Использование отходов пластмасс путем повторной переработки

1.4.2 Получение вспененных изделий

 

   Значительное число отходов перерабатывается в пеноизделия обычными методами: в автоклаве, экструзией или литьем под давлением. При переработке в автоклаве в смесь отходов добавляют вспенивающие агенты и проводят тепловую обработку материала. В качестве вспенивателей используют физические агенты, такие, как пентан, гептан, метилхлорид, метиленхлорид, трнхлорэтилен, трихлорфторметан, инертные газы и ряд других соединений. Содержание их можно варьировать в пределах 3—7 % (масс.). Часто к физическим вспенивателям добавляют вещества, являющиеся зародышеобразователями и обеспечивающие мелкоячеистую структуру изделий и соответственно более высокие физико-механические показатели. При этом могут быть сформованы пеноизделия с кажущейся плотностью 0,3 г/см3 , имеющие разрушающее напряжение при сжатии около 2,5 МПа.

    При переработке отходов методом экструзии их, как правило, предварительно смешивают в интенсивном смесителе с химическими вспенивателями, такими, как диамид азодикарбоновой кислоты, добавляя также смесь карбонатов или бикарбонатов с лимонной кислотой. Для улучшения переработки часто в смесь вводят бутилстеарат. Кроме многокомпонентного литья, смесь отходов можно перерабатывать в пеноизделия и однокомпонентным литьем, используя в качестве вспенивающего агента диамид азодикарбоновой кислоты в количестве 0,5-1 % (масс.). Изделия применяются в мебельной промышленности и как крупногабаритная тара.

    Еще один способ использования отходов пластмасс без разделения и очистки заключается в применении их для получения пористых кирпичей. Он основан на высокой теплотворной способности пластмасс и их способности разлагаться при температурах 500 °С и выше. Тонко измельченные отходы в количестве до 15 % (масс.) смешивают с глиной, формуют в кирпичи, обезвоживают при 100 °С в течение 12 ч, после чего подвергают термообработке при 600-1100 °С. При этом пластмассы разлагаются, а выделяющиеся газообразные продукты способствуют вспениванию глины. Плотность кирпича снижается с 2,08 до 1,42 г/см3 , при этом соответственно уменьшается и прочность материала на сжатие [1].

1.5 Модификация смесей отходов

     Введение сополимера этилена с винилацетатом (СЭВА) в двухкомпонентную смесь ПЭ—ПВХ позволяет существенно повысить ее эластичность и стойкость к ударным нагрузкам. Относительное удлинение при разрыве возрастает в 2,5 раза, а ударная вязкость (сопротивление удару) более чем в 3 раза при содержании ЭВА в смеси 10 % (масс.).

   Добавление ПЭ к ПС приводит к снижению предела текучести и разрушающего напряжения при растяжении. Однако добавление небольших количеств привитого сополимера с 5 % (масс.) связанного ПЭ вызывает увеличение обоих показателей. Аналогичная картина наблюдается и при использовании блоксополимеров. Статистические сополимеры стирола с этиленом на оказывают положительного влияния на свойства смесей.

    Изучение влияния сополимеров на ударную прочность смесей показало, что только блоксополимеры стирола с этиленом существенно улучшают этот показатель. В наибольшей степени повышение ударной вязкости проявляется в области содержания ПЭ в смеси от 10 до 25 % (масс.), причем для этого достаточно использовать сополимеры с невысоким содержанием связанного ПЭ—5—30 % (масс.). Ни привитые, ни статистические сополимеры не улучшают существенно ударную вязкость смесей.

    С практической точки зрения наибольший интерес представляют блоксополимеры. Введение их в смесь ПЭ с ПС в небольшом количестве позволяет при сохранении достаточно высокого модуля упругости значительно повысить прочностные показатели и ударную вязкость по сравнению с исходной двухкомпонентной смесью.

   Еще одним «совместителем» полимерных отходов различной природы является хлорированный полиэтилен (ХПЭ). Существенное значение имеет как химическая природа компонентов, так и свойства ХПЭ.

    Модификация трехкомпонентных смесей отходов с равным содержанием ПЭ, ПС и ПВХ путем добавки ХПЭ приводит к изменениям в свойствах, характерным для двухкомпонентных смесей. Материал из хрупкого становится гибким, относительное удлинение при разрыве в случае введения 30 % (масс.) ХПЭ возрастает с 1,4 до 100%.

  Более детальное изучение влияния свойств ХПЭ на свойства смесей отходов позволило сделать вывод о том, что для трехкомпонентных смесей лучшим «совместителем» является ХПЭ, содержащий 42 % (масс.) хлора, в товремя как для смеси ПЭ— ПВХ — содержащий 36 % (масс.) хлора. Для остальных двухкомпонентных смесей содержание хлора в ХПЭ мало сказывается на физико-механических показателях материала.

 

      Более детальное изучение композиций из смеси отходов с ХПЭ показало, что хотя он и улучшает механические свойства смесей, однако в его присутствии при температурах выше 100 °С интенсивно протекает деструкция, о чем свидетельствует резкое снижение молекулярной массы всех полимеров, входящих в состав композиции. Отсюда следует, что ХПЭ может быть эффективно использован для модификации смеси отходов только в присутствии сильных антиоксидантов, в основном фенольного типа.

    Известны попытки улучшить совместимость смесей отходов ПЭ и ПС путем их предварительной обработки и создания благоприятных «поверхностных» условий для совместной переработки. Оказалось, что обработка отходов смесью бензин—бензол (1 : 1) в течение 2 мин приводит к повышению жесткости и прочности при соотношении ПЭ : ПС = 1 : 1 в гораздо более значительной степени, чем это достигается, например, введением СЭВА. Предварительная обработка смесей ПЭ и ПС различного состава смесью серной кислоты с металлическим натрием показала, что в области высоких содержаний ПС (свыше 70 %) этот прием также приводит к резкому возрастанию жесткости и прочности изделий из смесей.

    Полученные данные позволяют говорить о том, что не только использование вещественных добавок, но и поверхностная обработка отходов в определенных случаях позволяет улучшить свойства изделий из смесей отходов. Сдерживающим фактором в развитии этого направления являются технологические сложности и вопросы техники безопасности, связанные с использованием пожаро- и взрывоопасных веществ и необходимостью создания специально оборудованных участков по обработке и последующей сушке смесей отходов.

     Таким образом, обобщая разнообразные результаты по использованию различных полимеров и сополимеров в качестве добавок, улучшающих свойства смесей отходов, можно сделать следующие выводы:

1) правильный выбор полимера  или сополимера зависит от  химического состава смеси отходов;

2) используемые добавки  в смеси отходов играют роль  своеобразного поверхностно-активного  полимера, способствуя лучшему совмещению компонентов смеси;

3) в смесях, основными  компонентами которых являются  ПЭ и ПС, в качестве добавок  лучше использовать блоксополимеры стирола и этилена, а также сополимеры этилена с винилацетатом; в тех случаях, когда в состав смеси входит ПВХ, эффективным с точки зрения улучшения свойств смеси является введение ХПЭ;

4) оптимальные количества  добавок зависят от их химической  природы и состава смеси отходов  и колеблются в пределах 5—20 % (масс.);

5) применение ХПЭ является  эффективным только в том случае, когда одновременно с ним используются сильные антиоксиданты.

     Таким образом, можно выделить три направления, позволяющие улучшать свойства смесей отходов полимеров без их разделения на компоненты: введение в смесь полимеров или сополимеров различной природы, выполняющих функцию ПАВ; поверхностная обработка отходов; модификация смесей сшивающими агентами (вероятно, это может быть и радиационное сшивание). Каждое из этих направлений имеет свои преимущества и недостатки, поэтому нельзя отдать предпочтение какому-либо одному из них. Выбор метода определяется комплексом экономических, сырьевых, эксплуатационных и других факторов [1].

2.АБС-пластик

   АБС-пластик — ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом (название пластика образовано из начальных букв наименований мономеров).

    По итогам 2006 года производственные мощности АБС-пластика на мировом рынке достигли 8 млн. Тонн, при этом по итогам данного периода потребление находилось на уровне 72 % от возможного объёма производства.

   Средний ежегодный темп роста мирового рынка АБС-пластика до 2010 оценён в 5,5 %. Мировое производство АБС-пластика до восьмидесятых годов концентрировалось в основном в США. С середины 80-х началось смещение мирового рынка АБС-пластика в страны Азии.

   В настоящее время основными мировыми регионами потребления являются страны Азии (около 62 %), Западная Европа (17 %) и Северная Америка (17 %). В странах Юго-Восточной Азии АБС во многих областях вытесняет ударопрочный полистирол.

   АБС относится к непрозрачным пластмассам, хорошо окрашивается в различные цвета. Изделия из обычных марок АБС имеют высокий поверхностный глянец, выпускаются также специальные матовые сорта АБС.

3. Оборудование для измельчения пластмассовой тары

   Последнее время все больше и больше начинают принимать различные виды пластиковых отходов, как вторсырье. После обработки, на выходе получают мелкие частички пластмассы. В процессе измельчение участвуют различные промышленные устройства, одним из них есть дробилка.

   Шредер или дробилка для пластика – основное оборудование в технологическом процессе переработки полимерных отходов, что позволяет повторно использовать сырье, добавляя его к первичному сырью. Специфика производства некоторых предприятий предполагает измельчение материала для последующей продажи вторсырья.

   Дробилка для пластика или пластмасс, или же, шредер для полимерных отходов, должны выполнять свою основную функцию – измельчать полимерные отходы до необходимой фракции.

   Для измельчения пластика и пластмасс используются несколько видов конструкций дробилок с различными способами дробления

Классификация дробилок для пластмасс по конструкции:

- Щековые. Дробление (раздавливание) полимерных материалов производится  посредством рифленых стальных плит.

- Молотковые, или дробилка  ударного типа, на роторе которой, на шарнирах закреплены специальные  ударные молотки, дробящие пластмассовые отходы.

- Конусные. Применяют для  измельчения твердых отходов, между 2-мя стальными конусами.

- Роторные. Это самые высокопроизводительные  и эффективные дробилки отходов  полимерных материалов, и самые  универсальные, и распространенные  дробилки пластиковых отходов. Эти  дробилки, в свою очередь, делятся на такие виды:

- Низкоскоростные. Мощность  – до 10 кВт. Применяются для дробления  толстостенных пластиковых отходов.

- Высокоскоростные. Мощность  – более 10 кВт. Применяют для дробления тонкостенных материалов.

Дробилка полимеров: принцип работы

   Главным показателем, на который обращают внимание при выборе дробилки, является продуктивность переработки в кг/час, и характер перерабатываемого материала.

Шредеры

    Иногда процесс производства неизбежно связан с образованием большого количества крупногабаритных отходов (прогоны, слитки). Следовательно, значительная часть материала уходит в отходы.

   Промышленный шредер – это установка, предназначенная для резки или дробления крупногабаритных, сложных для переработки, отходов производства.

   Промышленные шредеры, оправдано, используются для измельчения отходов толстостенной пластмассы, макулатуры, стекла, дерева, резиновых и кожаных материалов (автопокрышки, старая обувь), ведь измельчить эти отходы в обычной дробилке не представляется возможным. Современные шредеры имеют систему защиты от механических и электрических перегрузок.

   Для каждого вида отходов применяется определенная модель промышленных шредеров, обеспечивающая максимальное качество измельчения. Современные промышленные шредеры для крупногабаритных отходов отличаются повышенной производительностью, и высокими показателями экономичности, как в области энергопотребления, так и затрат по эксплуатации. Промышленные шредеры могут работать 24 часа в сутки, притом некоторым моделям не требуется дополнительное охлаждение. Промышленные шредеры, для измельчения крупногабаритных материалов и отходов, могут содержать в комплекте вертикальные прессы, обеспечивающие предварительное смятие пустотелых отходов (труб, ванн, бочек и т. д.)

    Шредеры, предназначенные для измельчения пластика, способны перерабатывать все виды полимеров, независимо от их жесткости и толщины.

    Переработанный в шредере слиток материала, разрезается на однородные пластины, затем измельчающиеся в дробилке. В результате, образуются гранулы 0,6 – 1 см. Так происходит процесс двухступенчатого дробления.

   Чтобы предназначенный для измельчения слиток был плотнее прижат к ротору, используется пневматический толкатель, который обладает таким преимуществом, как отсутствие инерции перед гидравлическим толкателем, установленным на большинстве шредеров. Это преимущество способствует возникновению чувствительности на отдачу материала, в процессе дробления, что позволяет значительно смягчить механическую нагрузку на ротор.

Принцип работы роторной дробилки

   При переработке полимерных отходов чаще всего используют роторные дробилки.

   Принцип действия роторной дробилки основан на энергии удара ножа об дэку (биле) - электродвигатель раскручивает ротор с ножами, на высоких оборотах подают вторсырье в барабан дробилки (полиэтилен, ПЭТ тару, пластмассовые отходы и др.) где встречается с ножами, которые измельчают полимерные отходы.

Схема барабана роторной дробилки

1. Объект вторсырья; 2. Измельчительные  ножи; 3. Дэка; 4. Вал ротора; 5. Отбойная пластина;

Дробилки можно классифицировать следующим образом:

 Дробилки для пленки  и всего, что с ней связано (овощные  ящики, мешки, бигбеги, пленка на рулонах), с плоскими V-образными резаками. Эти ножи применяют для переработки большинства видов изделий из полимера. Принцип их работы – разрезание материала ножницами.