Переработка полиэтилена

• полимеризация этилена при высоком давлении 120-250 МПа в присутствии кислорода как катализатора;
• полимеризация этилена при низком давлении 0.05-0.6 МПа с использованием комплексных металлоорганических катализаторов;
• полимеризация этилена при среднем давлении 3.5-7 МПа в углеродных растворителях с катализатором;

В Российской промышленности широкое распространение получили первые два способа получения полиэтилена. Основными продуктами из полиэтилена являются мешки и пакеты для мусора, пленка, скотч.

5. Область применения полиэтилена

Полиэтилен  используется для производства

пленок:

• Сельскохозяйственных (покрытие для парников и  теплиц, мульчирование почвы, пропаривание грунта, гидроизолирующий материал при обустройстве хранилищ овощей, упаковывание сельскохозяйственной  продукции и т.п.)
• Упаковочных (воздушно-пузырьковая пленка, полиэтиленовый пакет)
• Термоусадочных (упаковка лекарственных  препаратов, алкогольных и прохладительных напитков, молочных продуктов, замороженной птицы, колбас и сыров и т.п.)

Полиэтиленовая  пленка пригодна  к контакту с пищевыми продуктами, что  подтверждено Минздравсоцразвития РФ.

• Стретч/стрейч-пленок (паллетная пленка, защита от повреждений грузов  при перевозке);
• Строительных (применение при  ремонте: укрытие полов и мебели; 
  строительстве:  для теплоизоляции и гидроизоляции кровли, полов, подвальных и чердачных     помещений; для защиты фундаментов, строительных материалов и конструкций).

труб:

• газовых
• водопроводных
• напорных
• ненапорных

емкостей:

• цистерн
• канистр
• бутылей
• садовые лейки

стройматериалов: 
волокон; 
предметов домашнего обихода;

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) применяется для  изготовления высокопрочных изделий:

санитарно-технических  изделий, деталей технической аппаратуры:

• шестерни
• втулок
• муфты
• ролики
• валики
• звездочки

деталей автомашин и другой техники:

• фильтры
• глушители шума
• прокладки
• броня (бронежилеты)
• корпуса для  лодок

изоляции, электрокабели; 
пенополиэтилен; 
протезов внутренних органов (при создании суставов, черепных и челюстно-лицевых протезов и многое  другое).

Полиэтилен высокого давления устойчив к химическим воздействиям, не пропускает пар и воду. Эти его свойства учитываются при изготовлении, например, самого распространенного и демократического упаковочного материала – полиэтиленовых пакетов.  
 
Полиэтилен низкого давления – более жесткий, чем полиэтилен высокого давления. Из такого полиэтилена изготавливают, например, трубы, ящики и высокопрочные мешки (для строительного мусора и т.п.), а также упаковочные пакеты (в частности, типа «майка»). Толщина полиэтилена для пакетов варьирует от 14 до 25 мкм, но может быть и больше. Физические свойства у ПНД (реакция на растяжение или сжатие, например) выше, чем у полиэтилена высокого давления, имеющего в силу разветвленного строения молекул низкую плотность. Молекулы же полиэтилена низкого давления (ПНД) расположены очень компактно и близко друг к другу. Именно поэтому материал практически не проницаем для масел и жиров.

Еще одна разновидность полиэтилена  – полиэтилен вспененный. Его изготавливают  путем вспенивания бутан-пропановой смеси. Вспененный полиэтилен – отличный теплоизолятор. Используется в качестве теплоизоляционного материала в машиностроении, обувной и кожгалантерейной промышленности и во многих других отраслях хозяйствования. Но самым массовым изделием из полиэтилена были и остаются полиэтиленовые пакеты.

6. Вред полиэтилена

Полиэтилен и пластиковая упаковка пару десятков лет назад была очень  редкой и использовалась отнюдь не повсеместно, в отличие от дня  сегодняшнего. Это происходило из-за высокой стоимости такого материала. Теперь, после открытия более простого и дешевого метода изготовления пластика и полиэтилена, мы можем наблюдать такую продукцию повсеместно. И, к сожалению, именно пластмассовые бутылки и полиэтиленовые пакеты загрязняют окружающую среду. Экологическая ситуация такова, что на окраинах больших и малых городов можно увидеть огромные свалки, состоящие в большинстве своем из пластиковой продукции. Самая главная опасность заключается в том, что полиэтилен распадается на безопасные для экологии компоненты, но распад происходит очень долго, в течение нескольких десятков лет. Передовые страны мира уже организовали вывоз отходов, а также дальнейшую их переработку, но, несмотря на это, полиэтиленовые пакеты можно встретить повсеместно. Экологи считают, что подобный тип бытовых отходов является наиболее опасным для водоемов, потому что, собираясь в огромную сплошную массу, полиэтилен оказывает негативное влияние на размножение и сохранение популяции редких видов рыб, растений и животных.

Исследования английских ученых доказали, что некоторые содержащиеся в полиэтилене (а следовательно, и в различных упаковках, из него сделанных) химические вещества легко растворяются в жирах и проникают в продукты. Затем, попадая в организм человека, они накапливаются и впоследствии способны вызывать бесплодие. Министерство пищевой промышленности Англии выделило немалые средства на проведение дальнейших экспериментов.  

Пластиковые бутылки  представляют собой также определенный вид полиэтилена, так как изготавливаются  из полиэтилена высокого давления. Такой тип продукции оказывает негативное влияние на экологию в невероятных масштабах, ведь он разлагается чрезвычайно медленно, можно сказать, что совсем не разлагается. Для того чтобы избавиться от подобного типа отходов, необходимо применять довольно дорогостоящие методы, ведь сожжение уже не является абсолютно безопасным. Раньше такой тип утилизации был приемлемым, но сейчас в состав пластиковых бутылок и другой продукции из полиэтилена высокого давления входят вредные пластмассы, наносящие при горении существенный вред атмосфере. Именно поэтому не все страны обладают возможностью перерабатывать такой тип отходов безопасно, страны, где уровень экономического развития находится на низкой отметке, просто накапливают пластиковые бутылки, что наносит экологии непоправимый вред.  
В России вторсырье можно наблюдать на свалках, где оно собирается с большой скоростью. Переработка такого сырья может быть выгодным только в случае, если свалка находится близко к перерабатывающему заводу. В ином случае, все процедуры по доставке и переработке мусора будут для приобретателя невыгодными.  
Вред, который наносят медицинские отходы, лабораторные отходы, в сочетании с бытовыми отходами, полиэтиленом и пластиком, могут в скором времени привести нашу планету к экологической катастрофе. Именно поэтому требуется использование налаженной системы переработки полиэтилена.

 

 

 

7. Переработка полиэтилена

Полиэтилен в качестве упаковочного материала имеет массу достоинств. Он достаточно прочен, легок, хорошо окрашивается, устойчив к различным атмосферным воздействиям. Однако некоторые его преимущества оборачиваются недостатками. Дело в том, что он очень стоек к воздействию бактерий и микроорганизмов. Достаточно сказать, что разложение полиэтилена в природной среде занимает более двухсот лет, и поэтому для того, чтобы не засорять им природу, требуется применять эффективные методы утилизации.

Самый простой способ избавиться от полиэтиленовых отходов – это  просто их сжечь. Однако при этом в атмосферу выделяется много различных токсичных веществ, что пагубно сказывается на окружающей природе. Поэтому в настоящее время все большее распространение получают другие методы утилизации, или, как сейчас модно говорить, рециклинга полиэтилена. Однако прежде чем утилизировать использованные полиэтиленовые пакеты, их нужно собрать, что в большинстве случаев означает просто выбрать из бытового мусора. Далее, согласно технологии переработки, исходное сырье требуется предварительно промыть в специальных промывочных машинах, входящих в комплект перерабатывающих линий. После промывки полиэтиленовые отходы попадают в так называемую дробилку, где они тщательно измельчаются. Следующий этап переработки полиэтилена – это обработка его в центрифуге, где происходит удаление лишней влаги, а также различных случайных твердых примесей (стекла, бумаги и т.п.). Далее происходит окончательная промывка вторичного полиэтиленового сырья. Сточные воды, образующиеся при этом, через специальные очистные сооружения удаляются, а полиэтилен поступает в специальную сушильную камеру, в которой сначала происходит механическая сушка, а затем – термическая обработка. Таки образом, в результате переработки полиэтилена на выходе получается вторичное сырье, которое пригодно для повторного использования. К примеру, из него методом экструдирования с добавлением определенных добавок изготавливают полиэтиленовые трубы, пленку и т.п.

Переработка полиэтилена должна производиться  с соблюдением определенного  регламента и требований техники безопасности. В процессе переработки из полиэтилена не должны выделяться вредные вещества в пределах превышающих установленные нормы, так называемые ПДК (предельно допустимую концентрацию). Полиэтилен низкого давления, из которого обычно изготавливаются пакеты, при нагревании свыше определенного предела выделяет аэрозоль, являющийся легковоспламеняющимся и взрывоопасным. Соответствующими нормативными документами определены и другие требования, которые должны соблюдаться в процессе переработки полиэтилена.

Основные методы переработки полиэтилена:

1. Литье под давлением. С помощью этого метода изготавливают обширный спектр товаров для детей, канцтоваров и предметов бытового назначения.
2. Экструзия. Таким способом получают трубы из полиэтилена, полиэтиленовые кабели, полиэтилен листовой, применяемый как в строительстве, так и в виде упаковки. Методом экструзии производят и всевозможные полиэтиленовые пленки.
3. Экструзионно-выдувное формование. Таким путем создаются тара, посуда, емкости.

А. Литье под давлением. Суть метода литья под давлением термопластов заключается в переведении материала в вязкотекучее состояние под действием тепла материального цилиндра с последующим впрыском гомогенизированного материала в форму, которая имеет температуру достаточную для затвердевания расплава (переход материала в кристаллическое или стеклообразное состояние). Впрыск в форму происходит за счет поступательного движения шнека или плунжера в сторону формы, исключение составляет метод интрузии, где впрыск происходит по особому механизму.

Цикл формования изделия  можно представить следующим  образом:

 
Рис. 3 Цикл формования изделий: 
1 – Пластикация материала в цилиндре машины; 2 – Смыкание формы с усилием запирания; 3 – Впрыск расплава и выдержка под давлением изделия; 
4 – Охлаждение изделия; 5 – Раскрытие пресс-формы и извлечение изделия.

Сыпучий материал в виде гранул (хлопьев, порошка или  частиц другой формы) находящийся в  бункере, поступает в материальный цилиндр литьевой машины, где вращающийся  червяк производит забор материала. Полимер в результате тепла подводимого нагревателями и тепла образующегося в результате внутреннего трения начинает плавиться, при этом он перемещается от зоны загрузки к зоне дозирования, а червячный винт по мере пластикации отходит назад в сторону зоны загрузки. В результате происходящего процесса перед червяком образуется порция гомогенизированного материала. Когда она набрана, шнек двигается в режиме поршня при помощи гидравлики, он двигается вперед и расплав впрыскивается в заранее сомкнутую литьевую форму.

 

 
Рис. 4. Принципиальная схема машины с червячной пластикацией расплава: 
1 – бункер; 2 – привод; 3 – гидроцилиндр впрыска; 4 – поршень гидроцилиндра; 5 – корпус; 6 – червяк; 7 – пластикационный цилиндр; 8 – неподвижная плита; 9 – подвижная плита; 10 – поршень гидроцилиндра механизма смыкания формы; 12 – полуформы; 13 – литниковая втулка.

Подвижная плита 9 на которой закреплена левая полуформа  перемещается под действием гидравлической системы (10,11) в сторону материального  цилиндра 7 прижимаясь к неподвижной плите 8 (правой полуформе) и смыкаясь с ней. После этого шнек 6 благодаря поступательному движению давит на порцию расплава, которая под большим давлением (от 50 до 250Мпа) через литниковую втулку 13 попадает в центральный литник формы, далее расплав по разводным каналам поступает к впускным отверстиям, за которыми находится оформляющая полость формы. Расплав, заполняя эту полость, принимает форму будущего изделия. После впрыска, на материал в форме, некоторое время продолжает действовать давление создаваемое червяком, что регламентируется технологически установленным параметром процесса (стадия выдержки под давлением). После окончания выдержки под давлением шнек начинает вращаться, набирая новую порцию материала для следующей отливки. В это время происходит охлаждение (затвердевание) изделия в форме. После набора новой порции происходит размыкание формы и выталкивание готового изделия. Далее форма смыкается, и цикл повторяется снова. 
В цилиндре в зависимости от происходящих физических процессов различают 3 зоны: зона загрузки; зона плавления; зона гомогенизации.  
В зоне загрузки твердые частички захватываются гребнями червяка и по его винтовым каналам транспортируются вперед. Для перемещения материала коэффициент трения материала об стенки должен быть выше, чем червяк. Поэтому червяк имеет идеально гладкую полированную поверхность, а материальный цилиндр – более шероховатую (иногда на нем наносится специальная насечка). Для предотвращения термоокислительной деструкции и во избежание образования пробки, на поверхности которой окажется слой расплава, зона загрузки охлаждается хладагентом (водой). 
На определенном витке червяка происходит плавление материала, зону, в которой полимер переходит в вязкотекучее состояние, называют зоной плавления. 
В зоне плавления материал меняет свой объем, т.к. выходит воздух ранее находящийся между частицами материала. Технологически в этой зоне необходимо производить сжатие материала, что успешно реализуется уменьшением шага червяка или глубины его нарезки. Поэтому вторую зону материального цилиндра еще называют – зоной сжатия. 
В зоне дозирования – происходит выравнивание температуры, плотности и однородности материала, происходит его окончательная пластикация и гомогенизация. 
Процесс формования самого изделия начинается с момента впрыска, и заканчивается охлаждением изделия и размыканием формы.