Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Товароведение упаковочных материалов и тары для продовольственных товаров. Учебное пособие
.pdf
для отрывания (сплав 5042) алюминиевых банок с легковскрываемыми крышками.
Обе системы могут иметь проблемы, которые приводят к
неполному удалению лака. Если температура слишком низкая, то
на поверхности алюминия остается черное смолянистое ппокрытие. Это приводит к возгоранию лома при его плавлении и чрезмерным потерям металла за счет угара.
Если же температура слишком высока или длительность обработки слишком велика, то это приводит к повышенным потерям металла.
Горячий, «делакированный» алюминиевый лом поступает
затем в термомеханическую камеру-сепаратор. В этой камере
поддерживается заданная температура и неокисляющая атмосфера. В ней крышки банок и ключи подвергаются легкому механическому воздействию, в результате которого они разбиваются на
мельчайшие фрагменты по границам зерен. Весь процесс основан
на том, что под воздействием узкого интервала температуры размягчаются только границы зерен. Эти мелкие фрагменты непрерывно отсеивают и направляют в печь для переплавки крышек, а
оставшийся алюминиевый лом – в печь для переплавки корпусов
банок.
Для плавления лома алюминиевых банок обычно применяют специальные печи. При плавлении образуется значительное
количество шлака – смеси металла, оксидов и других загрязнений. Этот шлак содержит много газов, поэтому хорошо плавает
сверху расплава.
Его удаляют и отправляют на восстановление из него металла. Обычно вес шлака составляет около 15 % от начальной загрузки лома. Из печи расплав передают в непрерывную плавильную печь, в которую дополнительно загружают крупный алюминиевый лом и первичный нелегированный алюминий для получения нужного объема и приблизительно химического состава
заданного сплава.
Из непрерывной плавильной печи расплав передают в печьмиксер. Там производят подшихтовку расплава – делают необходимые добавки металлов и лигатур для получения заданного химического состава сплава. В этой же печи производят обработку
расплава, например продувку инертным газом для удаления не-
231
желательных неметаллических включений.
Чистый и с нужным химическим составом расплав разливают в слитки весом 15 тонн. При разливке слитков и прокатке
слитка в лист в лом может уйти до 40 % металла исходного количества расплава. Это происходит при обрезке концов, краев и тому подобных операциях. Этот лом называют внутренним. Он является очень ценным, так как его химический состав полностью
совпадает с заданным. Его сразу направляют на переплав изготовителю слитков.
Алюминиевые ленты для корпусов и крышек банок поставляют производителям банок. В результате процесса производства
алюминиевых банок около 20 % алюминиевой ленты (или 13 %
от исходного расплава) возвращается производителю слитков в
виде производственных отходов – остатков листов с отверстиями
на месте вырезанных заготовок для корпусов и крышек банок. В
целом около 55 % количества исходного расплава в миксере уходит во внутренний, производственный лом.
Утилизация тары металлической необходима. Необходима
она вдвойне, если внутри нее остались частички вредных веществ. Как упоминалось выше, металлическая тара применяется
для хранения некоторых материалов, потенциально опасных для
человека и природы. Это могут быть частицы лакокрасочных материалов в жестяных банках и металлических барабанах, остатки
бензина и других видов нефтяных продуктов в цистернах, бочках,
канистрах или же какие-то другие виды вредных, ядовитых веществ. Перед самим процессом утилизации металлической тары,
если это заранее неизвестно, необходимо определить, к какому
типу принадлежит вещество, хранившееся внутри.
4.3.4. Утилизация полимерной тары и упаковки
Из всех пластиков, выпускаемых в мире, 41 % используется
в упаковке. Из этой упаковки 47 % расходуется на пищевые продукты. Это обусловлено удобством и безопасностью, низкой ценой и высокой эстетикой, что служит определяющим условием
ускоренного роста пластмассы при изготовлении упаковки.
Тара из синтетических полимеров, которая составляет 40 %
бытового мусора, практически «вечна», поскольку она не подвергается разложению. Именно поэтому применение пластиковой
232
упаковки влияет на образование отходов в размере 40-50 кг/год
из расчета на одного человека. В России полимерные отходы в
скором времени будут составлять более одного миллиона тонн, а
процент их использования до сих пор мал. Учитывая все специфические свойства полимерных материалов, то есть то, что они
неспособны к гниению и коррозии, проблема их утилизации является важным экологическим фактором.
Проблема переработки отходов полимерных материалов более актуальна, чем когда бы то ни было. Значение переработки
следует оценивать не только с точки зрения охраны окружающей
среды. Оно состоит еще и в том, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом. Но решение всех этих вопросов, и в частности вопросов, связанных с охраной окружающей
среды, требует огромных финансовых вложений. Так, например,
стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс превышает примерно в 8 раз расходы на обработку большинства промышленных отходов и почти в 3 раза – траты на уничтожение
бытовых отходов. Это объясняется специфическими особенностями пластмассы, которые существенно затрудняют или же делают непригодными все возможные методы по переработке или
уничтожению твердых отходов.
Использование отходов пластмассы позволит существенно
экономить первичное сырье, прежде всего нефть и электроэнергию. Проблемы, связанные с утилизацией полимерных отходов,
практически не решаются. Они имеют свою специфику, но все же
их нельзя считать неразрешимыми. Часто их решение невозможно без организации сбора, без сортировки и первичной обработки
материалов и изделий, а также без разработки системы цен на
вторичное сырье, которые бы стимулировали предприятия к его
переработке и без создания новых и развития действующих способов переработки вторичного полимерного сырья, а также методов его модификации с целью повышения качества, без создания
специального оборудования для его переработки, без разработки
номенклатуры изделий, которые выпускаются из вторичного полимерного сырья.
Все отходы полимеров можно разделить на 3 группы:
233
1. Технологические отходы производства, возникающие при
синтезе и переработке термопластов. Эти отходы делятся на неустранимые и устранимые. К неустранимым отходвам относятся
кромки, высечки, обрезки, литники, облой, грат и т.д. В отраслях
промышленности, занимающихся производством и переработкой
пластмасс, неустранимых отходов образуется от 5 до 35 %. Неустранимые отходы представляют собой по сути высококачественное сырье, которое по свойствам не отличается от исходного первичного полимера. Переработка этого сырья в изделия не
требует специального оборудования и производится на том же
предприятии. А устранимые технологические отходы производства образуются при несоблюдении технологических режимов в
процессе синтеза и переработки. К устранимым отходам относится технологический брак, который может быть сведен до минимума или же может быть легко устранен и вовсе. Технологические отходы производства перерабатываются затем в различные
изделия, а также используются в качестве добавки к исходному
сырью или же используются по-другому.
2. Отходы производственного потребления накапливаются
в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов,
которые используются в различных отраслях народного хозяйства (амортизованные шины, тара и упаковка, детали машин, отходы сельскохозяйственной пленки, мешки из-под удобрений и
т.д.). Эти отходы являются наиболее однородными, малозагрязненными и поэтому представляют больший интерес для повторной переработки.
3. Отходы общественного потребления, накапливающиеся в
домах, на предприятиях общественного питания, в столовых, кафе, ресторанах, а затем попадающие на городские свалки. В итоге
все они переходят в новую категорию отходов – в смешанные отходы.
Наибольшие трудности связаны с переработкой и использованием смешанных отходов. Причина этого в том, что термопласты, входящие в состав бытового мусора, несовместимы, а это
требует их выделения по стадиям. Кроме того, сбор изношенных
изделий из полимеров у населения является чрезвычайно сложным видом с точки зрения организации этого процесса, и пока
еще у нас в стране вовсе не налажен.
234
Основное количество отходов уничтожают захоронением в
почву или сжиганием. Но уничтожение отходов невыгодно ни с
технической, ни с финансовой точки зрения. Захоронение, затопление и сжигание отходов пластмассы прямо приводит к загрязнению окружающей среды и к сокращению земельных угодий изза организации на них свалок.
Однако и захоронение, и сжигание продолжают оставаться
довольно широко распространенными способами уничтожения
отходов пластмасс. Очень часто тепло, которое выделяется при
сжигании, используют для получения электроэнергии и пара. Но
калорийность сжигаемого сырья невелика, так что установки для
сжигания обычно являются экономически малоэффективными.
Кроме того, при сжигании образуется сажа от того, что полимерные продукты сгорают не до конца, а также выделяются токсичные газы и, следовательно, происходит повторное загрязнение
воздушного и водного бассейнов и очень сильно изнашиваются
печи за счет сильной коррозии.
В начале 1970-х гг. стали вестись работы по созданию био-,
фото- и водоразрушаемых полимеров. Этот процесс получения
разлагаемых полимеров получил широкую известность, и такой
способ уничтожения вышел из строя пластмассовых изделий, но
последующие работы показали, что сочетать в изделиях высокие
физико-механические характеристики, красивый внешний вид,
способность к быстрому разрушению и низкую стоимость совсем
непросто.
Создание фото- и биоразрушаемых пластмасс основывается
на введении в цепь полимера фото- и биоактивирующих добавок,
а они должны содержать функциональные группы, которые способны разлагаться под действием ультрафиолетовых лучей или
анаэробных бактерий. Добавки эти вводят в полимер на стадии
синтеза или на стадии переработки, а разрушение его должно
протекать после использования, но не во время переработки. В
этом-то и состоит вся сложность. Поэтому проблема заключается
в создании активаторов разрушения, которые бы обеспечивали
определенный срок службы пластмассовых изделий без ухудшения их качества. При этом активаторы должны быть нетоксичными и не дороже стоимости материала.
235
Существуют три основных направления развития поисковых
работ по освоению биодеградируемых пластмасс: полиэфиры
гидроксикарбоновых кислот; пластические массы на основе воспроизводимых природных полимеров; придание биоразлагаемости
промышленным высокомолекулярным синтетическим материалам.
Самым перспективным биодеградируемым пластиком для
применения в упаковке сейчас можно назвать полилактид - это
продукт конденсации молочной кислоты. Полилактид в компосте
биоразлагается в течение одного месяца, и он усваивается микробами морской воды. Если же биодеградируемые полиэфиры с
нужными товарными свойствами можно получить на основе гидроксикарбоновых кислот, то пластмассы, в состав которых
непременно входит крахмал, целлюлоза, хитозан или протеин,
обычно представляют собой композиционные материалы и содержат различные виды добавок.
Наиболее широко из ряда природных соединений в биоразлагаемых упаковочных материалах используется крахмал. Для
получения разрушаемой бактериями водорастворимой пленки из
смеси крахмала и пектина в состав композиции вводят пластификаторы: глицерин или полиоксиэтиленгликоль. При этом отмечается, что с увеличением содержания крахмала хрупкость пленки
увеличивается. Из композиции, которая содержит вместе с крахмалом еще и амилозу и даже немного слабых кислот, экструзией
получают листы, из которых формованием с раздувом изготавливают изделия для упаковки.
Для того чтобы снизить себестоимость биоразлагаемых материалов бытового назначения, то есть материалы для упаковки,
пленки для мульчирования в агротехнике, пакеты для мусора, рекомендуется использовать неочищенный крахмал, который смешан с поливиниловым спиртом и с тальком.
Биоразлагаемые пластические массы на основе крахмала
имеют высокую экологичность и способны разлагаться в компосте при 30 0С около двух месяцев, образуя при этом благоприятный для растений продукт распада.
В качестве возобновляемого природного биоразлагаемого
начала при получении термопластов активно разрабатываются и
другие полисахариды, такие как целлюлоза и хитозан. Полимеры,
которые были полученные путем взаимодействия целлюлозы с
236
эпоксидным соединением и ангидридами дикарбоновых кислот,
полностью разлагаются в компосте за 4 недели. На основе эпоксидных соединений путем формования получают бутыли, одноразовую посуду, различные пленки для мульчирования.
Стойкие к высоким и низким температурам многослойные
материалы, которые используются для упаковки, изготавливают
из пленки целлюлозы, склеенной крахмалом со стойкой к жирам
бумагой, разрешенной к контакту с пищевыми продуктами. Подобная упаковка также может использоваться для запекания пищи в электрических печах или микроволновках.
Из тройной композиции, куда входят хитозан, микроцеллюлозное волокно и желатин, получается пленка с повышенной
прочностью. Она способна разлагаться с помощью микроорганизмов при захоронении ее в землю. Применяется такая пленка
при изготовлении упаковки, подносов и т.д.
Природные белки или протеины привлекают разработчиков
биоразлагаемых пластмасс не меньше, чем пленка. Для завертывания влажной пищи и для производства различных коробок для
пищевых продуктов была создана пленка на основе цеина – это
гидрофобный протеин. Направление по использованию природных полимеров (полисахарид, белки для изготовления биоразлагаемых пластиков) интересно прежде всего тем, что ресурсы исходного сырья возобновляются постоянно и практически неограниченны по использованию. Основной задачей является разработка композиционных биодеградируемых материалов, которые
обеспечивали бы необходимые свойства, которые бы приближались к синтетическим многотоннажным полимерам.
Важное место также занимает проблема придания свойств
биоразложения хорошо освоенным промышленным полимерам:
ПЭ, ПП, ПВХ, полистиролу (ПС) и полиэтилентерефталату
(ПЭТФ). Эти перечисленные полимеры и изделия, изготовленные
при их применении, при захоронении могут храниться практически вечно. Тогда вопрос придания им способности биоразлагаться поможет решить множество проблем.
Сейчас активно разрабатываются три направления:
1) введение в структуру биоразлагаемых полимеров молекул,
которые содержат в своем составе функциональные группы, способствующие ускоренному фоторазложению полимера;
237
2) получение композиций многотоннажных полимеров с би-
оразлагаемыми природными добавками, которые способны в
определенной степени инициировать распад основного полимера;
3) направленный синтез биодеградирующих пластических
масс на основе промышленно освоенных синтетических продуктов.
К фоторазлагаемым полимерам относят сополимеры этилена с оксидом углерода. Фотоинициаторами разложения базового
полимера ПЭ или ПС являются также винилкетоновые мономеры. Если их ввести в 2-5 % количестве в качестве сополимера к
этилену и стиролу, то это позволит получить пластик со свойствами, близкими к ПЭ или ПС, но способными к фотодеградации при действии ультрафиолетового излучения в пределах 290320 нм.
Неплохим решением к проблеме уничтожения пластмассовых отходов является выведение особых мутаций микроорганизмов, которые способны разрушать синтетические полимеры.
Можно разобрать влияние строения и свойств полимеров на
биоразложение. Например, установлено, что с уменьшением молекулярной массы макромолекул их способность к биоразложению растет. Другой характеристикой полимеров, которая влияет на
способность к биоразложению, можно назвать их кристалличность.
Установлено также, что аморфные полимеры биоразлагаются гораздо лучше, чем кристаллические, так как с увеличением
степени кристалличности уменьшается способность к биоразложению. Кристаллическая структура более высокомолекулярных
полимеров, если сравнивать с низкомолекулярными, биоразрушается хуже. Появление разветвлений в макромолекулах способно повышать их биоразлагаемость.
При введении различных модифицирующих добавок в полимерные материалы можно существенно увеличить или же,
наоборот, уменьшить их способность к биоразложению. Так,
например, сложноэфирные пластификаторы обычно повышают
биоразлагаемость ПВХ. Однако плохая диффузия хорошо биоразлагаемого пластификатора (дибутилфталата) к поверхности
полимера в итоге ведет к плохой биоразрушимости ПВХ.
Биоразложение полимера является сложным процессом, на
скорость и завершенность которого влияют не только строение и
238
свойства полимера, но и условия вокруг. Из окружающих условий
сильно влияет влажность, температура, pH среды, свет, а также такой
комплексный фактор, как контакт с почвой и тип почвы.
В последние время исследования в области саморазрушающихся полимеров снизились. Это произошло от того, что издержки производства при получении таких полимеров обычно значительно выше, чем при получении стандартной пластмассы, и этот
способ уничтожения является невыгодным с экономической точкой зрения.
Главным путем использования отходов пластмасс является
их утилизация или повторное использование. Капитальные и эксплуатационные затраты по основным способам утилизации отходов не превышают, а в ряде случаев даже ниже затрат на их уничтожение. Положительной стороной утилизации является также и
то, что получается дополнительное количество полезных продуктов для различных отраслей народного хозяйства и не происходит повторного загрязнения окружающей среды. По этим причинам процесс утилизации является не только выгодным с экономической точки зрения, но и экологически выгодным решением
проблемы пластмассовых отходов. Подсчитано также, что из
ежегодно образующихся полимерных отходов в виде амортизованных изделий процессу утилизации подвержена только лишь
малая часть. Это связано с трудностями предварительной подготовки (сбор, сортировка, разделение, очистка и т.д.) отходов, а
также с отсутствием специального оборудования для переработки
отходов и рядом других причин.
К основным способам утилизации отходов пластических
масс относятся:
1) термическое разложение путем пиролиза;
2) разложение с получением исходных низкомолекулярных
продуктов (мономеров, олигомеров);
3) вторичная переработка.
Процессом пиролиза называют термическое разложение органических продуктов в присутствии кислорода или же без использования кислорода. Пиролиз полимерных отходов позволяет
получать в итоге высококалорийное топливо, сырье и полуфабрикаты, которые используются в различных технологических
239
процессах, а также мономеры, применяемые для синтеза полимеров.
Газообразные продукты термического разложения пластмасс могут использоваться в качестве топлива для получения рабочего водяного пара. Жидкие же продукты идут для получения
теплоносителей. Спектр применения твердых (воскообразных)
продуктов пиролиза пластмассовых отходов достаточно широк
(компоненты различного рода защитных составов, смазок, эмульсий, пропиточных материалов и др.).
Для того чтобы получать высококачественные пиролизные
масла постоянного состава, нужно соблюдать различные требования к исходному сырью. Это преимущественно должны быть
отходы с высоким содержанием углеводородов. Для преобразования таких термопластов, как низкомолекулярный ПЭ или атактический ПП, применяют низкотемпературный жидкофазный пиролиз в непрерывно или периодически работающих реакторах.
Область рабочих температур в этом случае определяется перерабатываемым продуктом. Так, например, отходы ПВХ и побочные
продукты выше 200 0С отщепляют хлороводород, а при дальнейшей термической обработке, то есть при нагреве до температуры
более 400 0С, разлагаются на технический углерод и на углеводороды. Жидкофазный пиролиз ПС при температурах выше 350 0С
приводит к образованию стирола с высоким выходом. Низкомолекулярный ПЭ пиролируется при 400-450 0С, при этом получают
алифатические богатые олефинами масла и алифатические воски.
Атактический ПП термически разлагается в области температур
400-500 0С. В некоторых случаях в области низких температур
находят применение реакторы с псевдожиженным слоем.
Для того чтобы получить низкомолекулярное сырье из таких
особых видов отходов полимеров, как из смеси термопластов, кабельная изоляция, применяется высокотемпературный пиролиз,
при этом большая производительность достигается только в случае непрерывных методов.
Низкомолекулярные предельные углеводороды, образующиеся в процессе пиролиза, подвергаются последующему крекингу. Это необходимо для того, чтобы увеличить выход непредельных соединений, которые используются при синтезе полиолефинов.
240
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]