Что такое полимерные отходы, их переработка и утилизация. Утилизация полимерных материалов, используемых в строительстве Оборудование для вторичной переработки полимеров
Термопласты -это пластмассы, которые после формования изделия сохраняют способность к повторной переработке. Они могут многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении, не теряя своих свойств. Именно этим обусловлен огромный интерес к вторичной переработке термопластовых отходов -как бытовых, так и промышленных.
Состав твердых бытовых отходов (ТБО) в столице заметно отличается от среднего по России. Ежегодно в Москве образуется порядка 110 тыс. т твердых бытовых отходов. Из них полимерных — 8-10 %, а в коммерческих отходах крупных предприятий эта цифра достигает 25 %.
Отдельно в структуре ТБО следует выделить пластиковые бутылки. Ежегодно только в Москве их выбрасывается порядка 50 тыс. т. Согласно результатам Международной научно-практической конференции «Упаковка и окружающая среда», 30 % всех полимерных отходов составляют бутылки из полиэтилена и поливинилхлорида. Однако в настоящее время, по данным ГУП «Промотходы», в Москве и области ежегодно перерабатывается не более 9 тыс. т полимерных отходов, выделенных из ТБО. Причем половина из них — на территории Московского региона. Каковы же причины столь незначительной переработки термопластовых отходов?
Организация сбора
На сегодняшний день задействованы несколько каналов сбора пластмассовых отходов.
Первый и основной из них — сбор и вывоз отходов крупных торговых комплексов. Это сырье представляет собой преимущественно использованную упаковку и считается наиболее «чистым» и лучше всего подходящим для дальнейшего применения.
Второй путь — селективный сбор мусора. На юго-западе Москвы городская администрация совместно с ГУП «Промотходы» проводит такой эксперимент. Во дворах нескольких жилых домов установлены специальные немецкие евроконтейнеры. Крышки у контейнеров с отверстиями: круглые — для ПЭТ-бутылок, большая прорезь — для бумаги. Контейнеры запираются, за ними ведется постоянный надзор. За два года собрано 12т пластиковых бутылок. Сегодня проект включает в себя лишь 19 жилых домов. По мнению экспертов, при охвате территории с проживанием более 1 млн. жителей выгода такой системы становится очевидной.
Третий вариант — сортировка ТБО на специализированных предприятиях (опытно-промышленный центр по сортировке отходов «Котляково», частное предприятие МСК-1, другие мусоросортировочные комплексы). Точно определить объем отсортированных отходов пока довольно сложно, однако доля этого источника вторичного сырья уже заметна. Некоторые коммерческие организации под контролем муниципальных властей организуют собственные пункты приема вторичного сырья (в том числе полимерных отходов) у населения. Там же обычно происходит первичная сортировка и прессование. Тем не менее, таких пунктов в городе крайне мало.
Заметная доля идущего на переработку вторичного сырья нелегально собирается на полигонах. Этим занимаются частные фирмы, а порой и управления самих полигонов. Собранные и отсортированные материалы продаются перекупщикам или напрямую производителям.
При переработке термопластов очень важна однородность используемых полимеров, степень загрязненности, цвет и вид (пленка, бутылки, лом), форма поставляемых отходов (спрессованность, упаковка и т. п.). В зависимости от этих и ряда других параметров степень пригодности конкретной партии к дальнейшей обработке (и, следовательно, ее рыночная стоимость) может заметно колебаться. Дороже всего стоит макулатура.
Сортировку, дробление и прессовку могут производить многочисленные посредники, мусоросортировочные комплексы, сами переработчики, структуры ГУП «Промотходы».
В большинстве случаев применяется ручная сортировка, поскольку соответствующее оборудование дорого и не всегда эффективно.
Переработка полимеров
Собранные и отсортированные отходы могут быть переработаны во вторичный гранулят либо сразу пойти на производство новой продукции (хозяйственные мешки и пакеты, одноразовая посуда, футляры для видеокассет, дачная мебель, полимерные трубы, древесно-полимерные плиты и т. п.).
Переработкой полимерных бытовых отходов в промышленном масштабе в Москве занимается только ОАО НИИ ПМ (производство изделий для нужд городского хозяйства в рамках программы по раздельному сбору мусора в Юго-Западном АО и по заказу столичной мэрии). ГУП «Промотходы» осуществляет дробление, мытье и сушку, далее хлопья по цене 400 $ за т везутся на дальнейшую переработку в НИИ ПМ.
Другие переработчики вторичного сырья либо слишком малы (мощности до 20 т в месяц), либо под видом переработки занимаются дроблением и дальнейшей перепродажей, в лучшем случае добавляют в свою продукцию дробленое сырье. Масштабным производством вторичного гранулята и агломерата в Москве практически никто не занимается.
По другим сведениям (Н.М. Чалая, НПО «Пластик»), переработкой полимеров, содержащихся в московских отходах, занимается множество мелких фирм, для которых эта деятельность не является основной. Ее стараются не афишировать, поскольку принято считать, что использование вторсырья при производстве продукции ухудшает ее качество.
Типичной компанией для данного рынка является производственный кооператив «Вторполимер», работающий напрямую с городской свалкой. Обитающие на свалке бомжи собирают там все пластмассовое: бутылки, игрушки, битые ведра, пленку и т. п. За определенную плату «товар» сдается посредникам, а они доставляют его во «Вторполимер». Здесь отслужившие свой век вещи моются и отправляются на переработку. Их сортируют по цвету, дробят и добавляют в пластмассу, которая идет на изготовление монтажных труб (они применяются при строительстве новых домов для изоляции электропроводки). Закупочная цена грязного пластикового лома — 1 тыс. руб. за т, чистого — 1,5 тыс. Более мелкие партии принимаются по цене 1 и 1,5 руб. за-кг соответственно.
Сортировка полимерных отходов осуществляется вручную. Основной критерий отбора — внешний вид изделия или соответствующая маркировка. Без маркировки упаковку из полистирола, поливинилхлорида или полипропилена визуально не различить. Бутылки чаще всего считают ПЭТ, пленку — полиэтиленом (конкретный вид ПЭ обычно не определяют), хотя она может вполне оказаться ПП или ПВХ. Линолеум — в основном ПВХ, вспененный полистирол (пенопласт) легко идентифицируется визуально, капроновые волокна и изделия технического назначения (шпули, втулки) обычно сделаны из полиамида. Вероятность совпадений при такой сортировке — около 80 %.
Анализ деятельности фирм, работающих на рынке вторичных материалов, позволяет сделать следующие выводы:
1) цены вторичных материалов на рынке определяются степенью их подготовки к переработке. Если взять за 100 % стоимость первичного полиэтиленового гранулята низкой плотности, то цена чистой измельченной подготовленной к переработке полиэтиленовой пленки составляет от 8 до 13 % стоимости первичного полимера. Цена агломерата полиэтилена — от 20 до 30 % стоимости первичного полимера;
2) цена большинства гранулированных вторичных полимеров, усредненных по составу, составляет от 45 до 70 % цены первичных полимеров;
3) цена вторичных полимеров сильно зависит от их цвета, то есть от качества предварительной сортировки полимерных отходов по цветам. Разница в цене вторичных полимеров чистых и смешанных цветов может достигать 10-20 %;
4) цены на изделия, полученные из первичных и вторичных полимеров, как правило, практически одинаковы, что делает использование вторичных полимеров в производстве исключительно выгодным.
В среднем цена на полимерные отходы, выделенные из ТБО, в зависимости от степени подготовленности, партии и вида колеблется от 1 до 8 руб./кг. Цены закупки у переработчиков в зависимости от партии и уровня загрязнения отражены в таблице 1.
| Вид полимера | Цена за грязные отходы, руб. /кг | Цена за чистые отходы, руб. /кг | Цены за чистые отходы, $/т (на апрель 2002 г.) |
| Полистирол | |||
| Полиамид | |||
| Таблица 1 |
Цена чистых отходов из ТБО обычно равна цене промышленных и коммерческих отходов.
Рыночная цена закупки переработчиком полимерных отходов из ТБО складывается из цены закупки посредником у населения (примерно 25 % стоимости), платы за формирование крупнотоннажных партий отходов, сортировку, прессование и даже отмывку для наиболее дорогого (чистого) сырья.
Цены на такие продукты, как агломерат и гранулят, составляют в среднем 12-24 руб./кг (полиамид дороже остальных — 35-50 руб./кг, ПЭТФ — от 20 руб./кг). Дальнейшая переработка повышает прибавочную стоимость в зависимости от вида продукции на 30-200 %.
Инвестиционная привлекательность
По мнению большинства экспертов, вкладывать средства в переработку отходов полимеров выгодно, но только при опоре на государственную поддержку и законодательную базу, ориентированную на интересы переработчиков вторичного сырья.
На сегодня московский рынок складывается из 20-30 небольших компаний, занимающихся переработкой полимерных отходов в основном промышленного происхождения. Для рынка в целом характерны неформальные связи переработчиков с поставщиками, большая доля компаний, для которых этот бизнес является побочным, а также низкие объемы переработки (12-17 тыс. т в год). Можно предположить, что при наличии со стороны переработчиков стабильного спроса на такие отходы объемы предложений будут расти.
Надо заметить, что то количество полимерных отходов, которое реально идет сегодня на вторичную переработку, составляет весьма незначительную часть городских ТБО. И это при том, что спрос на полимеры и изделия из них постоянно повышается, а проблема утилизации отходов все больше беспокоит городские власти.
Сдерживающим фактором при строительстве новых перерабатывающих производств является неразвитость системы сбора отходов и отсутствие серьезных поставщиков. Совпадение интересов частного бизнеса и государства в этой сфере неизбежно должно привести к принятию законов, отвечающих интересам переработчиков вторсырья.
Настоящее и будущее
1. Ежегодный объем переработки ПЭТ в столице — 4-5 тыс. т в год. В планах московских властей стоит организация до 2003 г. системы селективного сбора ПЭТ-тары и создание двух производственных комплексов по ее переработке мощностью 3 тыс. т в год. В настоящее время завершается строительство двух частных производств по переработке ПЭТ совокупной мощностью б тыс. т ежегодно.
В ближайшие месяцы правительством Москвы должны быть приняты нормативные акты, регламентирующие деятельность переработчиков полимеров (точное их содержание пока не известно). Существующих и строящихся мощностей достаточно для обеспечения потребностей рынка. Рассматривается возможность государственной поддержки проектов ГУП «Промотходы» и фирмы «Интэко» (потенциальные мощности по переработке — 7-8 тыс. т в год).
2. Объем переработки ПП в Москве составляет 4-5 тыс. т в год, хотя ежегодно в городе выбрасывается порядка 50-60 тыс. т — в основном это пленка и мешки «биг-бэг». После переработки ПП в виде гранул добавляется в первичное сырье либо целиком идет на производство пластиковой посуды, хозяйственных пакетов и т. п.).
Отсутствие масштабных проектов по вторичному использованию этого полимера (как в случае с ПЭТ) открывает широкие возможности для инвестирования. Наиболее выгодной на данном этапе является переработка вторсырья в гранулят, поскольку в области производства товаров народного потребления конкуренция гораздо жестче.
3. Объем переработки ПЭ — также 4-5 тыс. т в год. Основной вид сырья — пленка, в том числе сельскохозяйственная. Всего же в городе ежегодно выбрасывается порядка 60-70 тыс. т полиэтиленового мусора. Как правило, предприятия, занимающиеся переработкой ПЭ, также имеют дело и с ПП. Одна из крупных компаний, через которую проходит порядка 2,5 тыс. т в год- «Пластполитен».
ПЭ отличает высокая стойкость к загрязнению. Однако существующий запрет на применение вторичного полимерного сырья при изготовлении пищевой упаковки ограничивает возможность сбыта.
Таким образом, наиболее рациональным на сегодня представляется строительство производственного комплекса по переработке отходов полиэтилена, полипропилена и ПЭТ в гранулят.
Это производство обязано включать в себя:
а) сортировку (требует специального обучения персонала для снижения доли другого вида полимера, что очень важно для качества продукта);
б) мойку (наибольшие потенциальные объемы сырья обычно не отсортированы и не отмыты);
в) сушку, дробление, агломерирование.
Экономически наиболее выгодно расположить этот комплекс в ближнем Подмосковье, поскольку цены на электричество, воду, аренду земли и промышленных площадей там существенно ниже, чем в столице (см. таблицу 2).
| Вид полимера | Цена за чистые отходы, $/т | Цена на вторичный гранулят, $/т | Объем в ТБО тыс. т в год |
| Таблица 2 |
Для эффективной работы подобного производства необходима поддержка государства. Возможно, имеет смысл частично пересмотреть существующие санитарные нормы переработки ТБО, а также обязать производителей полимерной продукции делать отчисления на переработку полимерных отходов. Кроме того, должны быть предприняты комплексные меры на уровне правительства Москвы и отдельных >ЖКХ, направленные на развитие системы селективного сбора и создание сети пунктов приема вторичного сырья.
Повышенный интерес государства к утилизации отходов уже отражен в бюджете: с 2002 по 2010 гг. на эти цели планируется израсходовать 519,2 млн. руб. из федерального бюджета. Бюджеты субъектов федерации предполагают выделить до 2010г. 11,4 млрд. руб. на реализацию программы «Отводы».
В 2001 г. Москва затратила на охрану окружающей среды 3,1 млрд. руб. На сегодняшний день стоимость уже реализуемых проектов по переработке бытовых отходов составляет 115,5 млн. руб.
Андрей Голиней,
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.
Вторичная переработка полимеров в России становится все более перспективной. Увеличивается количество проектов по раздельному сбору отходов, а продукция, изготовленная с использованием таких материалов, находит широкое применение в различных отраслях. Однако развитию рынка все еще мешает ряд факторов.
16 февраля в Москве прошла Четвертая международная конференция «Вторичная переработка полимеров 2018». Партнерами стали компании Viscotec и KRONES, генеральным информационным партнером - журнал «Полимерные материалы». Мероприятие прошло при поддержке ГК INTRATOOL, EREMA и PETplanet.
Генеральный директор INVENTRA Рафаэль Григорян, приветствуя собравшихся, отметил, что региональные операторы в перспективе могут стать крупнейшими игроками в сегменте вторичной переработки полимеров. Их основной источник доходов сегодня - оплачиваемый населением тариф по управлению отходами, но объемы поступающих средств могут быть недостаточны для получения прибыли. В данной связи региональные операторы, обладающие обширной ресурсной базой, заинтересованы в сортировке, переработке и производстве товаров из вторсырья, дабы извлечь максимальную выгоду.
Обсуждение состояния дел в сегменте началось с выступления председателя совета директоров ГК «Чистый город» Полины Вергун, которая сообщила, что сфера обращения с отходами в России выглядит следующим образом: 5% отправляются на переработку, 10% - на полигоны, отвечающие экологическим требованиям, а 85% попадают на объекты, которые не обеспечивают экологическую безопасность.
Среди основных проблем отрасли г-жа Вергун выделила: размещение отходов на несанкционированных свалках и отсутствие достаточного количества объектов сферы обращения с отходами. А основные трудности в сегменте вторичной переработки - отсутствие сортировочных и перерабатывающих мощностей, разрозненность рынка и неразвитость системы раздельного сбора.
Решение вышеперечисленных проблем, по словам выступающей, уже найдено: внедрение института регионального оператора в сфере обращения с отходами, запрет на захоронение отдельных компонентов и увеличение ставок и нормативов экологического сбора. Также эксперт отметила, что важно участие малого бизнеса в организации деятельности по обращению с отходами.
«Учитывая проводимую реформу по обращению с отходами, важно начать строительство федеральных экотехнопарков, перерабатывающих вторичное сырье, которое будет отбираться на вводимых в настоящий момент региональных технопарках уже сегодня, т.к. имеющихся перерабатывающих мощностей будет недостаточно для объемов вторсырья в новой системе, - продолжила г-жа Вергун, - в ее рамках проходит взаимодействие на уровне региональных и федеральных экотехнопарков, определяются направления переработки вторичного сырья с целью импортозамещения и вырабатываются совместные решения по усовершенствованию нормативно-правовой базы, в том числе - обоснование увеличения нормативов и ставок утилизации».
Кроме того, выступающая отметила, что в ближайшие несколько лет сбор пластиковых отходов увеличится в разы и не совсем понятно, есть ли на сегодняшний день в России достаточный объем потребления изделий из вторичных полимеров. «Мы готовы на своей территории дать определенные мощности для развития сторонних предприятий, если это будет целесообразно и выгодно обеим сторонам» - резюмировала г-жа Вергун.
Председатель совета директоров «Экотехнологии» Константин Рзаев рассказал о своем видении ситуации и напомнил, что всего в России потребляется 5 млн т полимерного сырья, внушительная часть которых остаётся в использовании на десятки лет (рамы окон, трубы, геоматериалы), а в «мусор» попадает прежде всего полимерная упаковка.
По мнению докладчика, с учетом предполагаемого резкого увеличения сбора пластиковых отходов на сортировках усилиями региональных операторов можно ожидать дополнительно 100–150 тыс. т ПЭТ и еще несколько сотен тысяч тонн другой полимерной упаковки в ближайшие несколько лет.
Г-н Рзаев в продолжение разговора отметил, что предыдущие два-три года задали некоторые тренды в сфере переработки отходов пластмасс, появились факторы, влекущие за собой рост отрасли и новые возможности. Среди таковых докладчик отметил принятие законов 458 и 503 Ф3, введение расширенной ответственности производителя, запуск все большего числа мусоросортировочных комплексов, а также начатую с 2018 г. реализацию запрета на захоронение отходов, в состав которых входят полезные компоненты. Территориальные схемы разработаны почти во всех регионах, примерно треть из них выбрали регоператоров по обращению с ТКО, все больше организаций узнают о расширенной ответственности производителя и экологическом сборе.
Безусловно, экологичность становится трендом. Но у сегмента по-прежнему существуют проблемы: низкие масштабы сбора фракций для переработки, высокая доля игроков, остающихся «в тени», неструктурированность отрасли - изменится ли это в наступившем году? Вопрос остается открытым.
Эксперт оценил потребление вторичного ПЭТФ (в виде ПЭТ-хлопьев) на 2017 г. в 151 тыс. т, из которых внутреннее производство - 136 тыс. т, импортировано примерно 16 тыс. т, а на экспорт ушло 877 т. Практически 100% импорта - ПЭТ-хлопья для производства полиэфирного волокна. Среди крупнейших стран-поставщиков: Украина, Белоруссия-Казахстан-Кыргызстан, Литва, Азербайджан и Великобритания.
Структура потребления вторичного ПЭТФ на сегодняшний день выглядит следующим образом: 65.4% приходится на полиэфирное волокно, около 18% - преформы, 12.7% - лента, шпагат, на пленку и листы - 2.7% и менее 1% - остальные сегменты (смолы и др.) Крупнейшие переработчики - производители полиэфирного волокна («Комитекс», «РБ-Групп», «Технопласт», «Политекс», «Номатекс», «Селена», «Вторком»), «Спекта» (лидер российского рынка упаковочных лент), а также единственный производитель ПЭТ-гранулята пищевого качества завод «Пларус».
Объем поставок вторичного полиэтилена в Россию, для сравнения, в 2014 г. был 1.9 тыс. т, к 2016 г. поднялся до 3.3 тыс т, однако в 2017 г. вновь опустился и составил примерно 3.1 тыс. т. Среди крупнейших поставщиков по данным за прошедший год - Польша (2.2 тыс. т) и Болгария (777 т).
В Европе в среднем производится 492 кг отходов на человека в год, из которых перерабатывается меньшая часть - 42%, а оставшиеся 58% захороняются или сжигаются, сообщил генеральный директор PET Baltija Каспарс Фогельманис в своем докладе, посвященном рециклингу пластмасс в Европе.
Сегодня практически 50% всего собираемого и перерабатываемого объема пластика в ЕС приходится на Францию, Германию и Италию. К этим странам примыкают Испания и Великобритания, формируя пятерку крупнейших игроков и собирая около 71% всего объема отходов в Ес. Европейской Комиссией предложено увеличить процент переработки всего потока пластиковых отходов в ЕС до 55% к 2025 г.
Импорт ПЭТ-отходов в Китай сократился в 3-м квартале 2017 г. на 177.6 тыс. т или 26% по сравнению с показателями за 2016 г., которые составили 517 тыс. т. К концу 2017 г. китайскими властями был запрещен ввоз 24 видов материалов, включая бумагу и пластик. По заявлению правительства страны, впредь они будут принимать только перерабатываемые материалы с уровнем загрязнения не более 0.3%.
Очевидно, что запрет, наложенный Китаем, влияет на переработку по всему миру: это распространяется на страны ЕС-27, где 87% собираемого переработанного пластика доставляется непосредственно или косвенно через Гонконг в Китай. Япония и США также пользуются тем, что Китай скупает их переработанный пластик. В прошлом году Америка экспортировала 1.42 млн т пластиковых отходов, что, по оценке г-на Фогельманиса, принесло Китаю почти $500 млн.
С докладом о механизмах реализации расширенной ответственности производителя (которые предусмотрены двумя способами: самостоятельно или через оплату экологического сбора) выступила исполнительный директор «РусПЭК» Любовь Меланевская.
«По плану государство в 2017 г. должно было собрать 6.5 млрд руб. в качестве экологического сбора, а по факту собрали 1.3 млрд руб. Что нужно, чтобы РОП заработала? Понятные правила игры, равноправный вклад бизнеса, государства и населения, а также поддержка „первых ласточек“ по самостоятельной реализации РОП», - поделилась г-жа Меланевская.
К успеху в сложившейся ситуации, по словам выступающей, может привести синхронное принятие законодательных актов, наделение обязательствами органов власти по внедрению раздельного сбора мусора и ответственностью за недостижение целевых показателей по РСО, а также внедрение инфраструктуры по РСО. Законом по РСО, принятым в конце 2017 г., положено начало перемен. Последуют ли дальнейшие улучшения? Время покажет.
Руководитель проекта «ТехноНИКОЛЬ» Анна Даутова считает, что в России пока отсутствует культура и широкая практика сбора и переработки полистирольных отходов, но этот процесс может возглавить их компания, и тогда важная экологическая проблема в масштабах страны будет решаться.
Переработка полистирольных отходов требует менее 10% от ресурсов, совокупно затраченных на производство первичных полимеров. При этом для выпуска ряда изделий можно в большом объеме использовать вторичные. Говоря о мировом опыте, выступающая отметила, что компании Torox и Ursa - основные игроки на европейском рынке вторпереработки полистирола. По предоставленным докладчиком данным, ежегодно в Европе вторично перерабатывается 50 тыс. т вспененного полистирола, а в Японии, при емкости рынка первичного вспененного полистирола в 132 тыс. т, собирается и используется повторно 125 тыс. т.
Генеральный директор дочерней компании «Ерема» Калоян Илиев представил информацию о предварительной вакуумной обработке при повышенной температуре перед экструзией, благодаря которой в стабильной технологической среде влажность и миграционные вещества удаляются из материала уже до экструзии. Такая обработка и короткий экструзионный шнек обеспечивают непрерывное производство одобренных для пищевого применения ПЭТФ-гранул с высокими и стабильными значениями вязкости и хорошими показателями цвета.
Повышаются мировые показатели по сбору отходов, Азия - лидер. Законодательство становится строже: поощряется переработка материалов и одновременно вводятся ограничения по захоронению отходов и использованию энергии, что, однозначно, должно отразиться на мировой экологии положительно, сообщил начальник отдела продаж Krones Питер Хартель и рассказал о решениях компании по переработке пластмасс. Модульные системы Krones полностью адаптируются под индивидуальные потребности и могут поставляться как отдельными машинами, так и в виде заводов под ключ. Технология переработки MetaPure позволяет получать хлопья или гранулы различного качества, вплоть до ПЭТ пищевого класса в соответствии с FDA и другими системами сертификации.
В завершение разговор зашел о ПЭТ-упаковке. По утверждению представителя Starlinger Viscotec Герхарда Оссбергера, есть три условия успешной ПЭТ-упаковки: оптический вид (яркий цвет, полная прозрачность и никаких дефектов), пищевая безопасность (100% безопасная упаковка для здоровья человека), механические характеристики (максимальная возможность штабелирования и складирования, прочность). Сушка deCON и экструзионная линия viscoSHEET удаляет пыль, чтобы уменьшить визуальные дефекты, сушит сырьё для обеспечения максимальной вязкости и при этом максимальной прочности, а также очищает входящее вторичное сырьё для 100% пищевой безопасности. Таким образом Viscotec создаёт качественную «защиту» для товара.
В процессе эксплуатации изделий из полимеров появляются отходы.
Бывшие в употреблении полимеры под действием температуры, окружающей среды, кислорода воздуха, различных излучений, влаги в зависимости от продолжительности этих воздействий изменяют свои свойства. Значительные объемы полимерных материалов, которые эксплуатируются на протяжении длительного времени и выбрасываются на свалки, загрязняют окружающую среду, поэтому проблема утилизации полимерных отходов чрезвычайно актуальна. Вместе с тем, эти отходы являются хорошим сырьем при соответствующей корректировке композиций для изготовления изделий различного назначения.
К бывшим в употреблении полимерным строительным материалам относятся полимерные пленки, используемые для накрытия парников, для упаковки строительных материалов и изделий; настилы полов коровников: рулонные и плиточные полимерные материалы для полов, отделочные материалы для стен и потолков; теплозвукоизоляционные полимерные материалы; емкости, трубы, кабели, погонажные и профильные изделия и т.д.
В процессе сбора и утилизации вторичного полимерного сырья применяются различные методы идентификации полимеров. Среди множества методов наиболее распространены следующие:
· ИК–спектроскопия (сравнение спектров известных полимеров с утилизируемыми);
· ультразвук (УЗ). В основу положено затухание УЗ. Определяется индекс HL по отношению затухания звуковой волны к частоте. УЗ–прибор подключается к компьютеру и устанавливается на технологическую линию утилизации отходов. Например, индекс HL ПЭНП 2,003 10 6 сек с отклонением 1,0%, а HL ПА-66 - 0,465 10 6 сек с отклонением ± 1,5%;
· рентгеновские лучи;
· лазернопиролизная спектроскопия.
Разделение смешанных (бытовых) отходов термопластов по видам проводят следующими основными способами: флотационным, разделением в жидких средах, аэросепарацией, электросепарацией, химическими методами и методами глубокого охлаждения . Наибольшее распространение получил метод флотации, который позволяет разделять смеси таких промышленных термопластов, как ПЭ, ПП, ПС и ПВХ. Разделение пластмасс производится при добавлении в воду поверхностно-активных веществ, которые избирательно изменяют их гидрофильные свойства. В некоторых случаях эффективным способом разделения полимеров может оказаться растворение их в общем растворителе или в смеси растворителей. Обрабатывая раствор паром, выделяют ПВХ, ПС и смесь полиолефинов; чистота продуктов - не менее 96%. Методы флотации и разделения в тяжелых средах являются наиболее эффективными и экономически целесообразными из всех перечисленных выше.
Переработка полиолефинов, бывших в употреблении
Отходы сельскохозяйственной ПЭ пленки, мешков из-под удобрений, трубы различного назначения, вышедшие из эксплуатации, отходы других источников, а также смешанные отходы подлежат утилизации с последующим их использованием. Для этого применяют специальные экструзионные установки для их переработки. При поступлении полимерных отходов на переработку показатель текучести расплава должен быть не менее 0,1 г/10 мин.
Перед тем как начать переработку, производят грубое разделение отходов, учитывая их отличительные признаки. После чего материал подвергается механическому измельчению, которое может быть как при нормальной (комнатной) температуре или при криогенном способе (в среде хладоагентов, например, жидкого азота). Измельченные отходы подают в моечную машину на отмывку, производимую в несколько приемов специальными моющими смесями. Отжатую в центрифуге массу с влажностью 10–15% подают на окончательное обезвоживание в сушильную установку, до остаточного содержания влаги 0,2%, а затем в экструдер. Расплав полимера подается шнеком экструдера через фильтр в стренговую головку. На фильтре кассетного или перемоточного типа производится очистка расплава полимера от различных примесей. Очищенный расплав продавливается через стренговые отверстия головки, на выходе из которой происходит обрезка стренг ножами на гранулы определенного размера, которые затем падают в охлаждающую камеру. Проходя специальную установку, гранулы обезвоживаются, сушатся и затариваются в мешки. В случае, если необходимо переработать тонкие ПО пленки, то вместо экструдера применяют агломератор.
Cушку отходов производят различными методами, применяя полочные, ленточные, ковшовые, с «кипящим» слоем, вихревые и другие сушилки, производительность которых достигает 500 кг/ч. Из-за низкой плотности пленка всплывает, а грязь оседает на дне.
Обезвоживание и сушку пленки осуществляют на вибросите и в вихревом сепараторе, ее остаточная влажность составляет не более 0,1%. Для удобства транспортировки и последующей переработки в изделия производят грануляцию пленки. В процессе гранулирования происходит уплотнение материала, облегчается его дальнейшая переработка, усредняются характеристики вторичного сырья, в результате чего получают материал, который можно перерабатывать на стандартном оборудовании.
Для пластикации измельченных и очищенных отходов полиолефинов применяют одночервячные экструдеры с длиной шнека (25–33) D , оснащенные фильтром непрерывного действия для очистки расплава и имеющие зону дегазации, позволяющие получать гранулы без пор и включений. При переработке загрязненных и смешанных отходов используют дисковые экструдеры специальной конструкции, с короткими многозаходными червяками длиной (3,5–5) D , имеющими цилиндрическую насадку в зоне выдавливания. Материал плавится за короткий промежуток времени, причем обеспечивается быстрая гомогенизация расплава. Изменяя зазор между конусной насадкой и кожухом, можно регулировать усилие сдвига и силу трения, изменяя при этом режим плавления и гомогенизации переработки. Экструдер снабжен узлом дегазации.
Получение гранул производится в основном двумя способами: грануляцией на головке и подводным гранулированием. Выбор способа гранулирования зависит от свойств перерабатываемого термопласта и, особенно, от вязкости его расплава и адгезии к металлу. При грануляции на головке расплав полимера выдавливается через отверстие в виде стренг, которые отрезаются скользящими по фильерной плите ножами. Полученные гранулы размером 4– 5 мм (по длине и диаметру) ножом отбрасываются от головки в камеру охлаждения, а затем подаются в устройство отжима влаги.
При использовании оборудования с большой единичной мощностью применяют подводное гранулирование. При этом способе расплав полимера выдавливается в виде стренг через отверстия фильерной плиты на головке. Пройдя ванну охлаждения с водой, стренги поступают на устройство резки, где они режутся на гранулы вращающимися фрезами.
Температура охлаждающей воды, поступающей в ванну по противотоку движения стренг, поддерживается в пределах 40–60 °С, а количество воды составляет 20–40 м 3 на 1 т гранулята.
В зависимости от типоразмера экструдера (величины диаметра шнека и его длины) варьируется производительность, зависящая от реологических характеристик полимера. Число выходных отверстий в головке может быть в пределах 20–300.
Из гранулята получают упаковки для товаров бытовой химии, вешалки, детали строительного назначения, поддоны для транспортировки грузов, вытяжные трубы, облицовку дренажных каналов, безнапорные трубы для мелиорации и другие изделия, которые характеризуются пониженной долговечностью в сравнении с изделиями, полученными из первичного полимера. Исследования механизма процессов деструкции, протекающих при эксплуатации и переработке полиолефинов, их количественное описание позволяют сделать вывод о том, что получаемые изделия из вторичного сырья должны обладать воспроизводимыми физико-механическими и технологическими показателями.
Более приемлемым является добавление вторичного сырья к первичному в количестве 20–30%, а также введение в полимерную композицию пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей до 40–50%. Химическая модификация вторичных полимеров, а также создание высоконаполненных вторичных полимерных материалов позволяет еще шире использовать полиолефины, бывшие в употреблении.
Модификация вторичных полиолефинов
Методы модификации вторичного полиолефинового сырья можно разделить на химические (сшивание, введение различных добавок, главным образом органического происхождения, обработка кремнийорганическими жидкостями и др.) и физико-механические (наполнение минеральными и органическими наполнителями).
Например, максимальное содержание гель-фракции (до 80%) и наиболее высокие физико-механические показатели сшитого ВПЭНП достигаются при введении 2–2,5% пероксида дикумила на вальцах при 130 °C в течение 10 мин. Относительное удлинение при разрыве такого материала - 210%, показатель текучести расплава составляет 0,1–0,3 г/10 мин. Степень сшивания уменьшается с повышением температуры и увеличением продолжительности вальцевания в результате протекания конкурирующего процесса деструкции. Это позволяет регулировать степень сшивания, физико-механические и технологические характеристики модифицированного материала. Разработан метод формования изделий из ВПЭНП путем введения пероксида дикумила непосредственно в процессе переработки и получены опытные образцы труб и литьевых изделий, содержащих 70–80 % гель-фракции.
Введение воска и эластопласта (до 5 масс. ч.) значительно улучшает перерабатываемость ВПЭ, повышает показатели физико-механических свойств (особенно относительное удлинение при разрыве и стойкость к растрескиванию - на 10% и с 1 до 320 ч соответственно) и уменьшают их разброс, что свидетельствует о повышении однородности материала.
Модификация ВПЭНП малеиновым ангидридом в дисковом экструдере также приводит к повышению его прочности, теплостойкости, адгезионной способности и стойкости к фотостарению. При этом модифицирующий эффект достигается при меньшей концентрации модификатора и меньшей продолжительности процесса, чем при введении эластопласта. Перспективным способом повышения качества полимерных материалов из вторичных полиолефинов является термомеханическая обработка кремнийорганическими соединениями. Этот способ позволяет получать изделия из вторичного сырья с повышенной прочностью, эластичностью и стойкостью к старению.
Механизм модификации заключается в образовании химических связей между силоксановыми группами кремнийорганической жидкости и непредельными связями и кислородосодержащими группами вторичных полиолефинов.
Технологический процесс получения модифицированного материала включает следующие стадии: сортировка, дробление и отмывка отходов; обработка отходов кремнийорганической жидкостью при 90±10 °C в течение 4–6 ч; сушка модифицированных отходов методом центрифугирования; перегрануляция модифицированных отходов.
Помимо твердофазного способа модификации предложен способ модификации ВПЭ в растворе, который позволяет получать порошок ВПЭНП с размером частиц не более 20 мкм. Этот порошок может быть использован для переработки в изделия методом ротационного формования и для нанесения покрытий методом электростатического напыления.
Наполненные полимерные материалы на основе вторичного полиэтиленового сырья
Большой научный и практический интерес представляет создание наполненных полимерных материалов на основе вторичного полиэтиленового сырья. Использование полимерных материалов из вторичного сырья, содержащих до 30% наполнителя, позволит высвободить до 40% первичного сырья и направить его на производство изделий, которые нельзя получать из вторичного (напорные трубы, упаковочные пленки, транспортная многооборотная тара и др.).
Для получения наполненных полимерных материалов из вторичного сырья можно использовать дисперсные и армирующие наполнители минерального и органического происхождения, а также наполнители, которые можно получать из полимерных отходов (измельченные отходы реактопластов и резиновая крошка). Наполнению можно подвергать практически все отходы термопластов, а также смешанные отходы, которые для этой цели использовать предпочтительней и с экономической точки зрения.
Например, целесообразность применения лигнина связана с наличием в нем фенольных соединений, способствующих стабилизации ВПЭ при эксплуатации; слюды - с получением изделий, обладающих низкой ползучестью, повышенной тепло- и атмосферостойкостью, а также характеризующихся небольшим износом перерабатывающего оборудования и низкой стоимостью. Каолин, известняк, сланцевая зола, угольные сферы и железо применяются как дешевые инертные наполнители.
При введении в ВПЭ мелкодисперсного фосфогипса, гранулированного в полиэтиленовом воске, получены композиции, имеющие повышенное удлинение при разрыве. Этот эффект можно объяснить пластифицирующим действием полиэтиленового воска. Так, прочность при разрыве ВПЭ, наполненного фосфогипсом, на 25% выше, чем у ВПЭ, а модуль упругости при растяжении больше на 250%. Усиливающий эффект при введении во ВПЭ слюды связан с особенностями кристаллического строения наполнителя, высоким характеристическим отношением (отношением диаметра чешуйки к толщине), причем применение измельченного, порошкообразного ВПЭ позволяет сохранить строение чешуек при минимальном разрушении.
Среди полиолефинов наряду с полиэтиленом значительные объемы приходятся на производство изделий из полипропилена (ПП). Повышенные прочностные свойства ПП в сравнении с полиэтиленом и стойкость его по отношению к окружающей среде свидетельствует об актуальности его рециклинга. У вторичного ПП содержится ряд примесей, таких как Ca, Fe, Ti, Zn, которые способствуют зародышам кристаллообразования и созданию кристаллической структуры, что приводит к повышению жесткости полимера и большим значениям как исходного модуля упругости, так и квазиравновесного. Для оценки механической работоспособности полимеров используют метод релаксационных напряжений при различных температурах. Вторичный ПП в одних и тех же условиях (в диапазоне температур 293–393 К) выдерживает гораздо большие механические напряжения без разрушения, чем первичный, что позволяет использовать его для изготовления жестких конструкций.
Переработка полистирола, бывшего в употреблении
Полистирольные пластики, бывшие в употреблении, могут быть использованы в следующих направлениях: утилизация технологических отходов ударопрочного полистирола (УПС) и акрилонитрилбутадиен-стирольного (АБС) – пластика методами литья под давлением, экструзии и прессования; утилизация изношенных изделий, отходов пенополистирола (ППС), смешанных отходов, утилизация сильно загрязненных промышленных отходов .
Значительные объемы полистирола (ПС) приходятся на вспененные материалы и изделия из них, плотность которых находится в пределах 15–50 кг/м 3 . Из этих материалов изготавливают матрицы форм для упаковки, кабельную изоляцию, ящики для затаривания овощей, фруктов и рыбы, изоляцию холодильников, рефрижератов, поддоны для ресторанов фаст-фуд, опалубку, теплозвукоизоляционные плиты для изоляции зданий и сооружений и т.д. Кроме того, при транспортировании бывших в употреблении таких изделий резко снижаются транспортные расходы из-за низкой насыпной плотности отходов вспененного ПС.
Один из основных методов рециклинга отходов вспененного полистирола - механический способ переработки. Для агломерации применяют специально разработанные машины, а для экструдирования - двухшнековые экструдеры с зонами дегазации.
Пункт потребителя является основным местом размещения оборудования для механического рециклинга отходов изделий из вспененного полистирола, бывших в употреблении. Загрязненные отходы вспененного ПС подлежат осмотру и сортируются. При этом извлекаются загрязнения в виде бумаги, металла, других полимеров и различных включений. Полимер измельчается, моется и подвергается сушке. Для обезвоживания полимера используется метод центрифугирования. Окончательное измельчение производится в барабане, а из него отходы поступают в специальный экструдер, в котором подготовленный к переработке полимер сжимается и расплавляется при температуре около 205–210 °C. Для дополнительной очистки расплава полимера устанавливается фильтр, который работает по принципу перемотки фильтрующего материала или кассетного типа. Отфильтрованный расплав полимера поступает в зону дегазации, где шнек имеет более глубокую нарезку в сравнении с компрессионной зоной. Далее расплав полимера поступает в стренговую головку, стренги охлаждаются, сушатся и гранулируются. В процессе механической регенерации отходов ПС происходят процессы деструкции и структурирования, поэтому важно, чтобы материал подвергался минимальному напряжению сдвига (функция геометрии шнека, числа оборотов и вязкости расплава) и малому времени пребывания под термомеханической нагрузкой. Снижение деструктивных процессов производится за счет галогенирования материала, а также введения в полимер различных добавок.
Механический рециклинг вспененного полистирола регулируется исходя из области применения вторичного полимера, например, для получении изоляции, картона, облицовки и т.д.
Существует метод деполимеризации отходов полистирола. Для этого отходы ПС или вспененного ПС измельчаются, загружаются в герметический сосуд, нагреваются до температуры разложения, а выделяющийся вторичный стирол охлаждается в холодильнике и полученный таким образом мономер собирается в герметическом сосуде. Метод требует полной герметизации процесса и значительных энергозатрат.
Переработка поливинилхлорида (ПВХ), бывшего в употреблении
Рециклинг вторичного ПВХ предусматривает переработку бывших в употреблении пленок, фитингов, труб, профилей (в т.ч. оконных рам), емкостей, бутылок, плит, рулонных материалов, кабельной изоляции и т.д.
В зависимости от состава композиции, которая может состоять из винипласта или пластиката и назначения вторичного ПВХ, способы рециклинга могут быть различными.
Для вторичного использования отходы ПВХ продукции подвергаются мойке, сушке, измельчению и сепарации различных включений, в т.ч. металлов. Если изделия изготовлены из композиций на основе пластифицированного ПВХ, то чаще всего используют криогенное измельчение. Если изделия изготовлены из жесткого ПВХ, то применяют механическое дробление.
Пневматический способ применяют для отделения полимера от металла (провода, кабели). Выделенный пластифицированный ПВХ может перерабатываться методом экструзии или литья под давлением. Метод разделения по магнитным свойствам может быть использован для удаления металлических и минеральных включений. Для отделения алюминиевой фольги от термопласта используют нагрев в воде при 95–100 °C.
Отделение этикеток от негодных контейнеров производится методом его погружения в жидкий азот или кислород с температурой около –50 °C, что придает этикеткам или адгезиву хрупкость и позволяет затем их легко измельчить и отделить однородный материал, например, бумагу. Для переработки отходов искусственных кож (ИК), линолеумов на основе ПВХ предлагается способ сухой подготовки пластмассовых отходов с помощью компактора. Он включает ряд технологических операций: измельчение, сепарацию текстильных волокон, пластикацию, гомогенизацию, уплотнение и грануляцию, где можно также вводить добавки.
Отходы кабеля с ПВХ изоляцией поступают в дробилку и транспортером подаются в загрузочный бункер криогенной шахты, которая представляет собой герметичную емкость со специальным транспортирующим шнеком. В шахту подается жидкий азот. Охлажденные дробленые отходы выгружаются на станок для измельчения, а оттуда они поступают на устройство для сепарации металлических включений, где хрупкий полимер осаждается и пропускается через электростатическую корону барабана сепаратора и там производится извлечение меди.
Значительные объемы бутылок из ПВХ, бывших в употреблении, требуют различных методов их утилизации. Заслуживает внимания метод разделения ПВХ от различных примесей по плотности раствора нитрата кальция в ванне.
Механический процесс рециклинга ПВХ бутылок предусматривает основные стадии процесса переработки отходов вторичных термопластов, но в отдельных случаях имеет свои отличительные особенности.
В процессе эксплуатации различных зданий и сооружений образуются значительные объемы металлопластиковых оконных рам на основе ПВХ композиций, бывших в употреблении. Поступающие на повторную переработку ПВХ рамы с каркасом, бывшие в употреблении, содержат приблизительно 30 %масс. ПВХ и 70 %масс. стекла, металла, дерева и резины. В среднем оконная рама содержит около 18 кг ПВХ. Поступающие рамы сгружаются в емкость шириной 2,5 м и длиной 6,0 м. Затем они спрессовываются на горизонтальном прессе и превращаются в секции длиной в среднем до 1,3–1,5 м, после чего материал допрессовывается с помощью катка и поступает на измельчитель, в котором ротор вращается с регулируемой скоростью. Крупная смесь из ПВХ, металла, стекла, резины и древесины подается на конвейер, а затем на магнитный сепаратор, где происходит отделение металла, а после чего материал поступает на вращающий сепарационный металлический барабан. Эта смесь классифицируется на частицы размером <4 мм, 4–15 мм, 15–45 мм, >45 мм.
Фракции (>45 мм) больше обычного размера возвращаются на повторное дробление. Фракцию размером 15–45 мм отправляют на разделитель металла, а затем к отделителю резины, представляющему собой вращающийся барабана с резиновой изоляцией.
После удаления металла и резины эту грубую фракцию отправляют назад на измельчение для дальнейшего уменьшения размера.
Полученная смесь размером частиц 4– 15 мм, состоящая из поливинилхлорида, стекла, мелкого остатка и деревянных отходов из силоса подается через сепаратор на барабанное сито. Здесь материал разделяется снова на две фракции размером частицы: 4–8 и 8– 15 мм.
Для каждого диапазона размера частицы используются по две отдельных линий обработки, которые в общей сложности составляют четыре линии обработки. Разделение дерева и стекла имеет место в каждой из этих линий обработки. Дерево отделяется путем использования наклонных вибрирующих воздушных сит. Дерево, которое легче относительно других материалов, транспортируется вниз потоком воздуха, а более тяжелые частицы (поливинилхлорид, стекло) транспортируются вверх. Разделение стекла выполнено в подобной манере на последующих ситах, где более легкие частицы (т.е. поливинилхлорид), транспортируются вниз, в то время как тяжелые частицы (т.е. стекло) транспортируются вверх. После удаления дерева и стекла соединяются фракции поливинилхлорида от всех четырех линий обработки. Металлические частицы обнаруживаются и удаляются с помощью электроники.
Очищенный поливинилхлорид поступает в цех, где он увлажняется и гранулируется до размера 3– 6 мм, после чего гранулы сушатся горячим воздухом до определенной влажности. Поливинилхлорид разделяется на четыре фракции размером частиц 3, 4, 5 и 6 мм. Любые гранулы с завышенными размерами (то есть > 6 мм) возвращаются на участок для повторного измельчения. Резиновые частицы отделяются от поливинилхлорида на вибрационных ситах.
Заключительный этап заключается в оптикоэлектронном процессе сортировки цвета, который отделяет белые частицы поливинилхлорида от цветных. Это выполняется для фракций каждого размера. Так как количество цветного поливинилхлорида является небольшим по сравнению с белым поливинилхлоридом, производится сортировка по размеру белых фракций поливинилхлорида, которые сохраняются в отдельных бункерах, пока цветные потоки поливинилхлорида смешиваются и сохраняются в одном бункере.
У процесса есть некоторые специальные особенности, которые делают операции экологически чистыми. Загрязнения воздуха не происходит, так как измельчение и воздушная сепарация оснащены системой извлечения пыли, собирающей пыль, бумагу и фольгу в воздушном потоке и подающей их в ловушку микрофильтра. Измельчитель и барабанное сито изолированы, чтобы уменьшить возникновение шума.
Во время мокрого измельчения и мытья поливинилхлорида от загрязнений вода подается на повторную очистку.
Переработанный поливинилхлорид используется в производстве новых профилей окна, полученных методом соэкструзии. Чтобы получить высокое качество поверхности, требуемое для оконных рам, профили которых получены методом соэкструзии, внутренняя поверхность рам выполнена из вторичного переработанного поливинилхлорида, а внешняя поверхность - из первичного поливинилхлорида. Новые рамы включают 80% веса переработанного поливинилхлорида и по механическим и эксплуатационным свойствам сопоставимые с рамами, изготовленными из 100% первичного поливинилхлорида.
К основным методам переработки отходов поливинилхлоридных пластиков относятся литье под давлением, экструзия, каландрование, прессование.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
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.
