9.6. Отходы пластических масс

Отходы пластических масс обычно разделяют на отходы производства и потребления.

При производстве пластмассовых изделий образуются технологические отходы в виде слитков, глыб, бракованных волокон и др. Такие отходы перерабатывают преимущественно по двум направлениям: 1) для производства того же продукта или продукта аналогичной рецептуры и 2) для изготовления изделий менее ответственного назначения.

При переработке по первому направлению их собирают, измельчают, смешивают с основным сырьем и направляют в приемные устройства зкструдеров или других формовочных установок. Содержание отходов в сырье обычно составляет 5-10 %, но может достигать 20 % и более.

Второе направление переработки заключается в их сортировке (отделение посторонних при­месей и разбраковке), измельчении, гранулировании с последующим изготовлением на их основе изделий широкого потребления (тары, подстилок, сувениров, игрушек и т. п.).

Отходы бытового потребления пластмасс перед их повторным использованием должны быть выделены из смеси с другими быто­выми отходами. Для этого обычно используют совокупность спосо­бов, включающих измельчение, грохочение, рассев, сепарации (воздушную, вакуумную, электростати­ческую, гидравлическую), экстракцию, флотации и другие.

Наиболее распространенным методом переработки этих отходов является их превращение во вторичный гранулированный продукт или непосредственно в изделия.

Отходы полимерных материалов, разделенные на отдельные классы, перерабатывают различными способами (экструзия, литье под давлением, каландрирование и др.) с получением готовых пластмассовых изделий.

Неразделенные на классы отходы пластмасс также можно пере­рабатывать в готовые изделия, в основном строительные (арми­рующие профили, кровельные конструкции и т. п.). В этом случае отходы подвергают промывке, измельчению и гранулированию или прессованию (для увеличения прочности изделий).

На рис. 9.8 приведен процесс переработки полиэтиленовой пленки.

Рис. 9.8. Схема производства вторичной полиэтиленовой пленки:

1 — узел сортировки отходов; 2 —дробилка; 3 — моечная машина;

4 — центрифуга; 5 — су­шилка; 6 — питатель; 7 — экструзионный пресс;

8 — гранулятор; 9 — смеситель; 10 — пленочный агрегат.

Вышедшая из употребления полиэтиленовая пленка с содержанием посто­ронних примесей не более 5% поступает со склада сырья на сортировку, где из нее удаляются случайные инородные включения. Полотнища и куски пленки, прошедшие сортировку, измельчают в ножевых дробилках до 2-9 мм и подают на отмывку в шнековый промыватель или стираль­ную машину. Промывку ведут в несколько прие­мов специальными моющими смесями. Избыточная влага отделяется от измель­ченной пленки в центрифуге. Отжатая масса влажностью 10-15 % подается на окончательное обезвоживание в сушильную установку, где обрабатывается горячим (65-75°С) воздухом в течение 30-60 мин. Высушенная до остаточного содержания влаги ≤0,2 % измельченная масса передается в питатели экструдеров. В экструдерах полиэтилен уплотняется и плавится. Расплавленный материал, продавливаясь через фильтровальные сетки и отверстия фильер, превращается в жгуты, которые подаются в водяные ванны охлаждения до 36-40 °С и далее в грануляторы, где жгуты разрезаются на гранулы длиной 3-6 мм и поступают на вибросита, где их влажность снижается до ≤0,2% за счет подаваемого горячего (80 °С) воздуха. После этого гранулы передаются в сме­ситель, где их смешивают в соотношении 6:4 с первичным гранулиро­ванным полиэтиленом. В процессе сме­щения могут вводиться красители и агенты облагораживания пленки.

Полученную смесь перерабатывают методом экструзии на пленочных агрегатах до толщины 80-200 мкм, сматывается в рулон и отправляется на склад. Стоимость вторичной пленки ниже стоимости плен­ки, производимой из первичного сырья.

Проводятся работы по модификации полиэтиленовых отходов посредством введения в их состав минеральных наполнителей (ZnО, TiO₂), сшивающих агентов (перекись дикумила), эластомеров (бутадиенстирольного карбоксилатного каучука СКС-30-1).

Полиэтиленовые отходы можно перерабатывать литьем под давлением. При этом производят частичное вспенивание полиэтилена, добавляя к нему 0,8-1,3 % порообразователя-сульфогидразида, Литье под давлением ведут при 150-200 °С. Масса получаемых при этом изделий составляет 75-80 % от обычной.

Другими направлениями переработки являются получение полиэтиленовых восков методом термической деструкции вторичных полиэтиленов. Эти продукты применяются в качестве компонентов формовочных масс в литейном производстве и в виде добавок к асфальтобитумным смесям, обеспечивающих повышение износостойкости покрытий в дорожном строительстве. Отходы производства экструзионных поливинилхлоридных пленок можно использовать для изготовления строительных изделий — однослойных поливинилхлоридных пли­ток.

Отходы органического стекла могут служить прекрасным сырь­ем для изготовления сувениров и игрушек. Аналогичным целям могут служить капроновые, лавсановые и другие отходы пластиче­ских масс.

Частичная деструкция вязкоупругих пластмассовых отходов (фторопласт - 4, капрон) делает невозможным их использование в качестве материала, равноценного первичному. Утилизация таких отходов наиболее целесообразна в виде порошков, используемых для изготовления не испытывающих высоких нагрузок антифрик­ционных покрытий и деталей неответственного назначения.

Для отделения поливинилхлоридной изоляции от металла электрических проводов и кабелей отходы измельчают и погружают в диоктилфталат, трикрезилфосфат, дибутилфталат или глицерин. Размягченная и набухшая изоляционная оболочка от­деляется от металла в центрифуге.

Смешанные отходы полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида при плавлении приобретают способность связывать жидкие шламы процессов очистки производственных сточных вод от ионов тяжелых металлов – Са, Рb, Сr и др. Это позволяет проводить совместную одновременную утилизацию названных отходов путем их переработки в низкосортные изделия. Например, высушенный хромсодержащий шлам смешивают с измельченными отходами полиэтилена, полистирола и поливинилхлорида в отношении 3:1:1:1. Получаемая смесь подвергается плавлению и пластификации в двух последовательно расположенных экструдерах; расплав направляют в формовочную машину.

Для использования отходов политетрафторэтилена в качест­ве покрытий или смазочного материала их подвергают радиацион­ному облучению в сочетании с термообработкой и измельчением. Такая обработка ведет к снижению механической прочности поли­мера, однако химическая и термическая стойкость, негорючесть и другие его характеристики не изменяются, что и обусловливает использование переработанных отходов для названных целей.

Пенополиуретановые отходы можно перерабатывать гидролизом. Предварительно измельченные отходы эластичного пенополиуретана обрабатывают перегретым до 290-320°С водяным паром и получают многоатомный спирт, диамин и СО₂, которые ис­пользуются для получения пенополиуретана.

Одним из возможных путей, способствующих утилизации полимерных отходов, является их химическое модифицирование. Например, на основе отходов капрона, фенола и формальдегида можно получить сополимер в виде компонента смолистых композиций используется как связующее для склеивания фанеры и приготовления пресс-порошков.

Еще одной разновидностью модифицирования полимерных отхо­дов является введение в состав композиций на их основе наполни­телей: каолин, мел, сажа, графит, тальк, стеклянное волокно и др. Введе­ние наполнителей улучшает многие физико-механиче­ские свойства готовых изделий и обеспечивает значительное сни­жение их себестоимости. Переработку наполненных композиций в изделия проводят обычными для термопластов методами.

Одним из наиболее простых способов ликвидации пластмассо­вых отходов является их сжигание. Предварительное тонкое измельчение и распыление отходов обеспечивают при достаточно высокой температуре практически полное их превращение в СО₂ и Н₂О. Золу процесса сжигания (4-6 % от массы отходов) можно использовать в качестве наполнителя при производстве строительных материалов, а тепло процесса – утили­зировать. Однако сжигание некоторых видов пластмассовых отхо­дов (например, поливинилхлоридных) связано с необходимостью очистки отходящих газов. Кроме того, экономическая эффектив­ность процесса сжигания является наименьшей по сравнению с другими процессами утилизации пластмассовых отходов.

Перспективным направлением переработки отходов пластмасс является их пиролиз, продукты которого могут служить сырьем для промышленности органического синтеза или топливом.

Для ликвидации отходов потребления пластмасс используется также способность некоторых видов изделий (упаковки на основе специальных композиций) к разрушению под действием ультра­фиолетового облучения солнечного света (фотодеградации). Фотоактивные группы в количествах, не влияющих на физико-химиче­ские свойства изделий, присоединяются к главным цепям полиме­ров во время их синтеза. Поглощая ультрафиолетовые лучи, эти группы используют их энергию для разрушения полимерных цепей, в результате чего изделия приобретают хрупкость и рассыпаются под атмосферным воздействием. Наряду с этим необходимо обеспечить определенный срок службы изделия. Поэтому вместе с активаторами распада в состав пластмасс вводят добавки стабилизаторов. При этом необходимый срок службы (период индукции) пластмассового изделия определяется химической природой активаторов и стабилизаторов фотодеградации и их соотношением.

Однако, возможное использование фотодеградации ограничивается узкой сферой применения одноразовых изделий (упаковок) и не ликвидирует необходимость свалок, так как время разложения та­ких отходов в среднем сопоставимо с временем разложения бумаги и картона. Кроме того, продукты распада отходов увеличивают загрязнение окружающей среды.

Контрольные вопросы

1. Какие способы используются для утилизации полимеров?

2. Что можно получить из полимерных отходов?