Гл.9. Переработка и обезвреживание использованных изделий из полимерных и композиционных материалов

Проблема вторичной переработки и утилизации использованных изделий из полимерных и композиционных материалов в настоящее время актуальна по следующим обстоятельствам:

● повышение спроса на земли, отчуждаемые под свалки,

● осознание экономической ценности бытовых и промышленных отходов как сырья для получения исходных материалов или производства энергии.

Процесс получения готовой продукции из вторичных пластиков связан с рядом трудностей. Использование вторичных полимерных материалов требует особого внимания к параметрам технологического процесса, поскольку такие материалы имеют нестабильные реологические свойства, а также могут содержать неполимерные включения. Во многих случаях к готовой продукции предъявляются такие требования, которые просто невозможно соблюсти при использовании вторичных полимеров. Поэтому для их использования необходимо достижение баланса между заданными свойствами конечного продукта и средними характеристиками вторичного материала. В последнее время процесс вытеснения первичных полимеров на производствах настолько интенсифицировался, что только в США производится более 1400 наименований изделий из вторичных пластмасс, которые раньше производились только с использованием первичного сырья.

В настоящее время уровень потребления полимеров в России в мировом масштабе невысок. Но темпы роста их производства, переработки и потребления одни из самых высоких — около 35% в год. Это обусловлено развитием пищевой, упаковочной отраслей, сельского хозяйства — в первую очередь пленки - упаковочные, термоусадочные, укрытия строек и теплиц, парников, кроме того пакеты, бутылки, флаконы, разовая посуда и др. Соответственно быстро растет объем полимерных отходов.

Решение проблемы отходов начинается с их классификации,в первую очередь разработки вариантов снижения объемов их образования и далее выбора технологий их рециклинга (утилизации).

Технологические отходы - отходы, которые образуются в процессе переработки. Их в основном пытаются возвращать в исходный процесс. Но необходимо учитывать, что их свойства могли измениться, так как они в процессе обработки уже подверглись термическим и механическим воздействиям, которые вызывают в них изменения. При многократном возвращении таких отходов в основной процесс обычно добавляют в исходный материал 10-30% вторичных отходов и число возвратов достигает 5. В результате качество целевой продукции может снизиться. Поэтому технологические отходы полностью не возвращают в исходный процесс, вследствие чего они накапливаются и требуют уже специальной переработки.

Бытовые и промышленные отходы изделий из полимеров отличаются от исходных как из-за изменений полимеров в ходе производства из них изделий, так и из-за воздействий различных факторов в ходе эксплуатации и также подвергаются и длительному воздействию прямого солнечного света, кислорода и влаги воздуха. Парниковые пленки также контактируют с ядохимикатами, пестицидами, ионами железа, способствующими деструкции полимеров. В результате в массе полимера накапливаются активные соединения, ускоряющие распад полимерных цепей.

Таким образом, выбор технологий к вторичной переработке полимерных и других отходов должен учитывать предысторию полимера.

Варианты снижения объемов технологических отходов. При переработке полимеров в экструдере или прессах они довольно долгое время находятся под действием высокой температуры при остывании. За это время активно протекают процессы сшивки, разложения полимера, накапливаются побочные продукты. Скорость таких процессов можно значительно снизить введением термостабилизаторов.

Термостабилизаторы предотвращают эти процессы, облегчая и ускоряя тем самым чистку оборудования после запуска. Для этого перед остановкой в цилиндр машины вводят 1-2 процента стоп-концентрата за 15-45 мин. до остановки из расчета вытеснения 5-7 объемов цилиндра.

Количество отходов снижают также экструзионные добавки, например, «Дайнамар», «Вайтон», которые, являясь производными фторкаучуков, плохо совместимы с основными полимерами и в местах наибольших усилий сдвига (фильеры, литники и т.п.) высаживаются из расплава на поверхность металла и создают на ней пристенный смазывающий слой, по которому скользит расплав при формовании. Уже низкие концентрации экструдированных добавок (400-600 ppm) обеспечивают снижение крутящего момента и давления на головке экструдера, повышение производительности при снижении энергозатрат, устранение дефектов внешнего вида и снижение температуры экструзии полимеров и композиций, чувствительных к воздействию повышенных температур и в результате увеличивается гладкость изделий, производятся более тонкие пленки.

При изготовлении крупногабаритных или тонкостенных литьевых изделий сложной формы, добавки увеличивают проливаемость, устраняют дефекты поверхности, линии спая и улучшают внешний вид изделия. Всё это само по себе снижает долю брака, т.е. количество отходов. Кроме того, экструзионные добавки снижают уровень налипания нагара на фильере, обрастание литников. Они также обладают моющим эффектом, что снижает число остановок для чистки оборудования.

Чистящие концентраты применяют в пропорции 1:1−1:3 с полимером. При этом сокращается количество отходов и затраты времени на смену цвета перерабатываемых полимеров. В состав чистящих концентратов («Клинол», «Клинстайр», «Ластик» «Шульман»), входят мягкие минеральные наполнителя и поверхностно-активные вещества.

Пути снижения количества бытовых и промышленных отходов:

● Введение в изделия в процессе изготовления термо- и светоста-билизирующих добавок (около 0,5%) продлевает срок службы парниковой пленки с 1 до 3-х сезонов. Это соответственно снижает количество отходов, подлежащих утилизации [71].

● Альтернативный вариант − ускорение разложения полимеров путем создания фото- и биоразрушаемых материалов, быстро разрушающихся после использования под действием солнечных лучей и микроорганизмов. В полимерную цепочку фоторазрушаемых пленок вводят сомономеры с функциональными группами, способствующими фотодеструкции (винилкетоны, СО) или фотокатализаторы (дитиокарбаматы, пероксиды или оксиды переходных металлов - железа, никеля, кобальта, меди), а также активные наполнители, способствующие разрыву полимерной цепи под действием солнечного света. В Институте химии воды НАН Украины разработаны методы формирования на поверхности полимеров частиц диоксида титана наноразмерных кластерных структур, содержащих частицы металла и оксида. Скорость разложения пленок повышается в 10 раз − с 100 до 8-10 часов [71].

Известны следующие методы получения биоразлагаемых полимеров:

• синтез полиэфиров на основе гидроксикарбоновых (молочной, масляной) или дикарбоновых кислот; однако они дороже традиционных пластмасс;

• пластмассы на основе воспроизводимых природных полимеров (крахмал, целлюлоза, хитозан, протеин); сырьевая база таких полимеров не ограничена, но технология и свойства получаемых полимеров пока не достигают уровня основных промышленных синтетических многотоннажных полимеров;

• компаудирование (смешение) промышленных полимеров с биоразлагаемыми полимерами. В 80-х годах ОНПО «Пластполимер» разработал крахмало-наполненные пленки с ускоренным сроком старения. Тем не менее такой материал широкого распространения он не получил [71].

В 1990-х годах биоразлагаемые пластики, состоящие на 40-70% из крахмала, стали выпускать во всем мире (более 20 000 т в год в США, 5000 т в год в Японии). Такие упаковочные полимерные материалы на основе ПЭВД и различных крахмалов содержат антиоксиданты для торможения процесса биоразложения при изготовлении упаковки и в течение времени ее эксплуатации.

В России на основе крахмала в конце 20-ого века был создан материал Биодем, предназначенный для упаковки пищевой продукции с небольшим сроком хранения, а также для одноразовой посуды. Биодем перерабатывают традиционными для пластмасс методами. По механическим характеристикам он близок к ПЭВД, а по химической стойкости даже превосходит его. Изделия из биодема хорошо впитывают воду, за полгода разлагаются на 40%, а полное разложение на СО₂ и Н₂О происходит через 1,5 года.

В США на основе поликапролактона с добавлением катализатора биодеструкции выпускают биодеструктируемый полимерный упаковочный материал TONE, который используют в производстве мешков для сбора мусора. Они быстро разрушаются после выбрасывания их на свалку под воздействием микроорганизмов.

Создан термопласт Biopol на основе сополимера полигидроксибутирата и полигидроксивалерата, получаемого путем ферментации сахарозы, саморазлагающийся в течение 6-36 недель, как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Он хорошо перерабатывается экструзией с раздувом в пленку и бутылочную тару.

Водоразлагаемые упаковки Vinex делают из водорастворимых полимеров на основе поливинилового спирта, а также его сополимеров с винилацетатом. В Европе пленки Бланозе на основе высокоочищенной натриевой карбоксиметилцеллюлозы популярны для упаковки косметики, лекарств, хлебобулочных изделий, напитков, соусов, замороженных молочных продуктов и др.

На основе полиамидных соединений выпускают материалы Novon. Из Novon 2020 получают вспененный амортизирующий материал для хрупких изделий. После вскрытия такая упаковка, выброшенная в воду или канализацию, быстро растворяется и исчезает. Этот материал можно также использовать для изготовления одноразовой посуды, коробок для яиц, оберточных пленок для одежды и текстильных изделий, детских подгузников, гигиенических тампонов и косметических принадлежностей.

Для повышения техносферной безопасности предприятиям машиностроения целесообразно для хранения и транспортировки своей продукции также использовать биоразлагаемую упаковку.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: