Основные проблемы научно-технического развития отрасли и сырьевой базы по производству товаров из пластмасс

Содержание

 

 

 

1. Основные  проблемы научно-технического развития  отрасли  и сырьевой базы по производству товаров из пластмасс

 

Производство пластмасс — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей химической промышленности. Без этих материалов не обходится ни одна отрасль промышленности и сфера человеческой деятельности. В настоящее время как в России, так и за рубежом наибольшее значение приобрел выпуск группы базовых пластических масс: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола и полиэтилентерефталата.

Полимерные материалы (полимеры и пластмассы) используют для производства весьма значительных по объему и номенклатуре групп товаров с разнообразным назначением, а, следовательно, потребительскими и эксплуатационными свойствами. В настоящее время полимерные материалы используются во всех отраслях промышленности, например в строительстве (лакокрасочные, отделочные, теплоизоляционные и другие материалы), сельском хозяйстве (пленки, трубы и другие изделия), в производстве мебели, хозяйственных и других товаров, обеспечивающих комфортную жизнедеятельность людей.

Полимерные материалы являются высокоэффективными в технологическом, потребительском и экономическом планах. Технологичность ПМ определяется минимальной энергоемкостью процессов получения изделий, высокой производительностью оборудования и исключением дорогостоящих операций механической обработки готовых изделий. Поэтому производство изделий из пластмасс является высокорентабельным с коротким сроком окупаемости капиталовложений.

Из полимерных материалов получают изделия с самыми разнообразными свойствами, удовлетворяющие самые разные потребности. Их экономичность определяется тем, что производство изделий из полимерных материалов может быть полностью автоматизировано в пределах разумных затрат, что позволяет сократить расходы и, следовательно, себестоимость продукции, а также розничную цену товаров.

Вследствие вышеперечисленных особенностей полимерных материалов, несмотря на короткий срок их применения (немногим более 100 лет), они получили широкое использование. Их производство и применение в последние 25 лет резко возросло. Особенно быстро прирост производства отмечается в Индии, Китае, Пакистане.

Мировое производство ПМ в настоящее время составляет около 150 млн т. Анализ ассортимента выпускаемых пластмасс показывает, что выпуск 10 видов пластмасс составляют около 90% общего производства полимерных материалов. В группу полимеров общетехнического назначения, имеющих наибольшее применение, входят полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС) и полиэтилентерефталат (ПЭТФ), акрилонитрил (АК).

Одной из основных проблем производства пластических масс в России является вопрос сырьевого обеспечения, в первую очередь, этиленом, на базе которого производится большинство базовых полимеров. Увеличение производства полимеров практически невозможно без строительства мощностей по подготовке пиролизного сырья (прямогонного бензина, сжиженных газов, этана и пр.) и этиленовых установок, что требует значительных инвестиций.

Тем не менее предприятия решают проблемы обеспечения сырьем. В ближайшем будущем предполагается запуск крупных нефтехимических комплексов в Новокуйбышевске, Новом Уренгое и других регионах Сибири. Серьезные предпосылки имеет ОАО «Саянскхимпласт» для создания крупных мощностей по полиэтилену на базе ресурсов этанового сырья Ковыктинского газоконденсатного месторождения. Наращивание мощностей по олефинам предполагается в ОАО «Нижнекамскнефтехим». На ряде НПЗ (Рязань, Саратов и др.) планируется создание мощностей по пропилену концентрированием пропан-пропиленовой фракции. Ведутся работы по завершению строительства производства терефталевой кислоты в ОАО «Полиэф».

Особенности отечественной отрасли пластмасс заключаются в том, что в производстве все еще сохраняется выпуск термореактивных полимеров: аминоформальдегидных — до 20% и фенолоформальдегидных (ФФС) — до 8% от общего объема. В структуре термопластичных полимеров основной объем приходится на вышеперечисленные полимеры общетехнического назначения.

В то же время растет использование импортных полимеров в производстве изделий из пластмасс, таких как полиамиды (ПА), полиэтилентерефталаты (ПЭТФ), а в последнее время полиэтилены низкого и высокого давления, ПП, ПС. Международная маркировка и область применения основных видов полимеров приведены в Приложении 1.

Наибольший объем мирового потребления полимерных материалов приходится на производство упаковки и тары. Затем следует строительство, транспорт, производство электроники, мебели, хозяйственных товаров. Так, около трети полимеров расходуется на производство тары и упаковки. Вследствие того что потребительская ценность упаковки теряется задолго до утраты первоначальных свойств полимеров, из которых они изготовлены, то остро стоит вопрос о вторичном использовании отходов полимеров. До недавнего времени использование вторичного сырья являлось прерогативой предприятий по производству изделий. Сейчас сформировалось новое самостоятельное направление — рециклирование пластмасс, разрабатывающее технологические процессы по переработке отходов, прежде всего использованной тары. Это способствует решению не только сырьевых, но и экологических проблем.

Основными мероприятиями, направленными на снижение загрязнения окружающей среды, являются:

• вторичная переработка;
• утилизация сжиганием;
• термическое разложение путем пиролиза и деполимеризации с использованием низкомолекулярных продуктов;
• разработка и применение способов деструкции (разложения) полимеров под действием света, кислорода воздуха и микроорганизмов.

В последнее время большое внимание уделяется последнему способу. Для этого в полимер вводят биоразлагаемые добавки, которые разрушают межмолекулярные связи, в результате происходит окисление и деструкция молекул полимера рида (пластикат), температура стеклования которого снижается до -10...-20 °С и ниже. При комнатной температуре такой пластифицированный поливинилхлорид — эластичный и мягкий, характеризуется сильным удлинением при разрыве.

Часто пластмассы получают из смеси полимеров. Другой путь их получения — химический (сополимеры). В таких случаях их свойства, как правило, имеют более высокие значения, чем исходных полимеров.

При проектировании состава пластмасс учитывают свойства полимеров, и от этого зависит область их применения. В Приложениях 2 и 3 приведены область применения и основные свойства наиболее распространенных полимеров. Разработка рецептуры материала, наиболее пригодного для последующих условий эксплуатации, является главным этапом формирования свойств.

 

2. Свойства и качественные характеристики хозяйственных товаров из пластмасс

 

Наиболее важным фактором, определяющим потребительские свойства изделий из полимеров, является вид полимера и состав введенных в него добавок. Путем подбора соответствующих полимеров, наполнителей и других добавок можно изготовить пластмассы с различными потребительскими свойствами.

Спектр свойств полимеров достаточно широк. Полимеры могут быть:

• хрупкими и ударопрочными;
• прозрачными и мутными;
• мягкими (пенопласты, поропласты, поливинилхлорид), полужесткими (капрон, полипропилен, полиэтилен) и жесткими (полистирол, полиметилметакрилат, фенопласты, аминопласты);
• горючими и огнестойкими, электропроводящими и электрическими изоляторами и др.

При комнатной температуре полимер находится в твердом состоянии, и он может быть либо аморфным (стеклообразным), либо кристаллическим. При введении в полимер пластификатора снижается температура стеклования и увеличивается эластичность полимера за счет уменьшения величины межмолекулярного взаимодействия. Например, непластифицированный поливинилхлорид — винипласт — имеет температуру стеклования 80 °С. Такой материал достаточно жесткий при комнатной температуре. Введение 5-10% пластификатора снижает температуру стеклования до 45-50 °С, а большее количество пластификатора (30-40%) приводит к образованию эластичного поливинилхлорида (пластикат), температура стеклования которого снижается до -10...-20 °С и ниже. При комнатной температуре такой пластифицированный поливинилхлорид — эластичный и мягкий, характеризуется сильным удлинением при разрыве.

Часто пластмассы получают из смеси полимеров. Другой путь их получения — химический (сополимеры). В таких случаях их свойства, как правило, имеют более высокие значения, чем исходных полимеров.

При проектировании состава пластмасс учитывают свойства полимеров, и от этого зависит область их применения. В Приложениях 1 и 2 приведены область применения и основные свойства наиболее распространенных полимеров. Разработка рецептуры материала, наиболее пригодного для последующих условий эксплуатации, является главным этапом формирования свойств.

Следующим важным фактором, влияющим на свойства изделий, являются условия переработки полимеров в изделия. Переработке пластмасс предшествует проектирование рациональной формы и конструкции изделия, а также формующего инструмента (литьевой формы, экструзионной головки и др.), выбор оптимального способа переработки и условий его осуществления.

Определяющим фактором качества изделий из полимеров является, как уже указывалось, вид полимера. В табл. 1 приведена общая классификация показателей качества полимеров, которые затем проявляются в свойствах изделий в зависимости от их назначения.

Таблица 1

Номенклатура показателей качества полимеров и изделий из них

Групповые показатели	Показатели качества полимеров (сырья)	Показатели качества изделий
		Пленка ПЭ (ГОСТ 10354-82)	Посуда из полимеров (ГОСТ Р 50962-96)
1	2	3	4
Физические	Плотность	Толщина	Сопряжение деталей
Физико- механические	Разрушающее напряжение при растяжении, изгибе, сжатии, ударная вязкость, удлинение при разрыве, твердость	Прочность при растяжении в продольном и поперечном направлениях, усадка, стойкость к надрыву	Коробление, стойкость рисунка
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4
Физико- химические	Кислотостойкость, водостойкость, водо- поглощение, жиро- стойкость	Не нормируются	Миграция красителя, химическая стойкость(к воздействию кислотных и мыльных растворов)
Термическое	Температура размягчения, плавления, теплостойкость, стойкость к термоокислительному старению, показатель текучести расплава	Горючесть (кислородный индекс)	Стойкость к горячей воде
Электрические	Удельное поверхностное электрическое сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность	Удельное поверхностное электрическое сопротивление	Не нормируются
Гигиенические	Запах и привкус водной вытяжки
	Запах, количество миграции вредных веществ		Стойкость к загрязнению, изменение цвета и прозрачности модельной вытяжки, количество миграции вредных веществ

 

При этом не все естественные свойства полимеров оценивают в готовых изделиях. Для примера в табл. 1 приведены показатели качества полиэтиленовой пленки и посуды из полимеров.

Спектр нормируемых показателей качества двух видов готовых изделий различается, что определяется областью их применения. Только гигиенические показатели остаются нормируемыми как для исходного сырья, так и для изделий, потому что оба изделия контактируют с пищевыми продуктами. Некоторые аналогичные показатели имеют различное название. Например, для исходных полимеров используется показатель "разрушающее напряжение при растяжении", а аналогичный показатель для пленки определен как "прочность при растяжении в продольном и поперечном направлениях.

 

Общая группировка потребительских свойств изделий из пластмасс приведена в табл. 2.

Таблица 2

Общая группировка потребительских свойств изделий из пластмасс

Групповые свойства	Единичные показатели
1. Функциональные	Стойкость к горячей воде, химическая стойкость, сопряжение деталей, коробление, прочность крепления ручек, перемещение ящиков, дверок, полок, надежность запирания замков, толщина стенок тазов в углах, стойкость мешков с ручками к нагрузке, прочность сварного шва при разрыве, герметичность сварного шва, разрывное усилие сварного шва при разрыве, герметичность сварного шва, разрывное усилие сварного шва для ручек, деформация крючка вешалки, жесткость подноса, герметичность крышек, бутылей, канистр, плотность закрывания крышек, прочность канистр, бутылей, деформация детской ванночки по ширине и др.
2. Гигиенические	Стойкость к загрязнению, запах и привкус водной вытяжки, количество миграции вредных веществ в модельные среды, миграция красителя
3. Эстетические	Внешний вид (наличие дефектов, цвет), стойкость рисунков к трению и к моющим средствам, оригинальность формы, конструкции, эргономическая приспособленность
4. Эргономические	Удобство пользования и ухода за изделием

 

В зависимости от назначения изделия, его фасона, наличия окрашивания и отделки определяется перечень оцениваемых показателей конкретного изделия.

Таким образом, качество изделий из пластмасс зависит от целого ряда факторов, связанных как со свойствами используемых для их изготовления материалов, так и от правильности выбора конструкции изделий и соблюдения технологического режима их формования. В связи с этим к качеству изделий из пластмасс предъявляются требования, касающиеся состава ком позиции, используемой для формования, конструкции изделия, его внешнего вида и соответствия свойств изделия требованиям нормативных документов.