Proekologiczna technologia przemysłowego zagospodarowania odpadowego poli(kwasu mlekowego) (PLA, polilaktyd) jako alternatywnego surowca dla branży poliuretanowej


ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy

dr hab. inż. Joanna Paciorek-Sadowska

dr inż. Marcin Borowicz

mgr inż. Marek Isbrandt

prof. dr hab. inż. Bogusław Czupryński

mgr inż. Ewa Tomaszewska

dr inż. Joanna Liszkowska

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek dotyczy technologii pozwalającej na szybkie, tanie i ekologiczne zagospodarowanie odpadu z polilaktydu przy jednoczesnej możliwości jego ponownego wykorzystania w innej postaci. Ponowne wykorzystanie odpadowego Bio-PLA może umożliwiać zachowanie zdolności biodegradacji otrzymanego z niego poliolu (zdolność hydrolizy wiązań estrowych monomerów kwasu mlekowego), co wymiernie wpłynie na biodegradację otrzymanych z niego tworzyw poliuretanowych (biodegradacja PUR rozpoczyna się od degradacji segmentu elastycznego pochodzące od poliolu). Opracowana technologia przerobu taniego PLA lub darmowego odpadu poużytkowego oraz poprodukcyjnego z tego tworzywa, umożliwia wytworzenie bardzo konkurencyjnego pod względem cenowym i jakościowym surowca do produkcji materiałów poliuretanowych. Korzyści jakie odniesie rynek z zastosowania technologii otrzymywania ekosurowców poliolowych:
– zagospodarowanie odpadów poprodukcyjnych i poużytkowych z polilaktydu pozwalające na ponowne wykorzystanie go jako surowca, co stanowi proekologiczną alternatywę dla rozwiązań termicznych (spalanie). Ponadto likwidacja składowisk odpadów (nawet biodegradowalnych) stanowi istotny aspekt środowiskowy i ekologiczny, gdyż ogranicza możliwość zanieczyszczenia środowiska tymi tworzywami. Znalezienie innego sposobu utylizacji tworzyw PLA (tych należących do grupy niebiodegradowalnych), niż odzysk energetyczny (spalanie) ma istotne znaczenie przy tzw. efekcie cieplarnianym oraz powstawaniu smogu.
– ograniczenie zużycie surowców petrochemicznych (powstałych z przerobu ropy naftowej). Otrzymywanie surowców poliolowych z już istniejących surowców odpadowych ogranicza udział surowców pochodzących ze stale kurczących się zasobów kopalnych.
- aspekt „bio” – przetwarzanie tzw. bio-PLA skutkuje otrzymywaniem biosurowca poliolowgo, co wpisuje się w strategię zrównoważonego rozwoju. Pozwala to na łatwe i tanie pozyskanie surowca, bez obciążania środowiska naturalnego nadmierną eksploatacją złóż. Ponadto warto zaznaczyć, że istnieje duże prawdopodobieństwo, że otrzymany produkt poliolowy będzie posiadał zdolność do biodegradacji, co może pozytywnie wpływać na zagospodarowanie przyszłych odpadów w przemyśle poliuretanowym.
– aspekt ekonomiczny – tworzywo PLA jest surowcem tanim, a odpady poprodukcyjne i poużytkowe są darmowe. Opracowanie technologiczne pozwala zatem na otrzymanie niedrogich surowców poliolowych bez konieczności ich uprzedniej segregacji względem parametrów przetwórstwa czy źródła pochodzenia.
Korzyści jakie odniesie rynek z zastosowania opracowanych materiałów poliuretanowych na bazie ekopolioli z odpadowego PLA:
– zagospodarowanie odpadów poprodukcyjnych i poużytkowych z polilaktydu pozwalające na ponowne wykorzystanie go jako surowca, co stanowi proekologiczną alternatywę dla rozwiązań termicznych (spalanie). Ponadto likwidacja składowisk odpadów (nawet biodegradowalnych) stanowi istotny aspekt środowiskowy i ekologiczny, gdyż ogranicza możliwość zanieczyszczenia środowiska tymi tworzywami. Znalezienie innego sposobu utylizacji tworzyw PLA (tych należących do grupy niebiodegradowalnych), niż odzysk energetyczny (spalanie) ma istotne znaczenie przy tzw. efekcie cieplarnianym oraz powstawaniu smogu.
– ograniczenie wykorzystania surowców petrochemicznych (powstałych z przerobu ropy naftowej) na rzecz surowców poliolowych z już istniejących surowców odpadowych ogranicza udział surowców pochodzących ze stale kurczących się zasobów kopalnych.
– aspekt „bio” – zastosowany produkt poliolowy będzie posiadał zdolność (podatność) do biodegradacji, co może pozytywnie wpływać na zagospodarowanie przyszłych odpadów poużytkowych w przemyśle poliuretanowym.
– aspekt ekonomiczny – opracowanie technologiczne pozwala na wykorzystanie niedrogich surowców poliolowych, które wymiernie obniżają cenę materiału poliuretanowego (do nawet 35-40% przy niskich

ISTOTA WYNALAZKU

Istotą wynalazku jest sposób przetworzenia polilaktydu pochodzenia zarówno syntetycznego, jak i naturalnego i otrzymania z niego surowca poliolowego do produkcji poliuretanowych materiałów piankowych, charakteryzujący się tym, że reakcję hydrolizy makrocząsteczek poli(kwasu mlekowego) prowadzi się za pomocą różnych alkoholi wielowodorotlenowych (np. glikoli, trioli itd.) w obecności odpowiedniego katalizatora metaloorganicznego. Proces ten prowadzi się w reaktorze wyposażonym w mieszadło mechaniczne, czujnik temperatury, układ zawracający nieprzereagowany glikol. Modyfikacja stosunku i rodzaju reagentów pozwala na otrzymanie różnych surowców poliolowych wykazujących szerokie spektrum zastosowania do różnych materiałów poliuretanowych. Zaletą wynalazku jest recykling chemiczny różnych tworzyw na bazie PLA (w postaci stałej) z wykorzystaniem alkoholi wielowodorotlenowych, którego produktem końcowym jest nowy surowiec poliolowy (w postaci ciekłej) stanowiący alternatywę dla polioli petrochemicznych wykorzystywanych w produkcji materiałów poliuretanowych. Wykorzystywany w tej technologii polilaktyd stosowany jest w produkcji tekstyliów sanitarnych, medycznych, folii i opakowań spożywczych. W związku z masowym użyciem polimerów jako opakowań, stanowią one główny składnik odpadów poużytkowych. Nowa technologia utylizacji tych odpadów jest korzystna dla środowiska z ekologicznego punktu widzenia, gdyż redukuje zaleganie produktów na wysypiskach śmieci. Zwiększona świadomość ludzi dotycząca konieczności ochrony środowiska i wyczerpywanie surowców petrochemicznych stanowią ważny bodziec do rozwoju tzw. nowych, innowacyjnych materiałów i produktów surowców pochodzących ze źródeł innych niż petrochemiczne. Ponadto Rządy wielu krajów często wprowadzają nowe przepisy w nakłonienia do korzystania z recyklingu i/lub produkcji tzw. "zielonych" wyrobów oraz zwiększenia odpowiedzialności producentów za cykl życia produkowanych materiałów, czyli LCA (ang. Life Cycle Assessment). Przepisy prawne stymulują rozwój recyklingu odpadów jak również produkcję nowych materiałów, w tym poliuretanowych, łatwo ulegających biodegradacji. Również pozyskiwanie tanich surowców do produkcji poliuretanów jest aktualnie bardzo pożądane, ponieważ materiały te należą do grupy najlepszych termoizolacji (charakteryzują się niskim współczynniku przewodzenia ciepła λ). Materiały te wpływają na zmniejszenie ilości produkowanego ditlenku węgla poprzez uczynienie naszych budynków bardziej sprawnymi energetycznie, co jest sprawą nadrzędną. Najprostszym i najbardziej opłacalnym sposobem jest zastosowanie odpowiedniej izolacji w celu uzyskania lepszego efektu energetycznego. Położenie warstwy izolacji na dachach, ścianach i stropach ułatwia utrzymanie w budynkach komfortowej temperatury przez cały rok. Utworzona bariera zatrzymuje wymianę ciepła, umożliwiając tym samym lepszą kontrolę temperatury wewnątrz pomieszczenia. Otrzymane termoizolacyjne materiały poliuretanowe z surowców poliolowych na bazie odpadowego PLA charakteryzują się znacznie zmniejszoną palnością, zwiększoną wytrzymałością i obniżoną chłonnością.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Z punktu widzenia aktualnego stanu techniki dostępna jest wiedza na temat alternatywnych metod produkcji surowców poliolowych do zastosowania w przemyśle poliuretanowym. Jednak użycie w tym celu odpadowego polilaktydu jest elementem innowacyjnym wynalazku. Opracowana technologia charakteryzuje się pełnym stopniem konwersji polilaktydu do poliolu, bez wydzielania odpadu. Pozwala również na obniżenie kosztów pozyskiwania polioli do materiałów poliuretanowych poprzez zagospodarowanie produktów odpadowych. Opracowana technologia otrzymywania materiałów poliuretanowych z wykorzystaniem ekopolioli na bazie odpadowego PLA zostały nagrodzone na targach wynalazczości, zdobywając dwa złote i dwa srebrne medale:
- Złote medale: Interational Invention and Innovation Show INTARG 2018 i Interantional Warsaw Invetion Show IWIS 2018.
- Srebrne medale: International Trade Fair Ideas-Inventions-New Products Nuremberg iENA 2018 i International Trade Fair Ideas-Inventions-New Products Nuremberg iENA 2019.