Вторичная переработка полимерных материалов
Содержание статьи
Вторичное использование полимеров — отрасль промышленности, развитая в нашей стране крайне плохо. Традиционным и самым распространенным для России способом утилизации полимерного мусора является его захоронение и складирование на свалках. В то время как в развитых странах вовсю работают перерабатывающие заводы, мы утопаем в собственных отходах.
Полимерные отходы представляют собой разные виды отслуживших изделий и материалов, изготовленных из синтетических полимеров. Производством последних занимаются на промышленных предприятиях, при этом из простых веществ (мономеров) посредством проведения реакций полимеризации и поликонденсации получают различные полимерные (высокомолекулярные) продукты.
Безусловно, продукция из полимеров имеет массу преимуществ, связанных со свойствами материала и экономической целесообразностью его использования. Однако синтетические высокомолекулярные соединения крайне сложно поддаются биологическому разложению, что негативно сказывается на экологии.
Отходы полимеров в огромном количестве образуются при изготовлении пластиков и изделий из них. К промышленному полимерному мусору относятся, например, части пластмассовых труб, остатки, остающиеся при производстве пластиковых (ПВХ) окон и т.д.
Большую долю составляют бытовые полимерные отходы. Эта обширная группа состоит из:
- пластиковых бутылок;
- упаковок из полиэтилена;
- полимерной пленки;
- корпусов разных видов техники (бытовой, садовой и т.п.);
- ящиков из пластмассы и других пластиковых емкостей;
- оконных профилей и т.д.
Доля бытовых полимерных отходов от всего объема данного вида мусора составляет свыше 60%.
Утилизация
Утилизация полимеров включает различные способы, отличающиеся не только технологическим процессом, но и степенью экологической безопасности и рентабельностью. Перечислим основные методы.
Захоронение. До сих пор этот способ утилизации отходов наиболее популярный. Предполагает использование больших земельных площадей. Пластиковый мусор не поддается биодеструкции, из-за этого территорий, отведенных под захоронение, требуется все больше. Реализация данного способа крайне негативно сказывается на состоянии экологии.
Сжигание. Не требует проведения сортировки сырья и не задействует огромные территории. Однако в процессе сжигания полимеров в атмосферу выделяются токсичные газы, которые вносят свой весомый «вклад» в образование парникового эффекта и формирование озоновых дыр. Для минимизации подобных явлений можно внедрять дорогие виды оборудования по очистке продуктов горения, но в таком случае утилизация методом сжигания, скорее всего, будет невыгодной.
Пиролиз. Процесс разложения полимерных соединений осуществляется в условиях высокой температуры и недостатка кислорода. Результатом пиролиза пластика являются газообразные, жидкие и твердые продукты. Первые используются, например, для отопления. Образующиеся жидкие компоненты могут применяться при получении теплоносителей, твердые – на предприятиях, производящих защитные смазки, эмульсии, пропиточные составы и пр.
Пиролиз полимерных материалов обеспечивает получение топлива и сырья для разных сфер производства. Для получения более подробной информации рекомендуем прочитать развернутую статью на тему .
Расщепление полимеров для получения продуктов с меньшей молекулярной массой. Процесс разложения полимерных молекул осуществляется при высоких значениях температуры и давления, а также в присутствии различных соединений: воды и катализаторов (гидролиз), гликолей, метилового спирта (метанолиз) и др.
Вторичная переработка полимеров. Наиболее современный и рациональный способ, реализуемый в ряде развитых государств. Технология и переработка полимерных отходов подразумевает применение разных способов.
Интересный факт! Выгода от переработки пластикового мусора очевидна. Пример: цена 1 тонны спрессованных ПЭТ-бутылок – 100$, очищенных и измельченных – 300$, пластиковых гранул – 1000$, нитей, используемых текстильной промышленностью, – 2500$/т.
Переработка
Работа большинства заводов по переработке полимерных отходов основана на одном принципе. Рассмотрим этапы процесса подробнее.
Обратите внимание! Для подходят не все виды полимеров. На предприятиях производят переработку термопластичных синтетических материалов, среди которых наиболее распространены полиэтилен, ПП, ПВХ, ПС и АБС-пластик.
Технология переработки
На пути получения из полимерных отходов сырья для разных областей производства осуществляют:
- Предварительную . Полимеры подвергаются грубому разделению по типу пластика, его цвету, форме и размерам. Обычно этот этап переработки производят вручную. Из полимерной массы удаляют инородные компоненты.
- Измельчение. Крайне важная стадия. Степенью измельчения определяются характеристики получаемой продукции. Ножевые дробилки измельчают полимеры в рыхлую массу с размерами частиц 0,2-0,9 см. Инновационным является криогенный способ измельчения, который обеспечивает получение полимерной крошки диаметром всего 0,05 – 0,2 см.
- Разделение смеси полимеров. Здесь используют разные способы, наиболее популярным из которых является флотация: в воду с пластиковой смесью добавляют ПАВ, обеспечивающие изменение гидрофильных свойств полимерных материалов.
- Мойку и сушку. Отмывается измельченная масса специальными моющими средствами в промышленных моечных машинах. С помощью центрифуги производят первичное высушивание сырья, доводя его влажность до 10-15%. Окончательная сушка (до 0,2% влаги) осуществляется в сушильной установке.
- Грануляцию. Подготовленное сырье в грануляторе уплотняется, что облегчает последующую переработку материала и обеспечивает усреднение его характеристик. Конечный продукт – гранулы, пригодные для производства новых изделий и материалов.
Оборудование
Комплекс оборудования для переработки полимеров (в гранулы) состоит из:
- линии мойки;
- дробилок;
- экструдеров;
- ленточных конвейеров;
- шредеров;
- агломераторов и грануляторов;
- смесителей и дозаторов.
Все эти виды оборудования можно приобрести по отдельности. Также возможна покупка полной линии по переработке полимерных отходов в гранулы.
Дополнительная информация! В Республике Татарстан сегодня функционирует «Зеленодольский завод – ЭРА», перерабатывающий полимеры в материалы для производства детских игрушек и мебели.
Куда сдать на переработку
Прием полимеров осуществляется в специальных пунктах, которые есть во всех крупных городах. Также чтобы сдать пластиковые отходы, можно напрямую обратиться в специализированные компании (их адреса легко найти в Интернете). «Поставщиками» полимеров могут быть как физические лица, так и организации, причем за сдачу вторсырья возможно получить неплохую сумму денег. Помимо прочего, в нашей стране начинает практиковаться раздельный сбор мусора, подразумевающий, что изделия из пластика должны выбрасываться в специальный контейнер с соответствующей пометкой.
О том, как осуществляется процесс получения из пластиковых отходов гранул на одном из предприятий, и о важности переработки полимерных материалов рассказывают в этом видео.
Переработка полимеров не «заезженная тема» в нашей стране. Это свободная ниша бизнеса, открытие которого не только положительно скажется на состоянии экологии, но и принесет свою прибыль бизнесмену. Переработка пластика считается рентабельным делом, однако для его успешного запуска необходима государственная поддержка.
Повсеместное применение полимерного материала подразумевает своевременную утилизацию сырья и вторичную обработку, для последующего использования. Для осуществления этих действий необходимы следующие виды оборудования: , агломераторные устройства, дробительные механизмы и грануляторные приспособления.
Экологические условия диктуют необходимость безотходного изготовления товаров полимерного типа, с целью незагрязнения экологии окружающего пространства. По этой причине промышленное производство ежегодно увеличивает производственные мощности за счет вторичной и последующих переработок полимеров.
Агломераторы, в результате функционирования превращают полимер в агломерат. Данное приспособление является механизмом для обрабатывания использованных полимерных изделий. Процесс происходит за счет спекания мелкодробленых частиц в гранулированные компоненты. Полученное гранулированное сырье вторично используют в производстве полимерной продукции, в виде основного или вспомогательного элемента.
Технология переработки полимеров
Переработка полимеров предусматривает предварительные операции в секторе агрегата, с помощью соответствующих ножей. Далее, переработка полимеров, продолжается термической обработкой (под действием высокого температурного режима возникает частое соприкосновение крошек полимерного сырья).
При получении рабочих температур до ста градусов емкость наполняется водой. Созданная жидкая среда способствует образованию агломерата. Сформировавшиеся гранулированные компоненты, через специальный затворный клапан, перемещают в резервуарную камеру временной сохранности и последующего вывоза.
Грануляторы - устройства, что применяется для . Гранульная переработка полимеров достигается путем микродробительных операций и образования однотипных полимерных или пластмассовых гранул. Полученный гранулят используется в качестве исходного сырья при изготовлении литьевого и экструдированного полимерного вещества.
Как правило, грануляторы являются достаточно сложной конструкцией, состоящее из нескольких синхронизированных установок. Конструкция оборудования представлена в виде экструдера для плавки измельчённой массы, стреноговой головки, для фильтрования полимерного раствора, ванны для охлаждения готового продукта, устройства для нарезки гранул, бункер для сбора гранулятарных частиц.
Оборудование для переработки полимеров
Для второстепенных операций переработка полимеров предусматривает оснащенные механизмы направленного действия - дробительные и измельчительные производственные линии. С их помощью происходит предварительный подготовительный процесс отработанных полимерных изделий к экструзии и агломерационным операциям. Существует три типа разномощностных дробительных линий.
Зависимости от технической оснащенности используемой модели, измельчительные устройства могут осуществлять функции просеивания, для раздела малогабаритных элементов, автоматически мыть и сушить полимерные материалы. Также они оборудуются конвейерными подвижными лентами, металлическими детекторами, противошумной защитой, что существенно упрощает процесс переработки вторичной полимерной массы.
Переработка полимеров - необходимы и экологически безопасный вид деятельности, требующий затрат на специальное оборудование. Наибольший экономический эффект, как правило, достигают предприятия по переработке, оснащенные современными, высокопроизводительными установками. Качественная работа оборудования - залог отличного результата, получения качественного продукта в виде исходного сырья для дальнейшего использования в производстве полимерной продукции.
ВВЕДЕНИЕ
На основе поливинилхлорида (ПВХ) получают более 3000 видов композиционных материалов и изделий, используемых в электротехнической, лёгкой, пищевой, автомобильной промышленности, машиностроении, судостроении, при производстве стройматериалов, медицинского оборудования и т.д., что обусловлено его уникальными физико-механическими, диэлектрическими и другими эксплуатационными свойствами.
Однако в настоящее время применение ПВХ постепенно ограничивается, что связано, прежде всего, с экологическими проблемами, возникающими при эксплуатации изделий, их утилизации и вторичной переработке. При старении полимеров на основе ПВХ наряду с потерей физико-механических свойств наблюдается негативное воздействие на окружающую среду и человека, обусловленное процессами дегидрохлорирования ПВХ, усиливающимися при температуре 50 -- 80 °С (образуются высокотоксичные хлорсодержащие полиароматические соединения).
УТИЛИЗАЦИЯ ВТОРИЧНОГО ПОЛИМЕРНОГО СЫРЬЯ
В настоящее время существуют следующие пути полезного использования вторичного полимерного сырья:
Сжигание с целью получения энергии;
Термическое разложение (пиролиз, деструкция, разложение до исходных мономеров и др.);
Повторное использование;
Вторичная переработка.
Сжигание отходов в мусоросжигательных печах не является рентабельным способом утилизации, поскольку предполагает предварительную сортировку мусора. При сжигании происходит безвозвратная потеря ценного химического сырья и загрязнение окружающей среды вредными веществами дымовых газов.
Значительное место в утилизации вторичного полимерного сырья уделяется термическому разложению как способу преобразования ВПС в низкомолекулярные соединения. Важное место среди них принадлежит пиролизу. Пиролиз - это термическое разложение органических веществ с целью получения полезных продуктов. При более низких температурах (до 600°С) образуются в основном жидкие продукты, а выше 600°С - газообразные, вплоть до технического углерода.
Пиролиз ПВХ с добавлением отходов ПЭ, ПП и ПС при Т=350°С и давлении до 30 атм в присутствии катализатора Фриделя-Крафтса и при обработке смеси водородом позволяет получать много ценных химических продуктов с выходом до 45%, таких, как бензол, толуол, пропан, кумол, альфа-метилстирол и др., а также хлористый водород, метан, этан, пропан. Несмотря на ряд недостатков, пиролиз, в отличие от процессов сжигания ГБО, дает возможность получения промышленных продуктов, используемых для дальнейшей переработки.
Еще одним способом трансформации вторичного полимерного сырья является каталитический термолиз , который предусматривает применение более низких температур. В некоторых случаях щадящие режимы позволяют получать мономеры, например, при термолизе ПЭТФ, ПС и др. Получаемые мономеры могут быть использованы в качестве сырья при проведение процессов полимеризации и поликонденсации. В США из использованных ПЭТФ-бутылок получают дефицитные мономеры - диметилтерефталат и этиленгликоль, которые вновь используются для синтеза ПЭТФ заданной молекулярной массы и структуры, необходимой для производства бутылок.
Наиболее предпочтительными способами утилизации вторичного полимерного сырья с экономической и экологической точек зрения представляется повторное использование и вторичная переработка в новые виды материалов и изделий.
Повторное применение предполагает возвращение в производственный цикл использованной упаковки после ее сбора и соответствующей обработки (мойки, сушки и др. операций), а также получения разрешения санитарных органов на ее повторное применение при непосредственном контакте с пищевыми продуктами. Этот путь пригоден, главным образом, для бутылочной тары из ПЭТФ.
Вторичная переработка отходов получила широкое распространение во многих странах мира. Этим путем смешанные отходы из полимерных материалов могут перерабатываться в изделия различного назначения (строительные панели, декоративные материалы и т.п.). В США, где особенно велико использование полиэтилентерефталатной тары, принята и реализуется национальная программа, в соответствии с которой к началу XXI столетия уровень вторичной переработки бутылок из ПЭТФ будет доведен до 25-30% (по сравнению с 9-10% в начале девяностых годов). Программа предусматривает выполнение четырех этапов: -организация сбора использованной тары у населения; - сортировка собранного сырья;
Переработка (предварительная и окончательная) в изделия народнохозяйственного назначения;
Сбыт получаемых изделий.
Программа предусматривает также создание пунктов сбора по всей стране с привлечением до 50% всего населения, координационных центров, налаживание различных связей, рекламу, публикацию сведений по сбору отходов, создание банка данных, обучение населения, создание "горячих" линий (до 800) для передачи своевременной информации и др. мероприятия. Одним из перспективных направлений в этой области является производство гранулята из отсортированного сырья с использованием различных добавок, повышающих его качество (стабилизаторов, красителей, модификаторов и др.), идущего на переработку в изделия различными способами переработки.
В основе вторичной переработки отходов, например, в Германии лежит "Дуальная система", включающая сортировку и переработку отдельных видов вторичного сырья на предприятиях-производителях материалов и упаковки из них. Для облегчения сбора отходов и направления их на переработку создана система, предусматривающая прием использованной упаковки и ее направление на вторичную переработку при наличии экологической маркировки "Зеленая точка" (Der Grune Punkt). Этот знак обозначает, что данная упаковка подлежит вторичной переработке или повторному использованию, и присваивается упаковкам, прошедшим специальный конкурс, что является основным принципом "Дуальной системы". Обычно для эффективной переработки ВПС его подвергают модификации. Существуют следующие методы модификации ВПС: - химические (сшивание пероксидами, например, пероксидом дикумила, малеиновым ангидридом, кремнийорганическими жидкостями и др.);
Физико-химические (введение различных добавок органической природы, например, технических лигнинов, сажи, термоэластопластов, восков и др.), создание композиционных материалов;
Физические (введение неорганических наполнителей: мела, оксидов, графита и др.) и технологические (варьирование режимов переработки). Введение полиорганосилоксанов совместно с инициирующими добавками и последующей гомогенизацией перерабатываемого сырья позволяет регенерировать сильно изношенные материалы и восстанавливать требуемый уровень их технологических свойств. В зависимости от используемой среды и режима обработки происходит образование привитых сополимеров или пространственно-структурированных систем с образованием поперечных силоксановых связей. Их высокая прочность и низкая плотность молекулярной упаковки в полисилоксанах обеспечивает эластичность материала при одновременном улучшении механических свойств, термостабильности, атмосферо- и химстойкости.
Механические характеристики вторичного ПА из изношенных изделий можно существенно улучшить путем термической обработки сырья различными средами-теплоносителями (вода, минеральное масло и др.) с одновременным ИК-облучением. Термообработка в среде теплоносителя осуществляется по принципу отжига и включает операции нагрева, выдержки и охлаждения. При этом уровень физико-механических показателей определяется видом теплоносителя, режимом термообработки и временем сушки, которое может составлять от 1,5 до 2,5 часов. В основе большинства предлагаемых способов лежит радикальноцепной механизм взаимодействия между активными группами вводимой добавки или наполнителя и окисленными фрагментами базового полимера. Среди всех имеющихся методов наибольший практический интерес представляет композиционные материалы из вторичного полимерного сырья. Одной из функциональных модифицирующих добавок может служить природный полимер - лигнин, являющийся отходом целлюлозно-бумажной и гидролизной переработки древесины. Он представляет собой продукт метаболизма древесины и других растений, накапливаемых в процессе лигнификации в срединной пластинке и клеточной стенке, составляя 30% всей ее массы (остальные 70% приходятся на целлюлозу и гемицеллюлозу).
По своей химической природе лигнин относится к полифункциональным фенолам, основному классу стабилизаторов полимеров, и оказывает достаточно эффективное свето- и термостабилизирующее воздействие на окисляемые и окисленные полимеры. Технология получения из него микронизированного продукта с применением электромагнитного измельчения разработана в МГУПБ.
Помимо эффективного модификатора вторичного полимерного сырья гидролизный лигнин после соответствующей обработки и подготовки в виде гидролизной муки (микролигнина) может быть использован для получения таких ценных в технологии переработки пластмасс продуктов, как ароматические стабилизаторы, антиоксиданты, структурообразователи и модифицирующие добавки для термопластов, наполнители - для реактопластов, сорбенты медицинского назначения типа "ЭКОЛИС" для выведения из организма токсинов, тяжелых металлов и др. вредных для живого организма веществ, в качестве лекарственного препарата при лечении цирроза печени (исследовалось на кроликах), для получения ванилина и др. целей. В ряде европейских стран проблема утилизации использованных пластмассовых упаковок неразрывно связана с налаживанием четкой службы их сбора, сортировки и разделения смешанных отходов, поскольку эти операции являются самыми трудоемкими.
В странах ЕС вопросы утилизации отходов упаковки решаются в рамках единого для этих стран закона, направленного на предупреждение нарастания объемов полимерной упаковки и тары, рациональных способов их утилизации, главным образом вторичной переработкой, организацией рациональной системы сбора и т.д.
Работы в области утилизации вторичного полимерного сырья были начаты в России в конце 70-х - начале 80-х годов.
Вторичная переработка поливинилхлорида
В процессе переработки полимеры подвергаются воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений и окислению, что приводит к изменению структуры материала, его технологических и эксплуатационных свойств. На изменение структуры материала решающее влияние оказывают термические и термоокислительные процессы.
ПВХ - один из наименее стабильных карбоцепных промышленных полимеров. Реакция деструкции ПВХ - дегидрохлорирование начинается уже при температурах выше 100 °С, а при 160 °С реакция протекает очень быстро. В результате термоокисления ПВХ происходят агрегативные и дезагрегативные процессы - сшивание и деструкция.
Деструкция ПВХ сопровождается изменением начальной окраски полимера из-за образования хромофорных группировок и существенным ухудшением физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных характеристик. В результате сшивания происходит превращение линейных макромолекул в разветвленные и, в конечном счете, в сшитые трехмерные структуры; при этом значительно ухудшаются растворимость полимера и его способность к переработке. В случае пластифицированного ПВХ сшивание уменьшает совместимость пластификатора с полимером, увеличивает миграцию пластификатора и необратимо ухудшает эксплуатационные свойства материалов.
Наряду с учетом влияния условий эксплуатации и кратности переработки вторичных полимерных материалов, необходимо оценить рациональное соотношение отходов и свежего сырья в композиции, предназначенной к переработке.
При экструзии изделий из смешанного сырья существует опасность брака из-за разной вязкости расплавов, поэтому предлагается экструдировать первичный и вторичный ПВХ на разных машинах, однако порошкообразный ПВХ практически всегда можно смешивать с вторичным полимером .
Важной характеристикой, определяющей принципиальную возможность вторичной переработки ПВХ отходов (допустимое время переработки, срок службы вторичного материала или изделия), а также необходимость дополнительного усиления стабилизирующей группы, является время термостабильности.
Методы подготовки отходов поливинилхлорида
Однородные производственные отходы, как правило, подвергаются вторичной переработке, причем в случаях, когда глубокому старению подвергаются лишь тонкие слои материала.
В некоторых случаях рекомендуется использовать абразивный инструмент для снятия деструктированного слоя с последующей переработкой материала в изделия, которые не уступают по свойствам изделиям, полученным из исходных материалов.
Для отделения полимера от металла (провода, кабели) используют пневматический способ. Обычно выделенный пластифицированный ПВХ может использоваться в качестве изоляции для проводов с низким напряжением или для изготовления изделий методом литья под давлением. Для удаления металлических и минеральных включений может быть использован опыт мукомольной промышленности, основанный на применении индукционного способа, метод разделения по магнитным свойствам. Для отделения алюминиевой фольги от термопласта используют нагрев в воде при 95…100 °С.
Предлагается негодные контейнеры с этикетками погружать в жидкий азот или кислород с температурой не выше -50 °С для придания этикеткам или адгезиву хрупкости, что позволит затем их легко измельчить и отделить однородный материал, например бумагу.
Энергетически экономичен способ сухой подготовки пластмассовых отходов с помощью компактора. Способ рекомендуется для переработки отходов искусственных кож (ИК), линолеумов из ПВХ и включает ряд технологических операций: измельчение, сепарацию текстильных волокон, пластикацию, гомогенизацию, уплотнение и грануляцию; можно также вводить добавки. Подкладочные волокна отделяются трижды - после первого ножевого дробления, после уплотнения и вторичного ножевого дробления. Получают формовочную массу, которую можно перерабатывать литьем под давлением, содержащую еще волокнистые компоненты, которые не мешают переработке, а служат наполнителем, усиливающим материал.
Предоставлены компанией INVENTRA, входящей в Группу CREON и организовавшей данное мероприятие, собравшее 17 февраля ведущих представителей индустрии в российской столице.
Рециклинг полимеров, столь развитый в европейских странах, в России пока находится в зачаточном состоянии: раздельный сбор отходов не налажен, нормативная база отсутствует, инфраструктуры нет, как нет и сознательности среди большей части населения. Однако игроки рынка смотрят в будущее с оптимизмом, возлагая надежды в том числе на Год экологии, который объявлен в стране в 2017 г. указом Президента.
Третья международная конференция «Вторичная переработка полимеров 2017» , организованная компанией INVENTRA, состоялась в Москве 17 февраля. Партнерами мероприятия выступили Polymetrix, Uhde Inventa-Fischer, Starlinger Viscotec, MAAG Automatik, Erema и Moretto; поддержку оказали Nordson, DAK Americas и PETplanet. Информационный спонсор конференции – журнал «Полимерные материалы».
«Сейчас ситуация не вдохновляет, но ее улучшение – дело времени, – отметил в приветственном слове управляющий директор Группы CREON Сергей Столяров . – При высоких ценах на первичное сырье спрос на переработанные полимеры и изделия из них будет расти. В то же время появление отечественного сырья сместит структуру потребления первичного в сторону волокон и пленок. В этой связи использование вторичных полимеров становится особенно перспективно».
По итогам 2016 г. объем мирового сбора ПЭТФ для вторичной переработки составил 11.2 млн т, сообщила консультант PCI Wood Mackenzie Хелен МакГиу . Основная доля пришлась на страны Азии – 55%, в Западной Европе собрано 17% от мирового объема, в США – 13%. По прогнозу эксперта, к 2020 г. сборы ПЭТФ для рециклинга превысят 14 млн т, а в процентном выражении уровень сбора достигнет 56% (сейчас 53%). Основной рост ожидается за счет азиатских стран, в частности, Китая.
На данный момент наибольший уровень сбора наблюдается в Китае, он составляет 80%, примерно такого же показателя достигли и другие азиатские страны.
По словам г-жи МакГиу, из собранного в 2016 г. ПЭТФ (а это, напомним, 11.2 млн т) производственные потери составили 2.1 млн т, соответственно, хлопьев было получено 9.1 млн т. Основное направление дальнейшей переработки – волокна и нити (66%).
К 2025 г. в Европе будет перерабатываться 60% бытовых отходов, в 2030 г. этот показатель вырастет до 65%. Такие поправки планируются в Рамочную директиву по отходам, сообщил Каспарс Фогельманис , председатель Совета директоров Nordic Plast. Сейчас уровень рециклинга гораздо ниже – в Латвии, например, он составляет всего 21%, в среднем в Европе – 44%.
При этом объемы производимой в Прибалтике пластмассовой упаковки ежегодно растут, наиболее распространенные перерабатываемые полимеры – пленка ПЭНП, ПЭВП и ПП.
В России по итогам 2016 г. потребление вторичного ПЭТФ (reПЭТФ) составило около 177 тыс. т, из них на внутренний сбор пришлось 90%. Как сообщил Константин Рзаев , председатель Совета директоров ГК «ЭкоТехнологии», почти 100% импорта пришлось на ПЭТ-хлопья для производства полиэфирного волокна. Крупнейшие страны-поставщики – это Украина (более 60%), а также Казахстан, Белоруссия, Азербайджан, Литва и Таджикистан.
Константин Рзаев отметил, что в прошлом году уровень сбора впервые превысил 25%, и это позволяет говорить о появлении в России полноценной отрасли, уже представляющей интерес для инвестиций. Сегодня главным потребителем (62% всего объема) и драйвером цены по-прежнему является сегмент вторичного ПЭТ-волокна. Но изменения в законодательстве и тренд к приоритетному использованию вторичных материалов в рамках стратегий Устойчивого Развития транснациональных компаний-производителей (ТНП) обеспечивают благоприятную почву для развития другого ключевого сегмента потребления reПЭТФ – bottle-to-bottle.
За прошедший год не появилось новых крупных производств, потребляющих reПЭТФ, однако постепенно растет его использование в сегменте «лист».
Однако уже в 2017 г. ожидается открытие новых производств вторичного ПЭТ-волокна и расширение существующих, что вместе с курсом рубля будет основным фактором влияния на баланс рынка и цены на reПЭТФ.
Однако есть немало других направлений – пока неразвитых, но достаточно перспективных, где рециклированный ПЭТФ тоже востребован. Как рассказал почетный президент АРПЭТ Виктор Керницкий , это нити для мебельных тканей, обивки автомобилей и различных видов геосинтетики, вспененные материалы для тепло- и звукоизоляции, сорбционные материалы для очистки сточных вод, а также волокна, армирующие битум, для дорожного строительства.
По словам эксперта, существует множество новых технологий переработки и сфер применения, и целью государственной политики должно быть не ограничение применения ПЭТФ, а сбор и рациональное использов ание его отходов.
Тему продолжила Любовь Меланевская , исполнительный директор ассоциации «РусПЭК», которая рассказала о первых итогах введения в России расширенной ответственности производителей (РОП). Она вступила в действие в 2016 г., ее цель – создать постоянный, платежеспособный и растущий спрос на переработку отходов продукции и упаковки. По прошествии года уже можно сделать некоторые выводы, основной из которых – существует ряд проблем, из-за которых механизм по реализации РОП зачастую попросту не работает. Как рассказала на конференции г-жа Меланевская, налицо необходимость изменения и дополнения существующего регулирования. В частности, при декларировании товаров, включая упаковку, производители столкнулись с несовпадением кодов упаковки товаров с кодами, указанными в принятых нормативных актах, вследствие чего многие производители и импортеры не смогли подать декларации, т.к. не нашли себя в регулировании. Решением стал отказ от кодов и предложение перейти на идентификацию упаковки по материалам.
В дальнейшем, считает «РусПЭК», необходимо принятие единой сквозной терминологии для всех элементов РОП и определение однозначных, понятных и прозрачных условий для заключения контрактов с операторами по обращению с отходами. В целом же ассоциация поддерживает закон о РОП как нужный и позитивный для отрасли.
При внедрении и популяризации в стране рециклинга ПЭТФ огромное значение имеет и наличие современных технологий (как правило, их предоставляют иностранные компании). Так, Polymetrix предлагает современные решения по вторичной переработке ПЭТФ, в частности, технологию SSP для рециклинга в пищевой бутылочный полиэтилентерефталат. Сейчас в мире работает 21 такая линия, рассказал Данил Поляков, региональный менеджер по продажам. Технология предполагает переработку бутылок в гранулы для пищевых контейнеров. Первым этапом является мойка, когда происходит полное удаление волокон бумаги и поверхностных загрязнений, а также этикеток и клея. Далее бутылки измельчаются в хлопья, которые сортируются по цвету. Затем идет удаление примесей (дерево, металл, резина, цветные хлопья) до уровня менее 20 ppm.
По словам г-на Полякова, в процессе экструзии возможно получение разнообразных гранул: цилиндрических или сферических, аморфных или кристаллизованных.
Viscotec предлагает своим потребителям технологию переработки ПЭТ-бутылок в листы, говорит представитель компании Герхард Осбергер . Так, реакторы твердофазной поликонденсации viscoSTAR и deCON предназначены для очищения и повышения вязкости ПЭТ-гранул и хлопьев. Их используют после гранулятора, перед производственным экструзионным оборудованием или как самостоятельную установку.
Линия ViscoSHEET способна производить ленту, изготовленную на 100% из вторичного ПЭТФ и полностью пригодную для использования с пищевыми продуктами.
Представитель компании Erema Кристоф Вьосс рассказал о поточном производстве пищевых пластиковых бутылок из ПЭТ-хлопьев. Система VACUREMA® инлайн дает возможность перерабатывать флексы напрямую в готовый термоформовочный лист, бутылочную преформу, в готовую упаковочную ленту или мононить.
Подводя итоги конференции, ее участники определили основные факторы, сдерживающие развитие рециклинга полимеров в России. Главным из них они назвали отсутствие регулирующих нормативных документов:
«Тем не менее, есть еще один фактор, который мы не можем не учитывать, – это общественное сознание, – рассуждает директор конференции Рафаэль Григорян . – К сожалению, наш менталитет сегодня таков, что раздельный сбор отходов воспринимается скорее как баловство, нежели как норма. И какие бы подвижки мы ни наблюдали в других сферах, необходимо прежде всего менять мышление наших сограждан. Без этого даже самая современная инфраструктура окажется бесполезной».
Такими оказались итоги отраслевой конференции “Вторичная переработка полимеров 2017”. С подробным перечнем можно познакомиться в нашем календаре.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
"Гродненский государственный университет имени Янки Купалы"
Факультет строительства и транспорта
Контрольная работа
по дисциплине «Технология материалов»
Переработка полимеров и полимерных материалов
Полимером называется органическое вещество, длинные молекулы которого построены из одинаковых многократно повторяющихся звеньев - мономеров.
Рис. 1. Схема строения макромолекулы полимера:
а) - цепеобразные молекулы; б)- боковые связи
Обладая способностью при определенных условиях последовательно соединяться друг с другом, мономеры образуют длинные цепи (рис. 1) линейной, разветвленной и сетчатой структурами связи- в результате чего получают макромолекулы полимера.
По происхождению полимеры делятся на три группы:
Природные образуются в результате жизнедеятельности растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс. Обычно природные полимеры подвергаются операциям выделения очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки являются искусственные полимеры. Примерами являются натуральный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.
Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются незаменимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной промышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических полимеров – материалов, полученных синтезом из низкомолекулярных веществ и не имеющих аналогов в природе. Синтетические полимеры получают при переработке угля, природного и промышленного газа, нефти и другого сырья. По химической структуре полимеры делятся: линейные, разветвленные, сетчатые и пространственные.
В зависимости от изменения свойств при нагреве, полимеры разделяют на две основные группы: термопластичные и термореактивные. Первые из них образуются на базе новолачных смол, а вторые - на базе резольных смол.
1.Термопластичные полимеры (термопласты) при нагревании размягчаются, переходя сначала в высокоэластичное, а затем в вязко-текучее состояние; при охлаждении они затвердевают. Процесс этот является обратимым, т. е. его можно повторять многократно. К термопластам относят полимеры с линейной и разветвленной структурой связи; у них мономеры связаны один с другим только в одном направлении. При повторном нагревании такие химические связи не разрушаются; молекулы мономеров приобретают гибкость и подвижность. Из термопластов изготовляют изделия прессованием, литьем под давлением, непрерывным выдавливанием (экструзией) и другими способами. Наиболее распространенными термопластами являются полимеризационные материалы (полиэтилен, полипропилен, полихлорвинил, полистирол, фторопласты и другие) и поликонденсационные (полиамидные, полиуретановые, анилино-формальдегидные, феноло-формальдегидные смолы и др.), выпускаемые в виде порошков, крошки, листов, стержней, труб и т. п.
2.Термореактивные полимеры (реактопласты) при нагреве сначала размягчаются, если они были твердыми, а затем переходят в твердое состояние. Процесс этот является необратимым, т. е. при повторном нагреве такие полимеры не размягчаются. К реактопластам относят полимеры с сетчатой или сшитой структурой связи. Такие полимеры образуют в гигантских макромолекулах двух- или трехмерные связи, т.е. их мономеры или линейные молекулы жестко связаны между собою и не способны взаимно перемещаться. Наиболее распространенными реактопластами являются поликонденсационные материалы - фенопласты, получаемые на основе феноло-формальдегидных, полиэфирных, эпоксидных и карбамидных смол. Детали и изделия из термопластов получают горячим прессованием, литьем под давлением, механической обработкой.
В настоящее время изделия из пластических масс производят весьма разнообразными методами. При этом выбор метода изготовления изделий обусловлен видом полимера, его исходным состояние, а также конфигурацией и габаритами изделия.
Основная задача при переработке полимерных материалов заключается в замедлении отрицательных процессов и создании необходимой структуры материала. Самыми простыми приемами для достижения этой цели являются регулирование температуры, давления, скорости нагрева и охлаждения материала. Кроме того, используют стабилизаторы, увеличивающие стойкость материала против старения, пластификаторы, понижающие вязкость материала и повышающие гибкость молекулярных цепей, а также различные наполнители.
Прежде чем перейти к обсуждению разнообразных методов переработки полимеров, напомню, что полимерные материалы могут быть термопластичными или термореактивными (термоотверждающимися). После формования термопластичных материалов под действием температуры и давления перед освобождением из пресс-формы их следует охлаждать ниже температуры размягчения полимера, так как в противном случае они теряют форму. В случае термореактивных материалов такой необходимости нет, поскольку после однократного совместного воздействия температуры и давления изделие сохраняет приобретенную форму даже при его освобождении из пресс-формы при высокой температуре.
При переработке в изделия термопласты подвергают воздействию теплоты, механического давления, кислорода воздуха и света. Чем выше температура, тем материал пластичнее и тем легче проходит процесс переработки. Однако под влиянием высоких температур и названных выше факторов в полимерах происходят разрыв химических связей, окисление, образование новых нежелательных структур, перемещение отдельных участков макромолекул и макромолекул относительно друг друга, ориентация макромолекул в различных направлениях, причем прочность материала в направлении ориентации возрастает, а в поперечном направлении уменьшается. При получении пленок и тонкостенных изделий это явление играет положительную роль, во всех остальных случаях оно вызывает структурную неоднородность и служит причиной возникновения остаточных напряжений.
Особенность переработки в изделия реактопластов состоит в сочетании процессов формования с отверждением, т. е. с химическими реакциями образования сшитой структуры макромолекул. Неполное отверждение ухудшает свойства материала. Достижение необходимой полноты отверждения даже в присутствии катализаторов и при повышенных температурах требует значительного времени, что увеличивает трудоемкость изготовления детали. Окончательно отверждение материала может происходить вне формующей оснастки, так как изделие приобретает устойчивую форму до завершения этого процесса.
При переработке композиционных материалов большое значение имеет адгезия (сцепление) связующего с наполнителем. Величина адгезии может быть повышена путем очистки поверхности наполнителя и сообщения ей химической активности. При плохой адгезии связующего к наполнителю в материале появляются микропоры, которые значительно снижают прочность материала.
Различие по сечению изделия в скоростях охлаждения, в степени кристаллизации, полноте протекания релаксационных процессов для термопластов и степени отверждения для реактопластов приводит также к структурной неоднородности и появлению дополнительных остаточных напряжений в изделиях. Для снижения остаточных напряжений применяют термическую обработку изделий, формирование структуры при переработке и другие технологические приемы.
Все возрастающий объем производства пластических масс требует дальнейшего совершенствования существующих и разработки новых высокопроизводительных технологических процессов переработки полимеров. Дальнейший прогресс в области переработки пластических масс связан с резким повышением производительности перерабатывающего оборудования, сокращением трудоемкости в производстве изделий и повышением их качества. Решение поставленных задач невозможно без применения новых прогрессивных методов переработки, к числу которых относятся различные виды переработки полимеров давлением в твердом агрегатном состоянии.
В основе всех процессов переработки полимеров в твердом состоянии лежит пластическая (вынужденно-эластическая) деформация, которая носит обратимый характер. Вынужденно-эластические деформации в полимерах развиваются под влиянием больших механических напряжений. После прекращения действия деформирующего усилия, при температурах ниже температуры размягчения, вынужденно-эластическая деформация оказывается фиксированной в результате стеклования или кристаллизации материала и деформированное полимерное тело не восстанавливает свою исходную форму.