Miljøprojekt, 1103 – Miljø- og sundhedsforhold for plastmaterialer

Miljø- og sundhedsforhold for plastmaterialer

14 Ekspandering af polystyren (EPS)

14.1 EPS-branchen og dens råvarer
14.2 Ekspandering af EPS
14.3 EPS-produkter og deres karakteristika
14.4 Energiforbrug ved ekspandering af EPS

Se også:

Termoplastbranchens_råvarer

Emissioner ved forarbejdning af termoplast

Kemiske belastninger i arbejdsmiljøet

Miljø- og sundhedsvurderinger

Referencer

Indholdsfortegnelse

Oversigtsfigur

14.1 EPS-branchen og dens råvarer

Ekspanderet polystyren (EPS) er et celleprodukt, der af de fleste kendes under betegnelsen "flamingo". Produkter af ekspanderet polystyren anvendes inden for områderne emballage, isolering og tekniske artikler, og den danske produktion ligger tonnagemæssigt med hovedvægten på emballage- og isoleringsprodukter, mens tekniske artikler kun udgør en mindre del.

EPS-råvarer fremstilles i udlandet ud fra styren. Under fremstillingsprocessen polymeriseres styren til polystyren. Processen, som er en suspensionspolymerisation, foregår i vandigt miljø tilsat suspensionsmidler. Det færdige polymerisationsprodukt forefindes som små kugler (beads) svævende i den vandige fase. Ekspansionsmidlet (pentan) opløses i kuglerne efter, at polymerisationsprocessen er forløbet. De vigtigste nøgletal for miljøbelastningen ved produktion af råvaren ekspanderbar polystyren findes i afsnittet ”Produktion af polystyren (PS)”.

Når pentantilsætningen er tilendebragt sigtes kuglerne i forskellige størrelsesfraktioner. Kuglerne påføres en coatning, som modvirker, at kuglerne utidigt smelter sammen under de efterfølgende forarbejdningsprocesser hos EPS-producenterne. Sammen med coatningen kan evt. additiver tilsættes.

Den færdige EPS-råvare har form af små kugler, som for standardproduktets vedkommende består af ca. 94 pct. polystyren og ca. 6 pct. pentan. Kuglerne leveres i forskellige størrelsesintervaller inden for området 0,2-6 mm diameter.

14.2 Ekspandering af EPS

14.2.1 Produktionsproces for emballage og tekniske artikler

Produktionsprocessen består af forskumningsprocessen, mellemlagringsprocessen, støbeprocessen samt tørreprocessen.

Produktionen starter med en forskumning, hvor kuglerne opvarmes ved tilførsel af vanddamp. Varmetilførslen blødgør polystyren og fordamper ekspansionsmidlet, hvorved kuglerne opskummes. Herved øges kuglernes størrelse 15-30 gange i forhold til udgangsstørrelsen. Processen foregår kontinuerligt.

Efter forskumningen mellemlagres kuglerne i op til 2 døgn. Under mellemlagringen trykudligner atmosfærisk luft de opskummede kugler, hvorved der undgås opbygning af undertryk og dermed kollaps af kuglerne.

Efter forskumning og mellemlagring transporteres de forskummede kugler til en støbemaskine, der er forsynet med en form svarende til det ønskede produkt.

Den med vanddamp forvarmede form fyldes med kugler, og der tilføres varme ligeledes via vanddamp. Herved udvider kuglerne sig yderligere og svejses derved sammen. Formen afkøles med kølevand. Når produktet er afkølet, åbnes formen, og det færdige produkt kastes ud af formen ved hjælp af trykluft. Støbeprocessen varer ca. 1 1/2 minut.

DOR (2000a) giver følgende fordeling af pentanemissionen fra de forskellige procestrin:

Forskumning: 25 pct.

Mellemlagring 25 pct.

Udstøbning, tørring, emballering og lagring 20 pct.

Slutprodukt, 48 timers lagring 20 pct.

Slutprodukt, to måneders brug 10 pct.

Fordelingen kan dog variere med det producerede produkt, og pentanen frigives i vid udstrækning ved diffus emission. EPS-sektionen i Plastindustrien i Danmark er i skrivende stund i færd med at gennemføre en undersøgelse, der skal etablere et mere præcist billede af fordelingen fra de forskellige procestrin. De ovenstående tal skal derfor tolkes med forsigtighed.

14.2.2 Produktionsproces for isoleringsmateriale

EPS-isoleringsmateriale fremstilles efter samme princip som EPS-emballage, dog støbes isoleringsprodukter ikke direkte i den ønskede udformning, men i blokke, som efterfølgende opskæres.

Efter forskumning og mellemlagring fyldes kuglerne over i en stor blokstøbeform, hvor der tilføres vanddamp. Ved denne proces blødgøres kuglernes overflade, samtidig med at de presses sammen. Støbningen, som delvist foretages under vakuum, varer fra 3-6 min., hvorefter kuglerne hænger sammen og danner en blok.

Blokke støbes i forskellige størrelser med et rumfang fra 1,5-8 m³. Efter afkøling og tørring opskæres blokken til plader, der primært anvendes til isolering.

DOR (2000b) giver følgende fordeling af pentanemissionen fra de forskellige procestrin:

Forskumning: 25 pct.

Mellemlagring 25 pct.

Udstøbning, tørring, emballering og lagring 20 pct.

Slutprodukt, 48 timers lagring 20 pct.

Slutprodukt, to måneders brug 10 pct.

14.3 EPS-produkter og deres karakteristika

EPS er et termoplastisk materiale. Plasten er opbygget af lukkede celler, og denne celleopbygning giver EPS-produkter nogle helt specielle egenskaber med hensyn til vægt, isoleringsevne samt bestandighed mod fugtoptagelse.

Det skal nævnes, at XPS (ekstruderet polystyren) er et andet termoplastisk celleplastmateriale. Produktionsteknikken for produktion af XPS-produkter adskiller sig principielt fra produktionsteknikken for EPS-produkter. Produktion af XPS-produkter finder ikke sted i Danmark og beskrives ikke i denne rapport.

14.3.1 Emballageprodukter

EPS-emballage udmærker sig ved at have en meget lav egenvægt, yde god beskyttelse mod tryk og stød, være formstabil, være isolerende og ved ikke at optage vand eller fugt.

EPS-emballagers beskedne vægt skyldes, at EPS består af 98 pct. luft (celleplastens vægtfylde er typisk 15-25 kg/m³ og dette gør både emballagerne samt de færdigemballerede produkter håndterings- og brugervenlige.

EPS-emballagernes tryk- og stødabsorberende samt formstabile egenskaber udnyttes blandt andet ved emballager til tekniske artikler, for eksempel audio- og videoudstyr samt køle- og fryseskabe, hvor cellestrukturen forhindrer, at ødelæggende stød og bump under transporten forplanter sig til det emballerede produkt.

Den stillestående luft i den lukkede cellestruktur giver endvidere EPS-emballager fine isoleringsegenskaber. Den gode isoleringsevne udnyttes for eksempel ved transport af isafkølet fersk fisk i EPS-fiskekasser.

Materialets opbygning af lukkede celler bevirker endvidere, at vand og fugt kun i ringe grad kan trænge ind i cellerne. Denne egenskab udnyttes i forbindelse med emballering af blandt andet fødevarer, hvor materialet kan holde på kødsaft m.m.

Ofte udnyttes kombinationen af de tre ovennævnte egenskaber, f.eks. til emballage til grønsager. EPS-emballage sikrer grønsagerne mod stød og temperatursvingninger, og emballagen bliver ikke opløst af vand.

Det skal bemærker her, at der ikke må anvendes regenereret EPS til emballage, der kommer i kontakt med fødevarer.

14.3.2 Isoleringsprodukter

EPS-isoleringsprodukter udmærker sig først og fremmest ved den gode isoleringsevne, som skyldes dels det høje indhold af luft (ca. 98 pct.), dels den stillestående luft i materialets lukkede cellestruktur. EPS-isoleringsmaterialer kan leveres med forskellige varmeledningsevner tilpasset de enkelte anvendelsesformål. Lambda-værdien er typisk 0,039 W/mK (praktisk bestemt).

Endvidere er materialets formstabilitet en væsentlig egenskab. EPS-isoleringsplader kan bære mere end 2 tons/m². I kombination med den beskedne vægt (typisk 18 kg/m³) samt de mange bearbejdningsmuligheder er EPS et attraktivt byggemateriale til gulv-, væg- og tagisolering.

Herudover har EPS-materialet som nævnt den positive egenskab, at det kun i ubetydelig grad optager fugt. EPS-isoleringmaterialer bevarer derfor den gode isoleringsevne, samt sikrer et råd- og svampefrit byggeri.

I Danmark reguleres brugen af byggematerialer herunder isoleringsmaterialer af det gældende Byggereglement og Bygningsreglementet for småhuse. Isoleringsmaterialer skal som hovedregel være ubrændbare, men ikke ubrændbare isoleringsmaterialer (herunder EPS-isolering/celleplast) kan dog anvendes flere steder. Generelt kræves celleplast afdækket på overfladen med nærmere definerede ubrændbare materialer.

14.4 Energiforbrug ved ekspandering af EPS

Energiforbruget i EPS-virksomheder stammer i det væsentligste fra forbrug af olie/naturgas til produktion af vanddamp samt forbrug af el til ventilation, trykluft m.m.

Energiforbruget pr. vægtenhed EPS til produktion af emballage og tekniske artikler er større end energiforbruget til fremstilling af isolering på grund af et højere vanddamp- og elforbrug.

Der bruges en mindre og ikke nærmere undersøgt mængde energi til at tørre færdigstøbte emner for vanddampkondensat. Hertil bruges typisk spildvarme.

14.4.1 Dampforbrug

Vanddamp er en fortrinlig varmebærer og anvendes som nævnt for at tilføre forskumnings- og støbeprocessen energi. Der har gennem tiderne været gjort utallige forsøg med alternative procesenergiformer som for eksempel forvarmet luft og direkte elektrisk opvarmning, men ingen metoder har formået at udkonkurrere anvendelsen af vanddamp.

Vanddampforbruget til fremstilling af 1 kg EPS til emballage er som nævnt større end vanddampforbruget til fremstilling af 1 kg EPS-isolering.

Ved fremstilling af 1 kg EPS til emballager og tekniske artikler anvendes der i gennemsnit ca. 50 MJ (indfyret brændværdi) til vanddampproduktion. Energiforbruget varierer typisk mellem 35 MJ og 65 MJ, idet fremstillingen af celleplast med lav vægtfylde kræver mest vanddamp. Der anvendes mættet vanddamp med temperatur på små 100^o C til forskumningen. Ved støbningen er vanddampens temperatur ca. 115^o C. Ca. 95 pct. af vanddampforbruget anvendes til støbningen og kun ca. 5 pct. anvendes til forskumningen. Ved støbningen fordeles ca. 95 pct. af vanddampforbruget til foropvarmningen af formen, mens resten anvendes til selve støbningen.

For fremstilling af 1 kg EPS til blokke til isoleringsmaterialer anvendes der i gennemsnit ca. 10 MJ (indfyret brændværdi). Energiforbruget varierer typisk mellem 5 MJ og 15 MJ, idet fremstilling af EPS med lav vægtfylde kræver mest vanddamp.

Der anvendes vanddamp med samme tryk og temperatur som ved fremstilling af emballager. Ca. 50 pct. af vanddampforbruget anvendes til støbning og ca. 50 pct. anvendes til forskumning. Ved støbningen anvendes som nævnt stort set ingen energi til foropvarmning af formen.

Det større forbrug skyldes hovedsageligt, at støbeformen (ved fremstilling af emballager og tekniske artikler) afkøles efter hver støbecyklus. Følgelig skal formene opvarmes ved begyndelsen af hver ny støbecyklus, til hvilket der kræves vanddamp.

Vanddampforbruget ved fremstilling af blokke til isolering hænger som nævnt sammen med emnets vægtfylde, idet en lav vægtfylde kræver en lang opskumningstid og dermed mere vanddamp. Isolerings- og styrkekrav er dimensionerende for den ønskede vægtfylde af den producerede celleplast.

14.4.2 Elforbrug

Til fremstilling af EPS til emballage og tekniske artikler medgår der typisk 5-10 MJ pr. kg opskummet materiale i form af el. Elforbruget anvendes i det væsentligste til ventilation i produktionslokalerne, til produktion af trykluft samt til pumpning og køling af kølevand.

Elforbruget til fremstilling af isoleringsmateriale udgør typisk ca. 1,5 MJ/kg opskummet materialet. Elforbruget anvendes primært til ventilation. Ved fremstilling af isoleringsblokke anvendes der ikke trykluft eller kølevand, og elforbruget er følgelig lavere end ved emballageproduktion.