Переработка и утилизация полимерных отходов
В России сфера переработки и утилизации полимерных отходов развивается медленными шагами. То, что в Европе успешно перерабатывается, у нас складируется или отправляется на захоронение. В результате полимерный мусор грозит «затопить» Россию. С каждым годом его становится больше. Вместе с увеличением количества отходов растёт и угроза для экологии окружающей среды.
Что относится к полимерным отходам?
Высокомолекулярные полимерные продукты получают путём поликонденсации и полимеризации из мономеров – простых веществ. Процесс осуществляется на промышленных предприятиях. Отслужившие изделия из синтетических полимеров – это и есть полимерные отходы. В эту группу входят такие изделия:
Подсчитано, что на долю отслуживших полимерных материалов на российских свалках приходится 60% объёма мусора.
Всё названное выше практически не поддаётся биологическому разложению. Это делает перечисленные предметы опасными для экологии планеты.
Какую продукцию можно перерабатывать?
Не каждый вид отходов из полимеров подлежит рециклингу. Вторичной переработке могут быть подвергнуты только те синтетические термопластические материалы, которые изменяют форму под воздействием высоких температур.
Есть смысл собирать и готовить к переработке такие виды отходов:
Основные проблемы переработки отходов из полимеров
Рециклинг полимеров — сфера, развивающаяся крайне медленно. Лишь небольшое количество всех имеющихся на планете отходов описываемой группы подвергается переработке. Причина торможения важного направления связана со следующими проблемами:
Как происходит сбор вторсырья и куда сдавать?
Описываемый процесс в идеале состоит из нескольких этапов:
Часть вторичного сырья собирается в рамках специальных программ, стимулирующих население очищать территории от мусора.
Важно: В мегаполисах в пунктах выброса мусора имеются специальные контейнеры для складирования пластика.
Как осуществляют переработку полимеров?
Сбор отработавших продуктов это лишь начальный этап всего процесса. Переработка полимеров осуществляется следующим образом:
Какое оборудование применяют на мусороперерабатывающих производствах?
Промышленная переработка полимеров требует применения специальной технической оснастки. На заводах для утилизации отходов используют следующее оборудование:
Сколько стоят отходы?
Главная проблема утилизации состоит в том, что их стоимость в 3-6 раз ниже стоимости вторичного сырья и в 7-10 раз уступает стоимости первичного сырья. Если в качестве примера взять полиэтиленовую плёнку, за её килограмм можно выручить такие деньги:
Иная разница цен у ПВХ. Здесь она отсутствует. То же можно сказать о АБС-пластике, полистироле и полипропилене. Вторичный ПЭТ дешевле первичного только в 2-3 раза.
Что происходит с вторсырьём после переработки?
Предприятия, занимающиеся переработкой мусора, продают полученный продукт. При наличии соответствующего оборудования они же производят полимеры. Выгодно производить из вторичного сырья:
Реализация полученного материала проблематична, так как это однотипные изделия. Перечисленная продукция пользуется спросом, но перечень востребованных товаров невелик.
В XXI веке применяется практика сторонней переработки. Её суть заключается в том, что предприятие передаёт отходы на переработку, а потом забирает их для изготовления продукции. Такая услуга предоставляется по цене 8.00-10.00 рублей за переработанный килограмм.
Заключение
Утилизация полимерных отходов – больная тема для России. Ученые решают проблему, но слишком медленно; население постепенно обретает сознательность, но не так быстро, как хотелось бы; правительство принимает решения и даёт обещания, но проблема почти не решается, мусорные свалки продолжают разрастаться.
Полимерные отходы: характеристика и направления использования
Вторичное полимерное сырье представляет собою вышедшие из употребления изделия и промышленные отходы из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола и его сополимеров, полиамида, полиэфира и полиэтилентерефталата, фторопласта и других термопластичных полимеров, частично утратившие свои свойства, но сохранившие свойства технологические, которые обеспечивают возможность их повторного использования в виде сырья и предназначенные для переработки и использования в промышленности.
Краткая характеристика отхода
Наибольшую часть в используемых отходах полимеров (вторичное полимерное сырье) составляют отходы полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиамида, полиэтилентерефталата, полистирола.
Вторичное полимерное сырье по каждому виду полимера классифицируется по следующим основным признакам:
Структура отходов термопластичных полимеров в России:
Основные показатели качества вторичного полимерного сырья (ТУ 2298-014-01877509-00)
Основные направления хозяйственного использования и переработки отходов полимеров
Основные направления переработки полимерных отходов
Характеристика технологий переработки полимерных отходов
Существующие методы переработки полимерных отходов
Существующие методы переработки полимерных отходов:
Любая технология переработки полимерных отходов включает стадию первичной подготовки и обработки отходов, состоящей, главным образом, из:
Технология механической переработки полимерных отходов в дробленку включает следующие операции:
Технология переработки полимерных отходов во вторичный гранулят
Технология переработки отходов полимерной пленки в агломерат включает следующие операции:
Основные изготовители оборудования для переработки полимерных отходов механическим методом:
Удельные расходные показатели процесса переработки отходов во вторичный гранулят:
Основные направления хозяйственного использования и переработки отходов полимеров
Основные направления производства продукции с использованием вторичного полимерного сырья методом термоформования:
Наиболее распространенные виды оборудования для переработки полимерных отходов методом термоформования:
Основные производители оборудования по переработке полимерных отходов методом термоформования:
Технология переработки отходов ПВХ (искусственные кожи, напольные покрытия и др.), в плитку напольную включает:
Технические характеристики установки пиролиза полимерных отходов
Технология переработки полимерных отходов в плитный материал строительного назначения
Технические характеристики установки по переработке полимерных отходов плитный материал:
Виды оборудования для переработки полимерных отходов
Вторичное полимерное сырье представляет собою вышедшие из употребления изделия и промышленные отходы из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола и его сополимеров, полиамида, полиэфира и полиэтилентерефталата, фторопласта и других термопластичных полимеров, частично утратившие свои свойства, но сохранившие свойства технологические, которые обеспечивают возможность их повторного использования в виде сырья и предназначенные для переработки и использования в промышленности.
Что такое полимерная продукция
Большая часть полимеров в России – это упаковочная тара. Область применения обусловлена надежным сохранением продукции и привлекательным видом. Ежегодно образуется около 3,3 миллиона тон полимерных отходов и эта цифра неуклонно растет.
Основные разновидности полимерной продукции:
Справка! Большая часть полимеров поддается сжиганию или захоронению, что совершенно небезопасно для экологии. В результате утилизации происходит выделение токсических веществ.
Классификация полимеров
Выделяют несколько основных типов полимерного мусора:
Измельчители исходного вторсырья
В зависимости от конструктивных особенностей аппараты подразделяются на следующие виды:
При выборе станка необходимо обязательно учитывать вид перерабатываемого сырья. Например, измельчить мягкие пленки и жесткие отходы литников на одном оборудовании невозможно.
Какая продукция подходит в качестве ценного сырья
Переработка подходит не для всех полимеров. Предприятия принимают термопластичные синтетические материалы, среди которых ПВХ (поливинилхлорид), ПС (полистирол), АБС (акрил-бутадиенстирольный пластик), ПП (полипропилен).
Справка! Предварительно проводится сортировка мусора. Полимеры разделяют по типу материала, размеру и цвету. Обычно это ручной и довольно дорогостоящий способ.
К термопластичным (пригодным для переработки) материалам относят:
Непригодные материалы – эпоксидные и фенольные смолы, полиуретан.
Пластиковые отходы могут выступать в качестве ценного вторичного сырья и готового материалы для рециклинга, повторного изготовления пластмассовых изделий. Каждый вариант имеет превосходство перед такими способами утилизации, как сжигание, захоронение и вывоз на полигоны.
Использование продуктов переработки полимеров
При переработке ПВХ отходов получают вещества в различном агрегатном состоянии. Пиролизный газ применяется в качестве топлива. Жидкие компоненты выступают в роли теплоносителей. Твердые фракции находят свое применении в строительстве, а также в промышленности. После переработки получают газообразное горючее и твердое топливо, бензин, масла и воск.
Переработка ПВХ отходов в гранулы актуальна для пластиковой тары. Полученные вещества применяют для искусственных газонов и текстильного волокна. Из полиэтиленрефталата получают утеплители для одежды. Полиэтилен – для литья труб, изготовления пленочных материалов и канистр. Полипропилен – в машиностроении. Следовательно, мусор может стать для российских предпринимателей выгодным коммерческим предложением для последующего развития бизнеса.
Используемое оборудование при вторичной переработке
Переработка выполняется по определенной технологической цепочке:
Обработка полимеров проводится в несколько этапов. Сначала нужна тщательная сортировка. Затем выполняется измельчение, разделение, мойка, сушка и грануляция.
В процессе обработки применяется следующее оборудование:
Аппараты для промывки
Для повышения качества конечного продукта дробленые отходы подвергают очистке от посторонних включений. Отмывка производится на специальных моечных линиях, которые укомплектовываются в зависимости от типа сырья:
Помимо базовых агрегатов, линия включает широкий спектр периферийного оборудования. Поэтому самым оптимальным решением станет покупка готового моечного комплекса.
Методы переработки
Общий процесс переработки вторичного пластика:
Вторичная переработка полимеров очень выгодна для крупных предприятий. Это возможность получить прибыль за то, что обычно выбрасывается. Также важно учитывать пользу для окружающей среды. Еще один фактор в пользу использования вторичного сырья – удешевление производства изделий из пластика.
Выдувное формование
Выдувной способ предполагает выдувание сжатым воздухом для получения полых изделий. Для этого применяется разогретые заготовки.
Экструзия
Путем экструзии на выходе можно получить тонкую пленку. В процессе раздувания горячим воздухом можно получить полые изделия. Характерным их отличием будет след от полуформ в виде полосок на боковой поверхности.
Пневматическое формование
Пневматическое формование дает возможность получить объемные изделия небольшого и крупного размера (как ванны, так и стаканчики). Листовая заготовка разогревается и прижимается к копируемой форме.
Каландрование
Метод каландрования предполагает непрерывный процесс создания полимеров из термопластов. Выполняется путем пропускания расплава через каландр с вращающимися валками. Одна композиция при этом проходит несколько валов.
Одновременно можно наблюдать процесс уплотнения и увеличения ширины, в результате чего получается пленка нужного размера. Ее можно разрезать и наматывать.
Горячее штампование
Путем горячего штампования есть возможность получить материалы самых разных форм и размеров. Суть заключается в том, что происходит одновременное воздействие давления и повышенной температуры. Таким способом получают листовые объекты, пластины, древесные плиты, древесноволокнистые плиты разного назначения.
Утилизация пластика
Утилизация полимерных отходов проводится путем сжигания и захоронения, что крайне невыгодно при возможности использования сырья для последующего изготовления продукции. Однако такие способы все еще активно практикуются.
Применяемые способы утилизации:
Использование пластикового утильсырья для переработки позволяет сократить количество складируемых на полигонах отходов и защитить природу от загрязнения. Кроме того, полученное сырье сокращает затраты на энергию и нефтяную продукцию. Для глобального решения вопроса переработки нужно начинать с информирования населения о важности сортировки мусора.
Переработка пластика (2 видео)
Места образования
Как правило, полимерные отходы по источнику образования делятся на 3 группы:
Таким образом, большая часть отходов образуется в процессе общественного потребления, и эти же отходы достаточно сложно подвергнуть переработке.
Что такое полимерные отходы, технология их переработки
В настоящее время практически во всех сферах жизнедеятельности используется пластик. Его отходы — наиболее опасные для природы. Максимально удобным вариантом их утилизации является переработка полимеров. Благодаря ей происходит очистка территорий от свалок. Заодно это дает возможность получить дешевые полимерные материалы. Их используют в производстве.
Что такое полимерные отходы
К категории такого мусора относятся различные изделия, вышедшие из строя и не пригодные к дальнейшей эксплуатации, произведенные из синтетических полимеров.
Продукция из этого материала обладает массой преимуществ, обусловленных его свойствами. Но высокомолекулярные соединения, являющиеся синтетическими, тяжело поддаются биологическому разложению. Чаще всего они оказывают негативное влияние на окружающую среду.
К отходам из полимеров относятся:
Классификация полимерного мусора представлена в следующей таблице.
| Название | Описание |
|---|---|
| Общественный | Их образование происходит в повседневной жизни. Выбрасываются в баки вместе с твердыми отходами. Вторичная переработка таких полимеров станет гораздо эффективнее, если выполнять правильную сортировку. |
| Технологический | Делится на две группы: брак, не подлежащий восстановлению (отправляется сразу на переработку), и устранимый (образовываются во время изготовления пластика, утилизация данных полимерных отходов происходит при помощи вторичной переработки). |
| Производственный | Различные изделия, которые вышли из строя, не пригодны для использования, также попадают под переработку. |
Что можно переработать
Рециклингу подлежат не все виды полимеров. Для переработки подходят только синтетические термопластичные материалы, к которым относятся:
Фенольные смолы, полиуретан и эпоксидные смолы считаются не пригодным для переработки материалом.
К рециклингу можно подготовить следующие виды отходов:
Методы рециклинга
Технология процесса переработки вторичных полимеров включает в себя следующие этапы:
Вторичная переработка обеспечивает предприятия дополнительной прибылью. С помощью современных способов утилизации отходов улучшается экологическая обстановка, а изделия из пластика становятся дешевле.
Стоит рассмотреть отдельно каждый метод переработки. Они приведены в таблице.
Применяемое оборудование
Для выполнения процесса используют специальное оборудование: линии для сушки и мойки, прессы, смесители, агломераторы, грануляторы, дозаторы, транспортеры, холодильные камеры, шредеры, дробилки, агрегаты для постобработки.
Проблемы переработки
Только небольшое количество мусора подвергается рециклингу. Развитие отрасли переработки отходов происходит медленными темпами. Это связано с определенными проблемами:
Как собрать и куда сдать
Переработка различных полимерных материалов и их сбор выполняются согласно определенной технологической цепочке:
Сдается вторсырье в пункты приема, которые можно найти практически в каждом населенном пункте. Также есть возможность обратиться напрямую в компанию, которая занимается сбором или рециклингом полимеров.
Сдача вторсырья позволяет получить денежную сумму и принести пользу экологии. Раздельный сбор отходов постепенно начинает входить в практику. Согласно правилам, пластиковые изделия необходимо выкидывать в специальные контейнеры. Во многих дворах стоят три емкости, каждая из которых имеет соответствующую надпись: «пластик», «стекло», «бумага».
Что делают с вторсырьем
Компании, занимающиеся переработкой отходов, полученную продукцию просто продают. Если у них имеется необходимое оборудование, они могут самостоятельно изготавливать полимеры. Из вторичного сырья выгодно производить следующее:
Продукция пользуется спросом, но список товаров совсем небольшой.
Для РФ утилизация полимерных отходов является больной темой. Специалисты стараются решить эту проблему, но процесс идет медленными темпами. Благодаря информации в СМИ население начинает понимать пользу переработки и сортировки мусора, однако общая заинтересованность в этом невысокая. Правительство дает обещание решить проблему с отходами, но мусорные свалки продолжают расти.
Переработка пластиковых изделий способна приносить прибыль людям и пользу окружающей среде. Но этой сфере необходима поддержка общества и правительства.
Свойства отходов полимеров и направления использования
Сегодня полимеры нашли широкое применение в производстве изделий технического назначения; тары и упаковки, медицинских изделий, товаров хозяйственного использования. До 40% мирового производства полимеров используются в упаковочной промышленности.
Изделия из полимеров по окончании использования попадают на свалки, причем тара и упаковка обладают наиболее коротким сроком службы – от нескольких дней до года. Доля полимеров в составе твердых бытовых отходов постоянно возрастает. В России она оценивается, в среднем, в 5-8%. Полимерные отходы, как и сами полимеры, подразделяются на:
Наибольший интерес для повторного использования представляют термопластичные полимеры. Основные виды термопластичных полимеров и изделий из них, которые после использования превращаются в отходы приведены в таблице 1.
Виды полимерных отходов
Наименование вида полимера
Виды полимерных отходов
Отходы полиолефинов ( до 50% по массе)
Полиэтилен высокой плотности
Тара, емкости для хранения сыпучих продуктов, ведра, тазы, игрушки, мебельная фурнитура
Полиэтилен низкой плотности
Сельскохозяйственная пленка, хозяйственные мешочки, скатерти, пленочные материалы
Упаковочная пленка для пищевых, кроме молочных продуктов, тара для технических жидкостей и реактивов
Отходы полистирольных пластиков
Блочный и ударопрочный полистирол
Одноразовая посуда, авторучки, упаковка для молочных продуктов, банки, решетки, вешалки, шашки, шахматы, шкатулки, вазы.
Детали облицовки интерьера, детали радиоприемника.
Упаковки радиоприборов, аудиотехники, посуды, холодильников, теплозвукоизоляционные материалы.
Отходы поливинилхлорида
Покрытия для полов, стен, мебели, различных искусственных кож, пленок, литьевых изделий.
Отделочные материалы, кровельные листы, оконные переплеты, упаковочный материал (сосуды, контейнеры, флаконы т.п.)
Отходы полиуретана
Формованные и литьевые изделия
Отходы полиамида
Текстильные материалы (трикотажные. Чулочно-носочные, изделия и др.), специальные текстильные материалы (подворотничковая ткань, нетканые материалы).
Отходы полиэтилентерефталата
Бутылки с затворами и без них, с типичными остатками содержания бутылок, с этикетками из бумаги с водорастворимыми или нерастворимым клеем, различных цветов и типов.
Свойства основных видов полимеров
Полиолефины
Наибольшее распространение получили полиэтилен и пропилен.
Полиэтилен
Различают ПЭ высокого, среднего и низкого давления.
ПЭ высокого давления (низкой плотности) получают полимеризацией под давлением 100-350 (20000 ат.), МПа при 190-300°С в присутствии кислорода или его перекисей (ПЭВД).
ПЭ при низком давлении (высокой плотности) получают при давлениях 3,5-4 МПа (атмосф. давл.) в присутствии металлоорганических катализаторов (растворы в бензине четыреххлористого титана TiCl 4 ; диэтилалюминий хлорида AI ( C 2 H 5)2 Cl )), (ПЭНД).
ПЭ при среднем давлении получают при давлениях 35-75 атм. в растворе бензина, циклогексана, ксилола и др., в присутствии катализаторов – окислов металлов переменной валентности нанесенных на алюмосиликат (хром, ванадий, молибден).
Физико-механические свойства различных видов ПЭ
ПЭВД
ПЭНД
ПЭСД
Температура плавления, °С
Температура хрупкости при изгибе, °С
Наибольшее распространение получили ПЭВД и ПЭНД.
Полиэтилен низкой плотности (высокого давления)
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают полимеризацией этилена при высоком давлении в трубчатых реакторах и реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.
Этот материал – лидер мирового рынка полимерных материалов для упаковки, так как около 45% производимых в мире полимерных упаковок изготавливают именно из него. Пленки из ПЭНП получают методом экструзии с раздувом или плоскощелевой экструзией. Они составляют 75% общего объема полимерных пленок в упаковке, так как обладают инертностью, прочностью при низких температурах, стойкостью к ударам и раздиру.
Упаковки на основе ПЭНП обладают малой массой, значительной сопротивляемостью разрушению, простотой в изготовлении, низкой проницаемостью для кислорода, что способствует сохранности продуктов. Из ПЭНП изготавливают тару пищевых продуктов (закуски, сосиски, конфеты и др.); лотки, которые можно применять в микроволновых печах для приготовления пищи из рыбы, птицы, мяса; бутылки для прохладительных напитков, минеральной и питьевой воды.
Из пленок ПЭНП изготавливают большое количество мешков. Из ПЭНП изготавливают термоусадочные пленки, которые позволяют при упаковке в них уменьшить объемы товаров и таким образом занимаемые места на складах. Пленки из ПЭНП толщиной более 200 мкм применяют как внутренние вкладыши для бочек с твердыми химикалиями и различными жидкостями и как амортизирующие защитные вкладыши внутри деревянных ящиков для упаковки тяжелого оборудования. Необходимо отметить, что комбинированные пленочные материалы из ПЭНП с алюминиевой фольгой применяют для изготовления пакетов при упаковке соков. Комбинированные пленки из ПЭНП используют для упаковки продуктов, подвергаемых пастеризации.
ПЭНП – основа для изготовления амортизирующего упаковочного материала «Вилатерм – Л», который надежно защищает упакованную продукцию от механических повреждений, температурных колебаний, проникновения влаги, действия микроорганизмов, многих растворителей и химических веществ, повышает привлекательность продукции уменьшает массу тары. «Вилатерм – Л» также применяют для упаковки тяжелых и сложных по форме изделий, более экономичен по сравнению с пенополиуретаном.
Структура использования полиэтилена высокого давления (ПЭНП) приведена на схеме 1.
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления)
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) получают газофазным методом полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах на носителе. На мировом рынке это лидер в производстве «шуршащих» пленок, более тонких по сравнению с пленками из ПЭНП. Они более жесткие, прочные, обладают влагопроницаемостью, большей стойкостью к маслам и жирам, чем пленки из ПЭНП. Они имеют высокую температуру размягчения, поэтому выдерживают стерилизацию паром. Комбинированные пленки с нижним слоем из ПЭВП применяют для упаковки консервированных продуктов со стерилизацией при температуре не выше 121°С.
Поскольку температура размягчения ПЭВП выше, чем температура кипения воды, то пленки из ПЭВП применяют для продуктов типа «кипяти в упаковке». Пленки из ПЭВП используют для упаковки пищевых продуктов, срезанных цветов, изготовления сумок для супермаркетов и универсамов, так как они обладают прочностью и легкостью, великолепными барьерными свойствами по сравнению с пленками из ПЭНП.ПЭВП применяют для изготовления ящичной тары методом литья под давлением, для изготовления бутылей вместимостью 10-20 л, бочек вместимостью 50-200 л, канистр вместимостью 2-20 л методом экструзионно-выдувного формования, а также флаконов для косметики и бытовой химии.
Структура основных направлений использования ПЭВП приведена на схеме 2.
Линейный полиэтилен низкой плотности
Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) по своей структуре подобен ПЭВП, однако имеет следующие основные преимущества:
На мировом рынке ЛПЭНП – наиболее динамично употребляемый полимер по сравнению с ПЭНП и ПЭВП, так как позволяет получать тонкие пленки при повышении их прочностных свойств. Этот материал, в частности, предназначен для изготовления медицинских пакетов, ламинированных и растягивающих пленок. Наиболее широкое применение он находит в производстве стретч-пленок для машинного и ручного пакетирования. По сравнению с термоусадочной упаковка в растягивающуюся пленку обладает следующими преимуществами:
Полипропилен
Полимеризацию проводят в присутствии металлорганических катализаторов (диэтилалюминийхлорид с треххлористым титаном).
Физико-механические свойства ПП:
Температура плавления, °С
Температура хрупкости при изгибе, °С
Полипропилен (ПП) получают газофазным или суспензионным методом полимеризации пропилена. На мировом рынке он сохраняет наиболее высокие и устойчивые темпы роста, а относительно низкая его стоимость при самой малой плотности из всех базовых полимерных материалов делает ПП привлекательным в секторе упаковки. В настоящее время около 36% мирового потребления ПП приходится на упаковку, а 12% мирового потребления ПП – на производство двухосно-ориентированных пленок.
Рост рынка двухосно-ориентированных пленок (в среднем на 12% в год) происходит за счет вытеснения конкурирующих полимерных материалов (ПВХ, полиэфир, полиэтилен), а также фольги и бумаги. Основные преимущества двухосно-ориентированных пленок следующие: производство пленок с широким диапазоном термосвариваемости; высокие физико-механические свойства, позволяющие производить более тонкие пленки по сравнению с остальными материалами; высокие барьерные свойства к водяным парам; оптическая прозрачность,блеск; стерилизация продуктов в пленке, а также применение пленки в суровых зимних условиях и в низкотемпературных холодильниках; возможность нанесения на пленку металла, полимеров и др., производство пленок с жемчужным внешним эффектом за счет частичного вспенивания пленки.
Двухосно-ориентированные пленки используются для пищевой упаковки, где их доля составляет 68%. В настоящее время наиболее быстро растущие рынки потребления двухосно-ориентированных пленок – упаковка сигарет и производство этикеток. Их применяют также для термоусадочной упаковки, где требуются великолепная прозрачность и блеск (коробки с косметикой и туалетными принадлежностями).
Неориентированные раздувные и поливные пленки применяют для упаковки текстильных изделий (простыни, трикотаж, белье, рубашки), так как они имеют меньшую массу, хорошую свариваемость и великолепную прозрачность. Эти же пленки применяют для упаковки медицинских изделий многоразового использования, так как они позволяют проводить автоклавную стерилизацию при температуре 120-135 °С.
Листы и ленты из полипропилена толщиной 0,3-1,6 мм применяют на формовочных автоматах для расфасовки, упаковки детского питания, плавленых сыров, сметаны, майонеза, йогурта, молока и кефира, меда, мармелада, мясных и рыбных полуфабрикатов и готовых изделий, школьных завтраков, изготовления коррексов. Кроме того, листы и ленты используют для изготовления прозрачных вкладышей в картонных коробках для упаковки постельного белья, одежды.
Упаковочную полипропиленовую ленту с рифленой поверхностью применяют для упаковки киповых товаров (газеты, журналы, книги и др.). Ее широко используют вместо металлической ленты для упаковки погонажных и штучных изделий из дерева и других материалов.
Полипропиленовый шпагат используют для ручной и машинной упаковки киповых товаров (печатной продукции, увязки снопов, тюков сена, при машинной уборке льна, конопли и др.).
Полипропиленовые мешки применяют для упаковки, транспортировки и хранения химических сыпучих веществ, пищевых продуктов и продуктов сельского хозяйства. Такие мешки обладают высокой химической стойкостью, прочностью, долговечностью, не подвержены гниению и воздействию плесневых грибов.
Полипропилен применяют для изготовления бутылок вместимостью 0,5-1,0 л под фасовку стерилизованного молока длительного хранения и натуральных соков. Стерилизация бутылок, наполненных молоком и натуральными соками, производится в автоклавах-стерилизаторах при температуре 120°С.
Полистирол и сополимеры стирола
Полистирольные пластики – полистирол, ударопрочный полистирол, АБС – пластики, сополимеры стирола, относятся к числу наиболее распространенных пластмасс.
Промышленное применение нашли следующие виды полистирола по способу полимеризации – блочный, суспензионный, и в меньших масштабах эмульсионный.
Физико-механические свойства ПС
Блочный
Эмульсионный
Суспензионный
Температура размягчения, °С
Температура хрупкости при изгибе, °С
Недостатком полистирола является его большая хрупкость, старение. При нагревании свыше 200°С разлагается с выделением стирола.
Полистирол общего назначения
Полистирол общего назначения получают в процессе полимеризации стирола в массе, суспензии, эмульсии. Из полистирола общего назначения (ПС) изготавливают одноразовые стаканы, сувенирные коробки для кондитерских изделий, мерные кружки. ПС обладает великолепной прозрачностью и блеском.
Из блочного полистирола производят двухосно-ориентированные пленки и листы, обладающие повышенной прочностью. Кроме прозрачности и блеска такие пленки и листы имеют высокую размерную стабильность. Пленки малых толщин применяют для изготовления прозрачных окошек в картонной коробке, для упаковки свежих продуктов, которым необходимы «дышащие пленки. Листы из ПС применяют для изготовления прозрачных жестких стаканчиков к торговым автоматам, жестких туб для десертов, пресервов, для автоматической продажи комплексных обедов. С целью обозрения фасованного свежего мяса с обеих сторон из ориентированных листов изготавливают прозрачные подносики.
Полистирол общего назначения эмульсионный применяют для изготовления вспененной тары, которая по масштабам применения занимает первое место из всех пенопластов. Из вспененных гранул эмульсионного полистирола методом беспрессового формования изготавливают крупногабаритные упаковки для хранения и транспортировки различных изделий технического назначения, а также крупногабаритную тару для пищевых продуктов (свежая рыба и др.).
Из листов вспененного ПС методом термоформования изготавливают тарелки-поддоны, лотки для упаковки продуктов питания, коробки для яиц, прокладки для ящиков с яблоками. Вспененный ПС жиростоек, является прекрасным теплоизолятором, эластичен, хорошо распределяет и гасит ударные нагрузки.
Полистирол ударопрочный
Полистирол ударопрочный (УП) получают сополимеризацией стирола с каучуком. Из ударопрочного полистирола методом литья под давлением изготавливают различную тару для упаковки пищевого и технического назначения. Из листов и лент УП методом термоформования изготавливают тару для молочных продуктов, подносики, стаканчики и прочие виды упаковок с минимальной разнотолщинностью стенок изделий. Ударопрочный полистирол занимает первое место из всех базовых полимерных материалов на рынке термоформованной тары.
Поливинилхлорид
В промышленности применяют три основных метода производства ПВХ – блочный, суспензионный и эмульсионный.
ПВХ – жесткий полимер. Для его пластификации широко используют эфиры фталевой кислоты (дибутилфталат, диоктилфталата и др.). С использованием пластификаторов получают пластикаты и винипласты.
Поливинилхлорид (ПВХ) получают суспензионной полимеризацией. Для упаковки применяют композиционные полимерные материалы на основе ПВХ, пластификаторов, термостабилизаторов, красителей-наполнителей. Из композиций ПВХ изготавливают пленки, листы, объемные выдувные изделия. В настоящее время в торговле широко используют тонкие пленки из пластифицированного ПВХ для упаковки подносов со свежим мясом, так как они обеспечивают высокую кислородопроницаемость. Это способствует образование оксигемоглобина, который придает пурпуровый цвет свежему мясу. Кроме того, тонкие пленки прочные, морозостойкие, обладающие высокой прозрачностью и блеском, способностью к усадке при упаковке; имеют хорошую стойкость к маслам, жирам, щелочам и кислотам. Тонкие пленки используют также для термоусадочной упаковки подносов со свежими овощами и фруктами. Листы из непластифицированного ПВХ, в которых используются незначительные количества пластификаторов, широко применяют для термоформования (коррексы, блистеры, различная тара). Кроме того, для получения декоративной тары листы подвергают вакуумной металлизации.
Из композиций ПВХ изготавливают также прозрачные объемные изделия методом экструзионно-выдувного формования (бутылки, небольшие канистры с боковыми ручками, флаконы).
Полиэтилентерефталат (лавсан, ПЭТФ, полиэстер)
Получают полимеризацией терефталевой кислоты и этиленгликоля в присутствии катализаторов (ацетаты цинка, марганца, кальция, магния, кобальта, свинца, трехокись сурьмы, двуокиси титана, ариацетат сурьмы, двуокиси германия, в последнее время – комплекс цитрата титана и др.). Молекулярная масса – 20000-40000.
Полиэтилентерефталат – твердое вещество белого цвета без запаха, плотность 1,38-1,40 г/см 3 (20°С), t размяг. 245-248°С. Температура стеклования 70-80°С.
В процессе переработки ПЭТФ обладают низкой вязкостью расплава (средний показатель текучести расплава при +280°С–7,5г/10мин). Перерабатывается экструзией, вакуум-формованием, литьем под давлением, вытяжкой из расплава и т.д. Для защиты от деструкции (разложения, окисления) ПЭТФ перерабатывается в композиции с термостабилизаторами и другими компонентами. Материал подвержен гидролизу даже при атмосферной влаге при температуре выше точки плавления, поэтому перед пластикацией ПЭТФ необходимости сушить до уменьшения содержания влаги, по крайней мере до 0,01%.
В промышленности ПЭТФ обычно получают двухстадийным способом: переэтерификацией диметирефталата ( DMT ) этиленгликолем с последующей поликонденсацией полученного на первой сдадии дигликольтерефталата ( DGT ). Однако в последнее время за рубежом широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты ( TFK ) по непрерывной схеме. И именно данный способ признается весьма перспективным.
В настоящее время темпы роста производства ПЭТ на мировом рынке из всех базовых полимерных материалов для тары и упаковки самые высокие и составляют более 13% в год. Такие темпы роста обусловлены его широким применением для изготовления пищевой упаковки, прежде всего бутылок, банок и пленок. Особенно растут темпы роста производства ПЭТ для изготовления бутылок и банок. Ведь он обладает великолепной прозрачностью и блеском, имеет хорошие качества газового барьера, не имеет вкуса и запаха, обладает высокой способностью удержания аромата, великолепной устойчивостью к кислотам, химикалиям и большинству органических соединений, практически не изнашивается и не желтеет под воздействием гамма-излучения. Из ПЭТ изготавливают бутылки и банки для пищевых и минеральных вод, соков, прохладительных напитков, пива, растительных масел, кетчупов, ликеров, вин и других алкогольных напитков, парфюмерных продуктов.
Пленки из ПЭТ обладают великолепной прозрачностью и жесткостью, стойки к раздиру, имеют высокую ударную прочность при минусовых температурах, высокопрозрачны, обладают низкой паро-, газо- и запахопроницаемостью, стойки к растворителям, маслам и жирам. Из ПЭТ изготавливают термоусадочные, поливные неориентированные, двухосноориентированные и многослойные пленки для термоформования жестких упаковок. Термоусадочные пленки используют для вакуумной упаковки продуктов. Многослойные пленки позволяют изготавливать пакеты, которые выдерживают кипячение; крышки для упаковок, предназначенных для разогрева в печах. Двухосно-ориентированные пленки применяют для упаковки кофе, сухих завтраков.
В заключении необходимо отметить, что настоящее время на мировой рынок начинают поступать базовые полимерные материалы на основе полиолефинов (ПЭНП, ПЭВП, ЛПЭНП, ПП), которые обладают улучшенными свойствами по сравнению с обычными, а их стоимость на 30-40% меньше стоимости обычных полиолефинов. Здесь имеется большой резерв для снижения стоимости упаковки.
В ПЭТФ (в бутылях) найдено 5-10 г/мин. ацетальдегида, что легко изменяет вкус и запах (пива). Для уменьшения проницаемости CO 2 и O 2 через стенку бутылки (для пива) ламинируют поливиниленхлоридом или соэкструдируют. При переработке ПЭТ (275°С) образуется ацетальдегид.
Старение полимеров
При хранении, производстве и эксплуатации полимерных изделий, последние подвергаются воздействию различных факторов – света, радиации, температуры, кислорода, влаги, агрессивных химических агентов, механических нагрузок. Эти факторы, действуя раздельно или в совокупности вызывают в полимерах развитие необратимых химических реакций двух типов:
Изменение молекулярной структуры приводит к изменениям в эксплуатационных свойствах полимерного материала: теряется эластичность, повышается жесткость и хрупкость, снижается механическая прочность, изменяется цвет и др.
Изменения во времени свойств полимерных материалов и изделий называют старением.
Главная причина старения полимеров – окисление их молекулярным кислородом, которое особенно быстро протекает при нагревании. Окисление часто ускоряется и облегчается под действием света, в присутствии металлов переменной валентности.
Различают следующие виды старения: тепловое, термоокислительное, световое, атмосферное (озоновое), радиационное и утомление (старение под влиянием механических нагрузок).
Продукты термической деструкции
Мономер (» 65%), димеры, тримеры, тетрамер
Термоокислительная деструкция – это процесс разрушения макромолекул при совместном действии на полимер повышенной температуры и кислорода. Присутствие кислорода существенно снижает стойкость полимеров к воздействию тепла, так температура разложения полистирола в вакууме равна 220°С, а в воздухе – 100°С. Продуктами распада термоокислительной деструкции являются свободные радикалы, вследствие чего процесс может развиваться по цепному механизму, т.е. автокаталически.
Механическая деструкция – разрушение макромолекул под действием механических воздействий. Протекает когда механические напряжения превышают энергию связей атомов в полимере. Механическая деструкция возможна при переработке полимера (измельчении, вальцевании и др.).
Для нейтрализации процессов старения в полимеры вводят стабилизаторы (ингибиторы).
Кроме указанных видов деструкции следует отметить деструкцию под действием радиации, химическую и пр.
Каждый вид полимера перерабатывается различными методами в различные виды изделий и выпускается в виде базовых марок, которые различаются по уровню вязкости (Схема 3). Базовые марки в зависимости от способа переработки полимера делят на следующие группы:
Количество марок конкретного полимера может быть достаточно большим, так базовых марок полиэтилена около 200.
При производстве изделий из полимеров для придания специальных свойств вводят наполнители: технический углерод (сажа), мел, тальк, каолин, смола, асбест, диоксид кремния, стеклянные шарики и др., а также красители.
Таким образом, изделия из полимеров, вышедшие из употребления характеризуются:
Схема 3. Распределение базовых марок полимера по методам переработки в зависимости от вязкости
Значительную проблему при переработке отходов составляет совместимость, как правило, полимерные материалы не совместимы друг с другом, что ведет к потере качества используемого вторичного сырья. Для устранения этого вводят функциональные агенты совмещения в количестве 2-4%.
Многие полимеры (ПП и ПС) при термической обработке подвержены термо-окислительной деструкции. Что требует введения антиоксидантов – стабилизаторов, или рецептуры стабилизаторов позволяющих предотвратить дальнейшую деструкцию полимеров, и даже улучшить их свойства – эти комплексные рецептуры стабилизаторов получили название рециклизаторов (0,2-0,4)% от массы полимера.
Как и большинство отходов, полимерные подразделяются на отходы производства и отходы потребления.
Отходы производства полимеров образуются:
Отходы потребления подразделяются на:
Полимерные отходы подразделяются на:
По степени загрязнения отходы можно подразделить на:
Маркировка изделий из 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).
