Свойства: поведение вторичного сырья при переработке. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов Оборудование для вторичной переработки полимеров

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

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.

Введение

Вторичная переработка однородных полимеров - относительно простая задача, если их структура сохранилась и ни во время изготовления, ни во время первичного использования не было значительной деструкции (см., например, ). Разумеется, процесс деструкции, следствием которого могут быть структурные и морфологические изменения, вызванные уменьшением молекулярной массы, образованием ветвей, других химических групп и т. п., приводит к существенному ухудшению всех физических свойств. Если вторичные материалы, сохранившие свои свойства, могут быть использованы в тех же приложениях, что первичные полимеры, то вторичные материалы с пониженными свойствами менее можно использовать только в специфических приложениях. Поэтому при механической повторной переработке однородных полимеров задача заключается в том, чтобы избежать дальнейшей деструкции в ходе технологического процесса, то есть избежать ухудшения свойств конечного материала. Этого можно достичь правильным выбором оборудования для переработки, условий переработки (см. главы 4 и 8) и введением стабилизаторов (см. главы 3 и 7).

В этой главе мы рассмотрим связь свойств однородных полимеров с условиями их переработки (в том порядке, в котором свойства полимеров изменяются с увеличением числа шагов переработки), а также с типом применяемых машин; кроме того, мы исследуем зависимость свойств от исходной структуры.

Вторичная переработка полиолефинов и поливинилхлорида

Введение

Механическая переработка полиолефинов составляет очень важную область индустрии вторичной переработки. Разумеется, основная доля здесь приходится на сырьевые полиолефины и, соответственно, выпускается огромное число изделий из полиолефинов, а относительная легкость их сбора обусловливает простую и экономичную вторичную переработку. Как и в случае других полимеров, конечные свойства и экономическая ценность полиолефинов зависят от степени деструкции при первичном использовании и от условий вторичной переработки. Кроме того, химическое строение полиолефинов имеет очень важное значение для формирования свойств вторично переработанного полимера.

Полиэтилены

Различные структурные типы коммерческих полиэтиленов (ПЭ) сильно влияют на поведение этих материалов при вторичной переработке. Разумеется, развет-вленность (короткими или длинными цепями) влияет на кинетику деструкции, а далее и на конечные свойства повторно переработанного материала, испытавшего нескольких этапов переработки. Это поведение имеет особое значение для тех пластмасс, которые подвергаются не только термомеханической деструкции во время переработки, но также и другим деструктивным воздействиям при дальнейшем использовании. Фотоокисление и прочие виды деструкции вызывают различные структурные и морфологические изменения, зависящие от строения ПЭ.

Вторичная переработка ПЭ рассмотрена в нескольких монографиях и во множестве статей .

Соотношение свойства/этапы переработки будет рассмотрено как на примере различных типов коммерческих ПЭ, так и различных типов деструкции, которую испытывает материал при его использовании.

Полиэтилен высокой плотности

Главным источником рекуперированного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) являются емкости для жидкостей и упаковочная пленка; кроме того, растет объем вторичной переработки тары из-под автомобильного топлива. Во всех случаях молекулярная масса этих бывших в употреблении изделий из ПЭВП остается весьма высокой, потому что деструкция, испытываемая материалом этого типа, при краткосрочном использовании весьма незначительна. Последнее обстоятельство предполагает, что свойства вторично переработанного материала близки к таковым у исходного полимера. В табл. 5.1 приводится сравнение образцов ПЭВП, полученных из переработанных бутылок, и из исходного полимера. Хорошо видно, что большая часть свойств очень близка. Как отмечалось выше, это результат кратковременного использования бутылок и отсутствия существенной деструкции, хотя некоторое изменение строения все же, возможно, имело место во время вторичной переработки; на это указывает расширение молекулярно-массового распределения. Кроме того, значительно различаются модуль упругости и относительное удлинение при разрыве, и у переработанного материала несколько выше прочность при растяжении.

Эти различия могут быть результатом небольших изменений в структуре и морфологии. В частности, при переработке расплава ПЭ могут происходить как разрывы цепей (с уменьшением молекулярной массы), так и ветвление (увеличение молекулярной массы), на фоне которых реакции сшивания с трудом определяются по измерениям молекулярной массы, а они могут изменить конечные свойства вторичного материала.

Вторично переработанные полимеры испытывают, по крайней мере, два-три цикла переработки, и в каждом из них плавление вызывает дополнительную деструкцию материала. Кроме того, увеличение количества вторично переработанных полимеров и использование смесей из вторично переработанных и первичных материалов (см. главу 6) ведет к тому, что значительная доля рекуперированных пластиков перерабатывается вновь и вновь. Это означает, что свойства таких многократно переработанных полимерных материалов постоянно изменяются с увеличением числа циклов переработки в сторону их ухудшения. Например, в табл. 5.2 показаны изменения некоторых свойств образца из ПЭВП (канистра для топлива) после 15 циклов вторичной переработки литьем под давлением.

Хорошо видно, что изменения механических свойств относительно невелики, хотя показатель текучести расплава уменьшается значительно. Последнее обстоятельство можно объяснить сильной зависимостью вязкости от молекулярной массы и это означает, что обрабатываемость материала существенно изменилась.

Результат ясно показывает, что свойства восстановленного ПЭВП зависят не только от свойств утилизированных продуктов, но также от характера и числа циклов переработки. Кроме того, как на свойства расплавов, определяющих обрабатываемость полимера, так и на свойства твердого материала до некоторой степени влияет вторичная переработка

Таким образом, необходимо знать связь между свойствами и циклами переработки, чтобы иметь возможность до некоторой степени предусмотреть вероятные характеристики вторично переработанных пластмасс и, следовательно, определить доступные для этих материалов сферы применения. Разумеется конечные свойства будут зависеть не только от числа циклов переработки, но также от свойств рекуперированных материалов, от характера переработки и ее условий.

На рис. 5.1 показаны кривые течения образца ПЭВП (канистра). Данные относятся к образцам, прошедшим через несколько циклов переработки на одно-шнековом экструдере. Вязкость уменьшается с увеличением числа циклов вторичной переработки во всем диапазоне скоростей сдвига. Это означает, что при повторных экструзиях термомеханические напряжения, действующие на расплав, вызывают определенную деструкцию полимера. Эта простая схема, однако она находится в противоречии с тем, что наблюдалось для того же образца, проходившего через двухшнековый экструдер (рис. 5.2). В этом случае ситуация н -сколько сложнее, поскольку небольшое уменьшение вязкости имеет место только при высоких скоростях сдвига, а при низких скоростях эффект обратный Термомеханическое напряжение вызывает как разрывы цепей, так и молекулярный рост, главным образом, из-за образования длинных боковых ветвей и сшивания . Конечное молекулярное строение зависит от относительного вклада этих двух процессов. В частности, увеличение температуры и времени переработки (на одношнековом экструдере) благоприятно для разрыва цепей, в результате чего вязкость конечного расплава уменьшается. Кроме того, характер конкуренции между двумя механизмами может изменяться при избытке кислорода во время переработки или в зависимости от конкретного молекулярного строения образца ПЭВП Например, было показано, что высокое

содержании винильных групп ведет к значительному увеличению вязкости расплава - уменьшению молекулярной массы - и длинноцепному ветвлению . Влачопулос с сотр. получили, что разрывы цепей доминируют в сополимерах (что проявляется в ветвлении цепей), тогда как сшивание является главным механизмом деградации в гомополимерах. Увеличение давления экструзии по мере возрастания числа циклов переработки для последнего образца, и падение в сополимерном образце имеют место из-за увеличения и уменьшения молекулярной массы, что подтверждают данные механизмы. Это означает, что очень трудно предсказать изменение строения рекуперированного ПЭВП и, следовательно, его реологических и механических свойств, поскольку этот материал состоит из сополимерного и гомополимерного полимеров. Кроме того, гомополимеры могут содержать различное количество винильных групп. Качество экструзии материала, полученного утилизацией бутылок, проверенное в той же работе , в самом деле не зависело от проходов через экструдер, что указывало на то, что оба механизма играют одну и ту же роль, и что рекуперированный материал является, как уже предполагалось, смесью сополимера и гомополимера ПЭВП.

Приведенные данные показывают, что тип машин для повторной переработки и условия переработки существенно, а иногда и решающим образом, влияют на конечные свойства вторичного материала - в данном случае образца ПЭВП. В качестве примера на рис. 5.3 и 5.4 показаны модуль упругости и удлинение при разрыве как функция числа проходов через экструдер. Механические свойства двух образцов изменялись совершенно по разному.

Кривая модуля упругости идет вверх с числом этапов переработки, тогда как поведение удлинения при разрыве проявляет противоположную тенденцию. Более того, кривая модуля образца, переработанного в одношнековом экструдере идет выше, чем у образца, экструдированного в двухшнековом экструдере, но величины его удлинения при разрыве ниже. Неожиданный ход зависимости модуля от числа циклов переработки был объяснен увеличением кристалличности при снижении молекулярной массы. Та же причина, что вызывает снижение молекулярной массы, влечет падение удлинения при разрыве. Более выраженный рост модуля и уменьшение удлинения при разрыве образца, переработанного на одношнековом экструдере, отражает факт более значительной деструкции расплава в этой машине. Это происходит главным образом из-за большего времени переработки.

Влияние строения на механические свойства вторично переработанного ПЭВП становится понятнее, если посмотреть на величины трещиностойкости при внешнем напряжении, приведенные в табл. 5.3. Данные относятся к образцам гомополимера и сополимера, а также образца из бывшего в употреблении материала после 0 и 4 проходов через одношнековый экструдер.

Два исходных образца демонстрируют ухудшение трещиностойкости при внешнем напряжении, но у сополимера падение свойств после многократной вторичной переработки катастрофическое. Значение трещинностойкости рекуперированного материала после четырех проходов через экструдер уменьшается на

20 %, хотя он состоит в основном из сополимера. Существенное изменение величины трещинностойкости сополимера, по видимому, уравновешено улучшением поведения гомополимерной фракции.

Приведенные данные ясно показывают влияние строения ПЭВП и характера перерабатывающего оборудования на конечные свойства вторично переработанного полимера.

Основным применением вторичного ПЭВП является изготовление контейнеров для жидкостей (среди которых - многослойные бутыли с внутренним слоем из восстановленного ПЭВП), дренажных труб, гранул и пленок для пакетов и мешков для мусора.

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.

XX век считают веком стали и цветных металлов. Алюминий, медь, сплавы железа можно было встретить повсюду – в кроватных спинках, мостах, механизмах всех типов, облицовочных панелях. Однако в результате механической переработки 50–80% от выплавленного материала уходило в стружку. Большие надежды, связанные со снижением материалоемкости, экспертами возлагались на химическую отрасль. И все-таки, невзирая на рост использования полимеров, результаты деятельности промышленности к 80-м годам были примерно теми же: половина ресурсов расходовалась впустую.

Очевидно, что кажущаяся доступность полимеров – иллюзия. Сырье, используемое для их изготовления, представляет природную редкость. Доступ к его источникам является ежедневным и неизменным поводом и причиной торговых, дипломатических и других войн. География добычи природных ископаемых все более смещается в места не столь отдаленные. Поэтому сегодня все чаще говорят о необходимости внедрения ресурсосберегающих моделей хозяйствования.

Уникальность технологических приемов современных химических производств заключается не только в способности синтезировать материалы, с успехом заменяющие металл, бумагу или дерево.

Большинство сегодняшних промышленных комплексов развитых экономик способны переработать вышедшие из употребления полимерные изделия в новые – востребованные пользователем.

Вторичные пластмассы

К основным классам полимеров относят:

• полиэтилены,
• полипропилены,
• поливинилхлориды,
• полистиролы (включая сополимеры – АБС-пластики),
• полиамиды,
• полиэтилентерефталат.

Сложные по составу изделия первым делом разделяют. Для физической очистки применяют различные механизмы – вакуумные, термические, криогенные.

Наиболее распространены и экономически обоснованы технологии флотации и растворения.

В первом случае пластик измельчают, погружают в воду. Туда же добавляют соединения, влияющие на способность различных пластмасс поглощать влагу. После сепарации получают разделенные полимеры.

При втором способе сложные спрессованные детали дробятся и последовательно подвергаются воздействию различных растворителей. Чтобы восстановить материалы в чистом виде, полученные соединения подвергают воздействию водяных паров. В результате точно выполненного процесса получаются готовые продукты высокой степени очистки. Дальнейшая переработка различных пластмасс может иметь свои особенности, связанные с индивидуальными свойствами полимеров.

Полиэтилен высокого и низкого давления (ПЭВД и ПЭНД).

Группу этих соединений еще называют полиолефинами. Они нашли широкое применение во всех видах промышленности, медицине, аграрном секторе. ПЭ являются термопластами – материалами, пригодными для переплавки. Эту особенность с успехом использует промышленность, перерабатывая собственные технологические отходы с целью снижения текущих издержек.

Сложность вторичного применения пластика, бывшего в пользовании, обусловлена частичной деструкцией его поверхностей, вызванной солнечными лучами. Продукция, полученная путем обычной переработки изделий: измельчением, механической очисткой, переплавкой, – не является высококачественной. Чаще всего такой полиэтилен идет на изготовление вспомогательного бытового инвентаря.

Более совершенным оказывается вторичный полиэтилен, прошедший химическую модификацию. Различные добавки, помещаемые в расплав полимера, связывают измененные молекулярные звенья, выравнивают структуру вещества. В качестве модификаторов используют пероксид дикумила, воск, лигнины, сланцы. Добавки определенных видов приводят к изменению тех или иных свойств вторичного ПЭ. Их комбинирование позволяет получить материал с необходимыми параметрами.

Полипропилен (ПП)

Этот материал редко попадает во вторичное пользование. Чаще всего пластик имеет одну жизнь, вопреки его отличным потребительским характеристикам, позволяющим использовать полимер в пищевой промышленности. Несмотря на хорошую способность к переплавке, высокие затраты на поддержание гигиеничности отпугивают переработчиков. Тем не менее в Штатах каждая пятая тонна ПП используется вновь.

По мнению химиков, ПП выдерживает не более четырех переплавок. При каждом разогреве накапливается определенное количество деформированных молекулярных звеньев, влияющих на физические характеристики материала. Вторичные гранулы легко перерабатываются в экструдерах и литьевых машинах.

Специальной модификации вторичный пластик не требует. Его параметры сопоставимы с исходным материалом, лишь несколько снижена морозостойкость. Вновь полимер находит применение в корпусах аккумуляторов, садовом инвентаре, емкостях и пленках.

Поливинилхлорид ПВХ

Материал применяется для изготовления линолеумов, отделочных пленок. Пластик подвержен термической деструкции. При температурах выше 100о начинает набирать скорость оксидирование макромолекул, приводящее к ухудшению термопластических свойств материала.

Технология экструзии с использованием вторичного ПВХ требует особой подготовки: исходная сырьевая смесь в расплаве может оказаться неоднородной. Твердые модификации поливинилхлорида, содержащие переработанный пластик, будут обладать неравномерным внутренним напряжением. С целью минимизации негативных воздействий до экструзии проводят сухую переработку гранул в компакторах. В результате этой операции образуются волокна, которые армируют стенки новых изделий.

Чаще вторичный поливинилхлорид используют для получения пластизолей, винилпластов. Из этих материалов получают пасты, растворы, изделия, отлитые под давлением. Среди новых технологий набирает популярность многослойное литье. Особенность метода заключается в изготовлении многокомпонентного листа, каждый пласт которого обладает разными характеристиками.

Внешнюю поверхность композита формирует высококачественный полимер, внутренние слои – вторичный пластик.

Полистирол (УПС, ПСМ) АБС-пластик

Различные виды полистирола во вторичную переработку попадают в одной массе – ударопрочные модификации, сополимеры, акрилонитрилбутадиенстирол. Многофункциональность изделий из ПС часто служит причиной для отказа промышленников от его переработки. Слишком велика цена очистки, сортировки, модификации.

Перспективы рециклинга пластмасс.

В развитых экономиках доля переработки пластмасс достигает 26% от выработанного количества – до 90 млн тонн. При этом объем мирового рынка составляет 600 млрд долларов. Отечественный сегмент полимерного рециклинга выглядит несколько скромнее: 5,5 млн тонн. По оценке специалистов спрос российской промышленности на мономеры и полноценные модифицированные термопласты существенно превышает их предложение. Наличие этих двух факторов приводит к росту национальных мощностей, предназначенных для переработки полимеров. Причем темпы прироста промышленных объемов в этой сфере опережают европейские. Существующие тенденции рынка учтены в правительственных прогнозах. Приоритет перевооружения перерабатывающей отрасли заложен в двадцатилетний отраслевой план развития газонефтехимии.