HUN-REN-BME Kutatócsoport






Termoplasztikus elasztomerek fejlesztése újrahasznosított poliolefinekből és gumiabroncsokból

Pályázati azonosító:
2023-1.2.1-ERA_NET-2023-00003
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2024. január 1. - 2026. december 31.
Szerződött támogatás összege:
48509028
Témavezető (BME):
Dr. Mészáros László

Konzorciumi partnerek (BME):
Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Dresden
National Research and Development Institute for Textiles and Leather (INCDTP)
Monofil SRL

Pályázat összefoglalója

A műanyag- és gumiipari hulladék mennyisége világszerte gyorsan növekszik: 2000 és 2019 között a polimer hulladék mennyisége meghaladta a 350 millió tonnát, miközben ennek csupán kis része kerül tényleges újrahasznosításra. A kevert poliolefin hulladékok és az elhasználódott gumiabroncsok különösen nehezen újrahasznosíthatók, mivel a különböző polimerek inkompatibilisek egymással, a térhálósított gumi pedig hagyományos ömledékes technológiákkal nem dolgozható fel. Emiatt új, hatékony és környezetbarát technológiák fejlesztése szükséges, amelyek elősegítik a hulladékalapú polimerek értéknövelt felhasználását és a körforgásos gazdaság megvalósítását. A HERO projekt célja nagy teljesítményű termoplasztikus elasztomerek (TPE) előállítása újrahasznosított poliolefin hulladékból (PE, PP) és gumiabroncs őrletből. A kutatás központi eleme a polimer hulladékok szétválasztási technológiájának kidolgozása, valamint a gumirészecskék felületének módosítása ionizáló sugárzáson alapuló elektronkezeléssel. Ez a módszer lehetővé teszi a gumi és a poliolefin mátrix közötti határfelületi tapadás javítását, így kedvező mechanikai és termikus tulajdonságú kompozitok állíthatók elő. A projekt célja továbbá olyan anyagok fejlesztése, amelyek többször is újrafeldolgozhatók, és megfelelnek a „design from recycling” és „design for recycling” elveknek. A megvalósítás során a konzorcium – egyetemek, kutatóintézetek és ipari partnerek együttműködésében – több lépcsőben történik. Először elektronkezeléssel segített elektrosztatikus szétválasztási módszert dolgoznak ki a kevert poliolefin hulladék hatékony szétválasztására, valamint sugárzásos felületaktiválással módosítják a gumiőrleményt. Ezt követően laboratóriumi, majd félüzemi kísérletekben állítanak elő TPE kompozitokat extrudálással és fröccsöntéssel, és vizsgálják azok mechanikai, termikus és morfológiai tulajdonságait, valamint újrahasznosíthatóságát. A projekt végső célja a technológia validálása ipari környezetben (TRL5), valamint életciklus- és gazdasági elemzések készítése annak érdekében, hogy az eljárás hozzájáruljon a polimer hulladék környezetbarát hasznosításához és az európai körforgásos gazdaság erősítéséhez.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2024. január 1. - 2024. december 31.
Napjainkban rengeteg gumi hulladék keletkezik szerte a világban, melyeket többnyire elégetnek, vagy pirolízisnek vetnek alá, ezáltal elvesznek a bennük található értékes nyersanyagok, vagy csak alacsonyabb szinten használhatóak újra. A legjobb megoldás, az anyagában történő újrahasznosítás, amely első lépése, hogy az életútjuk végére ért abroncsokból gumiabroncs őrlemény (GTR) állítanak elő. Ez többféle mátrixhoz adható, így új termékek készíthetők. A fázisok közötti adhézió gyengeségének javítása érdekében, kompatibilitást növelő módszereket kell alkalmazni. A munkát a szakirodalmi áttekintéssel kezdtük, majd ebből egy tudományos review cikket készítettünk, majd megkezdtük az átfogó vizsgálatokat a gumiőrleményen. A mérést a szemcseméret-eloszlás meghatározásával kezdtük, a legnagyobb frakció az 500-250 μm közötti, így alkalmas a projekt szempontjából. A GTR morfológiai vizsgálatához, pásztázó elektronmikroszkópot alkalmaztunk, és komplex morfológiát láttunk rajta. A termikus tulajdonságok megállapítására termogravimetriás vizsgálatokat végeztünk el. A GTR szol-frakcióit Soxhlet-extrakcióval határoztuk meg. Az eredmények alapján megállapítottuk, hogy a GTR nem degradálódott nagymértékben az őrlési folyamat során, így töltőanyagként használható termoplasztikus elasztomerekben. A gumiőrlemények térhálósűrűségét duzzadási vizsgálatokkal tártuk fel. A GTR általános térhálósűrűséggel rendelkezik, így felhasználható termoplasztikus elasztomerek előállítására. Igazoltuk, hogy a hulladék gumiabroncs őrlemény tulajdonságai megfelelőek a projekt szempontjából.
Pásztázó elektronmikroszkópos felvétel a projekt során alkalmazott hulladék gumiőrlemény komplex morfológiájáról (x1000 nagyítás)

2. munkaszakasz
2025. január 1. - 2025. december 31.
A vizsgált gumiőrlet és mátrix között nem megfelelő az adhézió, ezért szükséges egy olyan technológia kidolgozása, amely ezt képes megnövelni, annak érdekében, hogy minél jobb mechanikai tulajdonságai legyenek az anyagnak. A konzorcium döntése, és a kivitelezhetőség miatt, ezt a mátrix ionizáló sugárzásos kezelésével, valamint kompatibilizáló szerekkel valósítottuk meg. Kezdetben a német partner ionizáló sugárzásos kezelésnek vetette alá a mátrixokat, majd keveréket készítettünk belső keverőben, melyből hidraulikus préssel lapokat állítottunk elő. A szakítóvizsgálathoz szabványos próbatesteket stancoltunk a préselt a lapokból. Több kísérletterv során vizsgáltuk az anyagok mechanikai tulajdonságait, melyek során egyre jobb eredmények születtek a csökkenő sugárdózis, valamint az eltérő kompatibilizáló szerek változtatásának köszönhetően. A szakadási nyúlás több mint 500%-kal nőtt, így a termoplasztikus elasztomerek felhasználás szempontjából legfontosabb tulajdonságát sikerült jelentősen növelnünk. Az eredmények alapján elmondható, hogy a sugárkezelés önmagában nem volt képes megfelelő módon növelni az adhéziót, továbbá a sugárzással iniciált ojtási technológia sem, ezért kombináltuk ezt kompatibilizálószerek alkalmazásával. A 2. mérföldkő végére a sugárkezelést kompatibilizáló szerekkel kombinálva a mechanikai tulajdonságok nagymértékben javultak a felhasználás szempontjából.
A 2. mérföldkő során fejlesztett anyagok szakadási nyúlása (teljesség igénye nélkül)

3. munkaszakasz
2026. január 1. - 2026. december 31.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Mészáros L., Kiss L., Constantinescu D., Harre K., Gohs U., Stelescu M.: Recycling of waste tyre rubber containing natural rubber with the aid of ionising radiation. in 'Third International Conference on Applications of Radiation Science and Technology, #ICARST2025 Vienna, Austria. 2025.04.07-2025.04.11.,52-52 (2025)
  2. Zeumer R., Gohs U., Harre K., Mészáros L.: Life cycle assessment for thermoplastic elastomers based on electron beam-assisted recycling of polyolefin and rubber waste. in 'Third International Conference on Applications of Radiation Science and Technology, #ICARST2025 Vienna, Austria. 2025.04.07.-2025.04.11,124-124 (2025)
  3. Kiss L., Szakács Á., Homlok R., Tegze A., Mészáros L.: Gumiőrlemény felületaktiválása víz közegű, elektronsugárzásos kezeléssel és alkalmazása gumikeverékekben. Polimerek, 9, 90-96 (2025)
  4. Stelescu M. D., Georgescu M., Sönmez M., Kiss L., Constantinescu D.: Study on the composition of vulcanized rubber mixtures from waste tire. in 'The 10th International Conference on Advanced Materials and Systems (ICAMS 2024) Bukarest, Románia. 2024.10.30-2024.10.31.,253-560 (2024)
  5. Kiss L., Molnár M. J., Mészáros L.: Improving the mechanical properties of vulcanizates containing ground tire rubber: Recipe optimization with the Taguchi method. Polymers for Advanced Technologies, 35, e6389/1-e6389/10 (2024) 10.1002/pat.6389 IF=3.4 Q2
  6. Kiss L., Berényi A. E., Németh M., Tegze A., Homlok R., Takács E., Mészáros L.: Enhanced surface activation of ground tire rubber via the radiolysis of water for effective rubber recycling. Heliyon, 10, e37454/1-e37454/11 (2024) 10.1016/j.heliyon.2024.e37454 IF=3.6 Q1

© 2014 BME Polimertechnika Tanszék - Készítette: Dr. Romhány Gábor