titMRozvoj hospodárstva a neustály konkurenčný boj o zákazníka prináša nové podnety v oblasti výroby, obchodu i spotreby. Výrobcovia sa snažia stále viac vychádzať v ústrety zákazníkom, svojou výrobnou a obchodnou stratégiou chcú uspokojiť potreby širšej vrstvy spotrebiteľov s dôrazom na ekonomický a environmentálny vplyv svojich výrobkov.


Zmeny v hospodárskom, sociálno-kultúrnom, politickom, konkurenčnom a technologickom prostredí, ktoré sa v posledných rokoch vo svete udiali, prinútili mnohé firmy aklimatizovať sa v prostredí „novej ekonomiky“, ktorá prináša nové prístupy vo výrobných stratégiách a nové filozofie v oblasti marketingu. [1], [2]

* * * * *
Recyklácia a opätovné využívanie surovín predstavujú ekonomický a environmentálny potenciál. Polyvinylbutyralová fólia je jednou z najdôležitejších častí čelného skla alebo bezpečnostného skla.
* * * * *

Výroba materiálov z druhotných surovín a ich aplikácia na možné komponenty redukuje ekonomické a environmentálne aspekty, ktoré sú dnes veľmi dôležité. Cieľom príspevku je nájsť oblasti použitia recyklovaného polyvinylbutyralu (PVB) [5],[6] –produktu, ktorý je výsledkom recyklácie čelného skla (obr. 1), čo sa týka skúmania relaxácie materiálu. [7]

obr1
Obr. 1: Polyvinylbutyralová bezpečnostná vrstva v čelnom skle automobilu [8]

 

V súčasnosti je každé vozidlo a jeho čelné sklo vybavené polyvinylbutyrálovou fóliou, ktorá zaručuje bezpečnosť skla. Celosvetový patentový výskum ukazuje možné využitie recyklovaného polyvinylbutyralu v praxi, nakoľko PVB fólia neobsahuje prísady klasifikované ako nebezpečné alebo škodlivé. [8] PVB sa primárne používa ako viacvrstvová fólia na čelnom skle pre všetky moderné vozidlá, osobné automobily, nákladné autá, kde chráni sklo pred brúsením, poškodením, pádom a pod.

* * * * *
„Po samotnej separácii PVB odpad stále obsahuje sklenené častice, ktoré síce znižujú rozsah jeho použitia, no aj tak je jeho využiteľnosť rozsiahla, a to vo viacerých odvetviach priemyslu.“
* * * * *

V niektorých prípadoch sú PVB súčasťou zasklievania budov, najmä v oblastiach, kde sú časté hurikány alebo v bezpečnostných oknách vysokých budov. V Michiganskom inštitúte sa už roky snažia nájsť aplikácie na použitie odpadu z PVB, pričom tieto aplikácie sa v krajinách ďalej presadzujú v automobilovom priemysle.
Vzhľadom na lepkavý a mäkký povrch recyklovaného PVB materiálu sa predpokladá, že množstvo nečistôt, ktoré sa ľahko prilepia na povrch, znížia kvalitu používania recyklovaného polovýrobku. Skladovacie kapacity PVB sú v mnohých krajinách obmedzené, preto niektoré z nich zvyšujú náklady na skladovanie a snažia sa, aby výrobcovia PVB podpo¬rovali, aby sa tento druh odpadu opätovne používal a opäť ho vrátili do výrobného procesu.

* * * * *
Z hľadiska objemu vyrobeného PVB v roku 2014 prispela Ázia k viac ako 35-percentnému využitiu PVB na globálnom trhu.
* * * * *

Očakáva sa, že používanie PVB filmu na trhu v Latinskej Amerike, na Blízkom východe a v Afrike výrazne vzrastie do roka 2022, a to najmä v dôsledku zvýšenia pozemnej dopravy a výstavby ako koncových využívateľov recyklovaného PVB. [4]
Z hľadiska členenia využiteľnosti PVB v jednotlivých krajinách sveta, PVB má širokú škálu, variabilitu aplikácie vo výrobných podmienkach s dôrazom na požiadavky konečného spotrebiteľa, spracovateľa PVB do finálnych produktov. Na základe tejto diferenciácie krajín, firiem a ich špecifických potrieb je možné aplikovať stratégiu cielenej kustomizácie, pri ktorej nie je možné dosiahnuť čistú kustomizáciu pre celé produktové portfólio, no firma ju môže dosiahnuť pre viac ako jeden segment výrobného priestoru. Stratégia je zameraná na požiadavky spotrebiteľov, pri ktorej podnik vyrába na základe špecifických požiadaviek svojich zákazníkov, no len na určitých, cielených trhoch. Analýza cielenej masovej kustomizácie vysvetľuje, prečo na niektorých trhoch firmy vyrábajú sortiment len základných druhov, zatiaľ čo na iných trhoch podniky vyrábajú rozšírený sortiment svojich výrobkov, podľa požiadaviek zákazníkov. [5] To znamená, že spoločnosť, ktorá ponúka v jednej krajine len obmedzené množstvo svojich produktov, v inej krajine poskytuje svojim spotrebiteľom možnosť „ušiť si svoj výrobok na mieru”.

Charakteristika materiálu a priebeh merania
Polyvinylbutyral (PVB) [5] je špeciálna živica, ktorá sa používa prevažne ako surovina pre laminované bezpečnostné sklo v automobiloch a v stavebníctve (prevažne ako bezpečnostné sklo na výškových budovách). PVB v súčasnosti vyrába niekoľko spoločností v Európe a vo svete, z ktorých každá je pod svojou ochrannou známkou. [4]
Okrem hlavnej aplikácie, a teda použitia PVB fólií, sa PVB živice používajú na výrobu náterových hmôt, štrukturálnych lepidiel, suchých tonerových farieb a ako spojivá pre keramiku a kompozitné vlákna. PVB fólia má mnoho vynikajúcich vlastností, ako je vysoká pevnosť v ťahu, odolnosť proti nárazu, priehľadnosť a pružnosť, čo je obzvlášť užitočné pri výrobe bezpečnostného skla. Vďaka obsahu alkoholu, esterov a acetátových väzieb môže PVB fólia držať sklo pevne, aj keď sa sklo rozbije. Sklo priľne k medzivrstve PVB fólie, aby sa zabránilo jeho rozbitiu.
PVB sa vyváža do krajín s rozšírenou automobilovou výrobou, pre ktoré je typická vysoká úroveň masovej kustomizácie (MK) – kustomizácia na mieru. Podľa Lampela a Mintzberga posledným typom MK je kustomizácia na mieru, pri ktorej zákazníci priamo zasahujú do výrobného procesu a sami si modifikujú „svoje“ produkty. [9] Spotrebiteľ tu ovplyvňuje distribúciu, montáž ale aj výrobu, čo má veľký vplyv na konečnú produkciu spoločnosti. V konečnom dôsledku spotrebovaním recyklovaného PVB v požadovanom stave, kvalite a charakteristických vlastnostiach spotrebiteľ získava vstupnú surovinu, ktorá je pre jeho ďalší transformačný proces (výrobu) nevyhnutnou zložkou. [9]

obr2
Obr. 2: Recyklovaný polyvinylbutyrál vo forme vločiek [5]


Kľúčovým materiálom nášho výskumu je polyvinylbutyral, ktorý sa získal po recyklácii čelných skiel. Vločky (obr. 2) majú veľkosť od 2 mm do 20 mm a hrúbku od 0,5 mm do 1,5 mm. Tento recyklovaný polyvinylbutyral je znečistený prachom, sklenenými úlomkami, preto je dôležité materiál dôkladne umyť a vysušiť pred začatím laboratórnych prác. Polyvinylbutyral ako termoplastický materiál je rozpustný v etanole, butanole, etylacetáte, butylacetáte, v zmesi chlórovaných uhľovodíkov a nerozpustný v alifatických uhľovodíkoch (v benzíne). [4] Hustota polyvinylbutyralu použitá vo výskume bola 1,07 g.cm-3 a predajná cena tohto recyklovaného polyvinylbutyralu je od 0,25 do 0,50 eura za kilogram. Ekonomický potenciál tohto „odpadu“ je pre jeho trhovú cenu veľmi vysoký.

Relaxácia materiálu z recyklovaného polyvinylbutyralu
Termoplastický materiál sa homogenizoval pomocou dvojzávitovkového stroja a na prípravu homogenizovanej zmesi sa použilo kontinuálne miešanie. [10] Materiál sa následne dôkladne premiešal a zabránilo sa tvorbe vzduchových bublín, ktoré boli počas formovacieho procesu nežiaduce (môžu sa vyskytnúť počas lisovania, nedokonalého miešania alebo nedokonalého plnenia termoplastickej dutiny formy). [8]
Ťahová relaxácia znamená degradáciu materiálu cyklickým (opakovaným) ťahom a mechanickým zaťažením. Ak je amplitúda napätia väčšia ako medza únavy materiálu, vedie to k iniciácii trhlín. Ak sa trhlina predpovedá alebo šíri, skúšobná vzorka sa zlomí. Relaxácia materiálu sa uskutočnila na zariadení Zwick Z020. [6]

tab1

Relaxáciou rozumieme degradáciu materiálu cyklickým (opakujúcim sa) namáhaním a mechanickým zaťažením (obr. 3). Ak je amplitúda napätia väčšia ako medza únavy materiálu, v konečnom dôsledku to vedie k iniciácii trhliny. Ak je predpoklad vzniku trhliny alebo jej šírenia, nakoniec dôjde k pretrhnutiu skúšobnej vzorky. Vo všeobecnosti relaxáciu materiálu ovplyvňujú vonkajšie a vnútorné faktory. [1]

obr3
Obr. 3: Relaxácia recyklovaného polyvinylbutyralu

 

Medzi vonkajšie faktory patrí:
• frekvencia a stav zaťažovania testovaného materiálu;
• veľkosť stredného napätia pri zaťažovaní materiálu;
• stav napätosti materiálu;
• agresivita a teplota prostredia, v ktorom sa meranie uskutočňuje;
• na výsledok relaxácie má vplyv aj história zaťažovania materiálu (či ide o prvotné skúšobné testovanie materiálu alebo o opakované zaťažovacie cykly);
• tvar telesa;
• materiál skúšobnej vzorky;
• existencia alebo predpoklad vzniku trhlín v materiáli;
• povrchové vlastnosti materiálu;
• spôsob prípravy testovanej vzorky. [8]

Vnútorné faktory ovplyvňujúce priebeh relaxácie:
• chemické zloženie materiálu;
• štruktúrne zmeny materiálu;
• spôsob spracovania materiálu;
• spôsob uloženia plniva v matrici materiálu. [8], [9]

Tabuľka 2 poskytuje informáciu o nameraných ťahových charakteristík počas zaťažovacej skúšky, v stanovených intervaloch 5 min, 15 min a 25 min. Vzhľadom na to, že čas relaxácie pri každej skúške bol 10 min, v konečnom dôsledku skúšky trvali pri 5 min intervaloch 50 min, pri 15 min intervaloch 150 min, pri 25 min intervaloch to bolo 250 min. [8]

tab2

Po dokončení pravidelných cyklov, v trvaní 5 min, 15 min a 25 min, bol materiál uvedený do stavu, keď dosiahol medzu pevnosti v ťahu pri pretrhnutí „σB“ ktorá je tiež charakterizovaná ako napätie testovaného materiálu v ťahu (obr. 4), pri ktorom nastáva porušenie testovanej vzorky. [10], [11] Je to hlavne preto, lebo amplitúda napätia v ťahu bola väčšia ako medza únavy materiálu. V konečnom dôsledku to vedie k iniciácii trhliny. Tento jav vzniká najmä vtedy, ak je určitý predpoklad vzniku trhliny alebo jej možnosti a existuje predpoklad jej šírenia sa.

obr4
Obr. 4: Grafické znázornenie relaxácie polyvinylbutyralu [8]
Čierna farba – 5 min. cyklus zaťažovania
Červená farba – 15 min. cyklus zaťažovania
Zelená farba – 25 min. cyklus zaťažovania

 

Záver
Recyklovaný PVB je dôležitou súčasťou výroby nových materiálov a môžeme povedať, že variantnosť využitia tohto druhu materiálu je vysoká. Vyznačuje sa:
• dobrou pružnosťou,
• priľnavosťou k rôznym povrchom,
• dobrou odolnosťou voči vode,
• ekonomickou efektívnosťou,
• pozitívnym ekologickým vplyvom na životné prostredie.
Podľa predložených výsledkov je výhodou tohto materiálu vysoká kompatibilita s inými polymérmi, ako aj veľmi dobré spracovanie a následná výroba kompozitných materiálov. V neposlednom rade je veľmi dôležitý hospodársky význam tohto nového materiálu. Vzhľadom na nízke náklady na túto alternatívnu komoditu, ktoré sa pohybujú v rozmedzí od 0,25 do 0,50 eur za kilogram tohto termoplastu a na základe jeho fyzikálnych, chemických a ekologických vlastností je táto surovina pre koncového spotrebiteľa veľmi žiaduca. Ako súčasť stratégie masovej kustomizácie má výrobca možnosť uplatniť túto recyklovanú surovinu na široké spektrum svojich výrobkov s cieľom maximalizovať spokojnosť zákazníkov, minimalizovať výrobné náklady a venovať pozornosť ekológii životného prostredia.

TEXT/FOTO: Marián Albert, TU Košice, Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií, Ústav zemných zdrojov a kolektív

Spoluautori príspevku: Lucia Knapčíková, Annamária Behúnová – TU Košice, Katedra priemyselného inžinierstva a informatiky, Marcel Behún – TU Košice, Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií, Ústav zemských zdrojov

Príspevok lektoroval: doc. Ing. Martin Straka, PhD., Technická univerzita v Košiciach, Fakulta baníctva, ekológie , riadenia a geotechnológií

Použitá literatúra
[ 1 ] Barry, C. M. F. and Orroth, S. A. (2000): Processing of thermoplastics, USA.
[ 2] Del Linz, P. and Wang, Y. and Hooper, P. A. and Arora, H. and Smith, D. and Pascoe, L. and Cormie, D. and Blackman B. R. K. and Dear, J. P. (2016). Determining Material Response for Polyvinyl Butyral (PVB) in Blast Loading Situations. Experimental Mechanics, 56(9).
[3] Dhaliwal, A. K. and Hay, J. N. (2002): The characterization of polyvinyl butyral by thermal analysis. Thermochimica Acta, 91.
[4] Farzana, R. and Rajarao, R. and Sahajwalla, V. (2016): Characteristics of waste automotive glasses as silica resource in ferrosilicon synthesis. Waste management and research, 34 (2).
[5] Knapčíková, L. and Husár, J. and Fedák, M. (2016): Opotrebovaná pneumatika-materiál budúcnosti, 1. vyd., Brno: Tribun EU, pp. 90, 2016.
[6] Knapčíková, L. and Radchenko, S. and Husár, J. and Radič, P. and Bernát, A.: (2016). Experimental study of thermoplastics material reinforced by various types of high-strength fibres. MM Science Journal. No. October, 2016.
[ 7 ] Knapčíková, L.: Životný cyklus kompozitného materiálu s termoplastickou matricou). Strojárstvo, 19 (7 – 8).2015.
[8] Knapčíková, L.: Skúmanie materiálov na báze recyklovaného polyvinyl butyralu, Habilitačná práca, FVT TUKE,2016.
[9] Lampel, J. and Mintzberg, H. (1996). Customizing Customization. In: Sloan Management Review.
[ 10 ] Liu, B. H. and Sun, Y. and Li, Y. and Wang, Y. and Ge, D. and Xu, J. (2012). Systematic experimental study on mechanical behavior of PVB (polyvinyl butyral) material under various loading conditions. Polymer Engineering and Science, 52(5).