Krista Grönlund kehitti väitöstutkimuksessaan menetelmän muovien palonestoaineiden analysoimiseksi. Menetelmän avulla ympäristölle vaaralliset yhdisteet voidaan selvittää nopeasti ja tarkasti.
- Teksti Marianne Mustonen
- Kuvat Niko Jouhkimainen ja Mostphotos
Muovien kierrätys on Suomessa vieläkin vähäistä. Suurin osa muoveista poltetaan energiaksi, vain alle 20 prosenttia päätyy takaisin muovin raaka-aineeksi.
Syynä tähän ei ole kuluttajien laiskuus kierrättämiseen, vaan haasteet ovat paljon moninaisemmat.
– Yksi merkittävä ongelma muovien kierrätyksessä on se, että muovilaatuja on ihan valtavasti, kertoo Krista Grönlund, joka toimii TKI-asiantuntijana LAB-ammattikorkeakoulussa.
– Muovit voivat olla kuluttajamuovia, kuten juomapulloja ja muuta elintarvikemuovia. Elektroniikkaromu, eli vaikkapa jääkaapit, pakastimet ja televisiot sisältävät todella paljon muoviosia. Muovia on myös rakennusmateriaaleissa ja autoissa, joten muovien skaala on todella laaja. Lisäksi muoveihin laitetaan tarpeellisia lisäaineita parantamaan tuotteiden ominaisuuksia, minkä vuoksi muovit ovat melkoinen kemiallinen cocktail.
Grönlundin väitöstutkimuksessa kehitetyllä menetelmällä analysoitiin erilaisia muoveihin lisättäviä bromattuja palonestoaineita.
– Bromattuja palonestoaineita käytetään parantamaan paloturvallisuutta monissa tuoteryhmissä, mutta varsinkin elektroniikassa. Niitä käytetään hillitsemään palamista, sillä ne vapauttavat kuumentuessaan palamisreaktiota estäviä tai hidastavia yhdisteitä. Bromatut palonestoaineet ovat erittäin haitallisia ihmiselle, ympäristölle ja eläimille, Grönlund sanoo.
Myrkyllisten, haitallisten ja karsinogeenisten palonestoaineiden käyttöä ja valmistusta rajoitetaan jo nyt kansainvälisillä sopimuksilla ja EU-direktiiveillä. Näiden aineiden sallittujen pitoisuuksien rajat laskevat koko ajan – vuodenvaihteessa raja-arvot pienenevät jälleen.
Grönlundin mukaan muovien kierrättämisen tehostaminen edellyttää tarkkaa tietoa siitä, mitä kemikaaleja muovituote sisältää. Ilman tätä tietoa kierrätysmateriaalia ei voida hyödyntää turvallisesti uusissa tuotteissa. Palonestoaineita sisältävät muovit voidaan tunnistaa ja poistaa, mutta haasteena on muovin valtava määrä, sekä lajittelulaitteiden alttius virheisiin.
– Nykyiset palonestoaineiden analyysimenetelmät ovat joko hitaita tai eivät kykene tunnistamaan yksittäisiä yhdisteitä, mikä vaikeuttaa kierrätysmateriaalien turvallista hyödyntämistä, Grönlund toteaa.
– Väitöskirjatyössäni kehitetty menetelmä mahdollistaa näiden kemikaalien nopean ja yhdistekohtaisen tunnistamisen suoraan kiinteistä muovinäytteistä, ilman niiden monimutkaista esikäsittelyä.
Uutta menetelmää voidaan käyttää myös muiden materiaalien tutkimiseen
Grönlundin väitöskirjassa kehitetty DIP-MS -menetelmä mahdollistaa palonestoaineiden ja muiden lisäaineiden nopean ja suoran tunnistamisen muoveista ilman aikaa vievää näytteen esikäsittelyä, kuten liuotusta tai uuttoa. Menetelmä tarjoaa samalla mittauksella tietoa myös muovien koostumuksesta.
– Näytteet analysoitiin lämpötilaohjelmoidun DIP-MS -menetelmän avulla, joka mahdollistaa yhdisteiden erottelun joko kiehumispisteen tai hajoamislämpötilan perusteella, Grönlund kuvailee.
Tuloksia verrattiin XRF-analyysiin, joka on kierrätysteollisuudessa yleisesti käytetty analyysimenetelmä.
– XRF-analyysi voidaan tehdä kannettavalla laitteella, joka mittaa näytteen bromipitoisuuden erittäin nopeasti. Se ei kuitenkaan pysty erottelemaan mistä palonestoaineesta havaittu bromi on peräisin. Laite sopii alustaviin tutkimuksiin, mutta tarkempi analyysi pitäisi tehdä muilla menetelmillä laboratoriossa.
Yleisesti käytetyistä analyysimenetelmistä esimerkiksi kaasukromatografia-massaspektrometria (GC-MS) kykenee sekä määrittämään pitoisuudet, että tunnistamaan näytteessä olevat palonestoaineet. GC-MS-analyysi edellyttää kuitenkin muovinäytteiden liuottamista, mikä tekee esikäsittelystä ja analyysistä huomattavasti hitaampaa – prosessi voi kestää useita tunteja.
Uusi DIP-MS -menetelmä taas on nopea ja helppokäyttöinen. Kiinteästä muovista leikataan noin yhden milligramman painoinen näyte ja laitetaan se ohueen lasiseen putkeen, joka suljetaan kvartsifiltterillä. Putki kiinnitetään massaspektrometrin ionilähteen lisäosaan, jonka avulla lasiputki liu’utetaan ionilähteen sisälle. Analyysi alkaa saman tien, näytteen jauhaminen parantaa tarkkuuta. Kymmenessä minuutissa tiedetään, mitä aineita näyte sisältää.
– Tässä tutkimuksessa käytettiin kahta eri polymeeriä ja kolmea palonestoainetta, joista muodostettiin kuusi erilaista yhdistelmää. Jokaisessa näytesarjassa oli kymmenen eri pitoisuutta, Grönlund kuvailee.
Toisin kuin nykyisin käytössä oleva XRF-menetelmä, DIP-MS mahdollisti yhdistekohtaisen tunnistamisen ja osoittautui hyväksi menetelmäksi säädeltyjen palonestoaineiden havaitsemiseen muovinäytteistä.
Menetelmä on lupaava, mutta vielä tarvitaan lisätutkimusta.
Krista Grönlund
TKI-asiantuntija
Uutta menetelmää voisi hyödyntää muillekin kiinteille materiaaleille, kuten esimerkiksi puunäytteille.
– Menetelmä tukee kiertotalouden tavoitteita varmistamalla, että kierrätysmuovit täyttävät lainsäädännön vaatimukset ja soveltuvat turvalliseen uusiokäyttöön, Grönlund sanoo.
Väitöskirjatutkimus oli osa kolmivuotista EU:n rahoittamaa PRIMUS-projektia. Tutkimuksessa käytetyt mallimuovinäytteet valmisti Teknologian tutkimuskeskus VTT.
