Что такое полимерные отходы, их переработка и утилизация

Обзор методов переработки отходов полимерных материалов и анализ рынка вторичного сырья

Производство упаковочных материалов возрастает примерно на 5 % в год, а доля пластмасс в них увеличивается ежегодно на 11 %. Вместе с тем эта, в общем, положительная тенденция оборачивается и негативной стороной — загрязнением окружающей среды.

Исследования показали, что в среднем требуется около 80 лет для того, чтобы деградация полимерного материала упаковки прошла до стадии ассимиляции окружающей средой.

За это время человеческое общество успеет произвести столько новых упаковок, что они, после использования покроют огромные площади, на которых ничего не будет произрастать и на которых замрет жизнь. Эта картина особенно актуальна в местах концентрации населения, т. е. в больших городах.

Обратите внимание

Мировая практика свидетельствует о наличии нескольких возможных путей решения переработки использованной полимерной упаковки:

–         захоронение;

–         сжигание;

–         термическое разложение путем пиролиза;

–         разложение с получением исходных низкомолекулярных продуктов (мономеров, олигомеров);

–         вторичная переработка отходов.

Захоронение отходов полимерной тары и упаковки на полигонах связано с выведением из хозяйственного оборота значительных территорий, долговременным загрязнением окружающей среды и является нерациональным с энергетической точки зрения. Однако этот метод широко применяется как альтернатива другим вариантам утилизации отходов.

Сжигание отходов полимерных материалов не требует особой сортировки по типам полимеров, не сопряжено с истощением недр земли и существенным увеличением поверхности земли, непригодной для функционирования живых организмов.

При этом, образующиеся при сжигании полимеров токсичные газообразные продукты, могут обусловливать интенсификацию парникового эффекта, а иногда — формирование озоновых дыр.

Для нейтрализации этих выбросов и приведения данного производства в соответствие с требованиями международного стандарта ISO 9001 требуется установка комплекта дорогостоящего очистного оборудования, что практически делает такое производство нерентабельным [1].

Пиролиз — это термическое разложение органических продуктов в присутствии кислорода или без него. Пиролиз полимерных отходов позволяет получить высококалорийное топливо, сырье и полуфабрикаты, используемые в различных технологических процессах, а также мономеры, применяемые для синтеза полимеров.

Количество загрязняющих веществ, выделяющихся при пиролизе, составляет примерно половину от выделяющихся при сжигании таких же объемов ТБО на МСЗ.

Газообразные продукты термического разложения пластмасс могут использоваться в качестве топлива для получения рабочего водяного пара. Жидкие продукты используются для получения теплоносителей. Спектр применения твердых (воскообразных) продуктов пиролиза отходов пластмасс достаточно широк (компоненты различного рода защитных составов, смазок, эмульсий, пропиточных материалов и др.)

Разработаны также процессы каталитического гидрокрекинга для превращения полимерных отходов в бензин и топливные масла.

Многие полимеры в результате обратимости реакции образования могут снова разлагаться до исходных веществ. Для практического использования имеют значение способы расщепления ПЭТФ, полиамидов (ПА) и вспененных полиуретанов.

Продукты расщепления используют снова в качестве сырья для проведения процесса поликонденсации или как добавки к первичному материалу.

Важно

Однако имеющиеся в этих продуктах примеси часто не позволяют получать высококачественные полимерные изделия, например, волокна, но чистота их достаточна для изготовления литьевых масс, легкоплавких и растворимых клеев.

Гидролиз является реакцией, обратной поликонденсации. С его помощью при направленном действии воды по местам соединения компонентов поликонденсаты разрушаются до исходных соединений. Гидролиз происходит под действием экстремальных температур и давлений. Глубина протекания реакции зависит от pH среды и используемых катализаторов.

Этот способ использования отходов энергетически более выгоден, чем пиролиз, так как в оборот возвращаются высококачественные химические продукты.

По сравнению с гидролизом для расщепления отходов ПЭТФ более экономичен другой способ — гликолиз. Деструкция происходит при высоких температурах и давлении в присутствии этиленгликоля и с участием катализаторов до получения чистого дигликольтерефталата. По этому принципу можно также переэтерифицироватькарбаматные группы в полиуретане.

Все же самым распространенным термическим методом переработки отходов ПЭТФ является их расщепление с помощью метанола — метанолиз. Процесс протекает при температуре выше 150°С и давлении 1,5 МПа, ускоряется катализаторами переэтерификации. Этот метод очень экономичен. На практике применяют и комбинацию методов гликолиза и метанолиза.

В настоящее время наиболее приемлемым для России является вторичная переработка отходов полимерных материалов механическим рециклингом, так как этот способ переработки не требует дорогого специального оборудования и может бать реализован в любом месте накопления отходов.

Использование вторичного сырья в качестве новой ресурсной базы — одно из наиболее динамично развивающихся направлений переработки полимерных материалов в мире.

Существуют различные технологии переработки полимерных отходов, однако все они включают в себя следующие стадии: сбор, сортировка, мойка-сушка, измельчение, пластикация, гранулирование. Организация некоторых стадий сопровождается техническими и экономическими трудностями, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта.

Для России это направление является относительно новым. Между тем интерес к получению дешевых ресурсов, которыми являются вторичные полимеры, весьма актуален [2].

Привлекательность переработки отходов можно проиллюстрировать на следующем примере:

–         стоимость с прессованных бутылок ПЭТФ ~ 100 долл. за тонну

–         дробленных чистых отходов ПЭТФ ~ 300 долл. за тонну

–         гранулы~ 1000 долл. за тонну

–         нити для текстильной промышленности или ткань для дорожного строительства ~ 2500 долл. за тонну.

В таблице 1 приведен сравнительный анализ цен на российском рынке переработки пластиковых отходов (источник: оценка Research.Techart на май 2010 г.) [1].

Таблица 1

Сравнительный анализ цен на российском рынке переработки пластиковых отходов

Стоимость вторичного сырья определяется двумя факторами:

а) степенью переработки. Может быть реализовано в виде дробленки, агломерата, гранул. Наиболее дорогим является гранулированное сырье.

б) цветом — натуральный, белый или цветной. Наиболее дорогим является бесцветное сырье. Также на стоимость пластиковых отходов влияет степени их чистоты и однородности.

Вывод: проблем, связанных с утилизацией полимерных отходов, достаточно много.

Совет

Решение которых невозможно без организации сбора, сортировки и первичной обработки; без разработки системы цен на вторичное сырье, стимулирующих предприятия к их переработке; без создания эффективных способов переработки вторичного полимерного сырья и также методов его модификации с целью повышения качества; без создания специального оборудования для его переработки; без разработки номенклатуры изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья. Эти проблемы имеют свою специфику, но их нельзя считать неразрешимыми.

Литература:

1.      http://www.cleandex.ru

2.      http://www.recycling.nm.ru/recycl01.html

3.      Макеев П. В. Разработка оборудования и технологии для утилизации отходов термопластов Автореф. дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. наук по спец. 05.02.13,05.17.06: Тамбов, 2012. 16 с.

Источник: https://moluch.ru/archive/53/7103/

Вторичная переработка отходов полимеров: технология, оборудование

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.

Оборудование для вторичной 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.
Читайте также:  Что такое пищевые отходы, их переработка и утилизация

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.

Источник: https://ztbo.ru/o-tbo/stati/plastik/vtorichnaya-pererabotka-otxodov-polimerov-texnologiya-oborudovanie

Переработка полимерных отходов

Постоянное увеличение производства различных пластмасс и все расширяющаяся сфера их применения в самых разных отраслях хозяйства, огромные объемы пластмассовой продукции, быстрое ее превращение (особенно упаковок различных видов) из категории готовой продукции в категорию отходов способствуют росту загрязнения пластмассовыми отходами окружающей среды.

В естественных условиях полимерные материалы не разлагаются в течение многих десятилетий и препятствуют разложений всего, что оказывается изолировано ими от окружающей среды.

Особенно бессмысленно использование пластмасс для транспортировки других видов отходов. Так, пищевые отходы в пластиковых пакетах становятся недоступны ни животным-консументам, ни полному разложению, поэтому они сохраняются в несколько раз дольше, чем просто будучи выброшенными в природу.

Пример 1

Даже такая органика, как прошлогодние листья, трава и т.д.

Обратите внимание

, будучи упакована в пластиковую тару, превращается в неразлагающийся отход, загромождающий свалки, тогда как в естественной ситуации легко разлагается, и не только не является чем-то вредной, но даже составляет необходимое звено круговорота веществ.

Однако как отдельные люди, так и городские службы упорно пополняют ею свалки, воспринимая как «чистую» территорию, на которой нет не только антропогенного мусора, но и природного детрита.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Все это являются предпосылкой не только необходимости вовлечения пластмасс в промышленную переработку и утилизацию, но и коренного пересмотра представления о том, что является, а что не является отходами.

Возможности утилизации пластмасс

Использование пластмассовых отходов в качестве вторичного сырья позволяет существенно экономить ценное первичное сырье (углеводороды) и энергию. Технически утилизация промышленных отходов пластмасс достаточно несложна. Эти отходы могут перерабатываться на тех же предприятиях, где производят сами пластмассы, и степень их утилизации может достигать 90%.

Наиболее сложна утилизация отходов потребления пластмасс, поскольку объемы образования этих отходов в 4-5 раз выше, чем в промышленности. Поэтому реально степень утилизации полимерных отходов потребления редко превышает 15-20%. Проблема состоит не в самой утилизации, а в сборе отходов, а также в том, что многие из них (например, пакеты для мусора) изначально не направлены на утилизацию.

Основные подходы к переработке полимеров

Основными направлениями переработки и утилизации отходов пластмасс могут быть следующие:

  1. обогащение (включая очистку, сортировку по видам), регрануляция и вторичное использование для производства новых изделий;
  2. переработка смеси отходов (без сортировки) в такие изделия, к основным механическим свойствам которых не предъявляется особых требований;
  3. сжигание для получения энергии;
  4. химическое разложение до получения низкомолекулярных веществ.

Замечание 1

Химическое разложение полимеров может производиться с применением различных процессов – гидрирования в восстановительной среде, крекинга, газификации в окислительной атмосфере, пиролиза в бескислородной среде, гидролиза.

Выбор оптимальных по экологическим и экономическим показателям технологий достаточно сложен. Хотя повторное использование полимерных отходов пластмасс для получения новых изделий такого же типа представляет наибольший интерес, нельзя не учитывать, что при многократной переработке свойства пластмасс изменяются не в лучшую сторону. Поэтому такое сырье нередко подвергают модифицированию.

Отходы термопластов нередко перерабатывают для производства строительных изделий, добавляют к дорожно-строительным материалам, вводят в состав невысыхающих антикоррозийных покрытий для металлического оборудования и конструкций и т.д. Производят из них массивные блоки для переездов железнодорожных путей. Имеется технология переработки полимерных отходов в пластиковые трубы.

В тех случаях, когда полимерные отходы по разным причинам не могут быть переработаны, их можно использовать путем сжигания с утилизацией выделяемого при этом тепла, в том числе в смеси с другими твердыми горючими отходами.

При этом необходимо учитывать, что некоторые полимеры, особенно хлорсодержащие пластмассы, в процессе сжигания образуют токсичные побочные продукты.

При их переработке необходимо соблюдать определенные режимные параметры и использовать эффективную газоочистку.

Источник: https://spravochnick.ru/ekologiya/pererabotka_polimernyh_othodov/

Способы переработки полимерных отходов

Содержание

Полимерные отходы

В настоящее время одним из самых плачевных результатов антропогенной деятельности человека является образование отходов, и в частности пластмасс, характеризующихся наличием уникальных свойств и занимающих особое место среди всех существующих. Конструктивно пластмассы представляют собой химическую продукцию, состоящую из длинноцепных высокомолекулярных полимеров.

В реалиях современного технологического развития производство пластических масс ежегодно возрастает в среднем на 5–6%, что по прогнозам специалистов уже в на протяжении ближайших лет составит более 250 миллионов тонн в год. Уже в настоящее время в индустриально развитых странах потребление данного материала на одного гражданина страны составляет 85–90кг, с прогнозируемым увеличением данного значения в ближайшем будущем минимум на 45–50%.

В настоящее время из всех производимых пластиков более 41% приходится на упаковочную продукцию, из расчета, что более 47% от этого количества расходуется непосредственно на упаковку пищевых продуктов.

Важно

Это обусловливается целым рядом качеств данного материала, и в частности эстетичным внешним видом, удобством и безопасностью использования, а также низкой стоимостью.

В силу всех имеющихся качеств пластик является более чем серьезным конкурентом традиционным металлу, стеклу и керамике, так как для производства только стеклянных бутылей требуется более чем на 21% больше энергии, чем на пластмассовые аналоги, не говоря уже об энергозатратах на производство и обработку металла и керамики.

Но, несмотря на все преимущества, с пластмассой также возникает проблема ее утилизации, уже в настоящее время существующих в 400 различных видах, которые образуются в результате потребления продукции полимерной промышленности. В современных реалиях человечество, как никогда прежде не бывало, задумалось над вопросом огромного засорения среды обитания стабильно ежегодно возрастающими пластиковыми отходами.

Анализ состояния вторичной переработки и утилизации полимерных материалов

Из всех производимых современной промышленностью пластиков более 41% применяется для производства различных видов упаковки, и более 47% от этого количества – непосредственно для упаковки продуктов питания.

Основными критериями, определяющими рост использования данного материала в качестве сырья производства упаковки, являются удобство, безопасность, эстетичный внешний вид и низкая стоимость пластических масс.

Однако изготовленная из синтетических полимеров упаковка, на данный момент составляющая более 40% от общей массы всех видов твердых бытовых отходов, является практически вечной, так как не подлежит разложению в естественной среде.

Именно поэтому недостатком применения пластмассовой упаковки является образование практически вечного мусора из расчета 40–50кг/год на 1 гражданина страны.

По подсчетам специалистов в ближайшие годы в России количество пластиковых отходов составит более 1 миллиона тонн в год, тогда как процент их утилизации является минимальным.

Принимая в расчет специфические свойства полимерных материалов, практически не подлежащих разложению в естественной среде, проблема их утилизации является в большей мере экологической и, соответственно, предусматривающей риск для здоровья человека.

По данным той же статистики, только в Москве ежегодный объем образуемых твердых бытовых отходов составляет 4 миллиона тонн, из которых подлежит переработке не более 5–7% от общей массы, тогда как остальное подлежит захоронению на специальных полигонах.

Совет

В том числе и 8% пластмассы, входящей в состав ТБО и выражающейся в 320 тысячах тонн полимерных отходов в год.

Однако в современных реалиях переработка полимерных отходов становится более чем актуальной не только с точки зрения экологической безопасности, но и в связи с дефицитом полимерного сырья, тогда как пластмассовые отходы рассматриваются уже не просто как отходы, но как мощный сырьевой и энергетический ресурс.

Вместе с тем, воплощение в реальность действенных мер относительно экологической безопасности окружающей среды обитания требует значительных капиталовложений, так как переработка полимерных отходов предусматривает затраты более чем в 8 раз больше, чем на переработку промышленных отходов и почти в 3 раза больше, чем на переработку ТБО.

Обусловливаются подобные затраты в большей мере специфическими особенностями полимерных материалов либо делающих очень сложными для применения, либо полностью исключая использование большинства известных методов утилизации твердых бытовых отходов.

Хотя переработка полимерных отходов обеспечивает значительную экономию первичного сырья в виде нефти, а также энергоресурсов.

Несмотря на множество проблем, переработка полимерных отходов не может считаться неразрешимой проблемой. Ведь для эффективного решения данного вопроса, прежде всего, необходимо наладить сбор, сортировку и первичную обработку амортизированных материалов и изделий.

Также следует разработать систему цен на вторичное сырье тем, самым простимулировав предприятия к переработке полимерных отходов, создать эффективные методы переработки и соответствующее оборудование.

Кроме того, необходимы методы модификации вторичного сырья с целью повышения уровня качества и разработка номенклатурных изделий для производства из вторичных полимерных материалов.

Виды полимерных отходов

Отходы пластических можно условно разделить на следующие 3 группы:

1. Технологические отходы производства, образующиеся в процессе синтеза и переработки термопластов, также условно разделяются на технологические отходы:

Неустранимые отходы являют собой кромки, обрезки, высечки, облой, литники, грат и прочие, представляющие собой высокотехнологичное сырье, ничем не отличающееся от исходного полимера.

В современной промышленности, специализирующейся на производстве и переработке пластмасс, на долю данных отходов приходится от 5 до 35%, с учетом того, что для последующей переработки данных отходов не требуется специального оборудования, за исключением того, что уже имеется на производстве.

Устранимые технологические отходы представляют собой результат нарушения технологических режимов в процессе синтеза и переработки сырья или, говоря проще, представляют собой технологический брак. Впоследствии данный вид отходов используется в качестве добавки к исходному сырью либо перерабатывается в различные изделия.

2.

Отходы производственного потребления, образующиеся в результате выхода из строя полимерных изделий, применяемых в различных областях народного хозяйства в виде тары, упаковки, сельскохозяйственной пленки, деталей машин, мешков из-под удобрений, амортизированных шин и прочее. Данный вид отходов характеризуется минимальным уровнем загрязненности и практически не нуждается в сортировке. Тем самым являясь самым востребованным для вторичной переработки.

Обратите внимание

3. Отходы общественного потребления, образующиеся в результате повседневной жизнедеятельности человека и являющиеся смешанными отходами.

Читайте также:  Что такое ядерные отходы и где они хранятся

Источник: http://hromax.ru/pererabotka_polimernyih_othodov.html

Проблемы утилизации полимерных отходов

1Рахимов М.А. 1 Рахимова Г.М. 1 Иманов Е.М. 11 Карагандинский государственный технический университетПроведен анализ производства полимеров и применения полимерных материалов с высокими физико-механическими свойствами. Описываются специфические свойства полимерных материалов.

Существующая проблема захоронения твердых бытовых отходов решается путем переработки отходов полимерных материалов. Рассмотрены вопросы утилизации полимерных отходов и использования их в производстве материалов широкого ассортимента.

Сделан анализ выбора технологических параметров переработки полимерных отходов: область использования получаемых из них изделий обусловлены их физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые в значительной степени отличаются от тех же характеристик первичного полимера.

Приведены основные методы вторичной переработки полимерных материалов. Предложены мероприятия, позволяющие решить проблемы, связанные с утилизацией полимерных отходов.

Представлены характеристики свойств полиэтилена низкой плотности до и после старения в течение трёх месяцев и вторичного полиэтилена низкой плотности, полученного экструзией из состаренной плёнки.

Исследованы причины изменения свойств, результатами которых может быть наличие гель-фракции во вторичных полиэтиленах низкой плотности, которая выполняет функцию активного наполнителя полимерной матрицы.1. Бобович Б.Б. Утилизация отходов полимеров: учеб. пособ. – М., 1998. – 62 с.2. Клинков А.С., Беляев П.С. и др.

Утилизация и вторичная переработка тары и упаковки из полимерных материалов. – Тамбов: ТГТУ, 2010. – 100 с.3. Лобачев Г.К., Желтобрюхов В.Ф. и др. Вторичные ресурсы: проблемы, перспективы, технология, экономика: учеб. пособ. – Волгоград, 1999. – 180 с.4. Овчинникова Г.П. Рециклинг вторичных полимеров: учеб. пособие. – Саратов, 2000. – С. 21.5. Одесс В.И.

Вторичные ресурсы: хозяйственный механизм использования. – М., 1988. – 15 с.6. Ткач Е.В., Рахимов М.А., Тоимбаева Б.М., Рахимова Г.М. Влияние органоминерального модификатора на физико-механические и деформативные свойства бетона // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 3 (часть 2). – С. 428–431.

Роль полимеров как конструкционных материалов проявляется с развитием строительства объектов химической промышленности, цветной металлургии, целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности, пищевой и многих других, связанных с использованием разнообразных агрессивных продуктов – органических и неорганических кислот, растворителей, щелочей.

Среди крупнейших потребителей полимерных материалов на одном из первых мест стоит строительная индустрия. Широкому применению полимерных материалов в строительстве способствуют не только высокая химическая стойкость, хорошие декоративные свойства многих из них, но и сравнительная простота применения, технологичность и другие свойства.

В связи с этим в самых разнообразных отраслях промышленности все ощутимей сказывается отсутствие строительных материалов, которые сочетали бы высокую химическую стойкость с высокой прочностью и долговечностью.

Успехи химии в области синтеза полимеров открывают практически неограниченные возможности для изготовления материалов с самыми разнообразными свойствами. Открытие новых способов синтеза и модифицирования полимеров позволяет получать новые виды мономеров и олигомеров, сополимеров – блоксополимеров и привитых сополимеров.

Важно

В то же время необходимо отметить, что полимерные материалы, и в том числе синтетические смолы, еще сравнительно дороги и дефицитны.

Поэтому в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и связана с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом.

Вместе с тем решение вопросов, связанных с охраной окружающей среды, требует значительных капитальных вложений.

Стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных и почти в три раза – на уничтожение бытовых отходов. Это связано со специфическими особенностями пластмасс, значительно затрудняющими или делающими непригодными известные методы уничтожения твёрдых отходов.

Использование отходов полимеров позволяет существенно экономить первичное сырьё (прежде всего нефть) и электроэнергию [2, 5].

С каждым годом количество полимерных отходов растет, а процент их использования до сих пор мал [3].

Учитывая специфические свойства полимерных материалов (они не подвергаются гниению, коррозии), проблема их утилизации носит прежде всего экологический характер.

Общий объём захоронения твёрдых бытовых отходов составляет около 4 млн т в год. От общего уровня отходов перерабатываются только 5…7 % их массы. По данным на 1998 г.

Совет

в усреднённом составе твёрдых бытовых отходов, поставляемых на захоронение, 8 % составляет пластмасса, т.е. 320 тыс. т в год.

Рассмотрим основные методы вторичной переработки наиболее распространённых полимерных материалов.

Полиолефины (ПО) – самый многотоннажный вид термопластов. Они находят широкое применение в различных отраслях промышленности, транспорта и в сельском хозяйстве. К полиолефинам относятся полиэтилен высокой и низкой плотности (ПЭВП и ПЭНП), полипропилен (ПП).

Наиболее эффективным способом утилизации отходов ПО является их повторное использование. Ресурсы вторичных ПО велики: только отходы потребления ПЭНП в 1995 г. достигли 2 млн т. Использование вторичных термопластов вообще и ПО в частности позволяет увеличить степень удовлетворения в них на 15…20 %.

Способы переработки отходов ПО зависят от марки полимера и их происхождения. Наиболее просто перерабатываются технологические отходы, т.е. отходы производства, которые не подверглись интенсивному световому воздействию в процессе эксплуатации.

Не требуют сложных методов подготовки и отходы потребления из ПЭВП и ПП, так как, с одной стороны, изделия, изготавливаемые из этих полимеров, также не претерпевают значительных воздействий вследствие своей конструкции и назначения (толстостенные детали, тара, фурнитура и т.д.

), а с другой стороны – исходные полимеры более устойчивы к воздействию атмосферных факторов, чем ПЭНП. Такие отходы перед повторным использованием нуждаются только в измельчении и гранулировании [1].

Выбор технологических параметров переработки отходов ПО и областей использования получаемых из них изделий обусловлен их физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые в значительной степени отличаются от тех же характеристик первичного полимера [2].

Характеристики свойств ПЭНП до и после старения в течение трёх месяцев и вторичного полиэтилена низкой плотности (ВПЭНП), полученного экструзией из состаренной плёнки, приведены в таблице.

Характеристики свойств ПЭНП и ВПЭНП до и после старения

Характеристики ПЭНП ВПЭНП
Исходный После эксплуатации Экструзионный
Содержание групп С–О, моль 0,1 1,6 1,6
Содержание низкомолекулярных продуктов, % 0,1 6,2 6,2
Содержание геля, % 20 20
Разрушающее напряжение при растяжении, MПа 15,5 11,4 10
Относительное удлинение при разрыве, % 490 17 125
Стойкость к растрескиванию, ч 8 1
Светостойкость, сут 90 50

Характер изменения физико-механических характеристик для ПЭНП и ВПЭНП неодинаков: у первичного полимера наблюдается монотонное снижение прочности и относительного удлинения, которые составляют 30 и 70 % соответственно после старения в течение 5 месяцев.

Для вторичного ПЭНП характер изменения этих показателей несколько отличается: разрушающее напряжение практически не изменяется, а относительное удлинение уменьшается на 90 %.

Причиной этого может быть наличие гель-фракции во ВПЭНП, которая выполняет функцию активного наполнителя полимерной матрицы.

Обратите внимание

Наличие такого «наполнителя» – причина появления значительных напряжений, следствием чего является повышение хрупкости материала, резкое снижение относительного удлинения (вплоть до 10 % от значений для первичного ПЭ), стойкости к растрескиванию, прочности при растяжении (10…15 МПа), эластичности; повышение жёсткости.

В ПЭ при старении происходит не только накопление кислородосодержащих групп, в том числе кетонных, и низкомолекулярных продуктов, но и значительное снижение физико-механических характеристик, которые не восстанавливаются после вторичной переработки состаренной полиолефиновой плёнки.

Структурно-химические превращения в ВПЭНП происходят в основном в аморфной фазе.

Это приводит к ослаблению межфазной границы в полимере, в результате чего материал теряет прочность, становится хрупким, ломким и подверженным дальнейшему старению как при повторной переработке в изделия, так и при эксплуатации таких изделий, которые характеризуются низкими физико-механическими показателями и сроком службы.

Для оценки оптимальных режимов переработки вторичного полиэтиленового сырья большое значение имеют его реологические характеристики.

Для ВПЭНП характерна низкая текучесть при малых напряжениях сдвига, которая повышается при увеличении напряжения, причём рост текучести для ВПЭ больше, чем для первичного.

Причиной этого является наличие геля во ВПЭНП, который значительно повышает энергию активации вязкого течения полимера. Текучесть можно регулировать, также изменяя температуру при переработке – с увеличением температуры текучесть расплава увеличивается.

Итак, на вторичную переработку поступает материал, предыстория которого оказывает весьма существенное влияние на его физико-механические и технологические свойства. В процессе вторичной переработки полимер подвергается дополнительным механохимическим и термоокислительным воздействиям, причём изменение его свойств зависит от кратности переработки.

При исследовании влияния кратности переработки на свойства получаемых изделий показано, что 3–5-кратная переработка оказывает незначительное влияние (гораздо меньше, чем первичная). Заметное снижение прочности начинается при 5–10-кратной переработке.

Из всего сказанного выше следует, что вторичное ПО сырьё следует подвергать модификации с целью улучшения качества и повышения срока службы изделий из него.

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

Важно

Вторичное использование полистирольных пластиков может идти по следующим путям: утилизация сильно загрязнённых промышленных отходов; утилизация технологических отходов УПС и акрилонитрилбутадиенстирольного пластика (АБС-пластика) методами литья под давлением, экструзии и прессования; утилизация изношенных изделий; утилизация отходов пенополистирола (ППС); утилизация смешанных отходов.

Сильно загрязнённые промышленные отходы образуются в производстве ПС и полистирольных пластиков при чистке реакторов, экструдеров и технологических линий в виде кусков различной величины и формы.

Эти отходы вследствие загрязнённости, неоднородности и низкого качества в основном уничтожают путём сжигания.

Возможна их утилизация деструкцией, с использованием получаемых жидких продуктов в качестве топлива.

Возможность присоединения к бензольному кольцу полистирола ионогенных групп позволяет получать на его основе иониты.

Растворимость полимера в процессе переработки и эксплуатации также не меняется.

Поэтому для получения механически прочных ионитов можно применять технологические отходы и изношенные полистирольные изделия, молекулярную массу которых путём термической деструкции доводят до значений, которые требуются по условиям синтеза ионитов (40…50 тыс.).

Читайте также:  Аккумуляция ледников в россии | ледниковая аккумуляция

Последующее хлорметилирование полученных продуктов приводит к появлению соединений, растворимых в воде, что свидетельствует о возможности использования вторичного полистирольного сырья для получения растворимых полиэлектролитов.

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

Совет

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

В данный момент из-за массового потребления напитков в упаковке из полиэтилентерефталатовых бутылок (ПЭТ-бутылок) на полигонах твёрдых бытовых отходов накопилось по некоторым оценкам более 2 млн т использованной пластиковой тары, являющейся ценным химическим сырьём.

Взрывной рост производства бутылочных преформ, повышение мировых цен на нефть и, соответственно, на первичный ПЭТ повлияли на активное формирование рынка по переработке использованных ПЭТ-бутылок.

Существует несколько методов переработки использованных бутылок. Одной из интересных методик является глубокая химическая переработка вторичного ПЭТ с получением диметилтерефталата в процессе метанолиза или терефталевой кислоты и этиленгликоля в ряде гидролитических процессов.

Однако такие способы переработки имеют существенный недостаток – дороговизна процесса деполимеризации.

Поэтому в настоящее время чаще применяются довольно известные и распространённые механохимические способы переработки, в процессе которых конечные изделия формируются из расплава полимера.

Разработан значительный ассортиментный ряд изделий, получаемых из вторичного бутылочного полиэтилентерефталата. Очищенные ПЭТ-хлопья можно непосредственно использовать для изготовления широкого ассортимента строительных материалов: кровельных; плёнок и листов (окрашенных, металлизированных); литьевых изделий конструкционного назначения и др.

Проблем, связанных с утилизацией полимерных отходов, достаточно много. Они имеют свою специфику, но их нельзя считать неразрешимыми.

Однако решение невозможно без организации сбора, сортировки и первичной обработки амортизованных материалов и изделий; без разработки системы цен на вторичное сырьё, стимулирующих предприятия к их переработке; без создания эффективных способов переработки вторичного полимерного сырья, а также методов его модификации с целью повышения качества; без создания специального оборудования для его переработки; без разработки номенклатуры изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья. Еще больше повышает актуальность применения модификаторов возможность утилизировать многотоннажные неорганические отходы производства. Особая роль в этом плане принадлежит ультрадисперсным наполнителям, содержащим кремнезем [6].

Обратите внимание

В настоящее время наиболее приемлемой является вторичная переработка отходов полимерных материалов механическим рециклингом, так как этот способ переработки не требует дорогого специального оборудования и может быть реализован в любом месте накопления отходов [4].

Рецензенты:

Жакулин А.С., д.т.н., профессор Карагандинского государственного технического университета, г. Караганда;

Байджанов Д.О., д.т.н., профессор Карагандинского государственного технического университета, г. Караганда.

Работа поступила в редакцию 21.05.2014.

Библиографическая ссылка

Источник: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34554

Вторичная переработка полимерной продукции

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.

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.

Раздельный выброс мусора

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.

Мусороперерабатывающий комплекс

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.

Дробилка для полимеров

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?

. 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.

Видео по теме: Переработка вторичных полимеров

Источник: https://promzn.ru/utilizatsiya-i-pererabotka/polimerov-vtorichnaya.html

Ссылка на основную публикацию