Possibility of using recycled cathode ray tube (CRT) glass as filler source in polymer epoxy composites: effect of glass content and modification on mechanical strength and leaching behaviour

• Autorzy: Suchoń Katarzyna , Stabik Józef

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2024.11.1

Warianty tytułu

PL

Możliwość wykorzystania szkła kineskopowego (CRT) pochodzącego z recyklingu jako wypełniacza w kompozytach polimerowo-epoksydowych: wpływ zawartości i modyfikacji szkła na wytrzymałość mechaniczną i zachowanie podczas wymywania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper investigates the possibility of using waste cathode ray tube (CRT) glass derived from discarded e-waste as an alternate filler for polymer composites. Most of proposed technologies for recycling CRT glass are energy-consuming and some of them allow for use of only a limited quantity of waste glass. The method proposed in this paper offers the use of ecological and low energy consuming technology of preparing polymer composite filled with waste CRT glass as filler. Epoxy matrix composites were prepared with different loads of finely ground (<90 µm particle size) waste CRT glass cullet. Apart from this filler was subjected to additional surface modification with organofunctional silane to enhance adhesion between polymer matrix and glass filler. Physical, mechanical, and durability properties, lead leachability, and influence of silane modification on lead immobilization was studied. The results show that it is possible the use waste CRT glass as filler for epoxy composites. Composites with good mechanical properties were obtained. Utilization of this type of epoxy composite is an effective way for immobilization of lead included in CRT glass; additional modification with aminosilane coupling agent allows for reduction of Pb leachability from 300 mg/l to 0.01 mg/l.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad możliwością wykorzystania odpadowego szkła kineskopowego (CRT) pochodzącego ze zużytych elektroodpadów jako alternatywnego wypełniacza do kompozytów polimerowych. Większość proponowanych technologii recyklingu szkła kineskopowego jest energochłonna, a niektóre z nich pozwalają na wykorzystanie jedynie ograniczonej ilości szkła odpadowego. Zaproponowana w artykule metoda umożliwia wykorzystanie ekologicznej i niskoenergochłonnej technologii wytwarzania kompozytu polimerowego z odpadowym szkłem ołowiowym CRT jako wypełniaczem. Kompozyty z osnową epoksydową przygotowano z różnymi zawartościami drobno zmielonej (<90 µm wielkości cząstek) odpadowej stłuczki szklanej CRT. Dodatkowo wypełniacz poddano modyfikacji powierzchni organofunkcyjnym silanem w celu zwiększenia przyczepności pomiędzy matrycą polimerową a wypełniaczem szklanym. Badano właściwości fizyczne, mechaniczne, wymywanie ołowiu z kompozytów oraz wpływ modyfikacji silanem na immobilizację ołowiu w kompozytach. Wyniki pokazują, że możliwe jest wykorzystanie odpadowego szkła CRT jako wypełniacza do kompozytów epoksydowych. Otrzymano kompozyty o dobrych właściwościach mechanicznych. Zastosowanie tego typu kompozytu epoksydowego jest skuteczną metodą immobilizacji ołowiu zawartego w szkle CRT; dodatkowa modyfikacja aminosilanowym środkiem sprzęgającym pozwala na zmniejszenie wymywalności Pb z 300 mg/l do 0,01 mg/l.

Słowa kluczowe

EN

polymer composite; cathode ray tube (CRT); recycling; leaded glass; filler

PL

kompozyty polimerowe; szkło kineskopowe; recykling; szkło ołowiowe; wypełniacz

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 11
• Strony: 326--334
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Suchoń Katarzyna

• Łukasiewicz Research Network – Institute for Engineering of Polymers Materials and Dyes, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4574-9130

autor

Stabik Józef

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7373-613X

Bibliografia

• [1] E. Bernardo, R. Castellan, S. Hreglich. 2007. “Sintered Glass Ceramics from Mixtures of Wastes.” Ceramics International 33(1): 27–33. DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.07.012.
• [2] B. Mangutova, B. Angjusheva, E. Milosevski, B. Fidanchevska, J. Bossert, M. Milosevski. 2004. “Utilization of Fly Ash and Waste Glass in Production of Glass-Ceramics Composite.” Bulletin of the Chemists and Technologists of Macedonia 23: 157–162.
• [3] F. Méar, P. Yot, M. Cambon, M. Ribes. 2006. “The Characterization of Waste Cathode-Ray Tube glass.” Waste Management 26(12): 1468–1476. DOI: 10.1016/j.wasman.2005.11.017.
• [4] Y.H. Yun, C.H. Yoon, J.S. Oh, S.B. Kim, B.A. Kang, K.S. Hwang. 2002. “Waste Fluorescent Glass and Shell Derived Glass Ceramics.” Journal of Materials Science 37: 3211–3215. DOI: 10.1023/A:1016118613911.
• [5] W. Lokuge, T. Aravinthan. 2013. “Effect of Fly Ash on the Behaviour of Polymer Concrete with Different Types of Resin.” Materials and Design 51: 175– 181. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.03.078.
• [6] J. Kulczycka (ed.). 2019. Gospodarka o obiegu zamkniętym w polityce i badaniach naukowych. https://circulareconomy.europa.eu/platform/sites/default/files/the_circular_economy_in_policy_and_scientific_research.pdf (access: 13.08.2021).
• [7] W. Meng, X. Wang, W. Yuan, J. Wang, G. Song. 2016. “The Recycling of Leaded Glass in Cathode Ray Tube (CRT).” Procedia Environmental Sciences 31: 954–960. DOI: 10.1016/j.proenv.2016.02.120.
• [8] N. Menad. 1999. “Cathode Ray Tube Recycling.” Resources, Conservation and Recycling 26(3–4): 143–154. DOI: 10.1016/S0921-3449(98)00079-2.
• [9] C. S. Poon. 2008. “Management of CRT Glass from Discarded Computer Monitors and TV Sets.” Waste Management 28(9): 1499. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.06.001.
• [10] F. Andreola, L. Barbieri, A. Corradi, I. Lancellotti, R. Falcone, S. Hreglich. 2005. “Glass-Ceramics Obtained by the Recycling of End Life Cathode Ray Tubes Glasses.” Waste Management 25(2): 183–189. DOI: 10.1016/j.wasman.2004.12.007.
• [11] M. Dondi, G. Guarini, M. Raimondo, C. Zanelli. 2009. “Recycling PC and TV Waste Glass in Clay Bricks and Roof Tiles.” Waste Management 29(6): 1945– 1951. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.12.003.
• [12] V. Loryuenyong, T. Panyachai, K. Kaewsimork, C. Siritai. 2009. “Effects of Recycled Glass Substitution on the Physical and Mechanical Properties of Clay Bricks.” Waste Management 29(10): 2717–2721. DOI: 10.1016/j.wasman.2009.05.015.
• [13] M. Raimondo, C. Zanelli, F. Matteucci, G. Guarini, M. Dondi, J. A. Labrincha. 2007. “Effect of Waste Glass (TV/PC Cathodic Tube and Screen) on Technological Properties and Sintering Behaviour of Porcelain Stoneware Tiles.” Ceramics International 33(4): 615–623. DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.11.012.
• [14] G. Chen, H. Lee, K.L. Young, P.L. Yue, A. Wong, T. Tao, K. Keung Choi. 2002. “Glass Recycling in Cement Production – an Innovative Approach.” Waste Management 22(7): 747–753. DOI: 10.1016/S0956-053X(02)00047-8.
• [15] Z.Z. Ismail, E.A. Al-Hashmi. 2009. “Recycling of Waste Glass as a Partial Replacement for Fine Aggregate in Concrete.” Waste Management 29(2): 655– 659. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.08.012.
• [16] A. Pietrzak, M. Ulewicz. 2017. “Effect of Waste from Cathode Ray Tube Glass (CRT) on the Strength Parameters of Cement Mortars.” Materiały Budowlane 542(10): 49–50. DOI: 10.15199/33.2017.10.16.
• [17] T.-C. Ling, C.-S. Poon. 2012. “A Comparative Study on the Feasible Use of Recycled Beverage and CRT Funnel Glass as Fine Aggregate in Cement Mortar.” Journal of Cleaner Production 29–30: 46–52. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.02.018.
• [18] K. Mrowiec, S. Kubica, H. Kuczyńska. 2011. „Recykling odpadowego szkła kineskopowego”. Chemik 65(11): 1212–1217.
• [19] P. Pozzi, R. Taurino, A. Zanasi, F. Andreola, L. Barbieri, I. Lancellotti. 2010. “New Polypropylene/Glass Composites: Effect of Glass Fibers from Cathode Ray Tubes on Thermal and Mechanical Properties.” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 41(3): 435–440. DOI: 10.1016/j.compositesa.2009.12.001.
• [20] P. Pozzi. 2018. “Effect of Particles Size of CRT Glass Waste on Properties of Polymer Concretes.” Environmental Engineering and Management Journal 17(10): 2447–2453. DOI: 10.30638/eemj.2018.243.
• [21] T.W. Clyne, D. Hull. 2019. An Introduction to Composite Materials. Cambridge: Cambridge University Press.
• [22] United States Environmental Protection Agency. 2016. SW-846 Test Method 1311: Toxicity Characteristic Leaching Procedure. https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-12/documents/1311.pdf (access: 2.02.2016).
• [23] H. Saechtling. 2000. Tworzywa sztuczne: Poradnik. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).