title: Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση πλαστικών από απόβλητα ηλεκτρονικού εξοπλισμού και εφαρμογή τους στην παρασκευή τσιμεντοκονιάματος
title: Qualitative and quantitative analysis of plastic waste from electronic equipment and their application in cement mortar
Creators: name: Μακρη Χρυσανθη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2018

description: Οι τελευταίες δεκαετίες χαρακτηρίζονται από μια ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη, η οποία έχει οδηγήσει στην συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση προϊόντων ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (ΗΗΕ). Συνεπώς, η παραγωγή πληθώρας νέων προϊόντων αυτού του τομέα, με ιδιαιτέρως πολύπλοκη δομή και σύσταση, κρίθηκε αναγκαία για την εξυπηρέτηση της αγοράς. Το αποτέλεσμα όμως της αυξημένης κατανάλωσης προϊόντων ΗΗΕ είναι η σημαντική άνοδος του ρεύματος αποβλήτων ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (ΑΗΗΕ), η οποία δημιουργεί την ανάγκη για ανάδειξη νέων τεχνικών και μεθόδων διαχείρισης αυτού.

Τα ΑΗΗΕ αποτελούνται από μεγάλη ποικιλία υλικών, ενώ αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι το 20% του βάρους τους απαρτίζεται από πλαστικά μέρη. Το πλαστικό, ως απόβλητο δύναται να αποτελέσει σημαντικό περιβαλλοντικό κίνδυνο, καθώς είναι μη βιοδιασπώμενο. Μάλιστα, πρέπει να αναφερθεί ότι ενώ η χρήση πλαστικού σε όλους τους τομείς έχει διευκολύνει την καθημερινή ζωή, πρόσφατα έχει δημιουργήσει παγκόσμια ανησυχία στην επιστημονική κοινότητα, καθώς πλαστικά και μικροπλαστικά ανιχνεύονται όχι μόνο στην επιφάνεια και τον βυθό των θαλασσών, αλλά ακόμα και στο αλάτι που καταναλώνουμε.

Μέχρι σήμερα, τόσο σε ερευνητικό, όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο έχουν μελετηθεί εναλλακτικοί τρόποι διαχείρισης του πλαστικού, μεταξύ των οποίων η μηχανική ανακύκλωση, η θερμική και ενεργειακή αξιοποίησή του, καθώς και η επαναχρησιμοποίησή του στον κατασκευαστικό τομέα. Η επιλογή της εκάστοτε μεθόδου διαχείρισης εξαρτάται κυρίως από τα χαρακτηριστικά των αποβλήτων, τις ανάγκες χρήσης των αντίστοιχων τελικών προϊόντων, καθώς και από οικονομικούς παράγοντες. 

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του τσιμεντοκονιάματος με μερική αντικατάσταση των αδρανών με πλαστικό, το οποίο προήλθε από απόβλητα οθονών ηλεκτρονικών υπολογιστών. Χρησιμοποιήθηκε δείγμα από δεκατέσσερις οθόνες, των οποίων τα πλαστικά περιβλήματα χαρακτηρίστηκαν ως προς τη σύστασή τους (στοιχειακή ανάλυση, θερμογόνος δύναμη, ολική χώνευση, φασματοσκοπία υπερύθρου). Για την σύνθεση του τσιμεντοκονιάματος χρησιμοποιήθηκε πλαστικό από πολυμερές ακρυλονιτρίλιο – βουταδιένιο – στυρόλιο (ABS), καθώς απαντάται συχνότερα στα ΗΗΕ, σε ποσοστό περίπου 30%. Τα ποσοστά αντικατάστασης των αδρανών ήταν 2.5, 5, 7.5, 10 και 12.5% αντίστοιχα, ενώ διατηρήθηκε σταθερός λόγος νερού προς τσιμέντο σε όλες τις δοκιμές. Στην συνέχεια εξετάστηκαν βασικές ιδιότητες των κονιαμάτων, οι οποίες περιλαμβάνουν τη θλιπτική αντοχή, το μέτρο ελαστικότητας, την πυκνότητα, το πορώδες και την υδατοαπορροφητικότητα.

Τα αποτελέσματα ήταν αρκετά ενθαρρυντικά για όλες τις αναλογίες αντικατάστασης, και ιδιαίτερα για τα δοκίμια με 7.5 και 10% πλαστικό ως αντικαταστάτη των αδρανών. Στα συγκεκριμένα ποσοστά παρατηρήθηκε αύξηση της θλιπτικής αντοχής, κατά 15.4 και 7.8%, αντίστοιχα, ενώ το μέτρο ελαστικότητας μειώθηκε και στις δυο περιπτώσεις κατά 18.1 και 23.8%, αντίστοιχα. Επίσης, η διακύμανση των μετρούμενων φυσικών ιδιοτήτων των δοκιμίων (πυκνότητα, πορώδες, υδατοαπορροφητικότητα) συνάδει με τα αποτελέσματα της αντοχής και της ελαστικότητάς τους, υποδεικνύοντας με αυτόν τον τρόπο μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε θλίψη, αλλά χαμηλότερη ολκιμότητα από το τσιμεντοκονίαμα αναφοράς. Ως εκ τούτου, η χρήση των πλαστικών στον κατασκευαστικό τομέα, ως αντικαταστάτες αδρανών, δύναται να αποτελέσει μια ικανοποιητική μέθοδο επαναχρησιμοποίησης των πλαστικών ΑΗΗΕ, συμβάλλοντας στην ενίσχυση της ορθής διαχείρισης επικίνδυνων αποβλήτων.
description: Over the last few decades the rapid technological development that has emerged has led to the ever-increasing demand for electrical and electronic equipment (EEE). Consequently, the production of new products in this sector, with a particularly complex structure and composition, was deemed necessary to serve the market. However, the result of the increased consumption of EEE products is a significant increase in waste of electrical and electronic equipment (WEEE), which creates the need for new techniques and methods of management.

WEEE consists of a wide variety of materials, while it is remarkable that 20% of their weight consists of plastic parts. Plastic, as waste, can be a significant environmental hazard because it is not biodegradable. In fact, while the use of plastic in all areas has facilitated everyday life, it has recently created a global concern in the scientific community, as plastics and microplastics are detected not only on the surface and bottom of the seas, but also on the salt we consume.

To date, alternative ways of managing plastic wastes have been studied in both research and industrial level, which includes mechanical recycling, thermal and energy recovery, as well as its re-use in the construction sector. The selection of each method mainly depends on the wastes’ characteristics, the need for use of the respective end products, as well as economic factors.

In the present study, the physical and mechanical properties of cement mortars were studied by partially replacing the aggregates with plastic, derived from computer screens’ waste. Samples from fourteen screens were used, the plastic shells of which were characterized in terms of their composition (elemental analysis, calorific value, total digestion, infrared spectroscopy). Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymer was used to synthesize the cement mortar, as it is the most commonly found plastic in EEE, at a ratio around 30%. The replacement rates of aggregates were 2.5, 5, 7.5, 10 and 12.5%, while maintaining a constant water to cement ratio in all tests. Basic properties of mortars were also examined, which include compressive strength, modulus of elasticity, density, porosity and water absorption.

The results obtained were quite encouraging for all replacement ratios, especially for the 7.5 and 10% plastic replacement of the specimens. These percentages showed an increase in the compressive strength by 15.4 and 7.8%, respectively, while the elastic modulus decreased in both cases by 18.1 and 23.8%, respectively. Also, the variance of the other measured physical properties of the specimens (density, porosity, water absorption) is consistent with the results of their strength and elasticity, thus indicating greater strength but lower ductility than the reference cement specimen. Hence, the use of plastics in the construction sector as substitutes for aggregates may be a satisfactory method of reusing plastics from WEEE, contributing to the reinforcement of the right management of hazardous waste.