Описание технологии и оборудования переработки отходов полимерных материалов по непрерывной схеме на вальцах

   Технология переработки  смешанных отходов включает сортировку, помол,  промывку,  сушку и гомогенизацию.  Полученный из смешанных отходов  вторичный ПС обладает высокими физико-механическими показателями,  его можно в расплавленном состоянии добавлять в асфальт и битум.  При этом снижается их стоимость,  и прочностные характеристики возрастают примерно на 20%.

   Для повышения  качества вторичного полистирольного  сырья проводят его модификацию.  Для этого необходимы исследования  его свойств в процессе термостарения и эксплуатации.  Старение ПС-пластиков имеет свою специфику,  которая наглядно проявляется особенно для ударопрочных материалов,  которые помимо ПС содержат каучуки. При термообработке материалов из ПС (при 100 ... 200°С)  его окисление идёт через образование гидропероксидных групп, концентрация которых в начальной стадии окисления быстро растёт, с последующим образованием карбонильных и гидроксильных групп.

    Гидропероксидные группы инициируют процессы фотоокисления, протекающие при эксплуатации изделий из ПС в условиях воздействия солнечной радиации. Фотодеструкция инициируется также ненасыщенными группами, содержащимися в каучуке. Следствием комбинированного влияния гидропероксидных и ненасыщенных групп на ранних стадиях окисления и карбонильных групп на более поздних стадиях является меньшая стойкость к фотоокислительной деструкции изделий из ПС по сравнению с ПО.

    Наличие ненасыщенных  связей в каучуковой составляющей  УПС при его нагревании приводит  к автоускорению процесса деструкции.

    При фотостарении ПС, модифицированного каучуком, разрыв цепи преобладает над образованием поперечных связей, особенно при большом содержании двойных связей, что оказывает значительное влияние на морфологию полимера, его физико-механические и реологические свойства.

    Все эти факторы  необходимо учитывать при повторной  переработке изделий из ПС  и УПС.

1.5. ПЕРЕРАБОТКА  ОТХОДОВ ПОЛИАМИДОВ

         Значительное место среди твёрдых  полимерных отходов занимают  отходы полиамидов, образующиеся  в основном при производстве  и переработке в изделия волокон  (капрон и анид), а также вышедшие из употребления изделия. Количество отходов при производстве и переработке волокна достигает 15% (из них при производстве – 11 ... 13%). Так как ПА – дорогостоящий материал, обладающий рядом ценных химических и физико-механических свойств, рациональное использование его отходов приобретает особую важность.

    Многообразие  видов вторичного ПА требует  создания специальных методов  переработки и в то же время  открывает широкие возможности  для их выбора. Наиболее стабильными  показателями обладают отходы  ПА-6,6,что является предпосылкой  создания универсальных методов  их переработки. Ряд отходов  (обрезиненный корд, обрезь, изношенные чулочно-носочные изделия) содержит неполиамидные составляющие и требует специального подхода при переработке. Изношенные изделия загрязнены, причём количество и состав загрязнений определяется условиями эксплуатации изделий, организацией их сбора, хранения и транспортирования.

   Основными направлениями  переработки и использования  отходов ПА можно назвать измельчение,  термоформование из расплава,деполимеризацию, переосаждение из раствора, различные методы модификации и текстильную обработку с получением материалов волокнистой структуры [17]. Возможность, целесообразность и эффективность применения тех или иных отходов обусловлены, в первую очередь, их физико-химическими свойствами.Большое значение имеет молекулярная масса отходов, которая влияет на прочность регенерированных материалов и изделий, а также на технологические свойства вторичного ПА. Значительное влияние на прочность, термостабильность и условия переработки оказывает содержание низкомолекулярных соединений в ПА-6. Наиболее термостабильным в условиях переработки является ПА-6,6.

    Для выбора  методов и режимов переработки,  а также направлений использования  отходов важным является изучение  термического поведения вторичного  ПА. При этом значительную роль  могут играть структурно-химические  особенности материала и его  предыстория.

1.6. ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА  ОТХОДОВ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА

    Переработка лавсановых  волокон и изношенных изделий  из ПЭТ аналогична вторичной  переработке полиамидных отходов,  поэтому в данном разделе рассмотрим  вторичную переработку ПЭТ-бутылок.

    За более чем  10 лет массового потребления в  России напитков в упаковке  из ПЭТ на полигонах твёрдых  бытовых отходов накопилось по  некоторым оценкам более 2 млн.  т использованной пластиковой  тары, являющейся ценным химическим  сырьём.

   Взрывной рост  производства бутылочных преформ, повышение мировых цен на нефть и, соответственно, на первичный ПЭТ повлияли на активное формирование в России в 2000 г. рынка по переработке использованных ПЭТ-бутылок.

   Существует несколько  методов переработки использованных  бутылок. Одной из интересных  методик является глубокая химическая  переработка вторичного ПЭТ с  получением диметилтерефталата в процессе метанолиза или терефталевой кислоты и этиленгликоля в ряде гидролитических процессов. Однако такие способы переработки имеют существенный недостаток – дороговизна процесса деполимеризации. Поэтому в настоящее время чаще применяются довольно известные и распространённые механохимические способы переработки, в процессе которых конечные изделия формируются из расплава полимера. Разработан значительный ассортиментный ряд изделий, получаемых из вторичного бутылочного полиэтилентерефталата. Основным крупнотоннажным производством является получение лавсановых волокон (в основном штапельных), производство синтепонов и нетканых материалов. Большой сегмент рынка занимает экструзия листов для термоформования на экструдерах с листовальными головками, и, наконец, наиболее перспективным способом переработки повсеместно признано получение гранулята, пригодного для контакта с пищевыми продуктами, т.е. получение материала для повторной отливки преформ.

      Бутылочный  полупродукт может быть использован  в технических целях: в процессе  переработки в изделия вторичный  ПЭТ можно добавлять в первичный  материал; компаундирование – вторичный  ПЭТ можно сплавлять с другими  пластиками (например, с поликарбонатом, с ВПЭ [88]) и наполнять волокнами  для производства деталей технического  назначения; получение красителей (суперконцентратов) для производства окрашенных пластиковых изделий. Также очищенные ПЭТ-хлопья можно непосредственно использовать для изготовления широкого ассортимента товаров: текстильного волокна; набивочных и штапельных волокон – синтепона (утеплитель для зимних курток, спальных мешков и др.); кровельныхматериалов; плёнок и листов (окрашенных, металлизированных);упаковки (коробки для яиц и фруктов, упаковка для игрушек,спортивных товаров и т.д.); литьевых изделий конструкционного назначения для автомобильной промышленности; деталей осветительных и бытовых приборов и др.

    В любом случае  исходным сырьём для деполимеризации  или переработки в изделия  являются не бутылочные отходы, пролежавшиекакое-то время на свалке и представляющие собой бесформенные сильно загрязнённые объекты, а чистые хлопья ПЭТ.

      Перспективным способом вторичной переработки ПЭТ является производство бутылок из бутылок.

     Главными стадиями  классического процесса рецайклинга для реализации схемы "бутылка к бутылке" являются: сбор и сортировка вторичного сырья; пакетирование вторичного сырья; измельчение и промывка; выделение дроблёнки; экструзия с получением гранул; обработка гранул в шнековом аппарате с целью увеличения вязкости продукта и обеспечения стерилизации продукта для возможности прямого контакта с пищевыми продуктами. Но для реализации этого процесса необходимы серьёзные капитальные вложения, так как невозможно проведение данного процесса на стандартном оборудовании.

2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ  И ОБОРУДОВАНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ  ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО НЕПРЕРЫВНОЙ  СХЕМЕ НА ВАЛЬЦАХ

    Разработанный  технологический процесс вторичной  переработки отходов полимерных  материалов по непрерывной технологии  осуществляется следующим образом:  отходы с содержанием посторонних  примесей не более 5% поступают  на узел сортировки отходов  1, в процессе которой из них  удаляют случайные инородные  включения и выбраковывают сильно  загрязнённые куски. Отходы полимеров  3 непрерывно загружаются через  загрузочный бункер, с левой стороны  вальцов, на поверхности валков 2. На вальцах происходит плавление  отходов, удаление летучих компонентов,  пластикация, возможно модифицирование  различными добавками и окрашивание  расплава. Для гранулирования вальцуемого  материала расплав полимера продавливается  через отборочно-гранулирующее устройство 4 с образованием прутков (стренгов) заданного поперечного сечения. Полученныестренги сохраняют свой размер за счёт установки тянущего устройства 5, далее они режутся ножом 6, после чего полученные гранулы собираются в ёмкости 7.

      По данной  технологии могут перерабатываться  не только технологические отходы  производства термопластов, но и  плёночные отходы производственного  и общественного потребления.  Для обеспечения непрерывной  переработки отходов вальцы снабжены  загрузочным бункером и отборочно-гранулирующим устройством 4. Отборочно-гранулирующее устройство выполнено двух различных видов. Расплав полимера из зазора между валками поступает в канал плоскощелевого типа между передним валком и башмаком отборочно- гранулирующего устройства, далее расплав продавливается через канал башмака круглого типа, и окончательное оформление заданного поперечного сечения стренга осуществляется в сменной фильере. Фильеры выполнены следующих диаметров: 4 мм, 5 мм, 6 мм. Крышка, шток и демпфирующая пружина обеспечивают необходимое давление прижима башмака к поверхности валка.

3. УТИЛИЗАЦИЯ ПОЛИМЕРНОЙ  УПАКОВКИ В ЕВРОПЕ

   С 1990-х гг. в Европе началось формирование системы утилизации отходов, постепенно охватившей большинство стран. Для полимерной упаковки рамочных документом стала директива ЕС по упаковке и упаковочным отходам (утверждена 20 декабря 1994 г.), согласно которой впервые для государств-членов ЕС были введены квоты по утилизации различных типов отходов. К ключевым элементам директивы относится определение различных отходов упаковки и способов утилизации, а также установление обязательности периодической ревизии квот утилизации.

   Полимерные материалы при общей квоте 60% имеют лицензируемый объем утилизации в качестве материала не менее 36%. Остальные 24% могут утилизироваться в качестве материала, сырья или энергоносителя. Организация этого процесса сопряжена со значительными сложностями. Полимерные материалы - единственный упаковочный материал, для которого квоты утилизации в отдельных случаях находятся ниже заданий директивы. Задание в 15% перекрыто только в Германии (45%, включая утилизацию в качестве сырья), Финляндии и Австрии (по 20%).

   Расскажем более подробно о системе утилизации полимерных материалов в Германии. Рециклинг материалов рассматривается как звено традиционной производственной цепи. При этом требуются соответствующие производственные мощности, обеспечивающие функционирование системы возврата и повторного использования отходов.

    С 1991 г. в Германии начала работу компания «Дуальная система» (Der Grune Punkt - Duales System Deutschland) для торговой упаковки. К началу ее формирования имелись производственные мощности, обеспечивающие функционирование системы возврата и рециклинга только для стекла, бумаги и, в некоторых местах, для металла. Особую проблему представлял рециклинг полимерных материалов, так как имелась возможность для повторного использования только 30 тыс. т этих материалов. В Германии компанией «Дуальная система» из более чем 60 тыс. т использованных старых полимерных материалов на утилизацию направлено 93%. 43% торговой упаковки из полимерных материалов было использовано в качестве материала и 57% - в качестве сырья. Внутри страны используется 93% такой упаковки.

4. МАРКИРОВКА ПЛАСТИКОВ

       Одной  из основных задач при сборе,  заготовке и переработки полимерных  отходов является их правильное  разделение по видам материала,  из которых они изготовлены.

      Перед специалистами  встает задача правильного разделения (сепарации) разных видов упаковки  по видам материалов, из которых  они изготовлены. Сделать это  не так просто, но лишь в  этом случае становится возможным  наиболее эффективно использовать  эти пластики повторно. Во многих  странах эта проблема сегодня  весьма успешно решается. Во многом  помогает этому маркировочный  знак, наносимый на упаковку из  пластиков. Для облегчения процесса  сортировки в США в 1988 году  была введена кодировка пластмасс  (табл.3).

Таблица 3. Система кодирования  основных видов промышленных пластмасс в США