Способы переработки полиэтилена низкого давления

Способы переработки полиэтилена низкого давления

На сегодняшний день практически все крупные нефтехимические компании занимаются производством полиэтилена. Наиболее примечательное качество полиэтилена низкого давления – цена. Это самый дешевый неполярный синтетический полимер из класса полиолефинов с широким спектром возможностей использования.

Основным сырьем для производства полиэтилена низкого давления является этилен. Полиэтилен этого вида синтезируется при низком давлении. В основном готовая продукция представляет собой гранулы диаметром от 2 миллиметров до 5, иногда выпускается в порошкообразной форме.

Полиэтилен низкого давления: характеристики

Данный тип полиэтилена имеет высокую плотность — 0,960 г/см³. Это твердый и очень прочный термопласт, широко использующийся в современной промышленности. Температура плавления полиэтилена низкого давления (высокой плотности) варьируется в пределах 129–135°C. Размягчается ПНД при более высокой температуре, нежели ПВД, поэтому его можно подвергать стерилизации паром.

Полиэтилен высокой плотности растворяется только в ароматических углеводородах при повышенной температуре. При этом наблюдается следующая зависимость: чем больше плотность полимера, тем меньше его растворимость в органических растворителях.

Материалы из полиэтилена низкого давления устойчивы к низким температурам, этот показатель приблизительно одинаковый с ПЭНП. При этом ПНД имеет лучшие показатели прочности при сжатии и растяжении.

Из недостатков полиэтилена этого типа следует отметить высокую проницаемость по отношению к ароматическим веществам, кислороду и двуокиси углерода. При контакте с рядом сред возникают трещины, что сужает сферу использования полиэтилена.

Как перерабатываются гранулы полиэтилена низкого давления?

Полимерное сырье, поставляемое компанией Polymer goods, может обрабатываться любыми базовыми способами для работы с термопластами. Наиболее популярный метод – метод эструзии. С помощью него изготавливаются пакеты «майка», фасовочные и мусорные пакеты, строительные материалы, различные типы пленок, трубы и так далее.

Еще один популярный способ – выдув. Он используется при изготовлении различного типа емкостей для косметики, бытовой химии, парфюмерии, а также для пакетов типа «майка», фасовочных и мусорных пакетов.

Товары общего потребления: кухонные изделия, детские игрушки, инвентарь и другие изделия народного потребления изготавливаются методом литья под давлением. При помощи вспенивания производится пенополиэтилен. Также известен способ ротоформования, использующийся для детских площадок, мобильных туалетов, емкостей и других изделий.

Источник

Способы переработки полиэтилена

Полиэтилен – самый широко применяемый полимерный материал в мире с долей около 39% в мировом объеме производства термопластов. Ближайший конкурент, полипропилен, занимает всего 24%. В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные способы переработки полиэтилена и их технологические особенности.

Переработка первичного полиэтилена

Первичным называют полиэтилен, синтезированный на производстве путем полимеризации этилена. Чаще всего это гранулированное сырье молочно-белого цвета (если марка не окрашивалась). Вот наиболее распространенные способы переработки полиэитлена:

• Экструзия. Более 70% полиэтилена в России перерабатывается экструзивным методом, так как он является весьма универсальным. Суть способа заключается в подаче расплава полимера на головку экструдера под давлением. При этом головка может иметь различную форму, и, проходя через нее, полимер приобретает необходимую форму. Прежде всего таким образом перерабатывается ПЭ «трубных» и «пленочных» марок для производства соответствующей продукции. Кроме того, методом экструзии изготавливают кабельную изоляцию и листовой ПЭ различной толщины.
• Ротационное формирование. Метод применяется для изготовления различных полых емкостей из ПЭ: от небольших пищевых контейнеров до крупной тары объемом до 10 тыс. литров. Суть метода заключается в загрузке необходимого количества гранул полиэтилена марки, применимой для ротационного формования, в специальную форму, которая одновременно разогревается и вращается в нескольких осях. В результате внутри образуется расплав, который равномерно покрывает стенки формы и позволяет получить изделие с различной толщиной стенок.
• Литье под давлением. Технология подходит для изготовления изделий различного назначения, чаще всего из марок ПНД. Суть метода заключается в подаче расплава полиэтилена в форму нужной геометрии под давлением. Литьевые марки отличаются повышенной текучестью расплава, что позволяет полимеру точно повторить очертания формы и добиться правильности геометрии готового изделия.

Переработка вторичного полиэтилена

Учитывая негативное влияние отходов ПЭ на экологию, весьма актуальным является вопрос переработки отработанного сырья и повторного его применения. Практически любые отходы из ПЭ проходят следующий алгоритм:

• Сортировка. Полимер отделяется от других отходов на полуавтоматических линиях: часть работы делают люди вручную, частично механическую смесь отходов сортируют машины.
• Промывка и очистка. Чтобы полиэтилен мог быть переработан, его нужно максимально очистить от примесей, для чего он промывается под потоками воды и водяного пара.
• Измельчение в дробилках и фильтрация с помощью центрифуги. Материал окончательно очищается от посторонних примесей.
• Еще одна промывка и сушка. После того, как измельченная смесь снова просушивается, вторичное сырье можно считать готовым для дальнейшей переработки.

Для вторичного сырья чаще всего применяется метод экструзии и литья под давлением. При этом далеко не все виды изделий могут быть изготовлены из вторичного ПЭ, так как технологические свойства материала после такой переработки все-таки существенно ухудшаются.

Источник

Переработка полиэтилена: технология вторичного использования отходов

Ежегодное потребление полиэтилена в России составляет около 1,7 млн. тонн.

Значительная доля полимера идет на изготовление товаров с ограниченным сроком службы, то есть являющихся источниками отходов.

Следовательно, из года в год вопрос утилизации данного сырья становится все острее.

Полиэтилен представляет большой интерес для бизнеса по переработке по нескольким причинам:

• эта ниша относительно свободна;
• большое количество отходов – это доступное сырье и масштабируемость производства;
• низкая себестоимость обеспечит спрос на вторичные продукты.

Далее будут рассмотрены способы переработки отходов этого полимера и использование вторичных продуктов для производства изделий.

Виды отходов ПЭ

Полиэтилен представляет собой продукт полимеризации этилена (C₂H₄) – непредельного газообразного углеводорода, первого в олефиновом ряду.

В природе соединение практически не встречается, а в промышленности его получают методами крекинга высокомолекулярных составляющих нефти, дегидрирования этана, а также дегидратации этилового спирта.

Процесс полимеризации представляет собой разрушение одной из связей в молекуле H₂C=CH₂и соединение мономера -H₂C-CH₂— в нециклическую цепочку. На протекание процесса оказывают влияние температура, давление и вид используемого катализатора.

В промышленных масштабах синтезируют четыре вида полиэтилена, различающихся структурой и свойствами:

1. ПВД (полиэтилен высокого давления) – прозрачный и эластичный материал с низким пределом прочности. Молекула вещества имеет большое количество боковых ответвлений, не позволяющих создавать кристаллическую структуру. При температуре 103 – 110 °C полимер переходит в жидкое состояние и имеет высокую текучесть. ПВД применяется для производства упаковочных материалов: пленки, контейнеров и пакетов.
2. ПНД (полиэтилен низкого давления) – более прочный и жесткий в сравнении с ПВД. Полимерные нити имеют линейную структуру с небольшим количеством ответвлений, благодаря чему при комнатной температуре около 80 % вещества находится в кристаллическом состоянии. Температура плавления составляет 125 – 132 °C. ПНД устойчив к воздействию большинства химикатов. Из него делают мусорные пакеты, емкости для масел, кислот, растворителей, безнапорные трубы.
3. ПСД (полиэтилен среднего давления) – смесь ПНД и ПСД. Материал сочетает преимущества обоих видов полимеров и используется в производстве пленок, мешков, выдувной толстостенной тары.
4. ЛПВД (линейный полиэтилен высокого давления) – эластичный и мягкий материал с высокой сопротивляемостью разрывам, проколам и другим видам разрушения. Благодаря способности к окрашиванию, большая часть таких полимеров используется для производства стретч-пленки, многослойных материалов и ламинатов.

В последние годы в России широко применяется еще один вид полиэтилена – PEX, или сшитый полиэтилен. Его получают из ПНД.

Под воздействием реагентов или ионизирующего излучения происходит отщепление атомов водорода от полимерных цепей, а свободные связи в углероде тут же взаимодействуют между собой.

В результате получается трехмерная сеть с ярко выраженной кристаллической структурой.

Материал отличается высокой температурой плавления и имеет «память формы».

• водопроводные трубы;
• кабельную изоляцию;
• термоусадочные материалы.

Технологии рециклинга

В России наиболее широкое распространение получили две технологии переработки полиэтилена: производство вторичной гранулы и пиролиз.

Первая предполагает возврат полимера в производство, а вторая – получение энергетически ценных газов и жидкостей, которые могут быть использованы в качестве печного топлива, а также в производстве других видов органических соединений.

Термомеханическая — производство гранул

Термомеханический рециклинг — производство гранул из отходов полиэтилена. Технология не позволяет преобразовывать ПНД в ПВД и наоборот.

Структура и молекулярная масса полимера задаются при его синтезе и остаются неизменными.

Однако для придания вторичному материалу требуемых технологических свойств – жесткости, пластичности или текучести при нагреве – в ПНД добавляют ПВД и наоборот.

Производство гранул из отходов полиэтилена производится по следующему алгоритму:

1. Сбор и сортировка. Степень готовности к переработке зависит от размеров, состава, степени сохранности и загрязненности сырья. Отходы сортируют механическим способом и вручную.
2. Измельчение. На высокопроизводительных линиях дробление до нужной фракции выполняется в две стадии: при помощи шредеров и дробилок. Между ними устанавливают гидроциклон или флотационную ванну для отделения твердых и тяжелых частиц.
3. Промывка. Как правило, промышленное и коммерческие отходы более чистые, чем бытовые, и в некоторых случаях их не промывают. Тара из-под молока, наоборот, может потребовать двойной промывки.
4. Сушка. Измельченное и промытое сырье поступает в центрифугу, где из него удаляются лишняя влага, а затем в камеру термической сушки.
5. Агломерация. Процесс протекает под давлением и при повышенной температуре, представляет собой частичное расплавление и спекание полиэтилена в катышки.
6. Гранулирование. В грануляторе полимер подвергается нагреву до температуры плавления, очистке от твердых и жидких примесей, дегазации. Также происходит перемешивание смеси и усреднение ее состава. Масса под давлением проходит через отверстия – формовочные фильеры. Струйки расплава охлаждаются водой и сжатым воздухом, после чего режутся на готовую гранулу.

В современных линиях по переработке ПВД и ПНД вместо агломераторов используют пласткомпакторы.

В устройствах сырье продавливается роликами через матрицы с отверстиями заданных диаметров, а разогрев происходит за счет действия сил трения.

Пласткомпакторы работают с влажным сырьем. Это позволяет отказаться от второй стадии осушки. При правильно настроенном технологическом процессе сырье не подвергается полному расплавлению, что положительно сказывается на качестве вторичной гранулы.

Переработка полиэтилена сопровождается частичным разрушением полимерных цепочек.

Под действием температуры связи в них ослабевают и могут разрываться при активном перемешивании.

Кроме того, происходит окисление полимера атмосферным кислородом.

В результате цепочки укорачиваются и снижаются механические свойства гранулята.

Для снижения деструкции специалисты рекомендуют настраивать процесс переработки так, чтобы сырье подвергалось минимальным тепловым и механическим нагрузкам. Замедлить разрушение полимера можно также при помощи специальных добавок-стабилизаторов, связывающих свободные радикалы.

Термохимическая — пиролиз

Многослойные пленки, в том числе с металлизацией, сшитый полиэтилен и отходы с сильной степенью деградации переработать во вторичную гранулу на коммерческих установках оказывается затруднительно. Их подвергают термическому разложению в пиролизных установках.

Продукты пиролиза полиэтилена отличаются высоким качеством и экологической безопасностью, поскольку сырье не содержит соединений серы, фосфора, азота.

Термическое разложение происходит в три этапа:

1. Отщепление боковых ответвлений.
2. Растрескивание основной углеродной цепи.
3. Разложение углеродистых остатков.

Большинство исследователей считает, что механизм протекания пиролиза – это случайная цепная реакция.

Продукты первых двух стадий – это:

На третьей стадии тяжелые углеводородные фракции разлагаются на более легкие.

Большая доля газообразных продуктов относится к олефиновому ряду (этилен, пропилен и т. д.). Также в составе продуктов встречаются циклические соединения – бензол, толуол.

При некоторых процессах образуются водород и метан. Помимо газообразных продуктов в результате пиролиза полиэтилена получают жидкие и конденсируемые фракции, богатые алифатическими углеводородами.

Процесс разложения и состав его продуктов зависят от степени ветвления полиэтилена, его средней молекулярной массы, температуры и типа реактора, используемого катализатора.

Используемые в промышленной переработке установки дают 40 – 70 % газа и 30 – 60% пиролизных масел.

В лабораторных условиях на реакторе непрерывного действия с алюмосиликатным катализатором было получено 80 % бензиновой фракции (C₅–C₁₂). Доля газов в общем случае увеличивается с ростом температуры в реакторе.

Особенности переработки сшитого полиэтилена

Наиболее крупные источники сшитого полиэтилена – отходы кабельной изоляции и сантехнических напорных труб.

Помимо пиролизного разложения, его перерабатывают по следующим технологиям:

1. Размалывание в порошок и использование в качестве наполнителя при производстве гранул из ПВД и ПНД.
2. Горячая резка с частичным окислением. Дробление при повышенных температурах приводит к разрыву углеродных связей между цепями и увеличению текучести материала.
3. Гидролиз и алкоголиз. Вода и спирт способны разрывать сшивку. Получаемый на выходе продукт не отличается от синтезированного полиэтилена.
4. Ультразвуковая обработка. Энергия высокочастотных импульсов позволяет разрушить трехмерную структуру PEX и оставить без изменений главные полимерные цепочки.

Использование отходов переработки сшитого полиэтилена можно встретить в производстве труб для кабельной канализации, низковольтной изоляции и многих бытовых товаров.

Использование вторичной гранулы в производстве готовых изделий

Если соблюдать технологию переработки, использовать качественное оборудование и ответственно подходить к процессу сортировки, вторичная гранула практически не уступает по качеству первичной.

При изготовлении конечной продукции она может частично или полностью заменять синтезированный полиэтилен.

Компоненты

В производстве используется вторичная гранула ПНД, ПВД, ЛПВД, а также смесевые составы.

В качестве добавок могут использоваться:

• порошок PEX;
• полипропилен;
• каучуки и другие эластомеры.

Технологические процессы

Производство включает в себя такие процессы:

1. Экструзия. Технология заключается в продавливании расплава через формующую головку, задающую сечение готовой продукции. Этим методом получают оконные профили, пленки, трубу, другие изделия мерной и немерной длины.
2. Литье под давлением. Технология заключается в заливке расплава в форму с последующим охлаждением и позволяет получать серийную штучную продукцию. Оборудование – термопластавтомат — способно лить полые, вспененные и армированные изделия сложной конфигурации.

Какие изделия можно получить из вторсырья?

В таблице показано, какие изделия и добавки создаются из разных видов вторичного полиэтилена:

Вид отходов	Готовые изделия
Пленка ПВД из промышленных и коммерческих источников	Упаковочные материалы
Пленка ПВД, собранная путем сортировки бытовых отходов	Гранулы для литья
Стретч	Гранулы, добавляемые в другие виды сырья в качестве модификатора
Выдувная тара для пищевых продуктов и бытовой химии	Безнапорные трубы
Толстостенные канистры и бочки	Безнапорные трубы, древесно-полимерные композиты, геомембраны.
Многослойные пленки	Добавки в другие виды сырья
Кабельная изоляция	Наполнители для гранул ПВД и ПНД
Пленка сельскохозяйственного назначения	Гранулы для добавления в литьевые изделия и новую пленку

Как можно перерабатывать материал в домашних условиях?

К сожалению, переработка полиэтилена в домашних условиях с нулевыми вложениями невозможна.

Однако на рынке есть предложения российских и зарубежных производителей мини-оборудования, которое можно установить в гараже или на даче.

Для начала необязательно организовывать сразу полный цикл переработки. Многие предприятия закупают дробленый полиэтилен различных марок.

Существуют ресурсы, популяризирующие самодельное оборудование для переработки полимеров. Дейв Хаккенс – автор проекта PreciousPlastic – на своем сайте предоставляет чертежи таких устройств и дает видеоуроки. Его технологии и оборудование для рециклинга позволяют создавать готовые изделия в домашних условиях.

Видео по теме

Больше о рециклинге пакетов смотрите в этом видео:

Заключение

Переработка полиэтилена – заманчивая ниша для открытия своего дела. Но стоит учесть, что окупаемость промышленного оборудования, заявленная производителями, составляет 1,5 – 2 года. На практике это возможно только в условиях «идеального» сырья и налаженного сбыта.

Прежде чем решиться на открытие бизнеса по переработке пластика, стоит рассчитать все затраты, исходя из реальных условий.

Источник