Koji materijali se mogu izdvojiti i reciklirati iz LCD monitora

Ana-Marija Bartolini, Ines Blaanovi, Robert Katava, Dejan Kiiek, Josipa Radi

LCD (liquid-crystal-display) monitori

Slika 1. LCD monitori

Tekui kristali (LC)

Tekui kristali se mogu pronai u ivom svijetu, ali i u mnogim elektronikim ureajima Predstavljaju stanje materije ija su svojstva izmeu tekuina i kristala Moemo ih podijeliti na termotropne, liotropne i metalotropne Termotropni tekui kristali su izgraeni od organskih molekula i ovisno o temperaturi mogu postojati u razliitim fazama

Termotropni tekui kristali

Nematika faza Sastoji se od tapiastih organskih molekula koje se slobodno kreu Iako ne posjeduju ureenu kristalnu strukturu, tapii se udruuju i nastoje odrati ureenost u jednom smjeruSlika 2. Slaganje molekula u nematikoj fazi

SMETKIKA FAZA Posjeduje vei stupanj ureenosti od nemaktike faze Sastoji se od slojeva koji mogu klizati jedan preko drugoga Faze izmeu slojeva imaju svojstva tekuinaSlika 3. Slaganje molekula u smektikoj fazi

KIRALNA (kolesterolona) FAZA Kiralne molekule se zakreu paralelno jednom smjeru i na taj nain odravaju dugodosenu ureenost Posljedica kuta zakretanja su optika svojstva poput Braggove refleksije

Slika 4. Slaganje molekula u kiralnoj fazi

Primjena tekuih kristala

Proizlazi iz postojanja permanentnih elektrinih dipola ija je orijentacija u prostoru odreena orijentacijom molekula Vanjskim elektrinim poljem moe se utjecati na unutranju ureenost tekuih kristala, a time se mogu bitno mijenjaju optika svojstva

Glavne komponente LCD monitora

Tekui kristali Staklo Tanki film tranzistora Vodljive elektrode Filtri boja

Polarizatori Pozadinsko osvjetljenje Refleksijska podloga Plastika

Slika 5. Shematski prikaz komponenti LCD zaslona

LCD zaslon se zasniva na tekuim kristalima koji se, poput sendvia, nalaze izmeu dvije staklene podloge s polarizatorom s vanjske strane. Na unutarnjoj strani staklene podloge nalazi se tanki film tranzistora (TFT) na jednoj staklenoj podlozi te filter boja na drugoj. Osim tranzistora i filtera boja, na unutarnjim stranama nalaze se i vodljive elektrode te orijentacijski filmovi.

Nastanak slike

Ovisno o prisutnosti ili odsutnosti elektrine struje tekui kristali (koji se nalaze izmeu dvije staklene ploe) se rasporeuju na takav nain da u kombinaciji s polarizatorima doputaju ili ne doputaju svjetlosti da proe Svjetlost koju emitira pozadinski izvor svjetlosti je regulirana kad proe kroz uzorak filtera boja na unutarnju povrinu prednjeg stakla

Materijali i kemijski sastav

1. Tekui kristali LCD obino sadri 10-25 komponenata jer samo jedan sastojak ne ispunjava kompleksna svojstva koja LCD zaslon zahtjeva Od otkria LC-a, poznato je vie od 20 000 sastojaka koji imaju nematiku fazu. Neki od tih sastojaka su: anisiliden-p-aminofenilacetata (APAPA) i 4-n-pentil-4'-cijano-bifenil (PCB)

2008. godine, 69% LC-a pripremala je njemaka kompanija Merck KggA koja je patentirala oko 2500 LC smjesa Spojeve koji se koriste u LC smjesama obino su poliaromatini polimeri sa oko 14 do 30 C atoma na koje se selektivno dodaju O, N, F, Br ili Cl atomi

2. Elektrode Vodljive elektrode nalaze se s unutarnje strane staklenih podloga. Elektrodu ini transparentan provodni omota od indij-kositar oksida (ITO). ITO je smjesa indij (III) oksida (In2O3) i kositar (IV) oksida ( SnO2) u omjeru 90:10Slika 6. Poloaj elektrodi u shemi LCD zaslona

3. Filtri boja Filtri boja sastoje se od crne matrice , bojila, povrinskog sloja i vodljive elektrode (ITO)Slika 7. Filteri boja

4.Polarizatori Polarizatori se nalaze s vanjske strane staklenih podloga To su specijalni filteri koji proputaju samo polariziranu svjetlost, odnosno fotone koji titraju samo u jednoj ravnini Sastoje se od slojevith filmova koji zapoinju slojem polietilen tereftalata (PET), zatim slijedi sloj celuloza triacetata, sloj polivinil alkohola impregniran jodom ili nespecifinim bojama, zatim drugi sloj celuloze triacetata te zavrava slojem PET-a

Slika 8. PET

Slika 10. Polivinil alkohol Slika 9. Celuloza triacetat

Polarizatori s polivinil alkoholom i impregniranim jodom nazivaju se i H-elije . U novije vrijeme koriste se polivinilenski lanci koji se dobivaju dehidratacijom polivinil alkohola. Takvi se polarizatori nazivaju Kelije. U LCD zaslonima nalazi se jedan vertikalni i jedan horizontalni polarizator

5. Pozadinsko osvjetljenje U svim LCD monitorima nalaze se fluorescentne lampe, koje osvjetljuju pozadinu ekrana i jedini su aktivni izvor svjetlosti Fluorescenti izvor svjetlosti je uglavnom staklena cijev koja proizvodi bijelu svjetlost. Unutar staklene cijevi se nalazi iva pod niskim tlakom koja prilikom ionizacije emitira UV zraenje. Unutranjost fluorescentnog izvora svjetlosti je premazana fosforom. Fosfor je sposoban apsorbirati energiju i emitirati ju u obliku vidljivog zraenja

6. Staklo Staklo sadri mnogo natrijevih i iona ostalih alkalijskih elemenata koji se mogu slobodno kretati po povrini stakla Da bi se to izbjeglo, koristi se borosilikatno staklo ili staklo presvueno slojem silicijeva dioksida. Silicijev dioksid sprijeava ione da reagiraju s vlagom

7. Plastika Jednostavnije rijeenje je koritenje transparentnih plastinih povrina Plastika e zaslon uiniti lakim, ali jeftina plastika raspruje svjetlost jae od stakla te moe kemijski reagirati s molekulama tekuih kristala Plastika se isto tako koristi za izradu vanjskog okvira zaslona.

Reciklaa LCD materijala

S rastuom proizvodnjom LCD ureaja raste i koliina njihovog otpada, a zbrinjavanjeg istog danas predstavlja veliki ekoloki problem Uobiajeno zbrinjavanje (zatrpavanje na odlagalitima) je s ekolokog aspekta vrlo nepovoljno Tekui kristali koji se sastoje od aromatskih prstenova supstituiranih halogenima daju vrlo toksine produkte opasne po okoli (dioksani, furani...)

Izvori pozadinskog osvjetljenja posjeduju velike koliine ive, a baterije malih LCD-a esto sadre ivu i kadmij iva i kadmij u okoliu i ljudskom organizmu imaju akumulativni efekt te se jako toksini Stakla takoer znaju sadravati kadmijeve i arsenove spojeve te je reciklaa i pravilno zbrinjavanje istih neophodno

Reciklaa fluorescentnih lampiFluorescentne lampe se sastoje od 94% stakla, 4% metala i 2% fosfornog praha

Unutar fosfornog praha se nalazi iva iva iz jedne lampe dovoljna je da zagadi 30000 litara vodeSlika 11. Usporedba veliine fluorescentne cijevi u laptopu s olovkom

iva se moe zbrinuti tako da se sprema na specifina odlagalita ive, no takvih mjesta je jako malo (najstarija metoda) iva se takoer moe reciklirati vakuum destilacijom Neista iva se destilira u dvogrloj tikvici i zagrijava do suha (temp. oko 360 C), a uz pomo hladila pare iste ive se odvode, kondenziraju i sakupljaju u okrugloj tikvici

Slika 12. Jednostavna aparatura za destilaciju ive

Reciklaa stakla

Koliina otpadnog stakla koja se odlae na odlagalitima je u Tajvanu 2009. godine dosegnula 0.52 milijuna tona Otpadno staklo se moe reciklirati kako bi se proizvela staklena keramika

Slika 13. Kuhinjska ploa od staklene keramike

Otpadno staklo je smljeveno, homogenizirano i ukaljupljeno pod visokim tlakom estice praha su povezane u vrstu masu termalnim procesima (proces sinteriranja) Zagrijavanjem se unitavaju organske komponente, a stabiliziraju anorganske komponente tako to se ugrauju oksidi karkteristini za staklenu keramiku Pri temperaturi od 800-950 C, vremenu od 6 h i poveavanju temperature 5C/min dobiva se jako kvalitetna staklena keramika

Reciklaa plastike

Plastika uglavnom nije biorazgradiva, ali sve vrste plastike se mogu reciklirati Plastiku moemo npr. reciklirati pirolitikim procesima u pirolitikim reaktorimaSlika 14. Pirolitiki reaktor

Piroliza je proces u kojemu dolazi do destilacije organskog dijela otpadnog materijala te kidanje kemijskih veza (krekiranje) velikih molekula materijala kao to su plastika, guma, koa i slino Procesom pirolize iz krutog materijala dobivaju se plinovita i tekua goriva Plin iz procesa pirolize sadri: vodik (H2), metan (CH4), ugljini monoksid (CO), i ugljini dioksid (CO2)

Tekua faza iz procesa pirolize sadri kondenzirano gorivo ulje iji sastav zavisi od vrste otpadna materijala

Reciklaa ica strujnih krugova

Kao i kod ostalih elektronikih ureaja ice strujnih krugova se takoer mogu reciklirati Materijali se smrve u prah, a zatim se kemijskim i fizikalnim procesima izdvajaju plemeniti metali u procesu slinom izdvajanju plemenitih kovina iz ruda (engl. smelting) Uz pomo temperature i reducirajuih kemijskih agensa se iz smjese uklanjaju svi sastojci osim metala poput bakra, zlata i srebra

Reciklaa tekuih kristala

Tekui kristali nisu lako biorazgradivi O reciklai tekuih kristala se ne zna mnogo (veina ih je pod patentima), a tehnike recikliranja su u razvoju Tvrtka Merck preporua kao mjere zbrinjavanja industrijsko spaljivanje

Ekoloka pozadina proizvodnje LCD-a

Glavni ekoloki problem ne predstavljaju otpadni LCD materijali nego sam proces proizvodnje LCD-a kao i njihova upotreba (troi mnogo elektrine energije) Tvornice proizvode nekoliko miliona tona otpadnih voda godinje Otpadne vode sadre irok spektar organskih (DMSO, MEA, TMAH, ) otapala, kao i kroma Krom (VI) je izrazito kancerogen

Danas su razvijene mnoge metode koje uinkovito razgrauju organska otapala i izoliraju otopljeni krom (u obliku Cr2O3) iz voda. Jedna od obeavajuih tehnika je superkritina oksidacija vode Takoer proces proizvodnje LCD monitora utjee i na globalno zatopljenje jer se koriste velike koliine SF6 i prirodnog plina

Prijedlozi za zamjenu LCD materijala radi bolje ekoloke prihvatljivosti

Glavni ekoloki problem LCD monitora predstavlja iva koja se nalazi u florescencijskim lampama Danas na tritu postoje LCD monitori koji ne sadre ivu, energetski su efikasniji i puno kvalitetniji Monitori koji koriste LED lampe kao pozadinski izvor svjetlosti su sposobni stvoriti puno iu bijelu svjetlost

LED (Light-emitting-diode)

LED je poluvodiki izvor svjetlosti Dostupne su u raznim veliinama i bojama Vrlo su otporne i imaju dug ivotni vijekSlika 18. LED

Takoer predlaemo da se ulae vie sredstava pri izradi stakala Kao to je ve navedeno stakla esto sadre primjese tekih i toksinih metala koji ukoliko se ne recikliraju mogu dospjeti u ekosustav Novija stakla nemaju arsen, antimon i barij te su u isto vrijeme laki te imaju poboljana toplinska svojstva