文摘

纳米粒子用于创新的迫击炮为了提高他们的工程性质。摘要回收PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纳米粒子用作替代砂在迫击炮。宠物聚合得到水瓶废物切成许多小尺寸的块和塑料纤维通过化学解聚处理过程。迫击炮与不同比例的宠物进行测试,以确定它们的物理和机械(抗弯和抗压强度)的属性。给予了特别关注水泥贴的传热能力调查。机械测试的结果显示减少的抗弯和抗压强度值,当宠物纳米颗粒的数量增加。导热系数测试表明,化学解聚宠物纳米颗粒来自塑料废物减少了砂浆的导热能力。因此,创新迫击炮在这里测试可以被考虑保温应用在建筑领域和回收废物的优势的宠物。

1。介绍

聚对苯二甲酸乙二醇酯或宠物的定义是聚酯树脂的结果结合对苯二甲酸和乙二醇或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇(1]。此外,它占(18%)的聚合物,产生了全世界;超过60%的生产可用于合成纤维和瓶,形成大约30%的全球宠物需求(2]。一般用于各种应用,如瓶,模具,纤维,和床单由于其优良的拉伸和冲击强度,清晰、抗化学腐蚀、热稳定性和过程能力。人们普遍认为宠物,这不同于自然聚合物,是一种非降解性聚合物在自然环境中,成为一种污染物时使用后丢弃。因此,它已经注意到回收丢弃宠物聚合物是最重要的一个方法来保护环境,减少资源的消耗在同一时间(3]。

如今,事实上,PET瓶的回收速度远低于销售维珍的宠物生产共同使用。这种差距大幅增加,推动对找到一个解决这个问题和高回收的宠物。因此,废PET瓶的重用是搅拌特别感兴趣。目的是减少浪费和获利从这个材料在过去的二十年里,许多作者调查了在混凝土使用的宠物。这一领域以几种不同的方式已被调查,关注不同的可能利用这种材料(4]。

近几十年来,目的是给企业集团更好的行为的力学特性,这是试图添加各种类型的混合纤维和聚合物(5,6]。一个可能的应用程序是利用废PET纤维作为钢筋混凝土以提高其抗拉强度(7- - - - - -12]。众所周知,混凝土材料具有良好的抗压强度,但抗拉强度低。这减少了抗拉强度在一定程度上是由于微观和宏观裂缝的存在引起的混凝土的收缩。这些裂缝,此外,代表因素引发侵略的钢筋混凝土元素快速氧化的酒吧和退化结构伴随着它的抗拉强度降低。

利用纤维上的一些初步研究从PET瓶获得改善混凝土的力学行为可以在席尔瓦et al。13]。好的结果的实验研究将研究这种纤维的利用率。然而,是什么让宠物如此重要,在塑料用作混凝土、钢筋是其再循环能力一起postconsumer浪费的大量的瓶子。纤维可以提高混凝土的拉伸行为的存在由于缝纫效果,他们对裂缝(14]。事实上,他们的行动更有效在postcracking阶段,预防和减少裂纹的传播。混凝土高延性和减少收缩裂缝。延性是通过大变形与纤维断裂伸长率。

从回收废物的观点被添加在混凝土混凝土废PET瓶的使用普遍不如废橡胶自开槽,分解和撤退过程相对比较复杂和昂贵的15]。

机械回收是目前工业余热回收技术的聚合物,但另一个可用通道聚合物由回收的化学处理。这种类型的回收潜力高异构和受污染的塑料废弃物,如果既不经济也不分离技术上完全可行的(16,17]。化学回收路线大致可以分为热化学和催化转化过程。化学回收的宠物可以完全解聚成其单体对苯二甲酸二甲基对苯二酸酯,bis (hydroxylethylene)对苯二甲酸乙二醇酯、乙二醇(EG)的比例。聚合物形成的解聚是相反的反应路线。有不同的解聚路线如甲醇分解、糖酵解、水解、氨解、氨解、加氢,根据化学剂用于宠物断链。糖酵解是最简单和最古老的PET解聚方法,将聚合物转化为小分子,随后可视为可持续发展的一个封闭系统糖酵解过程。

塑料废弃物往往是异构的,污染,使宠物骨料的机械生产困难。此外,这个分离过程是不经济的,在许多情况下不完全是技术上可行。因此,化学回收过程有很高的潜力宠物粪便中的回收利用。在化学过程中,PET瓶不需要纯化提供机械而不是一个。化学回收通过糖酵解是一个合适的工具,这将减少的成本回收宠物基地。polimeric砂浆应用程序从而有助于降低成本和提供长期处理宠物的废物,回收应用程序时要考虑的一个重要因素。

在本文中,作者研究了可能采用化学方法分解PET (DPET)为了使用它在水泥浆作为替代品,或除了沙子。特别是,添加剂的影响退化宠物对水泥浆的性能分析。因此,影响修改粘贴的机械和热性能进行了研究,发现一个进步尤其是传热;最后,塑料垃圾的最佳百分比(PET)通过比较传统和修改材料已经确定。

2。骨料的替换

在过去的十年中,更多的关注已经支付,使用聚合制成PET瓶的部分替代混凝土中的骨料混合。崔et al。18发表这方面的深入研究,分析了细骨料的替换与PET瓶轻骨料。测试,进行混凝土标本准备不同百分比的总替换(0%,25%,50%,和75%体积的惰性),认为混凝土的许多性质如密度、失败、工作性、抗压和抗拉强度,弹性模量,从而创建一个几乎完整的框架在这个问题上。结果显示第一次减少混凝土的具体重量增加宠物的内容。替换的影响骨料的混凝土和易性的研究;发现成长的一部分惰性所取代,也多亏了球形骨料的宠物。抗压和抗拉强度,相反,减少指出对应的增加比例的骨料取代。

进行了进一步的研究在接下来的几年里这个话题。其中,值得引用Marzouk(在2007年获得的结果19],显示部分或完全替代砂与宠物在混凝土复合材料不影响混凝土的抗压和抗拉的优势如果替换水平低于50%的体积。宠物总量,然而,不应该有一个当量直径小于5毫米,因为它不显著影响混凝土的抗压和抗拉强度。这些结果代表一个重要激励创新使用的宠物,因为他们证实了不可否认的经济利益有关利用废弃物现成的可能性和环境方面,涉及的可能性减少浪费。

相同的结果出现在[20.重量5%的石英砂代替混凝土混合物的宠物。WPET总量从废PET瓶和制造,通过研磨过程,这些颗粒从1 - 1.5毫米的厚度0.1 - 5毫米的大小。无关紧要的差异中发现抗压和抗拉强度的混合包含浪费宠物(WPET)低w / c比(0.45)。变得更显著增加的差异w / c比值之间的接口(0.55)因为WPET波特兰和水化水泥提出了一个更高的孔隙度。在这种情况下,它是检测到小百分比的细骨料(PET)不影响水的吸收。作为本研究的结果,当WPET代替部分用于参考混凝土细骨料,提高韧性和延展性,相同值的可加工性,收缩高延性的影响,但仍可接受的结构元素。

在其他的研究,相反,(即。Hannawi et al。21)抗压强度下降是观察使用宠物(粒度≤10毫米)和聚碳酸酯(粒度≤5毫米)废物总量作为替代砂的体积。也许可以归因于穷人债券之间的矩阵和塑料总量,但标本能够携带负载测试失败后几分钟没有完全瓦解,也显示更高的延性。这一趋势似乎更明显的随着塑料总量的百分比增加。否则,抗弯强度值几乎保持不变,当砂体积取代与总量变化范围约为0 - 20%。此外,显著改善postpeak弯曲行为是观察。计算抗弯韧性的因素显著增加增加宠物的体积分数和聚碳酸酯聚合也因为能量吸收能力增加,基本特征的动态或影响部队(实际上有一个弹性模量的降低)。此外,宠物的缝纫效果好和聚碳酸酯纤维已被实验证明在postcracking阶段混凝土时包含在骨料的混凝土混合物。

最近,一项研究相似(21]一直在发展22]从废瓶子受到宠物获得磨削过程获得宠物粒子作为细骨料混凝土。在这种情况下,低百分比的宠物比(21)已被用作替代砂(5%,10%,和15%),但结果表明较低的密度。这些百分比的宠物,发现一个低和易性和较低的弹性模量和抗拉强度对分裂传统混凝土。抗压和抗弯强度显示在初始阶段上升趋势;然而,他们倾向于减少在第二阶段。最后,研究混凝土的结构包含宠物粒子,超声波脉冲测试执行和多孔结构被观察到。根据实验结果证明在进一步研究中,混凝土的力学性能取决于宠物粒度和浓度(23]。低浓度大小和宠物粒子在混凝土中创建更少的空间,,因此,抗压强度和压缩应变增加,而杨氏模量降低当宠物粒子大小的使用增加了。这意味着变形往往更高,但在大小的最大应力降低。

为了使用回收PET纳米粒子除或取代细骨料(即。,sand) in the cement paste, the chemically polymerization process of PET can be a valuable tool to reuse the PET wastes. PET is considered as a polyester with functional ester groups that are cleaved by reagents, like acids, bases or water (hydrolysis), alcohols (alcoholysis), amines (aminolysis), ammonia (ammonolysis), and glycols (glycolysis). Previous studies have shown that it is possible to use plastic waste in concretes, mortars, or bituminous conglomerates as a binder with the aim to remove the PET waste by means of mixing it directly into the mixtures [24,25]。大部分的研究进行解聚的宠物已经讨论了各种类型的乙二醇的作用和金属醋酸盐作为催化剂过程中(26- - - - - -28]。

已达到商业成熟度的主要解聚过程到目前为止是糖酵解。具体来说,糖酵解反应由乙二醇聚酯聚合物的分子降解,在trans-esterification催化剂的存在,基本上采用乙二醇作为溶剂。宠物聚合物的酯联系被打破,取而代之的是氢氧根终端给bis (2-hydroxyethyl对苯二甲酸乙二醇酯)(BHET),即原料生产宠物,按照下列反应计划(29日]:

糖酵解的宠物是最常见的过程通过使用金属醋酸盐(锌、Co、Pb和Mn)作为催化剂30.]。

宠物糖酵解的动力学研究表明,糖酵解不使用催化剂似乎非常缓慢,一个完整的解聚的宠物BHET是不能实现的。此外,它产生一个最终产品已大量其他寡聚物除了BHET单体。这些结果难以恢复时BHET单体目标产品。目前感兴趣的PET解聚糖酵解恢复bis-hydroxyethyl对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)单体研究糖酵解的催化剂。因此,最近的研究的努力是指向复制率和BHET单体产生通过高效催化剂和其他技术的发展,除了优化反应条件(如时间、温度、PET /催化剂比,和宠物/如比率)(31日,32]。已经得出结论,乙酸锌是最合适的糖酵解催化剂的四个金属醋酸盐(铅、锌、钴、锰)的压力下1 atm [33]。

摘要,使用宠物处理废物的影响粒子的机械和物理性能的细骨料胶结粘贴了。特别是,数量被确定为重量百分比的沙子。在下面,宠物的过程中粒子生产进行描述和演示。

3所示。材料和试验方法

3.1。材料和样品制备

在这项研究中,解聚的宠物获得的化学降解的塑料水瓶添加改性剂的水泥粘贴评估回收对机械性能的影响。普通硅酸盐水泥类型杰姆我- 52.5 - r在当前使用实验标本的竞选的准备。提出了使用的水泥的化学成分表1。

在第一阶段,宠物水瓶被切成许多小尺寸的块。这样的塑料粒子直径2毫米了PET解聚过程中通过糖酵解反应。C₂H₆O₂乙二醇(EG)的溶剂和催化剂由TiO₂zinc-dioxide粒子被添加到允许激活反应。混合物,例如:宠物摩尔比率等于4:1催化剂根据宠物的重量的0.5%。在宠物化学回收阶段,混合物在190ºC热处理了五个小时,直到混合物是树脂状态(34]。热处理参与了完整的凝结在关闭系统通过使用玻璃冷凝器使用水作为冷却器(图1(一))。未反应的(例如)解决方案是分离解聚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(DPET)如图1 (b)。液体分离后,固体组件是地面和减少细粉与直径30 nm。

在第二阶段中,不同水泥贴生产根据生产的标本。水泥混合物得到取代砂与DPET粒子的一部分。纳米颗粒与水泥混合在干燥条件下,渗几次的和干燥的混合物为适当的分散的纳米颗粒。材料混合在一个行星搅拌机根据UNI-EN 196建议35]。使用的水灰比(W / C)被设置为0.45。

七个水泥贴准备使用归一化砂(根据UNI-EN 196-1-2006 (35])和非规范砂的粒度值的0.5 - 2毫米。DPET混合物准备的样品测量的附加效果DPET混合物和使用六种不同的量添加到水泥(表的内容2)。

三个样品(40毫米×40毫米×160毫米)准备每个比例来确定单位重量,流,机械特性(抗压和抗弯强度)和热特性。

3.2。测试方法

3.2.1之上。热导率

热导率和比热容测量使用多功能商业设备,ISOMET 2104。这种仪器配备了各种类型的可选的探测器,例如,针为多孔探针,纤维,或软材料,并为硬质材料表面探针。测量材料的热性能是基于温度响应的分析热流冲动。样品表面的测试放在直接热接触电阻引起的热流。热数据在本研究获得测量含水率不断(图2)。

3.2.2。抗弯强度

为每个调查砂浆中描述表2,三个标本制作根据EN 196 - 1 (34]。所有40×40×160毫米移动标本(图3)存储在20 C (90% RH)。所建议的EN 196 - 1https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061816317111?casa_token=4vjs3FIZOn4AAAAA n0EoE21cF3wBGXgIc5w5w8sQIA0bzi7Dmdq5Rp6utBk7l0KLPJeqPbKAUf28HaiFEoEZh337fg(35),进行三点弯曲试验后28天来评估抗弯强度。外部负载应用通过一个Instrom爱琴海加载机,拥有50 kN的承载能力。测试是由驱动的位移加载细胞,中风的0.5毫米/分钟的速度移动。同时应用负载和跨中挠度δ梁被记录在测试期间,直到彻底失败的标本(图4)。

抗弯强度是由以下根据[35]: 在哪里R_f抗弯强度(N /毫米吗²);P负载应用于棱镜的中间裂纹,在牛顿;b的横切面的棱镜,在毫米;l是支持之间的距离,在毫米。

3.2.3。抗压强度

水泥浆的抗压强度测试样本在铸造后28天。立方棱镜样本获得的标本后进行弯曲测试。立方标本的平面抛光和平滑,以消除不均匀。三个样本检测粘贴。标本上的垂直负载应用,不断通过使用一个液压测试压缩机与150 kN的最大负载。抗压强度是决定根据(35)(图5)。

计算试件的抗压强度除以最大负载由标本在测试期间的平均横截面积标本按照(如以下所示35]: 在哪里R_c的抗压强度、N /毫米吗²;F_c在牛顿的最大负载断裂;一个的面积是棱镜在毫米(40×40)。

4所示。结果与讨论

4.1。流值

评估水泥贴的流动性,流动度试验对胶结组合准备在实验室用坍落度筒或艾布拉姆斯锥,充满了准备灰浆混合在三个阶段。因此衰退是由测量距离的顶部平息水泥浆的坍落度筒的顶部,并记录在毫米。在图6每个水泥浆的流动值归一化,传统水泥混合物的流值(粘贴1表1)表示。坍落试验的结果表明,该混合3和4比1混合流体。流值减少连续DPET比例大于20%(粘贴4-5-6-7表1)。

4.2。热导率

导热系数测试的结果被发表在表3并在图表示7(一)。导热系数是显著表明的态度heat-transmitted材料。相关的数据进行的测试表明,有关此特性的实验值降低的进步增加DPET胶结剂的量。

在表3,热扩散系数值的测试标本报道。这样的传播特征描述温度场边界条件的政权在哪里不是静止和材料的能力来适应温度变化从外部强加的。类似于导热系数、热扩散系数减小,当DPET百分比增加混合物。这种趋势不是观察样本6,可仍然跻身的测量误差由于小表面测试传感器。

很明显的结果在图表示7 (b)越DPET添加到混合物,扩散系数降低,因此热惯性也在不断增加。

最小热导率值为0.35 W / m K,观察到骨料替代80%。从这个结果,得出垃圾宠物骨料替代传统聚合混合物中显示(即更好的绝缘特性。,降低热系数)。的低单位重量和高导热系数值DPET迫击炮可以评估使用这样的材料在建筑应用程序。

事实上,产生迫击炮的导热系数值随体重增加而降低分数的解聚塑料及其热导率低于普通砂浆约31 - 62%。这种减少是在另一个协议与实验结果初步研究迫击炮和研磨的宠物浪费直到达到粒子大小类似于砂(36,37]。在[37],percentual改善热性能增加了57%在迫击炮砂替代宠物获得铣削。如上所述的实验结果,提出包含很大一部分的水泥砂浆聚合材料取代砂保持高的热性能研磨宠物砂浆使用nondepurated塑料垃圾的优势。出于这个原因,它可以被证明是一个高度推荐材料,可以提供优势的保温。

4.3。机械强度

的抗弯和抗压强度不同的混合物中收集表4。

具体来说,表4显示了变化的弯曲强度不同的混合物作为砂的百分比的函数被同样重量的塑料所取代。与控制混合物相比,无显著变化是观察DPET骨料混合物含有高达40%。然而,减少混合物的46%和51%,分别为60%和80%的DPET内容是观察。在图8的抗弯强度DPET混合物对特定的权重表示。

实验结果显示抗压强度降低塑料含量增加时归一化和非规范砂混合物。抗压强度的下降似乎不是成正比的重量分数砂取代塑料聚合。事实上,减少20%的混合30%的部门总量和规范化砂(水泥粘贴在表24)是观察。分别为混合物,20%,40%,60%,和80%的DPET骨料和联合国规范化砂(水泥浆4、5、6和7在表4)减少25%,47%,60%,和66%的抗压强度,分别观察。抗压强度下降由于添加塑料总量的减少密切相关的具体重量DPET混合物(图9)。

减少抗压和抗拉强度的对应比例的增加取代聚合结果符合实验证据揭示了先前的研究进行迫击炮包含研磨宠物粒子(21,22]。机械行为DPET-mortar结果与迫击炮与地面的宠物浪费。解聚的宠物因此允许获得砂浆具有类似性能没有包括所需的步骤(即机械回收。基于形状、分离,密度或化学成分的浪费,和洗涤去除杂质)。

5。结论

近年来,回收的宠物已经收到了大量的关注沉重的塑料材料处理治疗的重点。提交论文集中在使用postconsumer pet瓶浪费聚集在水泥浆以评估其物理力学特性。在材料研究领域,postconsumer pet瓶回收主要是通过机械加工成纤维。然而,机械加工会导致低级材料由于获得纤维均匀的困难和无缺陷。出于这个原因,研究旨在探索利用宠物的可能性纳米粒子通过一个化学过程的解聚塑料碎片通过糖酵解反应使用乙二醇作为溶剂。

不同DPET百分比被添加到水泥混合物在更换砂。机械测试和热导率测试结果进行砂浆混合和化学解聚的宠物已经与传统的粘贴的性能。实验数据表明,使用塑料纳米粒子降低了力学性能的新迫击炮的抗弯和抗压强度。结果表明,一个更高比例的迫击炮DPET提供较低的传热能力。出于这个原因,化学DPET -迫击炮可以被认为是一个有价值的材料在建筑领域的所有这些情况下,一个好的热绝缘水平是必需的。最后,高优势从回收废物像获得宠物,必须强调对环境是非常危险的。

宠物化学废物回收的研究现状改善砂浆性能可以被认为是初步的。它显示有趣的属性DPET迫击炮如导热系数;然而,进一步的研究有待优化和几个试剂和化学工艺条件来定义最优DPET-additive金额。此外,本研究还可以扩大分析DPET迫击炮和评估可能的微观结构耐火性差据DPET利用率。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现都包含在这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。