Утилизация отходов полиолефинов

      Каландрование. Примером переработки отходов методом каландрования может служить так называемый процесс "Регал", заключающийся в каландровании материала и получении плит и листов, которые применяются для производства тары и мебели. Удобство такого процесса для переработки отходов различного состава заключается в лёгкости его регулировки путём изменения зазора между валками каландра для достижения хорошего сдвигового и диспергирующего воздействия на материал. Хорошая пластикация и гомогенизация материала при переработке обеспечивают получение изделий с достаточно высокими прочностными показателями.  Способ экономически выгоден для термопластов, пластицируемых при относительно низких температурах, в основном, это мягкий ПВХ.

      Для подготовки  отходов ИК и линолеума разработан агрегат, состоящий из ножевой дробилки, смесительного барабана и трёхвалковых рафинировочных вальцов. Компоненты смеси в результате большой фрикции, высокого прессующего давления и перемешивания между вращающимися поверхностями ещё больше измельчаются, пластицируются и гомогенизируются. Уже за один проход через машину материал приобретает достаточно хорошее качество.

       Прессование. Одним из традиционных методов переработки отходов полимерных материалов является прессование, в частности, наиболее распространённым может быть назван метод "Регал-Конвертер".  Помол отходов равномерной толщины на транспортной ленте подают в печь и расплавляют. Пластицированная таким образом масса затем спрессовывается. Предложенным методом перерабатывают смеси пластмасс с содержанием посторонних веществ более 50 %.

      Существует  непрерывный способ переработки  отходов синтетических ковров  и ИК. Суть его в следующем:  размолотые отходы подают в  смеситель,         куда добавляют 10 % связующего  материала, пигменты, наполнители  (для усиления). Из этой смеси  прессуют пластины в двухленточном прессе. Пластины имеют толщину 8…50 мм при плотности около 650 кг/м. Благодаря пористости пластины обладают тепло-  и звукоизоляционными свойствами. Они находят применение в машиностроении и в автомобильной промышленности в качестве конструкционных элементов. При одно-  или двухстороннем кашировании эти пластины можно использовать в мебельной промышленности.

       Также  применяется другой технологический  способ, основанный на вспенивании в форме. Разработанные варианты отличаются методами введения порообразователей во вторичное сырье и подводом теплоты.           Порообразователи могут быть введены в закрытом смесителе или экструдере. Однако производительнее метод формового вспенивания,  когда процесс порообразования проводят в прессе.

       Существенным  недостатком метода прессового  спекания полимерных отходов  является слабое перемешивание  компонентов смеси, что приводит  к снижению механических показателей  получаемых материалов.

       Проблема  регенерации отходов ПВХ-пластиков в настоящее время интенсивно разрабатывается, однако имеется немало трудностей, связанных прежде всего с наличием наполнителя. Некоторые разработчики пошли по пути выделения полимера из композита с последующим его использованием. Однако зачастую эти технологические варианты неэкономичны, трудоёмки и пригодны для узкого ассортимента материалов.

       Известные  способы прямого термоформования либо требуют высоких дополнительных затрат (подготовительные операции, добавка первичного полимера, пластификаторов, использование специального оборудования), либо не позволяют перерабатывать высоконаполненные отходы, в частности, ПВХ- пластиков.

 

 

 

 

4. Утилизация отходов полистирольных пластиков

       Отходы  полистирола накапливаются в виде вышедших из употребления изделий из ПС и его сополимеров (хлебницы, вазы, сырницы, различная посуда, решётки, банки, вешалки, облицовочные листы, детали торгового и лабораторного оборудования и т.д.), а также в виде промышленных (технологических) отходов ПС общего назначения, ударопрочного ПС (УПС) и его сополимеров.

      Вторичное  использование полистирольных пластиков  может идти по следующим путям:

- утилизация сильно загрязнённых промышленных отходов;

      - утилизация технологических отходов УПС и АБС-пластик аметодами литья под давлением, экструзии и прессования;

      - утилизация изношенных изделий;

      - утилизация отходов пенополистирола (ППС);

      - утилизация смешанных отходов.

      Сильно загрязнённые промышленные отходы образуются в производстве ПС и полистирольных пластиков при чистке реакторов, экструдеров и технологических линий в виде кусков различной величины и формы.         Эти отходы вследствие загрязнённости, неоднородности и низкого качества в основном уничтожают путём сжигания. Возможна их утилизация деструкцией с использованием получаемых жидких продуктов в качестве топлива.

      Возможность присоединения к бензольному кольцу полистирола ионогенных групп позволяет получать на его основе иониты. Растворимость полимера в процессе переработки и эксплуатации также не меняется. Поэтому для получения механически прочных ионитов можно применять технологические отходы и изношенные полистирольные изделия,  молекулярную массу которых путём термической деструкции доводят до значений, которые требуются по условиям синтеза ионитов  (40…50   тыс.). Последующее хлорметилирование полученных продуктов приводит к получению соединений, растворимых в воде, что свидетельствует о возможности использования вторичного полистирольного сырья для получения растворимых полиэлектролитов.

      Технологические отходы ПС (так же, как и ПО) по своим физико-механическим и технологическим свойствам не отличаются от первичного сырья. Эти отходы являются возвратными и в основном используются на тех предприятиях, где они образуются. Их можно добавлять к первичному ПС или использовать в качестве самостоятельного сырья при производстве различных изделий.

      Значительное  количество технологических отходов  (до 50 %) образуется в процессе переработки полистирольных пластиков литьём под давлением, экструзией и вакуум-формованием,  возврат которых в технологические процессы переработки позволяет значительно повысить эффективность использования полимерных материалов и создавать безотходные производства в промышленности переработки пластмасс.

      АБС-пластики широко применяются в автомобилестроении для изготовления крупных деталей автомобилей, при производстве сантехнического оборудования, труб, товаров народного потребления и т.д.  В связи с увеличением потребления стирольных пластиков растёт и количество отходов, использование которых является экономически и экологически целесообразным с учётом возрастания стоимости сырья и уменьшения его ресурсов. Во многих случаях вторичное сырьё можно использовать для замены первичных материалов. Установлено,  что при неоднократной переработке АБС-полимера в нём протекают два конкурирующих процесса: с одной стороны, частичная деструкция макромолекул,  с другой  – частичная межмолекулярная сшивка,  возрастающие по мере увеличения числа циклов переработки.

      При выборе  способа переработки  экструзионного АБС доказана принципиальная возможность формования изделий методами прямого прессования, экструзии, литья под давлением.

      Эффективной  технологической стадией переработки  отходов АБС является сушка  полимера, позволяющая довести содержание  влаги в нём до уровня, не  превышающего 0,1 %.  В этом случая  устраняется образование таких  дефектов в материале, возникающих  от избытка влаги, как чешуйчатая  поверхность, серебристость, расслаивание  изделий по толщине. От предварительной  сушки свойства материала улучшаются  на 20…40 %.

      Однако  способ прямого прессования оказывается  малопроизводительным, а экструзия  полимера затрудняется из-за его  высокой вязкости.

      Перспективной  представляется переработка технологических отходов АБС- полимера методом литья под давлением. При этом для улучшения текучести полимера необходимо вводить технологические добавки. Добавка к полимеру облегчает процесс переработки АБС-полимера, так как приводит к увеличению подвижности макромолекул, гибкости полимера и снижению его вязкости.

      Полученные  по такому способу изделия по своим эксплуатационным показателям не уступают изделиям из первичного полимера, а порой даже превосходят их.

      Бракованные  и изношенные изделия можно  утилизировать измельчением с  последующим формованием полученной  крошки в смеси с первичными  материалами или в качестве самостоятельного сырья.

      Значительно  более сложная ситуация наблюдается в области утилизации изношенных изделий из ПС, в том числе вспененных пластиков. За рубежом основными путями их утилизации являются пиролиз, сжигание, фото-  или биоразложение, захоронение. Амортизованные изделия культурно-бытового назначения, а также промышленности  полимерных, строительных, теплоизоляционных материалов и других можно подвергать повторной переработке в изделия. В основном это касается изделий из ударопрочного ПС.

      Блочный  ПС необходимо перед повторной  переработкой совмещать с ударопрочным ПС (в соотношении 70:30), модифицировать другими способами или подвергать вторичной переработке его сополимера с  акрилонитрилом, метилметакрилатом (МС) или тройные сополимеры с МС и акрилонитрилом (МСН). Сополимеры МС и МСН отличаются более высокой стойкостью к атмосферному старению  (по сравнению с ударопрочными композициями), что имеет большое значение при последующей переработке. Вторичный ПС можно добавлять к ПЭ.

      Для превращения отходов полистирольных плёнок во вторичное полимерное сырье их подвергают агломерированию в роторных агломераторах. Низкое значение ударной вязкости ПС обусловливает быстрое измельчение (по сравнению с другими термопластами). Однако высокая адгезионная способность ПС приводит, во-первых, к слипанию частиц материала и образованию крупных агрегатов (80 °С) до того, как материал становится пластичным (130 °С), и, во-вторых, к прилипанию материала к перерабатывающему оборудованию. Это значительно затрудняет агломерирование ПС по сравнению с ПЭ, ПП и ПВХ.

      Отходы ППС можно растворять в стироле, а затем полимеризовать в смеси, содержащей измельчённый каучук и другие добавки. Полученные таким способом сополимеры характеризуются достаточно высокой ударной прочностью.

      В настоящее  время перед перерабатывающей промышленностью стоит проблема переработки смешанных отходов пластмасс. Технология переработки смешанных отходов включает сортировку, помол, промывку, сушку и гомогенизацию.  Полученный из смешанных отходов вторичный ПС обладает высокими физико-механическими показателями, его можно в расплавленном состоянии добавлять в асфальт и битум. При этом снижается их стоимость, и прочностные характеристики возрастают примерно на 20 %.

      Для повышения  качества вторичного полистирольного сырья проводят его модификацию. Для этого необходимы исследования его свойств в процессе термостарения и эксплуатации. Старение ПС-пластиков имеет свою специфику, которая наглядно проявляется особенно для ударопрочных материалов, которые помимо ПС содержат каучуки.

      При термообработке материалов из ПС (при 100…200 °С) его окисление идет через образование гидропероксидных групп, концентрация которых в начальной стадии окисления быстро растёт с последующим образованием карбонильных и гидроксильных групп.

      Гидропероксидные  группы  инициируют  процессы  фотоокисления, протекающие при эксплуатации изделий из ПС в условиях воздействия солнечной радиации.  Фотодеструкция инициируется также ненасыщенными группами, содержащимися в каучуке. Следствием комбинированного     влияния гидропероксидных и ненасыщенных групп на ранних стадиях окисления и карбонильных групп на более поздних стадиях является меньшая стойкость к фотоокислительной деструкции изделий из ПС по сравнению с ПО. Наличие ненасыщенных связей в каучуковой составляющей УПС при его нагревании приводит к автоускорению процесса деструкции.

      При фотостарении ПС, модифицированного каучуком, разрыв цепи

преобладает над образованием поперечных связей, особенно при большом содержании двойных связей, что оказывает значительное влияние на морфологию полимера, его физико-механические и реологические свойства.

      Все эти факторы необходимо учитывать при повторной переработке изделий из ПС и УПС.

 

 

 

 

 

 

5. Технологический процесс переработки отходов полимерных материалов по непрерывной технологии на валково-шнековом агрегате

     Выбор оборудования для использования  в мобильных мини-заводах. Традиционное оборудование при рециклинге отходов – это шнековые и дисково- шнековые машины, агломераторы. При этом отходы подвергаются стадиям предварительной подготовки, таким как сбор, классификация, дробление, отмывка, сушка, измельчение. Использование всех этих стадий делает технологию утилизации достаточно энергоёмкой и в конечном итоге приводит к повышению себестоимости получаемого вторматериала. Вместе с тем при использовании агломератора получается материал различный по гранулометрическому составу и насыпной плотности, что негативно сказывается при дальнейшей переработке в материальных цилиндрах перерабатывающих машин.

      В качестве  специального оборудования предлагается  использовать валково- шнековый агрегат, наиболее устойчивый к переработке загрязнённых отходов. Использование данного вида оборудования позволяет исключить дробление, измельчение и сушку материала, что в конечном итоге позволит снизить трудовые и энергозатраты. По сравнению с дисково-червячными экструдерами валковые машины обладают следующими достоинствами: высокая производительность на единицу капиталовложений  и качество конечного продукта, простота осуществления контроля качества изделий, свободный доступ к рабочим органам машины, незначительные затраты времени на изменение толщины получаемых изделий без замены калибрующего устройства, отсутствие застойных зон, что значительно уменьшает деструкцию полимера.