ro ICECHIM Rezultate ICECHIM - Rezultate in Cercetare

Tehnologie de valorificare ecologică eficientă a materialelor plastice provenite din echipamente informatice și de telecomunicații sub formă de compozite cu proprietăți performante

Finanțare: Buget de stat

Program: Program 1 – Dezvoltarea sistemului național de cercetare-dezvoltare

Subprogram: Subprogram 1.2 – Performanță instituțională

Tip proiect: Proiecte complexe realizate în consorții CDI

Titlul proiectului complex: Tehnologii inovative pentru recuperarea avansată a materialelor din deșeuri de echipamente informatice și de telecomunicații

Titlul proiectului component 4: Tehnologie de valorificare ecologică eficientă a materialelor plastice provenite din echipamente informatice și de telecomunicații sub formă de compozite cu proprietăți performante

Acronim: COMPLAST

Contract de finanțare: 84 PCCDI / 2018

Valoarea proiectului: 511.500 Ron

Perioada de derulare a proiectului: 01.03.2018 – 30.08.2020

Denumirea instituțiilor participante în proiect

Acronim organizație

Tip organizaţie

Rolul organizaţiei în proiect

(Coordonator proiect complex/partener)

Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca

UTCN

UNI

CO (Coordonator)

Universitatea Babeș-Bolyai Cluj-Napoca

UBB

UNI

P1 (Partener)

INCDO INOE 2000 Filiala Institutul de Cercetări pentru Instrumentație Analitica Cluj-Napoca

IC-INOE

INCD

P2 (Partener)

Universitatea "1 Decembrie 1918" din Alba Iulia

UAB

UNI

P3 (Partener)

Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi din Iași

TUIASI

UNI

P4 (Partener)

Institutul Național de Cercetare - Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie

ICECHIM

INCD

P5 (Partener)

Obiectivul principal al proiectului constăîn reintroducerea în circuitul economic a materialelor plastice recuperate din deșeurile de echipamente informatice și de telecomunicații (DEIT) și deşeurilor de plăci cu circuite imprimate (DPCI) sub formă de compozite polimerice cu proprietăți performante, pentru producerea de ambalaje nealimentare (containere, navete de transport), repere tehnice, pavimente etc, contribuind totodată la ecologizarea mediului înconjurător - prin utilizarea materialelor recuperate și realizarea de noi materiale pe baza acestora.Utilizarea materialelor plastice recuperate din DEIT și DPCI este în egală masură eficientă, cât și inovativă, în trend cu noile direcții europene privind recuperarea materialelor și reciclarea deșeurilor.Materialele plastice recuperate după iesirea din uz a echipamentelor informatice și de telecomunicații, respectiv a plăcilor cu circuite imprimante care prezintă proprietăți fizico-mecanice deficitare datorită fenomenului de degradare vor fi aditivate prin aliere în topitură cu bloc-copolimeri stiren-dienici care conferă compozitelor caracteristici performante, în special o rezistență la șoc îmbunătățită, parametru esențial pentru domeniile de aplicare vizate.Se va urmări, pe tot parcursul proiectului, diseminarea pe scară largă a rezultatelor experimentale prin participarea la conferințe naționale / internaționale / workshopuri, publicarea în reviste de specialitate.

Obiectiv principal: Designul, realizarea, testarea, optimizarea, validarea și brevetarea unei tehnologii de valorificare a materialelor plastice recuperate din DEIT şi DPCI în compozite polimerice

 

Obiective specifice ale proiectului

O.1. Valorificarea diferitelor tipuri de materiale plastice din componente mari recuperate din deșeurile de echipamente informatice și de telecomunicații (DEIT) sub formă de compozite cu proprietăţi performante;

O.2. Valorificarea răşinii epoxidice provenite din deșeurilor de plăci cu circuite imprimate (DPCI) ca material ranforsant în compozite poliolefinice;

O.3. Valorificarea componentelor mici din DPCI şi izolaţiei cablurilor provenite din DEIT ca umplutură în compozite poliuretanice;

O.4. Integrarea etapelor de lucru pentru elaborarea tehnologiei de valorificare ecologică şi eficientă a materialelor plastice recuperate;

O.5. Creșterea capacităţii instituționale a ICECHIM.

Etapa 1. Valorificarea materialelor plastice recuperate  deșeurilor provenite din echipamente informatice si de telecomunicații (DEIT) prin aliere în topitură cu bloc-copolimeri stiren-dienici

Etapa 2. Valorificarea pulberii obținute din plăcile de circuit imprimat recuperate și a celor din cabluri și alte componente mici

Etapa 3. Elaborarea tehnologiei de obținere a compozitelor pe bază de materiale recuperate

Contact responsabil proiect component:

Dr. Ing. Grigorescu Ramona Marina rmgrigorescu@gmail.com

Rezultate etapa 1

       Studiul de literatură privind reciclarea DEIT a scos în evidență două căi de reintroducere în circuitul economic a componentelor polimerice ale acestor materiale recuperate după ieșirea lor din uz: reciclarea individuală a polimerilor și compozitelor acestora, respectiv reciclarea colectivă a acestor materiale polimerice. Pornind de la faptul că toți acești polimeri și copolimeri polistirenici, în mod uzual, pot fi modificați individual cu bloc-copolimeri stiren-butadienici, în mod special pentru creșterea rezistenței la șoc, s-a impus și studierea modificărilor în amestec cu bloc-copolimer stiren-butadienic (SBS) prin aliere în topitură și soluție. În cazul compozitelor obținute prin aliere în topitură, indicii fizico-mecanici au prezentat valori modeste ce s-au datorat pe de-o parte unei incompatibilități dintre diferiți polimeri stirenici și, pe de altă parte, contaminării cu resturi de alți polimeri (poliamide, policarbonați, poliesteri) și cu umpluturile anorganice prezente în polimerii reciclați. Modificarea fracției polistirenice din DEIT cu amestec de bloc-copolimeri SBS și SBS hidrogenat și maleinizat (SEBS-MA) are un efect de elasticizare mai accentuat în comparație cu modificarea doar cu SBS.

       Studiul de modificare în topitură a fracției polistirenice din DEIT cu bloc-copolimeri stiren-dienici a condus la obținerea de compozite polistirenice cu proprietăți comparabile cu HIPS, constituind o metodă favorabilă de reintrodus în circuitul economic a acestei fracții polistirenice. Ținând cont că separarea fracției polistirenice din DEIT este relativ dificil de realizat, studiul a continuat prin separarea prin dizolvare în tetrahidrofuran a acestei fracții, reducându-se astfel gradul de impurificare cu alte fracții polimerice. Soluția DEIT s-a utilizat pentru modificarea (ranforsarea) unui bloc-copolimer stiren-butadienic. Compozitele obținute au prezentat proprietăți care corespund cerințelor pentru utilizarea ca material de tălpi obținute prin injectare direct pe fețele încălțămintei.

       Fracția DEIT rezultată după separarea polimerilor polistirenici s-a folosit ca material aditivant în obținerea de cărămizi cu greutate micșorată, cu absorbție redusă a umidității și proprietăți antifonice îmbunătățite, utilizabile pentru realizare de pereți separatori interiori în construcții.

 

Rezultate etapa 2

Obiectivul principal al etapei 2 a constat în reintroducerea în circuitul economic a pulberii obtinute din placile de circuit imprimat recuperate, respectiv a cablurilor si a altor componente plastice mici. Obiectivele specifice ale etapei au fost: i) identificarea, caracterizarea și evaluarea posibilităților de valorificare a maselor plastice rezultate din reciclarea deșeurilor de plăci cu circuite imprimate (DPCI); ii) caracterizarea fizico-chimică a pulberii obținute din plăcile de circuit imprimat recuperate; iii) obținerea si caracterizarea compozitelor polimerice ignifugate cu rășină epoxidică  și ranforsate cu fibră de sticlă rezultate din reciclarea deșeurilor de plăci cu circuite; iv) obținerea de compozite poliuretanice pentru pavimente folosind ca umplutură materialele plastice recuperate din cabluri și alte componente mici ale echipamentelor informatice și de telecomunicații.

Din datele prezentate în literatură, se constată preocuparea deosebită în domeniul cercetării de reciclare a DCPI cât mai lipsită de o poluare secundară, pentru protejarea mediului, în conformitate cu normele tot mai stricte elaborate la nivel mondial. Toată fracția nemetalică se poate recicla complet fiind utilizată ca: i) agent de ranforsare al materialelor plastice (PP, HDPE, PVC, poliesteri nesaturați, rășini fenol-formaldehidice și epoxidice); ii) ca agent tixotropic și de reglare a comportării vâscoase a bitumurilor utilizate la acoperiri rutiere; iii) ca material de umplutură pentru realizarea de betoane ușoare și cu proprietăți antifonice.

În cadrul proiectului, cercetarea s-a axat cu prioritate pe utilizarea fracției nemetalice rezultate din procedeul mecanic de reciclare și a rezidului polimeric rezultat din solvoliza DCPI cu solvenți polari, ambele fracții rezultate din cercetările efectuate de partenerul UBB. Pulberea a fost caracterizată din punct de vedere structural prin analiza FTIR, prezența grupelor epoxidice și a ingnifuganților fiind evidențiată prin prezența benzilor caracteristice în spectrul înregistrat. Prin microscopie optica si termo-gravimetrie a fost observata o cantitate ridicata de fibra de sticla si stabilitatea termica pana la 280 °C.

Obiectivul principal al etapei a constat în obținerea de compozite poliolefinice prin modificarea în topitură a unui sort de polipropilenă reciclată cu modificatori de șoc (elastomeri termoplastici) și pulbere DPCI ca ranforsant și caracterizarea acestora în vederea stabilirii unor corelații între compoziția acestora și proprietățile de interes obținute.

In uma analizei mecanice a compozitelor rPP-modificatori-DPCI au fost observate urmatoarele: i) neaditivarea polipropilenei recuperate conduce la obtinerea unor materiale cu valori mai bune ale rezistentei la tractiune, dar modeste la soc; ii) -introducerea SBS produce cresterea semnificativa a rezistentei la soc si a alungirii la rupere, in detrimentul rezistentei la tractiune; iii) SEBS-MA, prin grupele polare, imbunatateste compatibilitatea dintre umplutura si rPP cu efect benefic asupra rezistentei la soc, chiar si la dozaje mai mari de DPCI (20-30%). Cresterea elasticitatii materialului prin adaugarea bloc-copolimerilor conduce la o scadere a modului de stocare intrucat materialul se deformeaza mai usor. Totodata, prelucrabilitatea matricei poliolefinice este imbunatatita.

Pentru diversificarea domeniului de utilizare al deseurilor de placi de circuit, s-a efectuat un studiu referitor la folosirea acestora ca agent de umplutura ranforsanta a bloc-copolimerilor stiren-butadienici, compozitele astfel obtinute putand fi utilizabile pentru producerea de talpi de incaltaminte injectabile direct pe fetele acestora. A putut fi observat faptul ca pulberea DPCI actioneaza ca o umplutra ranforsanta, rezistenta la tractiune si alungirea la rupere scazand pe masura cresterii dozajului de material epoxidic. Determinarile termogravimetrice au indicat o buna stabilitate la degradarea termica a compozitelor SBS/DPCI.

Au fost desfasurate lucrările de cercetare pentru obținerea reperelor din deseuri de cabluri electrice utilizand ca liant un nanocompozit poliuretanic format din matrice poliuretanica si bentonita. Din studiul de caracterizare a materialelor, s-a observat o crestere a duritatii si rezistentei la rupere a acestora odata cu cresterea continutului de liant utilizat. S-au putut obtine compozitii poliuretanice utilizand deseurile de cabluri din echipamentele informatice si de telecomunicatii cu utilizari ca pavimente, covoare de uzura, anti-alunecare si anti-vibratii.

Articole

- R. M. Grigorescu, M. E.Grigore, P. Ghioca, L. Iancu, C -A Nicola, R.-M. Ion, S. Teodorescu, E.R. Andrei, Waste Electrical and Electronic Equipment Study regarding the plastic composition, Materiale Plastice, 56 (1), 2019, pp. 77.

- R. M. Grigorescu, P. Ghioca, L. Iancu, M. E. Grigore, R. M Ion, C. A. Nicolae, R. Gabor, M. I. Filipescu, M. Rapa, Impact strength elastomer composites base don polystyrene components separated from waste electrical and electronic equipment (WEEE), Journal of Applied Polymer Science 2019, 136, 48329, DOI: 10.1002/APP.48329.

- R.M. Grigorescu, M.E. Grigore, L. Iancu, P. Ghioca, R.-M. Ion,  Waste Electrical and Electronic Equipment: A Review on the Identification Methods for Polymeric Materials, Recycling, 2019, 4, 32; doi:10.3390/recycling4030032

- R.M. Grigorescu, P. Ghioca, L. Iancu, M.E. Grigore, R.E. Andrei, R.-M. Ion, C.-A. Nicolae, R. Gabor, Composites of styrene-butadiene block-copolymers reinforced with WEEE polystyrene fraction, Materiale Plastice, 56 (3), pp. 510.

 

Conferinte nationale si internationale

- R. M. Grigorescu, L. Iancu, P. Ghioca, R.M. Ion, C-A. Nicolae, M. RAPA, B. SPURCACIU, S. TEODORESCU, POLYMERS IDENTIFICATION IN WASTE ELECTRIC AND ELECTRONIC EQUIPMENT (WEEE), The International Symposium "Priorities of Chemistry for a Sustainable Development - PRIOCHEM XIV, 10-12 Octombrie 2018, Bucuresti, Romania:

- R. M. Grigorescu, L. Iancu, P. Ghioca, Z. Vuluga, M. Iorga, R.M. Ion, C-A. Nicolae, R. Gabor, S. Teodorescu, M. Rapa, M.E. Grigore, R.E. Andrei, M.I. Filipescu, G.I. Radu, Elastomeric composites with waste electric and electronic equipment plastics,11th International Conference on Materials Scince&Technology, Bramat 2019, 13-16 Martie 2019, Brasov, Romania.

- R. M. Grigorescu, P.N. Ghioca, L. Iancu, Z.Vuluga, M. Iorga, R.-M. Ion, N. Ion, M. E. Grigore, R. E. Andrei, M. I. Filipescu, G. I. Radu, B. N. Spurcaciu, Recycling method of the polystyrene fraction from waste electrical and electronic equipment as impact-strength polystyrene composite, Salonul International de Inventica Proinvent, 20-22 martie 2019, Cluj-Napoca.

- M.-I. Filipescu, L. Iancu, P. Ghioca, R-M Ion, M. E. Grigore, R. E. Andrei, G. I. Radu, C.-A. Nicolae, M. Rapa, S. Teodorescu, R. M.Grigorescu,Plastic composition of waste electric and electronic equipment, ICOSECS, 8-11 mai, 2019.

- R. M. Grigorescu, P. Ghioca, L. Iancu, R.-M. Ion, M. E. Grigore, C.-A. Nicolae,R. Gabor, Z. Vuluga, M.-I. Filipescu, E. R. Andrei, M. Rapa, Physical-Mechanical Properties Of Composites Based On Waste Electrical And Electronic Equipment, ICOSECS, 8-11 mai, 2019.

- R.E. Andrei, R.M. Grigorescu, M.E. Grigore, L. Iancu, R.M. Ion, P. Ghioca, M.I. Filipescu, G.I. Radu, Stone samples based one waste electrical and electronic equipment (WEEE), workshop exploratoriu Tehnologii Inovatoare Trans-Sectoriale NeXT-Chem 1, 06-07 mai 2019, Bucuresti.

- M.I. Filipescu, R.M. Grigorescu, P. Ghioca, L. Iancu, , M.E. Grigore, R.E. Andrei, R.M. Ion, Z. Vuluga, R. Gabor, C-A. Nicolae,  Elastomeric materials reinforced with waste electrical and electronic equipment plastics (WEEP), workshop exploratoriu Tehnologii Inovatoare Trans-Sectoriale NeXT-Chem 1, 06-07 mai 2019, Bucuresti.

- R. M. Grigorescu, P.N. Ghioca, L. Iancu, Z.Vuluga, M. Iorga, R.-M. Ion, N. Ion, M. E. Grigore, R. E. Andrei, M. I. Filipescu, G. I. Radu, B. N. Spurcaciu, Recycling method of the polystyrene fraction from waste electrical and electronic equipment as impact-strength polystyrene composite, Euroinvent 2019, 16-18 Mai 2019, Iasi, Romania.

- E. R. Andrei, M. David,  Ramona Marina Grigorescu,  P. Ghioca, L. Iancu, R-M. Ion, Z. Vuluga, M. Filipescu, R. Gabor, C-A Nicolae, B. Spurcaciu, L. Marin, Composites based on waste printed circuit boards (WPCB) and waste polypropylene, Priochem Ed. 15, 30.10-01.11.2019, Bucuresti

- P. Ghioca, M.E. David, M.I. Filipescu, R.M. Grigorescu, L. Iancu, R-M. Ion, R.E. Andrei, R. Gabor, C-A. Nicolae, B. Spurcaciu, Composites of Styrene-Butadiene Block Copolymer Reinforced with Waste Printed Circuit Boards (WPCB), Priochem Ed. 15, 30.10-01.11.2019, Bucuresti

           

Cerere de brevet

Cerere de brevet A 2019 -00075/06.02.2019, R.M. Grigorescu,  P.N. Ghioca, L. Iancu, Z. Vuluga, M.D. Iorga, R.M. Ion, N. Ion, M.E. Grigore, R.E. Andrei, M.I. Filipescu, R.I. Radu, B.N. Spurcaciu, “Procedeu de reciclare a fracţiei polistirenice din deşeuri de echipamente elecrice şi electronice sub formă de compozit polistirenic antişoc”.

- R. M. Grigorescu, P.N. Ghioca, L. Iancu, Z.Vuluga, M. Iorga, R.-M. Ion, N. Ion, M. E. Grigore, R. E. Andrei, M. I. Filipescu, G. I. Radu, B. N. Spurcaciu, Recycling method of the polystyrene fraction from waste electrical and electronic equipment as impact-strength polystyrene composite, Diplomă de excelenţă şi medalia de aur,Salonul International de Inventica Proinvent, 20-22 martie 2019, Cluj-Napoca.

- R.E. Andrei, R.M. Grigorescu, M.E. Grigore, L. Iancu, R.M. Ion, P. Ghioca, M.I. Filipescu, G.I. Radu, Stone samples based one waste electrical and electronic equipment (WEEE), Premiul 3 - workshop exploratoriu Tehnologii Inovatoare Trans-Sectoriale NeXT-Chem 1, 06-07 mai 2019, Bucuresti.

- R. M. Grigorescu, P.N. Ghioca, L. Iancu, Z.Vuluga, M. Iorga, R.-M. Ion, N. Ion, M. E. Grigore, R. E. Andrei, M. I. Filipescu, G. I. Radu, B. N. Spurcaciu, Recycling method of the polystyrene fraction from waste electrical and electronic equipment as impact-strength polystyrene composite, Diploma de bronz, Euroinvent 2019, 16-18 Mai 2019, Iasi, Romania.