Вторичная переработка полимерных материалов. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов. Технологии переработки пластика

В современном мире проблема утилизации полимерных отходов считается достаточно актуальной. Ежегодно на мусорных полигонах собираются миллионы тонн продукции данного типа. И лишь небольшая часть полимеров подвергается вторичной переработки. В результате ее проведения получают высококачественное сырье, пригодное для производства новой продукции.

Что такое полимерная продукция?

Каждый год объем выработки полимерных материалов увеличивается приблизительно на 5%. Такая популярность связана с их многочисленными положительными свойствами.

Данная продукция преимущественно используется в качестве тары. Она повышает срок службы изделий, которые находятся внутри упаковки. Также полимеры имеют отличный внешний вид и долгий срок службы.

Современная промышленность выпускает следующие разновидности продукции данного типа:

• полиэтилен и материалы, изготовленные на его основании – 34%;
• ПЭТ – 20%;
• бумага с ламинацией – 17%;
• ПВХ – 14%;
• полипропилен – 7%;
• полистирол – 8%.

Какая продукция пригодна для переработки?

Рециклингу подвергаются не все полимеры.

Термопластические синтетические материалы, которые при воздействии высокой температуры способны изменять свою форму, чаще всего используются для вторичной переработки.

Поэтому для этой цели собирают и специальным образом подготавливают такие виды отходов:

• материалы, которые остаются в процессе производства пластика. Чаще всего это всевозможные отрезки. Продукция данного типа отличается высоким качеством, поскольку в их составе отсутствуют примеси. На перерабатывающие заводы они поступают уже в отсортированном виде, что значительно упрощает подготовительный этап работы. Рециклингу обычно подвергается до 90% от всех промышленных отходов;
• полимеры, полученные после потребления. Их также называют бытовыми отходами. Это пакеты, одноразовая посуда, пластиковые бутылки, оконные профили и многие другие изделия. Особенностью данных материалов считается их загрязненность. Для переработки полимеров данного типа следует затратить много сил и ресурсов для сортировки и очистки отходов.

В чем основная проблема переработки полимерных отходов?

На данный момент переработке подвергается лишь небольшая часть от всех существующих отходов. Развитие данной сферы происходит медленно, несмотря на ее актуальность. Это связано со следующим:

• государство не обеспечивает всеми необходимыми нормативными и техническими нормами, которые могли бы обеспечить высокое качество вторсырья. Именно поэтому отсутствуют мощные производства, поставляющие на рынок переработанные отходы с оптимальными характеристиками;
• поскольку для осуществления процесса переработки не применяются современные технологии, для его поддержания необходимы огромные денежные ресурсы;
• из-за отсутствия поддержки государства уровень сбора отходов среди населения и мелких предприятий находится на низком уровне;
• получаемое вторсырье не обладает достаточной конкурентоспособностью;
• среди населения не проводится агитация, которая б стимулировала их к раздельному выбросу мусора. Большинство людей не понимают, что использование вторсырья позволяет ограничить потребление других ресурсов – нефти, газа.

Как происходит сбор вторсырья для переработки?

Вторичная переработка полимеров происходит после того, как пройдены все этапы подготовки сырья:

1. Открываются специальные пункты, которые занимаются сбором и первичной сортировкой полученной продукции. Они сотрудничают как с населением, так и с промышленными предприятиями разного типа.
2. Сбор полимеров на полигонах хранения бытовых отходов. Обычно этим занимаются специальные компании.
3. Сырье попадает на вторичный рынок после предварительной сортировки на специальных мусороперерабатывающих пунктах.
4. Перерабатывающими компаниями производится закупка вторсырья у крупных промышленных комплексов. Такие материалы менее загрязнены и не подлежат столь тщательной подготовки к переработке.
5. Небольшая часть вторсырья также собирается благодаря специальной программе, которая подразумевает раздельный сбор мусора.

Как осуществляется переработка полимеров?

После сбора и первичной сортировки переработка полимерных отходов происходит таким способом:

1. Измельчение сырья. Является одним из важных этапов подготовки полимеров к дальнейшей переработке. Степень измельчения материалов определяет качественные характеристики изделий, которые будут изготовляться в дальнейшем. Для проведения данного этапа работ современные заводы используют криогенный способ переработки. Он позволяет получить из полимерной продукции порошок со степенью дисперсности от 0,5 до 2 мм.
2. Разделение пластмасс по видам. Для осуществления данной операции чаще всего применяется флотационный метод. Он подразумевает добавление в воду специальных поверхностно-активных веществ, которые способны воздействовать на некоторых типы полимеров и изменять их гидрофильные свойства. Также очень эффективно растворение сырья специальными веществами. В последующем его обрабатывают паром, что позволяет выделить необходимые продукты. Существуют и другие методы разделения полимеров (аэро- и электросепарация, химический способ, проведение глубокой заморозки), но они менее популярны.
3. Мойка. Полученное сырье моют в несколько этапов с применением специальных средств.
4. Сушка. Материалы предварительно избавляются от воды в центрифугах. Заключительная сушка происходит в специальных машинах. В результате получают продукт с влажностью 0,2%.
5. Гранулирование. Подготовленный материал попадает в специальную установку, где он максимально уплотняется. В результате получают продукт, который подходит для производства полимерной продукции любого типа.

Переработка пластиковых бутылок

Стандартный перечень оборудования для мусороперерабатывающего завода

Переработка отходов полимеров осуществляется при помощи следующего оборудования:

• линия для мойки, где очищение сырья происходит с минимальными трудозатратами;
• экструдер – применяется для придания пластичной массе желаемой формы методом продавливания;
• ленточные транспортеры – для перемещения сырья в нужном направлении;
• шредеры – предназначены для первичного дробления материалов. Они способны работать практически с любым сырьем;
• дробилки – активно применяются для более тщательного измельчения сырья после применения шредера;
• смесители и дозаторы;
• агломераторы – необходимы для переработки тонких полимерных пленок;
• грануляторы – используются для уплотнения переработанного сырья;
• сушилки;
• холодильники;
• мойки;
• пресс и другие.

Какая стоимость отходов на соответствующем рынке?

Проведя анализ цен на рынке, понятно, что стоимость отходов, которые хранятся на мусорных полигонах, ниже от цены на вторсырье в 3-6 раз (относительно первичного сырья в 7-10 раз). Если проанализировать ценообразование на примере полиэтиленовой пленки, можно понять следующее:

• цена полигонного материала у компаний-посредников составляет 5 рублей за 1 кг;
• после мытья и сортировки стоимость пленки повышается до 12 руб./кг;
• сырье в виде агломерата или гранул имеет еще большую стоимость – 25-35 руб./кг;
• цена на первичный полиэтилен варьируется от 37 до 49 руб./кг.

Такая большая разница в ценах наблюдается не у всей продукции. Например, она почти не ощутима с ПВХ, полипропиленом, полистиролом и АБС-пластиком. В случае с ПЭТ стоимость полигонного сырья отличается от вторпродукции всего в 2-3 раза. Это объясняется особенностями его переработки, в результате которой за счет измельчения получают хлопья.

Куда сбывают полученное вторсырье?

Компании, которые занимаются переработкой отходов, чаще всего отправляют полученный продукт на продажу. Если такие заводы имеют собственное оборудование, они могут заниматься производством полимеров из полученного сырья. Только это не всегда экономически выгодно

Изготовленные пластиковые изделия чаще всего однотипные, что утрудняет их реализацию большими партиями.

Чаще всего подобные компании занимаются производством канализационных труб, строительных материалов или некоторых деталей автомобилей. На продукцию данного типа существует большой спрос на рынке.

Также очень популярна сторонняя переработка отходов полимерного типа. Эта услуга заключается в том, что заинтересованная компания отдает свой мусор заводу, который после проведения рециклинга возвращает ей готовое вторсырье. Владелец полимерных отходов платит за их переработку около 8-10 руб./кг, что считается очень выгодной сделкой.

Изделия из полимеров сегодня являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, однако, одновременно с ростом объемов производства таких изделий, вполне естественно, что и количество твердых отходов также увеличивается.

Сегодня полимерные отходы составляют примерно двенадцать процентов от всего бытового мусора, и их количество постоянно растет. И естественно, что вторичная переработка полимеров сегодня является одной из самых остро стоящих проблем, ведь без нее человечество может буквально утонуть в горах мусора.

Утилизация полимеров сегодня является не только проблемой, но и весьма перспективным направлением бизнеса, поскольку из казалось бы бросового сырья – бытового мусора, можно получить множество полезных веществ. К тому же данная технология переработки мусора (ТБО) является куда более безопасным методом утилизации полимерных отходов, чем традиционное сжигание, которое наносит ощутимый вред экологии.

Технология переработки полимеров

Итак, что собой представляет переработка полимеров?

Для превращения полимерных отходов в сырье, пригодное для дальнейшей переработки в изделия, необходимо его предварительно обработать. Выбор способа предварительной обработки в первую очередь зависит от степени загрязненности отходов и источника их образования. Так, однородные отходы производства обычно перерабатывают прямо на месте их образования, поскольку в данном случае требуется незначительная предварительная обработка – всего лишь измельчение и грануляция.

Однако отходы в виде изделий, вышедших из употребления, требуют куда более основательной подготовки. Итак, предварительная обработка полимерных отходов обычно включает в себя следующие этапы:

1. Грубая сортировка и идентификация для отходов смешанного типа.
2. Измельчение отходов.
3. Разделение смешанных от­ходов.
4. Мойка отходов.
5. Сушка.
6. Грануляция.

Предварительная сортировка предусматривает собой грубое разделение полимерных отходов по различным признакам: виду пластмассы, цвету, форме и габаритам. Предварительная сортировка производится, как правило, вручную на ленточных конвейерах или столах. Также технология переработки полимеров подразумевает, что при сортировке из отходов удаляются различные посторонние включения.

Вышедшие из употребления и попавшие на завод по переработке мусора полимерные ПО отходы, в которых содержание посторонних примесей не превышает 5 %, поступают на сортировочный узел, где из них удаляют случайные инородные включения. Отходы, прошедшие сортировку, измельчаются в ножевых дробилках до получения рыхлой массы, размер частиц которой составляет 2…9 мм.

Измельчение – один из важнейших этапов подготовки отходов к переработке, поскольку степень измельчения определяет сыпучесть, размеры частиц и объемную плотность получаемого продукта. А регулирование степени измельчения позволяет повысить качество материала благодаря усреднению его технологических характеристик. Таким образом упрощается и переработка полимеров.

Весьма перспективным методом измельчения отходов полимеров является криогенный, благодаря которому можно получать порошки из полимерных отходов со степенью дисперсности от 0,5 до 2 мм. Использование данной технологии имеет ряд преимуществ перед традиционным механическим измельчением, поскольку благодаря нему можно добиться снижения продолжительности смешения и лучшего распределение компонентов в смеси.

Разделение смешанных отходов пластмасс по видам проводят следующими способами:

1. Флотационный.
2. Разделение в тяжелых средах.
3. Аэросепарация.
4. Электросепарация.
5. Химические методы.
6. Методы глубокого охлаждения.

Наиболее распространенный из них сегодня метод флотации, при котором разделение пластмасс производится благодаря добавлению в воду различных поверхностно-активных веществ, благодаря которым избирательно изменяются гидрофильные свойства полимеров.

В некоторых случаях довольно эффективным способом разделения полимеров является оказаться их растворение и в общем растворителе. Обрабатывая полученный раствор паром, выделяют ПВХ, смесь полиолефинов и ПС, причем чистота продуктов выходит не менее чем 96 %.

Именно две этих методики являются экономически более целесообразными из всех перечисленных нами выше.

Далее измельченные отходы полимеров подают в моечную машину на отмывку. Отмывку производят в несколько приемов с использованием специальных моющих смесей. Отжатую в центрифуге полимерную массу с влажностью от 10 до 15 %, подают для окончательного обезвоживания в сушильную установку, где она высушивается до содержания влаги в 0,2 %.

После этого масса попадает в гранулятор, где происходит уплотнение материала, благодаря чему облегчается его дальнейшая переработка и усредняются характеристики вторичного сырья. Конечным результатом гранулировки является получение материала, который может переработать стандартное оборудование для переработки полимеров.

Итак, понятно, что переработка отходов полимеров это дело достаточно непростое, и требует наличия определенного оборудования. Какое же именно оборудование для вторичной переработки полимеров используется сегодня?

• Линии мойки полимерных отходов.
• Дробилки полимеров.
• Экструдеры для рециклинга.
• Ленточные транспортеры.
• Шредеры.
• Агломераторы.
• Линии гранулирования, грануляторы.
• Ситозаменители.
• Смесители и дозаторы.

Если у вас имеется все необходимое для переработки полимеров оборудование, то вы можете приступать к делу и на своем опыте убедиться, что сегодня переработка мусора (ТБО) это не только забота об экологии планеты, но и отличное капиталовложение, поскольку рентабельность данного бизнеса весьма высока.

Оборудование для переработки пластика (полимеров) – это специальные станки и дополнительные устройства, объединенные в производственную линию, которая служит для обработки или переработки полимеров (пластмасс) в полезные и ценные материалы для дальнейшего использования в строительной, текстильной, химической, нефтяной и иных областях промышленности.

Классификация оборудования для переработки пластика

В зависимости от функциональных особенностей и назначения все оборудование для переработки пластика разделяют на:

1. Оборудование для хранения и дозирования материалов/сырья. Как правило, это бункеры с устройствами для сортировки (фильтрации) и выгрузки материалов/сырья.
2. Аппараты для транспортировки. Они бывают вакуумными или пневматическими.
3. Машины для измельчения и разлома – дробилки, бегуны, шредеры, гидроразбиватели, кавитаторы и прочие.
4. Смесители. Используются для механического разделения веществ посредством взаимного перемещения частиц.
5. Валковые машины. Необходимы для формирования (создания) разлома и дробления полимерных композиций.
6. Экструзионное оборудование. С его помощью полимерные материалы перерабатывают в те или иные изделия посредством непрерывного продавливания расплавленного сырья через формирующую головку, геометрическая форма которой определяет профиль конечного изделия.
7. Литьевые машины. Это оборудование для переработки полимеров, применяемое для изготовления пластиковых композиций из порошкообразного или гранулированного сырья, которое перемещают или сдавливают в формирующей полости литьевой формы, где оно затвердевает, а после остывания извлекается.
8. Машины для экструзионно-раздувного формования. Их, согласно методу формирования изделия из заготовки, делят на раздувные, экструзионные и литьевые механизмы.
9. Вулканизационные машины и прессы. Бывают непрерывного или периодического действия и используются для создания изделий из порошкообразного или гранулированного сырья.
10. Наносные и пропиточные машины. Применяются для нанесения полимерных покрытий на специальную подложку.
11. Моечные комплексы. Необходимы для предварительной очистки полимера после грануляции или измельчения, но до его переработки.

Машины для переработки пластика

Основными машинами из большого количества разновидностей специального оборудования для переработки полимеров считаются следующие агрегаты:

• дробилки – агрегат действует по принципу блендера, разрезая цельные изделия на небольшие кусочки;
• агломераторы – в них небольшие кусочки полимера подвергаются еще большему дроблению, а затем спеканию в небольшие комочки;
• грануляторы – с их помощью смесь, полученная из агломератора, нагревается и разрезается на гранулы.

Менее важным, но все же необходимым считается следующее оборудование по переработке пластика:

• узлы моечной линии;
• транспортировочные узлы;
• разного вида сепараторы;
• сушилки.

Оборудование для запуска мини-завода

Для того чтобы запустить небольшой завод по утилизации пластика, требуется следующее оборудование для обработки полимеров.

1. Основное оборудование:
   • дробилка или шредер;
   • агломератор;
   • при необходимости – гранулятор.
2. Дополнительное оборудование:
   • ванна горячей мойки;
   • 1-2 центрифуги;
   • экструдеры для рециклинга;
   • ситозаменители;
   • смесители и дозаторы;
   • флотационная мойка;
   • соединяющие агрегаты (пневмо- или вакуумный транспорт).
   • модуль управления.

Основные производители агрегатов для переработки полимеров

Наиболее востребованными производителями оборудования для переработки пластика являются следующие компании:

Европейские.

1. HGMA Wulf GmbH – немецкий производитель с отличной репутацией, который изготавливает не только оборудование для первичной и вторичной обработки полимеров, но и землеройную и строительную технику.
2. Global Tech – польская фирма, делающая быстрые и надежные стационарные и мобильные дробилки.
3. Herbold Meckesheim – отличный немецкий производитель агрегатов для всего цикла обработки и переработки пластмасс.

Китайские.

1. China IS-MAC Machinery – самый крупный китайский производитель экструзионного оборудования для переработки пластиковых бутылок и прочих пластмасс.
2. LISHENG INDUSTRIAL – производитель моек, дробилок, печатных машин и другого оборудования.
3. Blue Ocean – изготавливает экструзионные машины и установки для литья.

Российские.

1. ГК Полимер Систем Групп (Новосибирск) – производит все необходимое для обработки полимеров.
2. ENGEL Austria GmbH (Москва) – делает термопласт-автоматы для литья из пластмасс, агрегаты для переработки резины/силикона и прочее.
3. СтанкоПэт (Москва) – производит почти весь спектр оборудования для переработки пластика.

Рентабельность оборудования для переработки полимеров

Примерная смета по комплектации небольшого завода по переработке полимеров будет включать в себя расходы на:

• закупку линии оборудования для переработки пластиковых бутылок – около 10 000 долларов;
• перевозку и установку оборудования – до 15% от стоимости оборудования (1 500 долларов);
• оплату труда сотрудникам – около 7 000 долларов;
• аренду (+ ремонт) помещения – 10 000 долларов;
• прочие мероприятия – 5 000 долларов.

При этом тонна переработанного пластика стоит около 750 долларов, в то время как закупка сырья обойдется в 100 долларов за тонну.
Указанный уровень инвестиций рассчитан на мини-завод с закупкой оборудования для переработки пластиковых бутылок и схожих полимерных изделий с производительностью 1 тонна в день, т.е. с доходом от 7 000 до 9 000 долларов в месяц. При такой окупаемости завод начнет приносить чистую прибыль на второй год своей деятельности (через 15-20 месяцев).

Следует уточнить, что срок окупаемости, как и затраты на открытие завода, могут быть меньше, если:

• будут получены преференции со стороны государства;
• завод будет открыт недалеко от места, где сортируется пластмасса для последующей переработки;
• на завод будут выделены безвозмездные инвестиции из международных фондов по защите природы.

Получение сырья и его сбыт

В зависимости от линии производства и пожелания владельца, завод по переработке пластмасс может производить гранулированное или порошкообразное полимерное сырье. Сбыт подобной продукции, как правило, не является чем-то сложным, поскольку она пользуется большим и постоянным спросом в следующих направлениях:

• производство нетканых материалов;
• изготовление строительных материалов;
• производство полимерных изделий народного употребления;
• изготовление химических волокон;
• в качестве добавки к первичному сырью (удешевляет себестоимость).

Заводы с соответствующими линиями производства широко представлены во всех регионах и остро нуждаются в дешевом сырье.

Кроме того, линию по переработке полимеров можно продлить дополнительным оборудованием и уже самостоятельно изготавливать некоторые виды изделий из пластика. Например:

• упаковочные сетки для овощей и фруктов;
• мешки для мусора;
• пакеты;
• мебельную фурнитуру;
• полимерную черепицу;
• различные трубы, формы, детали для сантехники или канализации;
• аксессуары или технические детали для автомобилей;
• емкости для хранения жидкости;
• прочие небольшие изделия из полимера.

11.08.2015 16:09

Классификация отходов

Отходы образуются при переработке полимеров и изготовлении из них изделий — это технологические отходы, частично возвращаемые в процесс. То, что остается после использования пластиковых изделий — различных пленок (парниковых, строительных и т.п.), тары, бытовой и крупнооптовой упаковки — это бытовые и промышленные отходы.

Технологические отходы, подвергаются термическому воздействию в расплаве, а затем при дроблении и агломерации — еще и интенсивным механическим воздействиям. В массе полимера интенсивно протекают процессы термо- и механодеструкции с потерей ряда физико-механических свойств и при многократной переработке могут отрицательно влиять на свойства изделия. Так, при возврате в основной процесс, как обычно, 10-30 процентов вторичных отходов, заметное количество материала проходит до 5 циклов экструзии и дробления.

Бытовые и промышленные отходы не только перерабатываются несколько раз при высокой температуре, но также подвергаются и длительному воздействию прямого солнечного света, кислорода и влаги воздуха. Парниковые пленки могут также контактировать с ядохимикатами, пестицидами, ионами железа, способствующими деструкции полимера. В результате в массе полимера накапливается большое количество активных соединений, ускоряющих распад полимерных цепей. Подход к вторичной переработке таких разных отходов соответственно и должен быть разным, учитывающим предысторию полимера. Но сначала рассмотрим пути снижения объемов образующихся отходов.

Снижение количества технологических отходов

Количество технологических отходов, в первую очередь пусковых, можно снизить, применяя термостабилизаторы перед остановкой экструдера или литьевого агрегата, в виде так называемого стоп-концентрата, о чем многие забывают или пренебрегают. При остановках оборудования на простой материал в цилиндре экструдера или ТПА довольно долгое время находится под действием высокой температуры при остывании и затем нагреве цилиндра. За это время в цилиндре активно протекают процессы сшивки, разложения и пригара полимера, накапливаются продукты, которые после пуска длительное время выходят в виде геликов и окрашенных включений (пригарков). Термостабилизаторы предотвращают эти процессы, облегчая и ускоряя тем самым чистку оборудования после запуска. Для этого перед остановкой в цилиндр машины вводится 1-2 процента стоп-концентрата за 15-45 мин. до остановки из расчета вытеснения 5-7 объемов цилиндра.

Снизить количество отходов позволяют также процессинговые (экструзионные) добавки, повышающие технологичность процесса. По своей природе эти добавки, например, «Дайнамар» фирмы «Дайнеон», «Вайтон» фирмы «Дюпон», являются производными фторкаучуков. Они плохо совместимы с основными полимерами и в местах наибольших усилий сдвига (фильеры, литники и т.п.) высаживаются из расплава на поверхность металла, создавая на ней пристенный смазывающий слой, по которому скользит расплав при формовании. Применение процессинговой добавки в самых малых количествах (400-600 ppm) позволяет решить многочисленные технологические проблемы — снизить крутящий момент и давление на головке экструдера, повысить производительность при снижении энергозатрат, устранить дефекты внешнего вида и снизить температуру экструзии полимеров и композиций, чувствительных к воздействию повышенных температур, увеличить гладкость изделий, производить более тонкие пленки. При изготовлении крупногабаритных или тонкостенных литьевых изделий сложной формы, применение добавки позволяет улучшить проливаемость, убрать дефекты поверхности, линии спая и улучшить внешний вид изделия. Всё это само по себе снижает долю брака, т.е. количество отходов. К тому же процессинговая добавка снижает налипание нагара на фильере, обрастание литников, обладает моющим эффектом, т.е. снижает число остановок для чистки оборудования, а значит, количество пусковых отходов.

Дополнительный эффект приносит использование чистящих концентратов. Они применяются при чистке литьевого и пленочного оборудования для быстрого перехода с цвета на цвет без остановки, чаще всего в пропорции 1:1—1:3 с полимером. При этом сокращается количество отходов и затраты времени на смену цвета. В состав чистящих концентратов, производимых многими отечественными (в т.ч. «Клинол», «Клинстайр» от НПФ «Барс-2», «Ластик» от ООО «Сталкер») и зарубежными изготовителями (например, «Шульман» — «Поликлин»), входят, как правило, мягкие минеральные наполнители и поверхностно-активные моющие добавки.

Снижение количества бытовых и промышленных отходов.

Существуют различные пути снижения количества отходов путем увеличения срока работы изделий, прежде всего пленок, за счет использования термо- и светостабилизирующих добавок. При продлении срока службы парниковой пленки с 1 до 3-х сезонов соответственно снижается и количество отходов, подлежащих утилизации. Для этого достаточно ввести в пленку небольшие количества светостабилизаторов, не более половины процента. Затраты на стабилизацию невелики, а эффект при утилизации пленок — значителен.

Обратный путь — ускорение разложения полимеров путем создания фото- и биоразрушаемых материалов, быстро разрушающихся после использования под действием солнечных лучей и микроорганизмов. Для получения фоторазрушаемых пленок в полимерную цепочку вводятся сомономеры с функциональными группами, способствующими фотодеструкции (винилкетоны, оксид углерода), либо в состав полимера вводятся фотокатализаторы, как активные наполнители, способствующие разрыву полимерной цепи под действием солнечного света. В качестве катализаторов используются дитиокарбаматы, пероксиды или оксиды переходных металлов (железа, никеля, кобальта, меди). В Институте химии воды НАН Украины (В.Н.Мищенко) разработаны экспериментальные методы формирования на поверхности частиц диоксида титана наноразмерных кластерных структур, содержащих частицы металла и оксида. Скорость разложения пленок повышается в 10 раз — со 100 до 8-10 часов.

Основные направления получения биоразлагаемых полимеров:

синтез полиэфиров на основе гидроксикарбоновых (молочной, масляной) или дикарбоновых кислот, однако пока они намного дороже традиционных пластмасс;

пластмассы на основе воспроизводимых природных полимеров (крахмал, целлюлоза, хитозан, протеин), сырьевая база таких полимеров, можно сказать, не ограничена, но технология и свойства получаемых полимеров пока не достигают уровня основных многотоннажных полимеров;

придание биоразлагаемости промышленным полимерам (полиолефинам в первую очередь, а также ПЭТу) путем компаундирования.

Первые два направления требуют больших капитальных затрат на создание новых производств, переработка таких полимеров также потребует значительных изменений в технологии. Наиболее простой путь — компаундирование. Биоразлагаемые полимеры получают, вводя в матрицу биологически активные наполнители (крахмал, целлюлозу, древесную муку). Так, еще в 80-х В.И.Скрипачев и В.И.Кузнецов из ОНПО «Пластполимер» разработали крахмалонаполненных пленки с ускоренным сроком старения. К сожалению, актуальность такого материала тогда была чисто теоретической, да и сейчас широкого распространения он не получил.

Вторичная переработка отходов

Придать полимеру вторую жизнь можно с помощью специальных комплексных концентратов — рециклизаторов. Поскольку полимер подвергается термодеструкции на каждой стадии переработки, фотоокислительной деструкции во время эксплуатации изделия, механодеструкции при измельчении и агломерации отходов, в массе материала накапливаются продукты деструкции, и содержится большое количество активных радикалов, перекисных и карбонильных соединений, способствующих дальнейшему разложению и сшивке полимерных цепей. Поэтому в состав таких концентратов входят первичные и вторичные антиоксиданты, термо- и светостабилизаторы фенольного и аминного типа, а также фосфиты или фосфониты, нейтрализующие активные радикалы, накопившиеся в полимере и разлагающие перекисные соединения, а также пластифицирующие и совмещающие добавки, позволяющие улучшить физико-механические свойства вторичного материала и подтянуть их более или менее близко к уровню первичного полимера.

Комплексные добавки фирмы «Сиба». Фирма «Сиба», Швейцария, предлагает семейство комплексных стабилизаторов для переработки различных полимеров — полиэтилен высокого давления , ПНД, ПП: «Рециклостаб» / Recyclostab и «Рециклосорб» / Recyclossorb. Они представляют собой таблетированные смеси различных фото- и термостабилизаторов с широким диапазоном температур плавления (50-180°С), пригодные для ввода в перерабатывающее оборудование. Природа добавок в составе «Рециклостаба» обычна для переработки полимеров — фенольные стабилизаторы, фосфиты и процессинговые стабилизаторы. Разница заключается в соотношении компонентов и в подборе оптимального состава в соответствии с конкретной задачей. «Рециклоссорб» применяется тогда, когда важную роль играет светостабилизация, т.е. получаемые изделия эксплуатируются на открытом воздухе. В этом случае увеличена доля светостабилизаторов. Рекомендуемые фирмой уровни ввода — 0,2-0,4 процента.

«Рециклостаб 421» специально разработан для переработки и термической стабилизации отходов пленок ПВД и смесей с высоким его содержанием.

«Рециклостаб 451» разработан для переработки и термической стабилизации отходов ПП и смесей с высоким его содержанием.

«Рециклостаб 811» и «Рециклоссорб 550» используются для продления сроков службы изделий из продуктов вторичной переработки, используемых на солнечном свете, поэтому они содержат больше светостабилизаторов.

Стабилизаторы применяются при получении литьевых или пленочных изделий из вторичных полимеров: ящиков, поддонов, контейнеров, труб, пленок неответственного назначения. Выпускаются в гранулированной, не пылящей форме, без полимерной основы, прессованные гранулы с пределами плавления 50-180°С.

Комплексные концентраты фирмы «Барс-2». Для переработки вторичных полимеров НПФ «Барс-2» выпускает комплексные концентраты на полимерной основе, содержащие кроме стабилизаторов также совмещающие и пластифицирующие добавки. Комплексные концентраты «Ревтол» — для полиолефинов или «Ревтен» — для ударопрочного полистирола , вводятся в количестве 2-3 процентов при переработке вторичных пластиков и благодаря комплексу специальных добавок предотвращают термоокислительное старение вторичных полимеров. Концентраты облегчают их переработку вследствие улучшения реологических характеристик расплава (повышения ПТР), увеличивают прочностные характеристики готовых изделий (их пластичность и стойкость к растрескиванию) по сравнению с изделиями, изготовленными без их применения, облегчают их переработку в результате повышения технологичности материала (снижается крутящий момент и нагрузка на привод). При переработке смеси вторичных полимеров «Ревтол» или «Ревтен» улучшают их совместимость, поэтому физико-механические свойства получаемых изделий также повышаются. Применение «Ревтена» позволяет повысить свойства вторичного УПМ до уровня 80-90 процентов свойств исходного полистирола, предотвратив появление брака.

Сейчас очень актуальна разработка комплексного концентрата для переработки вторичного ПЭТ. Основной бич здесь — пожелтение материала, накопление ацетальдегида, снижение вязкости расплава. Известны добавки западных фирм - «Сибы», «Кларианта», позволяющие преодолеть пожелтение и улучшить перерабатываемость полимера. Однако на Западе и у нас различен подход к использованию вторичного ПЭТ. Если там 90 процентов его используется для получения полиэфирных волокон или технических изделий и добавки для этой цели хорошо разработаны, то наши переработчики стремятся вернуть вторичный ПЭТ в основной процесс — получение преформ и бутылок методами литья и раздува или получение пленок и листов методом плоскощелевой экструзии. В этом случае целевые свойства полимера, на которые необходимо воздействовать, несколько иные — технологичность, формуемость, прозрачность, и рецептура комплексных добавок должна отвечать поставленной цели.

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.