Mondmaskers recyclen met Filastruder: Een duurzame oplossing

De mondmasker, de eerste verdedigingslijn tegen de verspreiding van COVID-19, een eenvoudig apparaat ontworpen om te beschermen tegen inademing en transmissie van infectieuze agenten, heeft het leven van miljarden mensen over de hele wereld beïnvloed.

Sinds de wereldwijde pandemie begon, is het gebruik van mondmaskers een noodzaak en in veel gevallen een verplichting geweest, maar voor al het goede dat ze gedaan hebben, vertegenwoordigt hun eliminatie een monumentale ecologische uitdaging die grotendeels genegeerd is ten gunste van meer directe zorgen. Er wordt geschat dat wereldwijd ongeveer 129 miljard mondmaskers per maand gebruikt zijn, waarvan de meeste voor eenmalig gebruik ontworpen waren. Het mitigeren van de impact van deze persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) op onze omgeving is een grootschalige uitdaging, aangezien maskers meer dan 400 jaar kunnen duren om te decomponeren.

Volgens de Conferentie van de Verenigde Naties voor Handel en Ontwikkeling, zullen ergens 75 % van maskers en ander pandemie-gerelateerd afval op stortplaatsen of drijvend in onze oceanen terechtkomen. Aangezien ze niet verbrand of gerecycled kunnen worden via traditionele systemen, wat precies moeten we er dan mee doen?

Een onderzoeksteam aan de Universiteit van Bristol in Engeland lijkt de oplossing gevonden te hebben. Het idee achter de initiatief is om chirurgische maskers te verzamelen en ze om te zetten in 3D-printmateriaal, namelijk filament.

In de eerste tests nam het team contact op met een PBM-fabrikant die 1 kg defecte maskers leverde (losse of ontbrekende neusstrips) gemaakt van polypropyleen type IIR gratis. De maskers waren gecertificeerde chirurgische producten die voldeden aan de EN14683: 2019 Type IIR standaarden.

Afbeelding 1: Maskers geleverd voor het project. Bron: Universiteit van Bristol.

De eerste stap in het proces, na het verwijderen van de elastische oorbanden en eventuele metalen folies die in de neus kunnen zitten, is om een stapel maskers tussen twee stukken non-stick papier te verwarmen met een strijkijzer.

Afbeelding 2: Maskers omgezet in vellen. Bron: Universiteit van Bristol.

Dit zorgt ervoor dat ze smelten tot een solid vel dat veel makkelijker te verwerken is en verstopping van de malaanmachine voorkomt. De resulterende vellen worden door een mixer gehaald om fijn granulaat van blauw polypropyleen te produceren dat geschikt is voor het extrusieproces.

Afbeelding 3: Resulterend granulaat. Bron: Universiteit van Bristol.

Voordat we doorgaan naar de volgende stap, is het nodig te verduidelijken dat de maskers aan hoge temperaturen worden onderworpen die de onderzoekers voldoende achten om mogelijke COVID-19 bacteriën te doden en het materiaal te desinfecteren. Echter, de maskers die ze in het project gebruikten, waren niet eerder gebruikt.

In de derde stap, eindigt het granulaat in de machine (een draadtrekmachine) die ze omzet in filamenten. Om het maskermateriaal om te zetten in het filament dat nodig is voor een 3D-printer, gebruikten de onderzoekers Filastruder, een open source product dat constant evolueert dankzij de gemeenschap van gebruikers die hun ontwerpen en configuraties delen.

Afbeelding 4: Filastruder. Bron: Filastruder.

De Filastruder is in staat om filament op aanvraag te produceren in de juiste kleur en grootte voor elk 3D-project. De werking is simpel, stel gewenste extrusietemperatuur in, wacht tot deze bereikt is in de extruder, voeg het granulaat en kleurstoffen toe in de gekozen hopper (het kan zelfs een plastic fles zijn) en Om de opwinding van het filament te vereenvoudigen en de verdere verwerking met een 3D-printer te vergemakkelijken, is de ideale optie om de Filawinder te gebruiken; speciaal ontworpen voor Filastruder-gebruikers, die het filament dat uit de trekmachine komt automatisch opwint.

Afbeelding 5: Filawinder. Bron: Filastruder.

Het is raadzaam de Filastruder op een hoogte van 1,5 m te plaatsen en het filament er vanaf naar beneden te laten hangen, zodat het afkoelt voordat het de grond raakt. De Filastruder mag niet in een plek geplaatst worden waar treinen zijn, want die zouden het filament laten trillen en vervormen.

In dit geval koos het team ervoor de machine verticaal te monteren en een hopper te printen om in deze positie te werken. De monding bereikte 170 °C en het granulaat dat er doorheen ging werd omgezet in filament. Het team merkte op dat in de eerste test het filament slechts een gemiddelde diameter van 1,5 mm had, maar de resultaten gaven aan dat met verdere verfijning het mogelijk was om de standaard 1,75 mm diameter te bereiken, binnen een redelijke tolerantie, dus de monding werd gewijzigd (uitgeboord van 1,75 mm naar 1,9 mm) en een krachtiger voermechanisme ontwikkeld om de doeldiameter benaderen. Toch kon het team door de extrusievermenigvuldiger in de slicing-software te activeren, objecten succesvol printen met het dunne polypropyleenfilament.

Afbeelding 6: Verticaal montagem. Bron: Universiteit van Bristol.

Polypropyleen (PP) is berucht om moeilijk te 3D-printen, aangezien het niet goed hecht aan veelvoorkomende printoppervlakken. Het heeft wel goede laaghechting. De truc die deze wetenschappers toepasten was om gewoon transparant tape over de basis te gebruiken, aangezien dit vaak ook van PP gemaakt is. Met deze methode was het heel makkelijk om 3D te printen met hun beperkte rudimentaire voorraad filament op een laagprijs 3D-printmachine. Hieruit volgt dat de problemen momenteel liggen in de productie van het filament en niet in het 3D-printen ermee.

Afbeelding 7: Resulterend stuk. Bron: Universiteit van Bristol.

Het verkregen filament, dat opgewonden is, bereikte 7 meter in lengte. Het stuk materiaal dat in de door de Universiteit van Bristol geleverde afbeeldingen te zien is, is het resultaat van het transformeren van minder dan een derde van een heel masker in filament.

Na dit resultaat bereikt te hebben, kijken de onderzoekers nu naar nieuwe uitdagingen, zoals de mogelijkheid om gemengde materialen te verwerken door het masker met de bandjes in hetzelfde proces te behandelen. Ze vragen zich ook af of het werk geautomatiseerd kan worden op grote schaal of of universiteiten in staat zouden zijn om hun eigen circulaire economie te creëren en de distributie, verzameling en recycling van PBM te beheren.

Projecten als dat van de Universiteit van Bristol vind je ook in Spanje.

Bijvoorbeeld, een groep wetenschappers aan de Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) hebben een systeem bedacht voor het ontwerpen van een masker gecreëerd uit gebruikte anti-covid maskers. Het masker heeft lagen van gerecycld polypropyleenvezel van weggeworpen en naar behoren gesteriliseerde chirurgische maskers. Een beschermende laag van zilveroxide en ceriumnanodeeltjes is ook opgenomen, vanwege hun antivirale en antibacteriële functie. Het doel is een product te verkrijgen dat beschermend, functioneel, innovatief en duurzaam is. Het recyclen van gebruikte en weggeworpen mondmaskers begint met hun autoclave-sterilisatie. Het materiaal wordt vervolgens gegranuleerd op een manier dat polypropyleengranulaat verkregen wordt voor verdere verwerking en gebruik om een plastic filament te creëren wat, met een 3D-printer, resulteert in een nieuw masker. Een beschermende coating met ceriumoxide-ionen en zilver kan op het geprint masker toegepast worden, wat de antibacteriële bescherming verhoogt. Naast herbruikbaar, kunnen de op deze manier geproduceerde maskers ook gerecycld worden in nieuwe maskers, wat de afvalgeneratie tot een minimum beperkt.

In het geval van FILMA, een team van 4 jongeren, bedachten ze een project om chirurgische maskers te recyclen dat erop gericht is om hun een tweede leven te geven door ze om te zetten in filament voor 3D-printers dat gebruikt kan worden om nieuwe producten te creëren. Voordat ze omgezet worden in filament, ondergaan de maskers een desinfectiebehandeling. De materialen worden vervolgens gescheiden en naar een malaanmachine gestuurd die ze in kleine stukjes snijdt. Deze plasticstukjes worden gemengd met wat plastic granulaat en uiteindelijk in een extruder gevoerd die het plastic smelt, dus het filament vormt. Naast hun eigen productie van items uit het filament, ontwerpen ze samen met andere merken processen, campagnes en duurzame producten om de circulaire economie in bedrijven te introduceren en de nieuwe generaties hun toewijding aan de veranderingen die nodig zijn voor een betere toekomst te demonstreren.