Способы переработки полимерных материал

Переработка пластмассы: способы и методы

Переработка пластика – это актуальное направление в борьбе с растущими свалками. Большое количество товаров выпускается в пластмассовых упаковках, а после использования тара отправляется в мусорные контейнеры, и постепенно происходит разложение продукта на токсические вещества, которые загрязняют атмосферу.

Виды пластиковых отходов

Человек, который не сталкивался с изготовлением пластмассовых изделий, может решить, что подобные продукты сделаны из одного и того же вида материала. Но их существует несколько видов, и у каждого пластмассового изделия есть код, состоящий из цифровых и буквенных показателей.

Существует семь видов пластмассы:

• 1 – ПЭТ. Код принадлежит полиэтилентерефталату. К такому виду относят бутылки из-под газированных напитков. Такой пластик легко поддаётся переработке и принимается в пунктах приёма бытовых отходов.
• 2 – ПНД. Под этот код относится плотный полиэтилен, который можно распознать в виде бутылок, плёнки, крышек от бутылок, канистр.
• 3 – ПВХ. Код относится к поливинилхлориду. Используется для изготовления элементов мебели, труб, тары для продуктов, которые не являются пищевыми.
• 4 – ПЭВД. Полиэтилен низкой плотности. К нему относится изготовление пакетов и пищевой пленки.
• 5 – ПП. Код полипропилена. В быту встречается довольно часто, поскольку именно из него изготавливают мягкие и твёрдые упаковки для продуктов питания. Из этого материала делают игрушки, запчасти для техники, канцтовары.
• 6 – ПС. Полистирол. Такой вид пластмассы служит для изготовления пенопласта, посуды одноразового использования.
• 7- ПРОЧЕЕ. Сюда относят те изделия, которые не подходят под вышеперечисленные коды.

Все виды пластмассовых отходов подлежат утилизации, которая происходит на специализированных предприятиях, находящихся в больших городах Российской Федерации.

Утилизация пластика в России

В европейских, американских и азиатских странах утилизация пластмассовых продуктов является стандартным процессом. Правительство следит за качеством выполнения утилизации и нормой токсических веществ, которые не должны попасть в атмосферу.

В России данная область недостаточно развита, и вторичная переработка сырья только набирает обороты. На улицах нет контейнеров, которые служат для сбора различного вида отходов из пластмассы. Сознательность жителей тоже имеет значение, поскольку очень мало людей, которые сортируют или утилизируют такие отходы. Обычно они отправляются в мусорные контейнеры, на этом всё и заканчивается. В начале 2021 года было принято постановление, в котором идёт речь о раздельном сборе сырья. Это означает, что на улицах будут размещены контейнеры для сбора отходов разного вида. Правительство начинает финансировать предприятия, которые будут заниматься сортировкой, переработкой и утилизацией отходов.

Способы переработки пластика

Министерство экологии устанавливает нормы, согласно которым производится утилизация тех или иных изделий. Переработать отходы пластмассы можно следующими способами:

1. Сжечь. Во время такого метода материал полностью сжигается. Тепло от сжигания используется для обогрева зданий. Но есть минут такой утилизации – это выделение токсических веществ, которые поступают в окружающую среду.
2. Гранулировать. Отходы измельчаются механически, и происходит повторное изготовление материала. Чтобы произвести гранулированную крошку, следует выполнить сложный и затратный процесс, поскольку он представляет собой ряд сложных последовательных операций.
3. Химическая утилизация. Подобные методы предполагают извлечение материала, из которого он был изначально выполнен (смола).
4. Пиролиз. Материал растворяют в молекулярные соединения.
5. Домашняя утилизация. К этому способу относится всё, что человек может делать сам в домашних условиях. Из использованных пластмассовых материалов изготавливают кормушки для птиц и прочие предметы.

Оборудование для переработки пластика

Оборудование, которым перерабатывают пластмассовые изделия, делят на четыре вида. Зависит оно от типа сырья и качества:

1. Шредер – это устройство, позволяющее измельчить материал.
2. Экструдер – приспособление, которое выдавливает пластмассовую массу, имеющую уже форму ленты или жгута.
3. Инжектор производит нагрев крошки из полимера, придаёт ей пластичности и нужную форму.
4. Пресс – с помощью высокой температуры и сильного давления пластмассовой массе придаётся определённая форма.

Технология переработки

Технология переработки заключается в нескольких основных этапах:

1. Сортировка. Происходит ручным способом, отделяются друг от друга цветной, прозрачный и коричневый продукт.
2. Удаление посторонних предметов (резиновых и бумажных).

После этапа сортировки материал загружают в линию, непосредственно для переработки. Данный процесс не занимает много времени.

Линия, которая производит переработку, состоит из таких машин, выполняющих следующие действия:

1. Первый агрегат занимается отделением крышек и этикеток.
2. Далее в работу вступают дробилки, которые измельчают материал и передают дальше по линии.
3. Следующее в конвейере моющее устройство, которое струёй горячей воды удаляет загрязнения и остатки после дробилки.
4. Завершающая операция – это полировка и ополаскивание. И в чистом виде продукт выходит с линии.
5. В специальном бункере собирается всё переработанное сырьё для дальнейшего распределения.

Безвозвратная утилизация пластика, жечь или перерабатывать?

Если в населённом пункте или поблизости его нет специальных заводов по переработке пластмассы, тогда есть ещё два способа утилизировать сырьё: вывезти на специализированный полигон или сжечь.

В России подобные способы были основными по утилизации пластмассовых изделий, на данный момент в стране десять заводов, занимающихся сжиганием пластмассовых отходов.

На таких предприятиях есть резервуары, куда помещается пластик и сжигается при максимально высокой температуре в 1000 градусов. Все органические вещества уничтожаются, а получаемое тепло используется по усмотрению предприятия.

Есть минусы такой деятельности. Связано это с тем, что процесс является затратным, к тому же некоторые типы пластика выделяют токсические вещества, и если завод не имеет очистительных фильтров, в атмосферу поступают ядовитые отходы.

Домашняя утилизация

Не всегда есть возможность сдать сырье на переработку, поэтому можно сделать это в домашних условиях. Есть возможные способы, которые человек может использовать, чтобы из ненужного материала изготовить что-то полезное. Но для этого есть свои нюансы:

1. Утилизировать можно только тот тип пластика, который не выделяет токсинов.
2. Соблюдать меры безопасности. Если человек собрал станок для переработки, следует перепроверить, всё ли надёжно закреплено.
3. Операцию следует проводить в просторном помещении, оснащённом специальным оборудованием.
4. Необходимыми агрегатами будут шредер и агломератор, поскольку они служат для резки и плавки материала.

Источник

Основные направления переработки полимеров

Успешнее всего в мире перерабатывают отходы ПЭТ, главным образом, бутылки из-под шипучих напитков, соков, масла и т. д. Емкости закрывают крышками из полиэтилена, которые из измельченной смеси отделяются методом флотации. Это самая дорогая стадия вторичной переработки, она забирает на себя до 30 % стоимости процесса. Наиболее прогрессивной является переработка полимерных отходов во вторичное полимерное сырье. Поиск рационального решения этого вопроса ведется в направлениях, рассмотренных ниже.

Захоронение

Самый безперспективный вариант, поскольку ценное полимерное сырье закапывается, а огромные территории становятся непригодными для сельскохозяйственных нужд.

Сжигание

Очень распространенным способом утилизации отходов потребления пластмасс является сжигание. Теплотворная ность 2 т пластиковых отходов упаковки эквивалентна теплотворной способности 1 т нефти (теплотворная способность ПЭТ —22700 кДж/кг).В некоторых странах рют&небольшиео сжиганию бытовых отходов, в состав которых вход0 % отходов полимерной упаковки. Как источник тепловой энерходы упаковочных материалов используют многие страны. По различным оценкам, на сегодня сжигается до 40 % полимерных отхbr>
Мусор сжигают в специальных печах различной конструкции, оборудованных фильтрами, очищающими вредные газы. Эти фильтры сложны в производстве и использовании и не всегда обеспечивают необходимую степень очистки. Пластмассы содержат различные стабилизирующие добавки и пигменты, в состав которых входят соли тяжелых металлов. При температуре свыше 700 °С они переходят в газообразное состояние, и их последующее улавливание чрезвычайно затруднено. Использование для этих целей воды приводит к загрязнению и необходимости организации ее сложной очистки. Для сжигания требуются затраты, которые в настоящее время не могут быть компенсированы использованием выделяющейся тепловой энергии. Кроме того, для сжигания необходимо значительное количество кислорода.

Наиболее перспективным считается использование пластмассовых отходов (кроме ПВХ) в доменном производстве. Отходы пластмасс проявляют восстановительные свойства и при этом не образуются диоксины. Смешанные отходы пластмасс используются при выплавке стали путем вдувания отходов в доменные печи. Такой способ использования пластмассовых отходов получил широкое распространение в Германии (заводы в Бремене и Айзенхюттенштадте).

Пиролиз

Пиролиз — термическое разложение органических веществ в отсутствие кислорода с целью получения полезных продуктов. При низких температурах (до 600 °С) образуются в основном жидкие продукты, а выше 600 °С — газообразные. В твердом остатке образуются в основном технический углерод и соединения металлов. Пиролиз позволяет переработать смешанные и загрязненные отходы. Несмотря на ряд недостатков, пиролиз, в отличие от сжигания, дает возможность получать промышленные продукты, используемые для дальнейшей переработки. По данным британских ученых, пиролиз ПЭТ при 550 °С дает следующие продукты: масло (23,1 %), воск (15,9 %), кокс (12,8 %), Н2 (0,06 %), этилен (1,27 %), пропилен (1,6%), CO2 (24,3 %) и CO (21,5 %). Этот «химический суп» используется как топливо или как сырье для нефтехимической промышленности. Затраты на пиролиз не превышают затраты на сжигание отходов, но в настоящее время пиролиз убыточен. Химическая рециркуляция — еще один распространенный метод переработки отходов потребления. Однако, затраты на оборудование в этом случае весьма высоки, поэтому для обеспечения рентабельности требуются большой товарооборот.

Химические способы переработки пластиковых отходов в основном направлены на использование ПЭТ-отходов потребления, потерявших первичные свойства и трудных для переработки материальными способами. Направление охватывает наиболее распространенный, экономичный, непрерывный и безопасный для окружающей среды способ переработки отходов ПЭТ — деполимеризацию отходов ПЭТ нейтральным гидролизом до терефталевой кислоты и этиленгликоля, снова идущих на синтез ПЭТ.

Сольволиз

Другой распространенный способ химической переработки отходов ПЭТ — получение сравнительно недорогой ненасыщенной полиэфирной смолы. Для этого отходы ПЭТ подвергаются гликолизу и поликонденсации с добавлением ненасыщенных многоосновных кислот или их ангидридов с целью получения ненасыщенной полиэфирной смолы. Деполимеризация ПЭТ производится различными методами, в результате которых получаются продукты для деполимеризации до первичного ПЭТ, а также новые продукты, используемые в других областях химической промышленности. К сожалению, до сих пор деполимеризация остается весьма дорогим способом переработки вторичных пластмасс, в основном из-за значительных энергетических затрат или использование дорогих химических продуктов. Понятие сольволиз объединяет различные способы деполимеризации — метанолиз, гидролиз, ацидолиз, алкоголиз.

Грануляция

Отходы ПЭТ могут использоваться в качестве добавок для улучшения механических или электромеханических свойств другого полимера. Для переработки ПЭТ-бутылок используют дробилки, мельницы, грануляторы. В ходе процесса под механическим и тепловым воздействием отходы переходят из твердого в смолоподобное состояние. На выходе из гранулятора расплав продавливают через калибровочные отверстия и нарезают на гранулы, которые затем охлаждаются. Одним из перспективных направлений в этой области является производство гранулята из отсортированного сырья с использованием различных добавок, повышающих его качество (стабилизаторов, красителей, модификаторов и пр.).

Очистка отходов от загрязнений может быть осуществлена различными способами: путем обработки материалов в воде или водных растворах моющих средств, а также в неводных растворах, гравитационным разделением. Наиболее простым и экономичным является отмывка отходов ПЭТ в водных и неводных средах на аппаратах непрерывного или периодического действия. Для обработки отходов упаковки используются ножевые дробилки мокрого измельчения в комплекте со шнековыми промывателями.

Агломерация

Равномерность загрузки пленочных отходов в перерабатывающее оборудование после промывки обеспечивается агломерацией. При агломерации из пленки получаются окатыши (компактные зерна) произвольной формы с достаточно высокой насыпной плотностью и хорошей сыпучестью.

Агломерация менее энергоемка, более производительна, чем грануляция и поэтому позволяет снизить расходы на подготовку материала к дальнейшей переработке. Кроме того, агломерация протекает без изменения молекулярной массы материала при этом в процессе агломерации возможно введение в полимер красителей, стабилизаторов, наполнителей.

Наиболее эффективны дисковые агломераторы непрерывного действия, когда отходы ПЭТФ, измельченные до размера хлопьев 5-10 мм, непрерывно подаются в зону агломерации.

Экструзия

Излишки тепла выводятся водяным охлаждением и пневмотранспортом. Одним из наиболее распространенных способов переработки измельченных отходов полиэтилентерефталата является экструзия. Для этой цели используют как одно-, так и двухшнековые экструдеры. ПЭТ перерабатывается литьем под адвлением во всех типах литьевых машин, предназначенных для переработки термопластов. При этом необходимо соблюдать чрезвычайно жесткий режим во избежание деструкции полимера.

Для литья ПЭТ смешивают с полиэтиленом высокого давления и модификаторами до получения композиции, по свойствам близкой к ПЭТФ-КМ (литьевой лавсан). Температура расплава такой композиции — 250–260 °С. При увеличении ее сверх 280 °С возможна деструкция. Полностью аморфная структура получается при температуре формы 50 °С. Аморфные изделия обладают лучшей стойкостью к ударным нагрузкам, но более низкой температурой эксплуатации.

Переработка «бутылка-в-бутылку» (bottle-to-bottle)

Рециркуляция «бутылка в бутылку» развивается в США в течение многих лет; в Европе это направление осваивается сравнительно недавно. Причиной тому послужило ограничение в законодательстве ЕС относительно переработанного материала, предназначенного для контакта с пищевыми продуктами.&nbspвка, изготовленная из вторичного сырья, не допускалась к контакту с продовольствием. Производитель мог разливать в такие бутылки технические жидкости, но не имел право разливать напитки.

Иногда при переработке по принципу «бутылка в бутылку» вторичный ПЭТ «зажимается» между двумя слоями первичного полимера. Этот способ получил назв«многослойной технологии». Многослойные бутылки могут содержать до оричного ПЭТ, причем отдельные емкости могут включать и большие количества вторичного материала. Многослойные бутылки используют для розлива напитков во многих странах, например в Швейцарии, Швеции и США.

Это применение, как ожидается, будет быстро распространяться после формализации в законодательстве. Технология «бутылка в бутылку», внедренная на предприятиях Германии, включает экструзию ПЭТ под вакуумом, сопровождаемым поликонденсацией в твердом состоянии (SSP), что приводит к увеличению вязкости расплава. Обычная экструзия неизбежно снижает вязкость материала из-за частичного гидролиза расплава. Данная технология позволяет получить регранулят ПЭТ, полностью пригодный для дства пищевой упаковки, в том числе бутылок для напитков. Основная задача этой технологии обеспечить замкнутый оборот упаковочного ПЭТ.

Радиодеструкция

Метод подразумевает разрушение химических связей макромолекул полимеров с помощью нейтронов, гамма-излучения, бета-частиц, что способствует процессам фото- и термоокислительной деструкции, и образованию низкомолекулярных продуктов, которые могут быть задействованы в биоциклических процессах. В России этот метод практически не используется

Таким образом, бывшие в употреблении пластмассовые изделия могут быть использованы вторично. Во многих странах принимаются программы по решению проблем, связанных с рециклингом ПЭТ. Так в США существует национальная программа по переработке полиэтилентерефталатной тары. В западной Европе каждая третья ПЭТ- бутылка изготовлена из вторичных материалов.

Источник