книги / Переработка отходов производства и потребления

трикотажа, отходов, полученных при нанесении покрытий и при каландровании, отходов вакуум-формования и т. д. При гранули­ ровании в экструдере можно осуществить направленную модифи­ кацию отходов с получением продуктов с улучшенными свойства­ ми, что позволяет использовать их в различных отраслях промыш­ ленности.

Червячные экструдеры для гранулирования отходов термопла­ стов имеют узел дегазации. В зависимости от последовательности двух процессов, проходящих во время гранулирования, - резки и охлаждения - измельчение осуществляют двумя способами: грану­ ляцией на экструзионной головке и подводным гранулированием. Выбор способа гранулирования зависит от свойств полимера: вяз­ кости и адгезии расплава термопласта к металлу.

При грануляции на экструзионной головке расплав выдавлива­ ется через отверстия решетки (количество которых достигает 300) в виде жгутов (стренг) и тут же срезается скользящими вдоль ре­ шетки ножами. Полученные при резке гранулы охлаждаются воз­ духом или водой. При гранулировании полиолефинов срезанные гранулы попадают в ванну с водой, где и происходит их охлажде­ ние.

При подводном гранулировании жгуты расплава полимера сра­ зу поступают в ванну с водой и уже там нарезаются на гранулы. Температура воды поддерживается в пределах 50 - 70 °С, что по­ зволяет ей интенсивно испаряться с поверхности гранул во время их сушки. Расход воды составляет 40 м3 на 1 т гранулята. Размер получаемых гранул зависит от размера и формы отверстий, скоро­ сти вращения шнека и числа срезающих ножей.

При гранулировании в экструдере материал постоянно нахо­ дится под воздействием механических сил и высокой температуры, что способствует процессу термомеханодеструкции полимерных це­ пей.

Для подготовки к переработке объемных отходов пластмасс, например пленки, используют агломерацию. Агломераторы обеспе­ чивают непрерывное приготовление сыпучего гранулята из пленоч­ ных, волокнистых и пористых отходов термопластов всех видов: полиэфирных, полипропиленовых, полистирольных, полиамидных, поливинилхлоридных и др.

Разработан агломератор для гранулирования отходов термопла­ стов с низкой насыпной плотностью, минуя подготовительные ста­ дии. Он представляет собой вращающийся цилиндр с электрообог­ ревом. При работе температура в цилиндре поддерживается выше температуры плавления термопласта. Цилиндр размещен внутри нагреваемого цилиндрического кожуха, смещенного по отношению

коси цилиндра. Кожух и цилиндр агломератора образуют камеру

суменьшающимся поперечным сечением и заканчивающуюся с

противоположной стороны раклей, за которой расположена головка с отверстиями или прорезями.

Попадая на горячую поверхность вращающегося цилиндра, ма­ териал, вводимый в бункер, плавится и прилипает к его поверхно­ сти. Так как поперечное сечение камеры при вращении цилиндра уменьшается, расплавленный материал прижимается к наиболее ограниченной зоне камеры и, наконец, к ракле, а затем выдавли­ вается наружу через головку. Из материала, проходящего последо­ вательно устройство охлаждения и режущие элементы, получают гранулят. Размер частиц 2 - 1 5 мм, насыпная плотность 400 кг/м3. В процессе агломерации возможно введение в композицию какихлибо добавок (наполнителей, красителей и др.).

Разделение смесей отходов полимеров осуществляют различ­ ными методами. Смешанные отходы термопластов содержат, как правило, вешества, различающиеся механическими и химическими свойствами, что позволяет для их разделения применять физиче­ ские и химические способы.

Разделять смеси термопластов можно, сочетая процессы грохо­ чения и воздушной сепарации, основу которой составляет различие в скоростях осаждения, размерах твердых частиц и их плотности. Полная сортировка достигается, когда скорость оседания самых крупных частиц легкого компонента равна скорости оседания са­ мых малых частиц тяжелого компонента. С помощью этого метода можно разделить до пяти-шести видов материалов.

Для разделения отходов пластмасс по видам можно использо­ вать флотационный метод, основанный на различии в смачиваемо­ сти полимеров водой. С целью увеличения эффективности разделе­ ния используют ПАВ, изменяющие смачиваемость полимеров и по­ верхностное натяжение на границе раздела воздух - полимер - во­ да. В частности, для выделения из смеси отходов частиц ПВХ ис­ пользуют водные растворы сульфоната двухосновного алифатиче­ ского спирта, полиоксиэтиленсульфата и других ПАВ.

Хорошие результаты получаются при последовательном разде­ лении отходов различных пластмасс в солевых растворах с различ­ ной плотностью (способ тяжелосредной сепарации).

11.3. Особенности переработки отходов некоторых термопластов

Переработка отходов полиолефинов. Полиолефины - самый распространенный вид термопластов, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве. К ним относятся полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен. Наиболее эффективным спосо­ бом утилизации отходов полиолефинов является их повторная пе­ реработка. Ресурсы вторичных полиолефинов велики: только отхо­

ды потребления полиэтилена низкой плотности в 1995 г. достигли 2 млн. т.

Способы переработки отходов полиолефинов зависят от марки полимера и их происхождения. Наиболее просто перерабатываются технологические отходы, т.е. отходы производства, которые не подвергались интенсивному свето-тепловому воздействию в про­ цессе эксплуатации. Не требуют сложных методов подготовки и отходы потребления из полиэтилена высокой плотности и полипро­ пилена, так как, с одной стороны, изделия, изготавливаемые из этих полимеров, не претерпевают значительных воздействий вследствие своей конструкции и назначения (толстостенные дета­ ли, тара, фурнитура и т.д.), а с другой стороны, исходные полиме­ ры более устойчивы к воздействию атмосферных факторов, чем полиэтилен низкой плотности. Такие отходы перед повторным ис­ пользованием нуждаются только в измельчении и гранулировании.

К основным особенностям полиэтиленовых отходов потребле­ ния относятся низкая насыпная плотность, пониженные прочно­ стные свойства и высокая вязкость расплава. Изменение физико­ механических свойств вторичного полиэтилена, полученного из от­ ходов потребления, является следствием термоокислительного и механохимического воздействия на полимер в процессе переработ­ ки и особенно при эксплуатации. Наибольшее изменение свойств происходит именно вследствие протекания фотохимических про­ цессов.

Вторичный полиэтилен низкой плотности, полученный из отра­ ботанной сельскохозяйственной пленки, сильно отличается от пер­ вичного материала. В табл. 11.3 приведены свойства исходного по­ лиэтилена и этого же материала после повторной переработки и после трехмесячной эксплуатации пленочного материала из него в районе с субтропическим климатом.

Для вторичного полиэтилена низкой плотности, полученного из отходов потребления, характерна низкая текучесть расплава при малых напряжениях сдвига. Однако ее можно регулировать, Изме­ няя температуру и напряжение сдвига.

Снижение текучести расплава может служить критерием для ориентировочной оценки свойств отходов и их пригодности для по­ вторного использования совместно с исходным материалом.

Для улучшения свойств вторичного полиолефина в компози­ цию на его основе добавляют минеральные и органические напол­ нители, ПАВ и другие добавки. Так, введение наполнителя в коли­ честве до 30% (объемн.) позволяет получать из вторичного поли­ этилена напорные трубы, упаковочные пленки, многооборотную тару и другую продукцию. В качестве наполнителя могут быть ис­ пользованы дисперсные частицы любой природы, в том числе из отходов других материалов, например древесная мука, резиновая крошка или измельченные отходы реактопластов.

Интересен опыт Тушинского машиностроительного завода, ко­ торый производит из отходов полиэтилена и резиновой крошки массивные блоки для переездов трамвайных путей. Основная масса такого изделия изготавливается прессованием из смеси крупной крошки и отходов пластика, а покровный слой небольшой толщи­ ны - из износостойкой протекторной резины. Такие изделия повы­ шают долговечность переездов, уменьшают шум, снижают нагруз­ ку на трансмиссию и колеса автомобиля.

Подготовка отходов полиолефинов к повторному использова­ нию включает следующие операции: сортировку; идентификацию (для смешанных отходов), измельчение, разделение смешанных отходов, мойку, сушку, агломерацию, грануляцию.

Первичная сортировка заключается в разделении отходов по цвету, габариту, форме и при возможности - по видам пластмасс. Она проводится вручную на сортировочных столах.

Идентификация видов пластмасс необходима для отделения друг от друга отходов изделий, изготовленных из различных по­ лимеров, поскольку их смешивание приводит не только к ухудше­ нию внешнего вида будущих изделий, но и очень часто к сниже­ нию технологических свойств смеси и физико-механических свойств изделий.

Мойка осуществляется с целью очистки отходов от загрязнений с помощью специальных моющих агрегатов, состоящих из ленточ­ ного транспортера, бункера, транспортирующего шнека и моющей камеры. Для мойки используют воду и синтетические моющие средства.

Вымытые отходы подвергают сушке для удаления остатков во­ ды. Для этого применяют сушилки различных конструкций: полоч­ ные, ленточные, с ’’кипящим” слоем, вихревые и т.д.

Заключительной стадией подготовки отходов полиэтилена к по­ вторной переработке в изделия является агломерация измельчен­ ных отходов и их грануляция.

Особенно важна стадия агломерации для отходов с низкой на­ сыпной плотностью (например, пленочных материалов из полиэти­ лена низкой плотности). В процессе агломерации происходит ус­ реднение отходов и их уплотнение, что облегчает их дальнейшую переработку.

Многократная переработка другого полимера из класса поли­ олефинов - полипропилена приводит обычно к увеличению пока­ зателя текучести расплава (ПТР), хотя при этом прочностные ха­ рактеристики материала не претерпевают значительных измене­ ний. Поэтому отходы, образующиеся при изготовлении деталей из полипропилена, а также сами детали по окончании срока эксплуа­ тации могут быть повторно использованы в смеси с исходным ма­ териалом для получения новых деталей. В табл. 11.4 приведено из­ менение свойств полипропилена в процессе многократной перера­ ботки.

Таблица 11.4

Влияние многократной переработки методом литья под давлением на свойства полипропилена

Рассмотренные технологические операции по подготовке к по­ вторному использованию отходов полимерных материалов могут быть реализованы на непрерывной линии, которая включает в себя все необходимые агрегаты для их выполнения.

Так, линия немецкой фирмы ’’Райфенхаузер” для гранулиро­ вания загрязненной полиэтиленовой пленки включает: ножевой измельчитель; ванну для мойки; вихревой водоотделитель; фильтр; червячный пресс; ванну с охлаждающей водой; гранулятор; транс­ портирующие устройства; вспомогательное оборудование.

Процесс получения гранул на этой линии состоит из следую­ щих стадий: измельчения, смешения, усреднения, отмывки, суш­ ки, уплотнения, пластикации, фильтрации расплава, формования жгутов, охлаждения жгутов, гранулирования, контроля качества гранулята и его затаривания.

Производительность такой линии составляет 300 кг/ч, установ­ ленная мощность 326 кВт, расход охлаждающей воды 2,5 м /т, расход воды для отмывки пленки 5,5 м3/т, размеры гранул 4x4 мм.

Отечественная линия ЛПВ-2000 (рис. 11.3), выпускаемая на заводе ’’Кузполимермаш”, предназначена для комплексной подго­ товки к переработке кусковых и пленочных отходов полиэтилена. Производительность линии составляет 2000 т/год. Измельчение от­ ходов производится в роторных измельчителях (ИПР-300 - для ку­ сковых отходов, ИРНП-300-600 - для пленочных отходов). Из­ мельченные отходы в виде пульпы попадают в шнековый промыватель, откуда поступают в отжимное устройство и далее в вихревую сушилку, а затем в шнековый экструдер на грануляцию. Размер гранул, получаемых на этой линии, 2 - 5 мм.

Рис. 11.3. Схема производства вторичной полиэтиленовой пленки:

Переработка отходов поливинилхлорида. Поливинилхлорид и его сополимеры широко применяют в производстве покрытий для полов, стен, мебели, обивочных и галантерейных искусственных кож, пленок, клеенки, обуви, литьевых изделий и т. д. Значитель­ ные количества отходов этого полимера образуются как при изго­ товлении этих материалов, так и при их использовании в промыш­ ленности, в частности при раскрое рулонных материалов.

Можно выделить три основных направления в использовании отходов ПВХ:

*переработка отходов в линолеум, искусственные кожи и пленочные материалы;

*химическое восстановление ПВХ композиций с регенериро­ ванием, как правило, пластификаторов и ПВХ порошка;

*использование отходов в различных полимерных компози­ циях.

Поскольку ПВХ широко применяют при изготовлении рулон­ ных материалов на текстильной основе, ниже мы рассмотрим осо­ бенности переработки отходов именно таких текстильно-полимер­ ных материалов, которые образуются в значительных количествах и при изготовлении, и при их применении.

Только на автомобильных заводах России при вырубке деталей обивки и облицовки салонов автомобилей ежегодно образуются сотни тонн отходов искусственных кож и пленочных материалов на основе ПВХ. Такие отходы могут быть использованы для полу­ чения вторичных материальных ресурсов и для последующего из­ готовления из них линолеума, упаковочных пленочных материалов и другой продукции.

При сборе отходов нельзя допускать смешивания обрезков ис­ кусственной кожи различных цветов. В общем виде схема регене­ рации отходов искусственной кожи и пленочных материалов пред­ ставлена на рис. 9.4. По такой схеме можно изготавливать различ­ ные покрытия для полов (линолеум, линолеумную плитку), искусственные кожи технического назначения и другие материалы.

Компоненты смеси

Текстильная основа

Рис. 11.4. Схема регенерации отходов искусственной кожи и пленочных материалов

Отходы искусственных кож сначала поступают на измельчение в дробилку. Из дробилки получившаяся крошка выталкивается в накопительную емкость.

При переработке отходов сильно загрязненных ПВХ пленок важным процессом подготовки является их очистка и промывка, которые осуществляются в промывочном устройстве, включающем

мешалку с вертикальными лопастями. Мешалка расположена та­ ким образом, что весь внутренний объем промывочного устройства делится на две зоны: зону турбулентного потока, который образу­ ется ниже лопастей мешалки, и зону ламинарного потока над ними.

Через дозирующее устройство крошка непрерывно поступает в промывочное устройство сначала в турбулентную зону, а затем в зону ламинарного потока. Отходы всплывают на поверхность про­ мывного раствора, плотность которого больше плотности крошки, и отбираются с помощью специального подъемного устройства.

Улавливающие воронки, расположенные в днище промывочно­ го устройства ниже зоны турбулентности, создаваемой мешалкой, собирают включения, отделенные от крошки, и выводят их через трубопровод. Крошка, поднятая вертикальным транспортером, раз­ гружается на желоб, по которому она стекает во входное отвер­ стие, питающее воздуходувку, и из нее выдувается на вихревое си­ то. Подсушенная крошка падает вниз и захватывается поперечным потоком подогретого воздуха, создаваемым подъемной воздуходув­ кой. Высушенная крошка по трубопроводу через циклоны направ­ ляется на гомогенизацию на рифайнер-вальцы.

Время обработки на вальцах составляет 1 - 5 мин, что вполне достаточно для разрушения текстильной основы и гомогенизации смеси. Полученная гомогенная смесь поступает на экструдер-гра­ нулятор, а оттуда в виде гранул подается в накопительный бункер.

Технологические отходы производства пленочных материалов и искусственных кож не нуждаются в промывке, сушке и ряде дру­ гих промежуточных операций.

Оборудование, применяемое на различных операциях переработ­ ки технологических отходов искусственных кож, приведено ниже:

Наиболее целесообразно при использовании отходов искусст­ венных кож предварительно отделять пленочное полимерное по­ крытие от текстильной основы. Такие способы существуют, но, как правило, в связи с большой трудоемкостью применяются редко. Один из способов состоит в пропитке отходов искусственных кож водой, что позволяет снизить прочность связи пленочного покры­ тия с текстильной основой, после чего их измельчают. При из­ мельчении обработанных водой отходов происходит отделение пленки от основы. Затем смесь разделяют, частицы пленочного по­ крытия сначала обрабатывают 20%-ным раствором серной кислоты для удаления остатков волокон основы, а затем - щелочным рас­ твором для нейтрализации кислоты и сушат. В результате получа­ ют практически исходную поливинилхлоридную композицию, ко­

торая пригодна для изготовления лицевого слоя искусственной ко­ жи.

Обычно рулонные материалы с использованием отходов искус­ ственной кожи изготавливают многослойными: лицевой слой дела­ ют из композиции, содержащей только первичное сырье, а нижний слой - из 30% первичного сырья и 70% отходов. Содержание от­ ходов в нижнем слое зависит от количества текстильных волокон в них. Если отходы изготовлены из материалов, не содержащих тек­ стильной основы (пленок, листовых материалов, безосновного ли­ нолеума), то в этом случае их содержание в нижнем слое может достигать 95 - 100%. При переработке отходов ПВХ необходимо помнить о его недостаточной термостабильности. Поэтому в состав полимерной композиции дополнительно вводят стабилизаторы, а

также пластификаторы, которые позволят избежать механодеструкционных процессов.

Установлено, что при использовании соответствующих стаби­ лизаторов возможна 6-кратная повторная переработка отходов

ПВХ практически без изменения его физико-механических свойств.

Искусственная кожа, изготовленная с применением в нижнем слое полимерного покрытия отходов, по свойствам практически не отличается от исходного материала.

Свойства искусственной кожи на тканевой основе с монолит­ ным покрытием приведены ниже:

Хорошими свойствами обладает трехслойный линолеум, изго­ товленный с применением гранулята, полученного из отходов ис­ кусственной кожи. Содержание регенерированной ПВХ-смеси в та­ ком линолеуме составляет 76 - 85%, волокна 24 - 15%. Нижний слой линолеума изготавливается полностью из вторичного матери­ ала, средний слой содержит 75% отходов, а тонкий лицевой слой изготавливают из первичного сырья.

Технологический процесс изготовления линолеума из отходов искусственной кожи осуществляется по схеме, приведенной на рис. 11.5, на оборудовании, обычно используемом в производстве линолеума и искусстенной кожи.

При химическом восстановлении отходов ПВХ материалов с

последующим разделением на полимер и пластификаторы можно утилизировать любой тип отходов, в том числе различные пленки, листовые материалы, обивочные, галантерейные, обувные и другие искусственные кожи.

Способ включает следующие стадии:

*измельчение отходов, обработку их в полярном растворите­ ле в течение времени, достаточного для полного растворе­ ния полимера;

*фильтрация полученной смеси и отделение фильтрата, со­ держащего полимер, от твердого осадка, содержащего нера­ створимые компоненты отходов;