Переработка отходов производства и потребления

СУШКА

т

ПВХ и другие нераствори­ мые в воде компоненты

Вода

Растворитель

Рис. 11.6. Схема химической переработки отходов искусственных кож с ПВХ покрытием

Разрезанные отходы измельчают на мелкие кусочки размером около 3 мм. Затем 40 массовых частей отходов обрабатывают в 100 массовых частях растворителя или смеси растворителей при темпе­ ратуре 50 °С. Применяемые растворители должны в неограничен­ ном объеме смешиваться с водой. Для этого могут быть использо­ ваны: формамид, диметилформамид, ацетамид, гексаметилтриамид фосфора, диметилсульфоксид.

Полученный раствор фильтруется. Осадок на фильтре, содер­ жащий кусочки текстильной основы и наполнители полимерной композиции, высушивается и сепарируется.

Фильтрат, содержащий растворенные ингредиенты, при быст­ ром перемешивании обрабатывается водой. Осажденные водой инг­ редиенты, в том числе ПВХ, проходят обжимные валки, обработка на которых повторяется несколько раз, после чего получают про­ дукт, содержащий 95% твердых веществ и 5% воды и растворите­ ля. Его сушат под вакуумом при температуре 50°С и получают ПВХ композицию, включающую первоначальные ингредиенты и сохранившую свойства исходного материала. Все промывные воды

молекулярным растворителем до получения гомогенного раствора. Полученный раствор смешивают с исходным полиэфиром, или изо­ цианатом, или форполимером. Из полученной смеси растворитель может быть удален при повышенной температуре под вакуумом.

Растворы, приготовленные из отходов ПУ, являются дополни­ тельным сырьем для композиций, использование которых позволя­ ет получить изделия с меньшей стоимостью и обеспечить эконо­ мию дорогостоящего сырья. Содержание отходов в конечном про­ дукте может достигать 20%.

В табл. 11.5 приведены физико-механические показатели изде­ лий, изготовленных с использованием отходов ПУ.

Гидролизная технология заключается в обработке отходов ПУ водяным паром при давлении 0,05 - 0,15 МПа и температуре не ниже 185 °С в присутствии аммиака, способствующего увеличению скорости процесса. В результате гидролиза получают диамины и жидкие полимерные продукты.

Измельченные ПУ отходы в виде порошка можно добавлять в термопластичный ПУ, в резиновые смеси на основе нитрильных, хлоропреновых и других полярных эластомеров в качестве усили­ вающих наполнителей до 50% (масс.). Например, для изготовле­ ния различных упругих деталей используют композицию, состоя­

Возможно также изготовление формованных деталей из отхо­ дов пористых или непористых полиуретановых эластомеров. Для этого их измельчают, пластицируют в экструдере с одновременным отводом газообразных продуктов, причем термообработку ведут с

регулированием температуры по зонам: 130 - 170 °С в первой зоне и 160 - 190 °С во второй. Переработанные таким образом ПУ от­ ходы можно использовать в составе эластичных термопластичных материалов, которые обладают хорошими физико-механическими свойствами и применяются при изготовлении формованных дета­ лей методом литья под давлением. Ниже представлены физико­ механические показатели таких деталей:

Переработка отходов полиамида. Известные способы перера­ ботки полиамидных отходов могут быть разделены на две основные группы: физические и химические.

Физические способы используют для переработки отходов во­ локна и изделий из него.

Из химических способов переработки полиамидных отходов на­ иболее часто используют следующие:

*деполимеризацию отходов с целью получения мономеров для последующего производства полимеров;

*расплавление отходов с целью получения гранул полиме­ ров;

*переосаждение из растворов;

*введение измельченных волокон в качестве наполнителя в пластмассы;

*модификацию композиций с целью получения полимерных материалов с новыми свойствами.

Для переработки технологических отходов полиамида в про­ мышленности химических волокон широко применяется способ де­ полимеризации. К преимуществам метода относится возможность использования регенерированного капролактама. Получаемый кап­ ролактам обладает высокими свойствами и может быть использо­ ван для производства волокон технического назначения.

Основным критерием, определяющим возможность практиче­ ского использования методов деполимеризации, является чистота отходов. Характер и степень загрязненности отходов не только оп­ ределяют метод переработки отходов, но существенно влияют на свойства получаемого изделия из вторичного материала, а следова­ тельно, и области применения вторичного сырья. При сильной за­ грязненности отходы приходится подвергать сложной очистке, что повышает стоимость регенерированного волокна.

Для очистки загрязненных отходов применяют следующие спо­ собы: сухое удаление пыли, стирку (полимерных текстильных ма­ териалов), мойку в воде или органических растворителях, раство­ рение с последующей фильтрацией раствора и высадкой растворен­ ного полимера. При стирке и мойке используют слабые (0,5 - 1%) растворы моющих веществ.

После очистки, стирки и промывки отходов вода отжимается на центрифуге и отходы сушатся при 70 - 80 °С. Повышение тем­ пературы может привести к оплавлению и агломерации отходов.

Значительным по объему источником отходов полиамида явля­ ются текстильные материалы, состоящие из смесей волокон (три­ котажные, чулочно-носочные изделия и др.). Такие смешанные от­ ходы можно использовать для изготовления теплоизоляционных рулонных нетканых материалов. Последние широко применяют в качестве основы при производстве утепленного линолеума, а также шумопоглощающих материалов для автомобильной промышленно­ сти.

Возможно также растворение полиамида в разбавленной соля­ ной кислоте и высадка его из раствора. Основными продуктами, получаемыми из растворенных и осажденных отходов полиамида, являются клеи различного назначения, пленкообразующие компо­ зиции и порошкообразные материалы.

Порошкообразные материалы на основе регенерированного по­ лиамида используются для нанесения покрытий различного назна­ чения, изготовления пленок, листов, а также формованных изде­ лий путем центробежного нанесения и спекания. Полиамидные порошки применяются для производства специальных текстильных материалов (подворотничковой ткани, нетканых материалов), в качестве присадок к лакокрасочным материалам и для других це­ лей.

Вторичный полиамид для литья под давлением получают путем переплава отходов и гранулирования расплава на экструзионных установках.

Полиамид может повторно перерабатываться до четырех и бо­ лее раз. Четырехкратная переработка полиамидных отходов прак­ тически не изменяет его важнейших свойств, в том числе такого показателя, как диэлектрическая проницаемость.

Некоторое снижение физико-механических свойств полиамида после более чем четырехкратной переработки методом расплавле­ ния и литья под давлением устраняется добавлением в компози­ цию наполнителей, в частности мелкодисперсного стекловолокна. Это становится возможным, так как в процессе многократной пе­ реработки происходит не только изменение физико-механических

свойств, но вследствие деструктивных процессов уменьшается вяз­ кость полимера. Стеклонаполненный вторичный полиамид не толь­ ко не уступает первичному, но по некоторым показателям (проч­ ностные, фрикционные свойства) превосходит его.

Области применения стеклонаполненного вторичного полиами­ да определяются его высокой механической прочностью, сравнимой с прочностью легких металлов, что позволяет использовать его для изготовления различных деталей машин, в том числе вентилятор­ ных колес, шестерен, шкивов и других деталей, а также деталей электрооборудования.

Регулирование свойств вторичного полиамида возможно также смешением его на стадии расплава с другими термопластами, на­ пример с полиэтиленом. Такая композиция обладает повышенной износостойкостью, сопротивлением старению, химической стойко­ стью и меньшим водопоглощением по сравнению с исходным поли­ амидом.

Переработка полистирольных пластиков. Полистирольные пластики широко применяются в различных отраслях промышлен­ ности и в быту. Из листовых полистирольных материалов произво­ дят детали внутренней облицовки холодильников, различные крупногабаритные детали, получаемые термоформованием. Из по­ листирольных пластиков методом литья под давлением изготавли­ вают различные формованные изделия бытового назначения: дета­ ли радиоприемников, телевизоров и т. п. Вспененный полистирол используется как упаковочный и теплошумоизоляционный матери­ ал. Объем отходов материалов на основе этого полимера достигает 50 тыс. т в год.

Различают следующие отходы полистирола: технологические, сильно загрязненные амортизованные изделия, отходы пенополи­ стирола и смешанные.

Сильно загрязненные отходы к использованию в качестве вто­ ричных материальных ресурсов непригодны вследствие неоднород­ ности и низкого качества. Их можно использовать для получения жидких продуктов методом деструкции, а также в качестве топли­ ва.

Технологические отходы по физико-механическим и техноло­ гическим свойствам не отличаются от первичного сырья. Эти отхо­ ды являются возвратными и используются на месте образования. Наиболее распространенным методом переработки технологических отходов полистирола является литье под давлением. В табл. 11.6 приведены данные об изменении свойств полистирола в процессе многократной переработки.

Таблица 11.6

Влияние многократной переработки на свойства ударопрочного полистирола

Несмотря на деструктивные процессы, протекающие при мно­ гократной переработке полистирола, о чем свидетельствует умень­ шение молекулярной массы, его основные физико-механические свойства изменяются незначительно.

Многократная (до пяти раз) экструзия полистирола приводит к незначительному увеличению показателя текучести расплава (ПТР) и небольшому уменьшению прочностных свойств. В то же время относительное удлинение уменьшается почти в два раза.

Бракованные изделия из полистирола перерабатывают после измельчения, как правило, в смеси с первичным продуктом. Из­ мельчение проводится в роторных измельчителях, а полученная крошка вследствие однородности по гранулометрическому составу не требует дополнительной грануляции. Размер крошки зависит от зазора между ножами измельчителя. Для последующей переработ­ ки литьем под давлением целесообразно использовать крошку раз­ мером около 5 мм, для чего следует использовать калибровочную решетку с диаметром отверстий 8 мм и устанавливать зазор между ножами не более 0,1 мм. Получаемую крошку можно добавлять в первичное сырье в любых количествах без ухудшения качества вы­ пускаемой продукции.

Амортизованные изделия из ударопрочного полистирола после измельчения также можно повторно использовать, добавляя полу­ ченную крошку в первичное сырье или смешивая с гранулами по­ лиэтилена. Соотношение компонентов (ПС:ПЭ) следует регулиро­ вать с учетом конструкции и назначения будущего изделия из этой смеси.

Для повторной переработки блочного полистирола его необхо­ димо смешивать с ударопрочным полистиролом в соотношении 70:30 или модифицировать другими способами, так как этот поли­ мер чрезвычайно хрупок, а также склонен к деструкции под воз­ действием механических нагрузок.

При переработке отходов полистирольной пленки их подверга­ ют агломерации в роторных агломераторах. Отличительной особен­ ностью полистирола является его хрупкость при комнатной темпе­ ратуре и высокая липкость даже при сравнительно небольшом на­ гревании. Уже при 80°С, т.е. еще не расплавившись, частицы полистирола слипаются между собой и налипают на детали обору­ дования. Образующиеся крупные агломераты мешают процессу, поэтому при переработке полистирольной пленки необходимо осо­ бо тщательно следить за температурой.

Переработка отходов пенополистирола, который применяется для упаковки радиоприборов, аудиотехники, посуды, холодильни­ ков и других целей, требует особого подхода. Отходы пенополисти­ рола сначала нагревают в течение 7 мин до 110 °С, т.е. выше тем­ пературы стеклования, которая составляет 105 °С. Объем вспенен­ ного полимера при этом уменьшается на 40%. Полученную смесь вакуумируют при давлении 1,3 кПа, после этого ее объем умень­ шается еще на 30%. После этого отходы измельчают на роторных дробилках и используют для производства слегка вспененных изде­ лий, так как полностью ликвидировать его ячеистую структуру да­ же после описанных операций не удается.

К полистирольным пластикам относится и такой важный кон­ струкционный материал, как АБС-пластик (акрилонитрилбутадиенстирол). Он широко используется в автомобилестроении, радио­ технической промышленности и других отраслях. Детали из него изготавливают как литьем под давлением из гранул, так и термо­ формованием из листа. В последнем случае количество образую­ щихся при штамповке отходов достигает в отдельных случаях 40%.

Наиболее простым и эффективным способом утилизации отхо­ дов АБС-пленки также является их дробление и использование полученной крошки в качестве добавок к исходному материалу. При содержании в композиции до 20% (масс.) вторичного пласти­ ка эксплуатационные и технологические характеристики материа­ ла практически не отличаются от первичного полимера. Неконди­ ционные пленочные материалы можно также использовать для получения методом прессования многослойных вырубных плит с регулируемой послойно твердостью.

Оптимальная температура нагрева экструдера по зонам при пе­ реработке отходов АБС-пластика при его гранулировании должна составлять 140; 190 и 190°С. При температуре выше 200 °С проис­ ходит интенсивная термодеструкция АБС-пластика, что приводит к значительному снижению его прочностных свойств и ухудшению других характеристик.

11.4. Использование отходов реактопластов

При изготовлении изделий из реактопластов образуется значи­ тельное количество технологических отходов (до 20%). Рассмот­ ренными выше способами переработать такие отходы нельзя, поскольку отличие реактопластов от термопластов заключается в об­ разовании в процессе химической реакции трехмерной структуры, препятствующей переходу полимера в расплав при нагревании (или в раствор при растворении).

Однако реактопласты содержат небольшое количество несшито­ го полимера, что позволяет использовать измельченные отходы этих материалов в качестве активного наполнителя, благодаря че­ му их можно вводить в качестве добавок к основному сырью и в другие композиции.

Отходы реактопластов перерабатывают только там, где они об­ разуются. Их собирают, измельчают и фракционируют.

Вторичное использование термореактивных пластмасс сущест­ венно отличается от технологии переработки отходов термопла­ стов. Различие начинается уже на стадии измельчения отходов.

Отходы фенольных пресс-материалов с коротковолокнистыми или минеральными дисперсными наполнителями в виде заусенцев отформованных изделий, некондиционных таблеток, бракованных изделий и стружки измельчают на дробилках различного типа. Тип измельчающего оборудования в значительной степени опреде­ ляет дисперсность получаемого продукта. Применение вибрацион­ ных мельниц позволяет получать частицы размером до 30 - 80 мкм, что дает возможность при изготовлении неответственных деталей доводить содержание вторичных материалов в пресс-по­ рошках до 20%.

Измельченные отходы реактопластов нельзя использовать в ка­ честве самостоятельного сырья, так как при изготовлении первич­ ных деталей при нагревании до 150 - 200 °С связующие, входящие в их состав, переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

Технология переработки отходов реактопластов, например фе­ нольных пресс-порошков включает следующие стадии: подготовку и сортировку сырья; дробление и измельчение некондиционных таблеток, заусенцев и бракованных изделий; смешение первичных пресс-порошков с 10 —20% измельченных отходов.

Собранные в цехе заусенцы и брак в бумажных крафт-мешках или другой удобной технологической таре направляются в отделе­ ние вторичных пресс-порошков, где они сортируются для очистки последних от посторонних примесей.

Малогабаритные изделия легко измельчаются s стандартных молотковых и зубчатых дробилках. Крупногабаритные изделия