Recyclability of construction and demolition waste plastics

Abstract

Transitioning towards a circular economy requires closing material loops across various sectors. The construction sector consumes approximately 20 % of all plastics produced in the EU, yet only minority of construction and demolition waste (CDW) plastics are currently recycled. To improve resource efficiency, the recycling potential of CDW must be critically assessed. Despite the significance, there has been a lack of research on CDW plastics, particularly regarding their material properties. Therefore, the aim of this thesis was to address the gap in research and by that, enhance the circularity of plastics.

The objective of the thesis was to determine the recycling potential of CDW plastics, covering their collectability, processability and quality. A material with high recycling potential should be easy to collect and process, and its properties as a recyclate should allow use in demanding applications rather than being downcycled to less critical uses.

This thesis focuses on typical construction applications such as thermal insulators, pipes, floorings, cable insulators and electrical accessories. A comprehensive literature review was conducted to identify the plastic types used in these applications and the factors affecting their recycling potential. The review also included compiling data on the material properties of the most used construction plastics, which were later compared with experimental data. The literature review revealed both promising and challenging aspects: construction plastics tend to maintain their properties well even after long service lives and recycling, but CDW plastics may contain hazardous additives that restrict their recyclability.

The experimental part of the thesis involved recycling and testing various CDW plastics received from four demolition sites in Finland. To obtain broad overview of the recyclate properties, rheological, thermal and mechanical properties were measured. Based on the results and their comparison to literature values, possible degradation was evaluated and the use value of the recyclates was determined.

The findings of the thesis indicate that the recycling potential of CDW plastics varies depending on the plastic type and application. While some samples exhibit quality issues, many showed near-pristine properties, suggesting that their reuse in demanding applications is feasible. Therefore it seems, that CDW plastics can have high recycling potential, but further re-search is required. More samples from diverse sources should be studied to build representative knowledge on the CDW plastic properties. Additionally, identifying hazardous substances within the plastics is essential, since they play a critical role in recyclability. Nevertheless, this thesis provided a foundation for more extensive research on CDW plastics and their recycling potential.

Kiertotalouteen siirtyminen edellyttää materiaalikiertojen sulkemista eri sektoreilla. Rakennusteollisuuden kuluttaa noin 20 % kaikesta EU:ssa tuotetusta muovista, mutta vain pieni osa rakennus- ja purkumuoveista kierrätetään. Resurssitehokkuuden parantamiseksi rakennus- ja purkumuovien kierrätyspotentiaalia on arvioitava kriittisesti. Vaikka aihe on tärkeä, rakennusmuoveja ja erityisesti niiden materiaaliominaisuuksia on tutkittu vain vähän. Tämän työn tavoitteena oli paikata tätä aukkoa tutkimuksessa ja edistää siten muovien kiertotaloutta.

Työn tavoitteena oli määrittää purkumuovien kierrätyspotentiaali, joka kattaa niiden kerättävyyden, prosessoitavuuden sekä laadun. Korkean kierrätyspotentiaalin materiaalin tulisi olla helposti kerättävissä ja prosessoitavissa, ja kierrätysmuovin ominaisuuksien tulisi mahdollistaa käyttö vaativissa sovelluskohteissa sen sijaan, että materiaali ohjautuisi matalan arvon tuotteisiin.

Työssä keskityttiin tyypillisiin rakennuksissa esiintyviin sovelluskohteisiin, kuten lämpöeristeisiin, putkiin, lattiapäällysteisiin, johdineristeisiin sekä sähköasennustarvikkeisiin. Laaja kirjallisuuskatsaus toteutettiin eri rakennusmuovityyppien ja niiden kierrätettävyyteen liittyvien tekijöiden tunnistamiseksi. Katsaus sisälsi myös yleisimpien rakennusmuovien materiaaliominaisuuksien kokoamisen, joita verrattiin myöhemmin kokeellisiin tuloksiin. Kirjallisuuskatsauksen perusteella rakennus- ja purkumuovien kierrättämiseen liittyy sekä lupaavia että haastavia näkökulmia: rakennusmuovit säilyttävät yleensä hyvin ominaisuutensa pitkistä käyttöajoista ja kierrätyksestä huolimatta, mutta ne voivat sisältää haitallisia lisäaineita, mikä voi rajoittaa niiden kierrätettävyyttä.

Työn kokeellisessa osassa kierrätettiin ja testattiin purkumuoveja, jotka kerättiin neljästä purkukohteesta Suomessa. Kierrätysmuoveista mitattiin termisiä, reologisia sekä mekaanisia ominaisuuksia. Tulosten ja kirjallisuusarvojen vertailun perusteella arvioitiin mahdollista hajoamista sekä kierrätysmateriaalien käyttöarvoa.

Tulokset osoittavat, että rakennus- ja purkumuovien kierrätyspotentiaali vaihtelee muovityypin ja käyttökohteen mukaan. Vaikka osa näytteistä kohtasi laatuongelmia, monien ominaisuudet olivat neitseellisen muovin tasolla, mikä viittaa mahdollisuuteen käyttää niitä vaativissakin sovelluskohteissa. Rakennus- ja purkumuoveilla vaikuttaa siis olevan korkea kierrätyspotentiaali, mutta lisätutkimus on tarpeen. Edustavan kokonaiskuvan muodostamiseksi tulisi tutkia lisää näytteitä erilaisista purkukohteista. Lisäksi muovien sisältämien haitallisten lisäaineiden tunnistaminen on tärkeää, sillä niillä voi olla merkittävä vaikutus kierrätettävyyteen. Tämä työ tarjoaa kuitenkin lähtökohdan laajemmalle tutkimukselle rakennus- ja purkumuovien kierrätettävyydestä.