Ανακύκλωση μοριοσανίδων ινοσανίδων και πλαστικών στην ανάπτυξη και παραγωγή καινοτόμων, φιλικών προς το περιβάλλον βιοαποικοδομήσιμων σύνθετων υλικών ξύλου-πλαστικών
Authors: Παναγιώτου Γεώργιος 
Published: September 2021

Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν α) η ανάπτυξη και συγκριτική αξιολό¬γηση μεθόδων καθαρισμού / απομάκρυνσης της κόλλας ουρίας – φορμαλδεΰδης από ανακυκλούμενες μοριοσανίδες και ινοσανίδες, και β) η αξιοποίηση των καθαρισμέ¬νων ινών και ξυλοτεμαχιδίων για την ανάπτυξη σύνθετων υλικών ξύλου πλαστικού (wood-plastic composites – WPC) με βιοαποικοδομήσιμη πολυμερική μήτρα αμύλου (MaterBi) και με μήτρα ανακυκλωμένων πολυμερών ευρείας κατανάλωσης πολυαιθυλενίου, πολυπροπυλενίου και πολυστυρενίου. Μελετήθηκαν συστηματικά τέσσερις εναλλακτικές μέθοδοι καθαρισμού, η μέθοδος υδροθερμικού χειρισμού (ΥΥΧ) των Λυκίδη και Γρηγορίου , η θέρμανση με μικροκύματα (MW), η χρήση ωμικού θερμαντή (OH) και η θέρμανση με υπερκρίσιμα / υποκρίσιμα ρευστά (SF). Έμφαση δόθηκε στη μελέτη της επίδρασης του ποσοστού και του είδους καθαρισμού των παραπάνω λιγνινοκυταρρινικών σωματιδίων στη θερμομηχανική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών, στην προσρόφηση υγρασίας, τη βιοαποικοδομησιμότητα και τη θερμική σταθερότητα των νέων σύνθετων υλικών. Η έκταση του καθαρισμού μελετήθηκε με χρωματομετρία και τη χημική μέθο¬δο Kjeldahl. Η μέθοδος με θέρμανση σε συνθήκες υποκρίσιμου νερού στους 120 0C και σε πίεση 140 bar είναι η πλέον αποτελεσματική. Σχεδόν εφάμιλλη είναι και η μέθοδος μικροκυμάτων με ισχύ 600 W και χρόνο θέρμανσης 3.5 min και ακολουθεί η μέθοδος Ωμικού θερμαντή θερμοκρασίας 110 0C, έντασης 9Α. Δεν παρατηρήθηκε υποβιβασμός των ενισχυτικών χαρακτηριστικών των ξυλοτεμαχιδίων λόγω του παραπάνω καθαρισμού. Τα νέα σύνθετα υλικά έχουν εξίσου καλές μηχανικές ιδιότητες με εκείνα που παρασκευάζονται με ακατέργαστες θερμικά ίνες. Σε όλα τα σύνθετα WPCs η παρουσία των ξυλοτεμαχιδίων αύξησε σημαντικά την αντοχή στον εφελκυσμό, το μέτρο ελαστικότητας, και μείωσε σημαντικά την επιμήκυνση στη θραύση. Τις υψηλότερες μηχανικές αντοχές εμφάνισαν τα WPCs με μήτρα το ανακυκλωμένο πολυστυρένιο και ακολουθούν τα WPCs με μήτρα πολυπροπυλενίου, πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE), πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LDPE) και θερμοπλαστικού αμύλου (MaterBi). Η παρουσία νανοενισχυτικού Cloisite βελτίωσε σημαντικά το μέτρο ελαστικότητας των WPCs ανακυκλωμένου πολυαιθυλενίου. Τα αποτελέσματα της διατριβής για τις μηχανικές ιδιότητες των WPCs με πολυμερική μήτρα τα ανακυκλωμένα συνθετικά πολυμερή PE, PP και PS, αλλά και με μήτρα MaterBi, είναι σαφώς μέσα στα πλαίσια των αντίστοιχων δεδομένων της διεθνούς βιβλιογραφίας. Η θερμοσταθμική ανάλυση έδειξε ότι η θερμική καταπόνηση των μεθόδων καθαρισμού δεν επηρέασε αισθητά την θερμική αντοχή των ξυλοτεμαχιδίων. H προσρόφηση υγρασίας των WPCs MaterBi σε περιβάλλοντα σταθερής υγρασίας έδειξε ότι είναι τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό MaterBi. Μελετήθηκε συστηματικά η προσρόφηση σε σύνθετα υλικά με μεταβαλλόμενο ποσοστό σε γλυκερίνη και διαπιστώθηκε ότι η παρουσία της γλυκερίνης σε μεγάλο ποσοστό και η αποβολή του υδατικού της διαλύματος παίζουν σημαντικό ρόλο στην υδαταπορρόφηση των σύνθετων υλικών. Μελετήθηκε η βιοαποικοδομησιμότητα WPCs πολυαιθυλενίου και MaterBi σε τρεις τύπους φυσικών εδαφών για 2 και 4 μήνες ταφής. Η βιοαποικοδομησιμότητα των WPCs πολυαιθυλενίου ακόμη και με μεγάλο ποσοστό ξύλου (80%) είναι πολύ μικρότερη σε σχέση με τα WPCs MaterBi. Ο βαθμός βιοαποικοδομησιμότητας βρέθηκε αντίστοιχος του βαθμού υδαταπορρόφησης των WPCs.