Способ переработки полимерных материалов

Содержание

Основные методы переработки полимерных материалов
Что такое полимерные отходы, способы их утилизации и переработки
Что относится к полимерным отходам?
Виды полимерных отходов
Старение полимеров
Структура полимерных отходов, получаемых из ТБО
Утилизация полимерных отходов
Переработка
Проблема переработки полимерных отходов
Виды вторичной переработки полимерных отходов
Основные этапы переработки
Оборудование
Куда сдать на переработку?
Какая продукция пригодна для переработки?
Сбор и сортировка полимерных отходов
Использование продуктов переработки полимеров
Стоимость продуктов переработки полимеров

Основные методы переработки полимерных материалов

Глава 6. Методы переработки полимерных материалов

Изготовление изделий из полимерных материалов (ПМ) осуществляется различными методами. В зависимости от состояния полимера (связующего) при формовании изделий, метода переработки ПМ можно разделить на несколько групп:

· переработка в ВТС − формование изделий из литьевых и прессовочных композиций литьем под давлением, экструзией, каландрированием, горячим прессованием;

· переработка в БЭС − формование изделий из подогретых листов и труб пневматическими методами (вакуум-формованием, раздуванием, выдуванием) и горячим штампованием;

· переработка в твердом состоянии − механическая обработка на станках (вырубное штампование, вырезание, вытачивание, высверливание и др.);

· изготовление изделий непосредственно из жидкого мономера. Его применяют при изготовлении листов полиметилметакрилата (органическое стекло) полимеризацией мономера непосредственно в плоской форме. Таким же способом получают пенополиуретан, прочие методы переработки − сварку, спекание, склеивание.

Выбор метода переработки обусловлен конструкцией изделия и характером изменений ПМ при нагревании. Так, термопласты могут быть переработаны любым методом пластической деформации, а реактопласты в основном методом горячего прессования.

Основные методы переработки полимерных материалов

Рассмотрим кратко основные методы переработки полимерных материалов.

Литье под давлением

Переработка термопластов литьем под давлением осуществляется на специальных литьевых машинах. Оформление изделий производится в холодных формах, которые не нужно периодически подогревать, так как отвердевание ПМ происходит благодаря охлаждению.

Принцип изготовления изделий литьем под давлением показан на рис. 6.1.

ПМ в виде порошка или гранул загружается через бункер в нагретый цилиндр литьевой машины, переходит в нем в ВТС и с помощью плунжера передавливается через сопло в холодную форму, периодически присоединяемую к соплу литьевой машины. Заполнив форму, термопластичная масса охлаждается и затвердевает, приобретая очертания формы. Готовое изделие извлекают из формы выталкивателем. Для ускорения раздавления ПМ внутрь цилиндра вставляют металлическую торпеду с электрическим обогревом. Применяются одно- и многозвездные формы.

Рис. 6.1. Схема изготовления изделий из термопластов литьем под давлением

Экструзия

Процесс формования экструзией широко применяются для переработки термопластов в ленты, трубки, пленки, листы, а также для покрытия проводов. По принципу действия сходен с литьем под давлением. На рис. 6.2 показана схема работы экструдера.

Твердый полимерный материал (в виде порошка или гранул) поступает в экструдер через бункер, разогревается в цилиндре и в виде вязкой массы непрерывно выдавливается шнеком через сопло, имеющее различные профили. При прохождении через сопло и выходе из него ПМ охлаждается и затвердевает в виде профильных изделии (с сечением сопла).

Пленки и листы из ПМ изготовляют методом экструзии через щель. Широкую тонкую пленку часто получают выдуванием.

Рис. 6.2. Схема работы экструдера

Выдувное формование

На рис. 7.3 показана схема выдувания полых изделий.

Рис. 6.3. Схема выдувания полых изделий из термопласта:

1 − форма; 2 − нагретая пластмасса, экструдируемая через форму; 3 − введение воздуха внутрь нагретой пластмассы; 4 − пластмасса, раздутая соответственно размерам формы; 5 − готовое изделие

Сначала на экструдере выдавливанием изготовляют трубки требуемого сечения, а затем отрезки труб раздуваются в форме, составленной из двух половин (рис. 6.3). На боковых поверхностях таких изделий обычно заметны следы от мест соединения разъемных частей форм. Шов (сварной) имеется лишь в нижней части изделия.

Источник

Что такое полимерные отходы, способы их утилизации и переработки

Товары из полимерных материалов используются в промышленности и быту. Универсальность приводит к тому, что полимерные отходы становятся атрибутом индустриализации и благоустройства жизни.

Следом встает вопрос утилизации таких отходов. Проблема накопления полимерных отходов из технической переросла в экологическую. Не замечать ее уже не получается. Оставить все, как есть, значит переложить груз на плечи будущих поколений.

Что относится к полимерным отходам?

Отходы полимеров в нашей стране редко используют для вторичной переработки. Их захоранивают, реже утилизируют.

В соответствии с ФККО (федеральным классификационным каталогом отходов) полимерные отходы относятся к 5 классу опасности. Это мусор, с которым мы постоянно сталкиваемся в обычных условиях, он не представляет угрозы жизни и здоровью.

Полимеры применяются в следующих отраслях:

машиностроение;
автомобилестроение;
самолетостроение;
судостроение;
сельское хозяйство;
текстильная промышленность;
медицина;
и многие другие.

Почти 40% всего пластика используется в качестве упаковочных материалов. Это потенциальные отходы полимеров, которые рано или поздно окажутся на свалке.

Виды полимерных отходов

Изделия из высокомолекулярных продуктов (полимеров) прочны, легки, долговечны, универсальны, незаменимы при современных технологиях производства.

Но они имеют свой срок эксплуатации, выходят из строя, подлежат дальнейшей утилизации или переработке.

Полимерные отходы по происхождению:

Вид отходов	Описание	Примеры
Технологические	Образуются при производстве пластмассы или переработке из одного вида в другой. Используются вторично, для чего необходимо специальное оборудование.	Гранулят, низкомолекулярный полимер
Производственные	Отходы с истекшим сроком годности или выполнившие назначение. Это использованная упаковка, плотная и мягкая тара. Нетоксичные, перерабатываемые.	Трубы, литники, куски, некондиция, брак

Бытовые Тара и иной полимерный бытовой мусор, изделия с истекшим сроком годности, вышедшие из употребления.

Пластиковые бутылки, канистры, баночки, полиэтиленовые пакеты

Для переработки важна и другая классификация полимеров:

Термопластичные.
Они плавятся, становятся вязкими, переходят в жидкое состояние. Это полиэтилен, полипропилен и др.
Ректопластичные.
Не переходят в вязкое, тягучее или жидкое состояние.

Термопластичные соединения подходят для вторичной переработки.

Старение полимеров

В ходе эксплуатации изделия из полимеров подвергаются воздействию физико-химических факторов:

температура;
освещение;
влага;
воздух;
ветер;
механические нагрузки;
химические реагенты;
радиация и др.

В результате изменяется молекулярная структура вещества. Процесс называется «старением». Старение выражается в виде:

Тип	Суть процесса	Влияние на характеристики материала
Деструкция	Разрыв молекулярных связей	Потеря эластичности, прочности; хрупкость, жесткость, изменение цвета и структуры.
Структурирование	Сращивание молекулярных цепей

Итогом старения полимеров становится потеря эксплуатационных качеств товара.

Структура полимерных отходов, получаемых из ТБО

Доля отходов, образовавшихся в быту, составляет 60%.

Количество полимеров в объеме твердых бытовых отходов:

Название	Сокращенное	Содержание в отходах	Пригодно к переработке
Полиэтилен	ПЭ	34%	20%
Полиэтилентерефталат	ПЭТФ	20,4%	15%
Комбинированные материалы (в составе бумага, картон)	17%	_
Поливинилхлорид	ПВХ	13,6%	10%
Полистирол	ПС	7,6%	12%
Полипропилен	ПП	7,4%	17%

Вопрос утилизации таких отходов перерос в экологическую проблему. Общество идет по пути организации раздельного сбора мусора, рециклинга отходов, ликвидации несанкционированных свалок.

Утилизация полимерных отходов

От пластиковых отходов избавляются тремя способами:

Захоронение отходов в том виде, в каком они есть, это не решение вопроса, а его отсрочка или бомба замедленного действия, потому что полимеры очень медленно разлагаются. Требуются все большие земельные площади для организации полигонов захоронения.

Утилизация полимеров отчасти решает проблему, но она более гуманна по отношению к физическому засорению окружающей среды.

Утилизацию проводят путем:

Сжигания.
Метод быстрый, не требующей предварительной сортировки и подготовки. При горении пластик выделяет токсичные веществаи газы, которые создают парниковый эффект, провоцируют увеличение озоновых дыр.
Пиролиза.
В условиях высокой температуры без доступа кислорода получают газ, жидкие и твердые остатки. Газ используется как топливо, жидкие в качестве теплоносителя, твердые – как сырье в промышленных целях.

Оба эти способа экологически неэффективны, так как сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу и загрязняют ее.

Переработка

Вторичное использование имеющихся полимерных отходов даст тысячи тонн сырья. При этом потребуются значительные экономические и энергетические затраты.

Проблема переработки полимерных отходов

Влияние полимерных отходов на окружающую среду вызывает серьезное беспокойство. Они представляют общественную угрозу и являются экологической проблемой.

ПЭТ обладает устойчивостью к воздействию окружающей среды и не разлагается в естественных условиях. Сжигание сопровождается выбросом в атмосферу токсичных газов, таких как синтетический яд диоксин.

Процесс переработки и уничтожения пластмассы самый дорогой. Он в 3 раза дороже переработки бытовых отходов и в 8 раз – промышленных. Каждый вид полимеров требует специальной переработки.

Большинство упаковок производится по особым, смешанным технологиям (состоит из нескольких видов полимеров, включают бумагу, фольгу, картон). Чтобы их переработать, требуется особый подход. Такая тара не горит даже в мусоросжигающих печах.

Виды вторичной переработки полимерных отходов

Перспективным является рециклинг полимерных отходов. Самые распространенные способы основаны на физико-химических процессах:

Гидролиз.
Воздействие кислоты, высокой температуры, катализаторов. Широко применяется за рубежом.
Гликолиз.
Применение специальных спиртов, температурного режима и катализатора.
Метанолиз.
Возможен в специальных печах с заданной температурой и давлением.
Пиролиз.
Разложение при высоких температурах без доступа кислорода.

Ни один из этих методов в России не востребован из-за высокой себестоимости и отсутствия квалифицированных кадров. Самый распространенный вид переработки полимерных отходов механический – простое измельчение вторичного сырья.

Основные этапы переработки

После окончания сбора и сортировки полимерных отходов на перерабатывающих предприятиях они проходят несколько этапов:

Виды переработки	Плюсы	Минусы
Сортировка	Начальный этап разделения пластиковых отходов по цвету, форме, габаритам, типу пластика. Удаление посторонних примесей, некондиционного мусора	Невозможность автоматизации процесса, низкоквалифицированный ручной труд.
Измельчение	Первая обязательная ступень переработки всех пластиковых отходов. От нее зависит дальнейшая технология и использование вторичного сырья.	Необходимость сортировки пластика. Невозможность использовать крупногабаритный пластик на стандартном оборудовании без предварительной резки на куски. Рыхлый пластик перед измельчением нужно прессовать, уплотнять. Высокие энергозатраты.
Сепарация	Отделение измельченных частиц пластика от вкраплений металла при помощи магнитного поля и сепарации.	Для магнитных и цветных металлов нужны разные технологии.
Промывка	Очищение от пыли, механических и химических загрязнений с использованием моющих поверхностно-активных веществ (ПАВ), химических растворителей.	Необходимость анализа характера и степени загрязнения исходного сырья. Плохая или неправильная очистка влияет на качество и внешний вид продуктов вторичной переработки.
Грануляция	Уплотнение, переплавка в гранулы, удобные в транспортировке и дальнейшей переработке.	Усреднение характеристик товара.

Оборудование

Оборудование для завода по переработке пластиковых отходов состоит из:

линии мойки;
дробильной;
шредера;
экструдера для пластификации и формовки;
агломератора для полиэтиленовых пленок;
гранулятора;
транспортеров;
смесителей и дозаторов.

В зависимости от состава предполагаемых отходов полимеров и конечного продукта комплектация отличается. Модульное оборудование предполагает индивидуальную сборку.

Куда сдать на переработку?

Если в городе организован раздельный сбор мусора, и люди выбрасывают пластик в предназначенные контейнеры, это равносильно тому, что они сдают отходы на переработку.

Мусороперерабатывающие предприятия проводят закупку отходов полимеров у компаний и частных лиц. В крупных городах в гипермаркетах оборудованы контейнеры для сбора использованных пластиковых бутылок.

Какая продукция пригодна для переработки?

Действующие в России предприятия по переработке полимерных отходов принимают:

пластиковую посуду, бутылки;
упаковку из полимеров;
пленку и полиэтилен;
пластмассу.

Не пригодно для рециклинга сырье со смешанным составом и полимеры низкой плотности, такие как пенопласт.

Сбор и сортировка полимерных отходов

За рубежом накоплен большой опыт по сбору и сортировке отходов. Успехов в утилизации пластика добились Германия, США и Канада.

В России сбор бывшей в употреблении пластмассы ведут единичные предприятия. С 1 января 2019 года в стране началась «Мусорная реформа», один из пунктов которой – раздельный бор мусора и сортировка отходов.

Использование продуктов переработки полимеров

При переработке полимеров получают вещества в разном агрегатном состоянии. Пиролизный газ используют как топливо. Жидкие компоненты служат теплоносителем. Твердые фракции применяются в промышленности и строительстве.

После переработки получают:

масла;
воск;
твердое топливо;
газообразное горючее;
бензин.

Сырьевые гранулы вторичной переработки используют во многих отраслях: от пластиковой тары до текстильного волокна и искусственных газонов.

Из полиэтиленрефталата получают подкладочный материал-утеплитель для одежды. Полиэтилен применяется при литье пластиковых труб, изготовлении канистр, пленочных материалов.

Полипропилен используют в машиностроении. Компании с мировым именем, такие как Рено, Фиат используют старые автомобильные бамперы для производства деталей, автомобильных ковриков.

Стоимость продуктов переработки полимеров

Отходы полимеров на рынке вторсырья почти ничего не стоят. Они минимум в 10 раз дешевле исходного сырья. После переработки ценность возрастает, и они уже втрое дешевле первичного.

Покупная цена на использованный пластик рассчитывается индивидуально и зависит от типа полимеров, объемов сырья, состояния, загрязнения, необходимости сортировки. Цена начинается от 5-10 руб. за килограмм.

Готовые гранулы имеют широкий ценовой диапазон с учетом технологий переработки и региона – от 10 до 50 рублей за килограмм и выше.

Сбор и переработка отходов как бизнес в России переживает стадию становления. Данная ниша в рыночной экономике пока не заполнена. Тот, кто думает о вложении средств, может на полном основании рассматривать мусор, как выгодное коммерческое предложение для бизнеса.