței , ROMANIA 
tel:  0213235060 , fax: 0213235280
e-mail: Această adresă de email este protejată de spambots. Trebuie să aveți JavaScript activat ca să o puteți vedea.

Rezumatul proiectului
Obiectivul general si obiectivele specifice proiectului
Activităţile şi responsabilităţile aferente fiecărui partener
Rezultate etapa I
Rezultate etapa II
Rezultate etapa III

Raport final

STADIUL INDEPLINIRII INDICATORILOR DE REZULTAT

 Etapa 1/2016 - FUNCTIONALIZAREA SUPRAFETEI FIBRELOR DE IN SI PRELUCRARE DESEURI PLASTICE – cu termen de predare 31.12.2016, a avut ca obiectiv, elaborarea tehnologiei de functionalizare a fibrelor de in cu titanati sau aluminati, caracterizarea structurala a fibrelor de in functionalizate; obtinerea prin macinare a materiei prime obtinute din deseuri din PET provenite din industria ambalajelor, caracterizarea fizico-mecanica, a epruvetelor obtinute din deseu de PET, elaborarea recepturilor pe baza de PET reciclat/fibre de in nefunctionalizate si functionalizate cu aluminati si titanati, stabilire parametrii optimi de procesare in Brabender si extruder-granulator.

Indicatori de rezultat faza I/2016:

Etapa II/2017. EXPERIMENTARE SI CARACTERIZARE COMPOZITE PE BAZA DE PET RECICLAT/FIBRE DE IN FUNCTIONALIZATE – termen 31.12.2017 – a avut ca obiectiv, procesarea compozitelor pe baza de PET reciclat/fibre de in functionalizate; caracterizarea morfo-structurala, fizico-mecanica, chimica si din punct de vedere al indicilor de fluiditate a compozitelor PET reciclat/fibre de in functionalizate; elaborare specificatie tehnica initiala; selecţie variante de compozite cu proprietati optime si propunerii pentru stabilirea domeniilor de utilizare; atribuirea dreptului de proprietate intelectuală; elaborare studiu de fezabilitate; diseminarea rezultatelor cercetarii; elaborarea tehnologiei de fabricație a prototipului; intocmire documentatie de validare a tehnologiei de realizare a compozitelor pe baza de PETreciclat/fibre de in lungi sau scurte funcționalizate.

Indicatori de rezultat faza II/2017:

Etapa III/2018. DEMONSTRAREA FUNCTIONALITATI SI VALIDAREA TEHOLOGIEI DE OBTINERE A COMPOZITELOR PET RECICLAT/FIBRE FUNCTIONALIZATE PRIN OBTINEREA PRODUSELOR PROTOTIP- termen de predare 04.10.2018, a avut ca obiectivrealizare produse finite prototip prin extrudare si injectie din compozitele PET reciclat/fibre scurte sau lungi functionalizate; caracterizarea fizico-mecanica, chimica si morfo-structurala a produselor prototip realizate; elaborare specificatie tehnica finala de obtinere a compozitelor; elaborarea fiselor tehnice de produs; diseminarea rezultatelor in reviste de specialitate si participarii la manifestari stiintifice.

Indicatori de rezultat faza III/2018:

DISEMINARE