Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Переработка вторичного полимерного сырья представляет собой комплексный процесс превращения использованных пластиковых изделий во вторичное сырье для производства новой продукции. В настоящее время проблема накопления полимерных отходов приобрела глобальный характер, поскольку период естественного разложения пластмасс составляет от 100 до 500 лет.
По различным данным, в мировом масштабе образуется более 350 миллионов тонн полимерных отходов ежегодно, при этом только около 9-10 процентов подвергается переработке. В России ситуация с переработкой остается сложной: уровень переработки пластиковых отходов составляет около 12-15 процентов от общего объема.
Основными источниками вторичного полимерного сырья являются промышленные отходы производства, бытовые отходы населения и отработавшие свой срок изделия из различных отраслей. Качество получаемого вторичного сырья напрямую зависит от степени сортировки, очистки исходного материала и количества циклов предыдущей переработки.
Для упрощения процесса сортировки и переработки полимерных отходов в 1988 году Обществом пластмассовой промышленности США (SPI) была разработана международная система кодов идентификации. Эта система присваивает каждому типу пластика цифровой код от 1 до 7, который наносится на изделие в виде треугольника из стрелок с цифрой внутри и буквенным обозначением.
Полиэтилентерефталат широко применяется для производства бутылок для напитков, пищевой упаковки, одноразовой посуды. Это один из наиболее успешно перерабатываемых полимеров, выдерживающий от 5 до 7 циклов переработки. Из вторичного ПЭТ производят синтетические волокна для текстильной промышленности, флаконы для бытовой химии, ковровые покрытия и даже новые пищевые бутылки при соблюдении технологии высокой очистки.
Полиэтилен высокой плотности характеризуется высокой прочностью и химической стойкостью. Используется для изготовления канистр, флаконов для бытовой химии, труб. В лабораторных условиях чистый HDPE может выдерживать до 100 циклов экструзии, однако в реальных условиях с учетом загрязнений практическое количество циклов составляет от 5 до 10 без существенной потери свойств. Вторичный ПНД применяется в производстве труб, садовой мебели, контейнеров и строительных материалов.
Поливинилхлорид применяется в производстве оконных профилей, труб, кабельной изоляции. Согласно исследованиям, ПВХ может перерабатываться до 8 раз с сохранением эксплуатационных свойств, однако в России он практически не перерабатывается из-за сложности технологического процесса и выделения вредных веществ при термической обработке.
Полиэтилен низкой плотности используется для производства пакетов, пленок, упаковочных материалов. Выдерживает от 4 до 8 циклов переработки. Исследования показывают, что LDPE может подвергаться даже до 100 экструзионных циклов в лабораторных условиях, однако практическое применение ограничивается 4-8 циклами. Вторичный ПВД применяется для изготовления мусорных пакетов, мульчирующей пленки в сельском хозяйстве, строительных пленок.
Полипропилен отличается высокой термостойкостью и химической стабильностью. Применяется для производства контейнеров для горячей пищи, автомобильных деталей, медицинских изделий. Может перерабатываться от 5 до 9 раз. Вторичный полипропилен используется в автомобильной промышленности, производстве мебели и технических изделий.
Полистирол существует в обычной и вспененной форме. Вспененный полистирол используется для теплоизоляции и упаковки. Согласно исследованиям, полистирол может перерабатываться с сохранением свойств до 5 раз, однако на практике перерабатывается редко из-за низкой экономической эффективности процесса.
К этой категории относятся все полимеры, не вошедшие в предыдущие группы, включая поликарбонат, полиамиды и композитные материалы. Выдерживают от 1 до 3 циклов переработки и практически не перерабатываются из-за сложности разделения компонентов.
Существует три основных метода переработки полимерных отходов: механический, химический и термический. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а также специфические области применения.
Механический рециклинг является наиболее распространенным методом переработки полимерных отходов в России и мире. Процесс включает следующие основные этапы:
Сортировка: Первичное разделение отходов по типам полимеров может осуществляться вручную или с использованием автоматизированных систем. Современные линии сортировки применяют инфракрасные сканеры, позволяющие идентифицировать тип пластика с точностью до 95 процентов.
Измельчение: Отсортированное сырье измельчается в дробилках до частиц размером от 5 до 20 миллиметров. Степень измельчения зависит от типа полимера и последующего применения.
Очистка: Измельченный материал проходит многоступенчатую мойку для удаления загрязнений, этикеток, клея. Процесс включает механическую очистку и обработку в моющих растворах при температуре от 60 до 90 градусов Цельсия.
Сушка: После мойки материал высушивается в центрифугах до влажности 10-15 процентов, затем направляется в печи для окончательной сушки до влажности не более 0.2 процента.
Грануляция: Высушенный материал плавится в экструдерах при температуре, специфичной для каждого типа полимера, и формуется в гранулы диаметром от 2 до 5 миллиметров.
Химическая переработка представляет собой процесс деполимеризации, при котором длинные полимерные цепи разрушаются до мономеров или олигомеров. Основные методы включают гидролиз, метанолиз, гликолиз и аммонолиз.
Преимуществом химического рециклинга является возможность переработки смешанных и загрязненных отходов, а также получение сырья, близкого по качеству к первичному. Однако этот метод требует дорогостоящего оборудования и высоких энергозатрат, что ограничивает его широкое применение.
Термическая переработка включает пиролиз и газификацию полимерных отходов с получением топлива или энергии. При пиролизе ПЭТ при температуре 550 градусов Цельсия образуются масло (23 процента), воск (16 процентов), кокс (13 процентов), водород, углеводороды и углекислый газ. Эти продукты могут использоваться как топливо или сырье для нефтехимической промышленности.
При каждом цикле переработки полимеры подвергаются термомеханическому воздействию, что приводит к деструкции макромолекул и ухудшению свойств материала. Деструкция полимеров представляет собой процесс разрыва химических связей в макромолекулах, приводящий к уменьшению молекулярной массы и изменению физико-механических характеристик.
Термическая деструкция происходит при нагреве полимера выше определенной температуры. Для большинства полимеров критическая температура составляет от 200 до 500 градусов Цельсия. Процесс протекает по радикально-цепному механизму с образованием свободных радикалов.
Механическая деструкция возникает при воздействии механических напряжений, превышающих энергию связей в полимере. Происходит при измельчении, экструзии, смешении. Особенно выражена при переработке материалов с высокой вязкостью.
Термоокислительная деструкция представляет собой наиболее значимый тип разрушения при переработке, протекающий при одновременном воздействии температуры и кислорода. Первичными продуктами являются гидропероксиды, которые разлагаются с образованием свободных радикалов, инициирующих цепные реакции окисления.
Различные полимеры демонстрируют разную устойчивость к многократной переработке. ПЭТ и ПНД выдерживают несколько циклов термомеханической обработки, в то время как полистирол ограничивается тремя-пятью циклами переработки.
Исследования показывают, что 3-5 кратная переработка оказывает незначительное влияние на свойства полимеров, гораздо меньшее, чем первичная переработка из гранул в изделие. Заметное снижение прочности начинается при 5-10 кратной переработке, когда потеря механических свойств может достигать 15-30 процентов от первоначальных значений.
Показатель текучести расплава (ПТР) или индекс текучести расплава (MFI - Melt Flow Index) является одной из важнейших характеристик, определяющих технологичность переработки полимеров. Этот параметр показывает массу полимера в граммах, выдавливаемую через стандартный капилляр за 10 минут при определенных условиях температуры и нагрузки.
Показатель MFI характеризует вязкость расплава полимера и обратно пропорционален его молекулярной массе. Более низкий MFI означает более высокую молекулярную массу и степень полимеризации, что обеспечивает повышенную прочность, ударную вязкость и термостойкость материала. Однако слишком низкий MFI затрудняет переработку из-за высокого напряжения сдвига.
Измерение MFI проводится с использованием экструзионного пластометра согласно стандартам ASTM D1238 и ISO 1133-1:2022. Для полиэтилена стандартные условия испытания: температура 190 градусов Цельсия, нагрузка 2.16 килограмма. Для полипропилена: температура 230 градусов Цельсия, нагрузка 2.16 килограмма.
При каждом цикле переработки происходит термомеханическая деструкция полимера, приводящая к уменьшению длины полимерных цепей и снижению молекулярной массы. Это проявляется в увеличении показателя текучести расплава.
Для разных типов полимеров характер изменения MFI различается. Полиэтилен низкой плотности более устойчив к изменению MFI, чем полипропилен. При переработке смешанного материала получается переменный индекс текучести расплава в диапазоне от 2 до 5 граммов на 10 минут при нагрузке 2.16 килограмма.
Для стабилизации показателя текучести расплава и предотвращения чрезмерной деструкции при переработке вторичных полимеров применяются стабилизирующие добавки. Наилучшие результаты достигаются при использовании комбинаций фенольных антиоксидантов, фосфитов и стеаратов в количестве от 0.1 до 0.5 процента от массы полимера.
Многократная переработка полимеров приводит к постепенному ухудшению их физико-механических характеристик и изменению оптических свойств, включая цвет материала. Эти изменения являются следствием деструктивных процессов, протекающих в полимере при термомеханическом воздействии.
Прочность на разрыв является одним из наиболее важных показателей качества полимерного материала. При первых 3-5 циклах переработки прочность снижается относительно незначительно - на 3-8 процентов. Однако при дальнейших циклах переработки снижение становится более выраженным.
Относительное удлинение при разрыве снижается более интенсивно, чем прочность. Это связано с уменьшением гибкости полимерных цепей и нарастанием жесткости материала. После 5 циклов переработки относительное удлинение может снизиться на 12-25 процентов, а после 10 циклов - на 30-40 процентов.
Модуль упругости полимеров при переработке изменяется в меньшей степени по сравнению с прочностными характеристиками. Для большинства полимеров даже после 10 циклов переработки модуль упругости снижается не более чем на 5-10 процентов. Это объясняется тем, что модуль упругости в большей степени зависит от химической структуры полимера и степени кристалличности, которые при умеренной деструкции изменяются незначительно.
Ударная вязкость является наиболее чувствительной к переработке характеристикой. Уже после 3 циклов она может снизиться на 7-15 процентов, а после 10 циклов потери могут составить 35-50 процентов. Это связано с образованием структурных дефектов и микротрещин в материале, снижающих его способность к поглощению ударной энергии.
Изменение цвета является внешним проявлением процессов окислительной деструкции полимеров. При каждом цикле переработки происходит накопление кислородосодержащих групп, карбонильных и гидроксильных соединений, которые придают материалу желтоватый или коричневатый оттенок.
Полиэтилен и полипропилен при переработке склонны к пожелтению. Незначительное изменение цвета наблюдается уже после 2-3 циклов, заметное пожелтение - после 4-6 циклов, а после 8-10 циклов материал приобретает выраженный желто-коричневый цвет.
Вторичные полимеры находят широкое применение в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Выбор области применения определяется типом полимера, количеством циклов переработки и требованиями к конечному изделию.
Вторичный полиэтилентерефталат является одним из наиболее востребованных материалов. Основные направления использования включают производство синтетических волокон для текстильной промышленности, где вторичный ПЭТ составляет до 70 процентов сырьевой базы для производства флисовых тканей, утеплителей, ковровых покрытий.
Флаконы для бытовой химии изготавливаются с добавлением 30-100 процентов вторичного ПЭТ. При соблюдении технологии глубокой очистки и многоступенчатой фильтрации возможно производство новых пищевых бутылок с содержанием вторичного материала до 50-100 процентов при использовании технологии bottle-to-bottle.
Вторичный полиэтилен высокой плотности используется для производства труб различного назначения, включая канализационные, дренажные, технические трубы. Содержание вторичного материала может достигать 60-80 процентов при условии добавления стабилизаторов и модификаторов.
Садовая мебель, контейнеры для мусора, строительные материалы могут полностью изготавливаться из вторичного ПНД. Эти изделия не контактируют с пищевыми продуктами и не требуют высоких эстетических характеристик, что позволяет использовать материал с множественными циклами переработки.
Вторичный полиэтилен низкой плотности применяется главным образом для производства мусорных пакетов, где может составлять 50-100 процентов сырья. Мульчирующая пленка в сельском хозяйстве изготавливается с добавлением 30-70 процентов вторичного ПВД.
Автомобильная промышленность является крупным потребителем вторичного полипропилена. Из него изготавливают подкрылки, брызговики, внутренние панели, детали бамперов. Содержание вторичного материала может достигать 40-70 процентов при условии добавления армирующих наполнителей, таких как тальк или стекловолокно.
Перспективным направлением использования вторичных полимеров является производство древесно-полимерных композитов. Эти материалы сочетают экологичность древесины с долговечностью пластика. Типичный состав включает 50-70 процентов древесной муки и 30-50 процентов полимерного связующего, в качестве которого могут выступать вторичные полиэтилен или полипропилен.
Древесно-полимерные композиты применяются для изготовления террасной доски, садовой мебели, заборов, декоративных элементов. Материал устойчив к влаге, не гниет, не требует окрашивания и специального ухода.
Вторичные полимеры используются в производстве строительных материалов: тротуарной плитки, бордюров, дорожных ограждений, люков, водоотводных лотков. Для этих применений допустимо использование смешанных полимерных отходов после базовой сортировки по плотности.
Использование вторичных полимеров обеспечивает существенную экономию. Себестоимость вторичных гранул в среднем на 40-60 процентов ниже стоимости первичного сырья. При этом для многих применений свойства вторичного материала являются достаточными, что делает его использование экономически целесообразным.
Количество циклов переработки зависит от типа полимера. ПЭТ может перерабатываться от 5 до 7 раз с сохранением приемлемых свойств. ПНД (HDPE) в лабораторных условиях выдерживает до 100 циклов экструзии, но в реальных производственных условиях практическое количество составляет 5-10 циклов. Полипропилен выдерживает 5-9 циклов, ПВД - 4-8 циклов, а полистирол только 3-5 циклов. После каждого цикла происходит деструкция полимера, снижается молекулярная масса, ухудшаются механические свойства и изменяется цвет материала. Критическим считается момент, когда прочность материала снижается более чем на 30 процентов от первоначального значения, что обычно происходит после 7-10 циклов для большинства полимеров.
При каждом цикле переработки полимер подвергается термомеханическому воздействию, что приводит к разрыву длинных полимерных цепей на более короткие фрагменты. Уменьшение длины цепей означает снижение молекулярной массы полимера, что напрямую влияет на вязкость расплава - она становится ниже. Показатель текучести расплава (MFI) обратно пропорционален вязкости, поэтому при снижении молекулярной массы MFI увеличивается. Например, для полипропилена MFI может возрасти с 4 до 10-14 граммов на 10 минут после 7 циклов переработки, что соответствует увеличению на 150-250 процентов. Это измеряется согласно стандартам ASTM D1238 и ISO 1133-1:2022 при температуре 230°C и нагрузке 2.16 кг для полипропилена или 190°C и 2.16 кг для полиэтилена.
Использование вторичного пластика для пищевой упаковки возможно, но требует соблюдения строгих технологических требований и специальных разрешений. Наиболее распространенным вариантом является технология bottle-to-bottle для ПЭТ, при которой использованные бутылки перерабатываются в новые с соблюдением многоступенчатой очистки, обеззараживания и контроля качества. В странах Европейского союза разрешено содержание до 50-100 процентов вторичного ПЭТ в пищевых бутылках при условии соответствия стандарту пищевого качества. В России производство пищевой упаковки из вторичного сырья также возможно, но требует получения санитарно-эпидемиологического заключения и сертификации согласно техническим регламентам Таможенного союза.
Пожелтение пластика при переработке является следствием окислительной деструкции. При нагреве в присутствии кислорода в полимере образуются кислородсодержащие группы - карбонильные, гидроксильные, гидропероксидные соединения, которые придают материалу желтоватый оттенок. Для предотвращения пожелтения применяют несколько подходов: введение антиоксидантов и УФ-стабилизаторов в количестве 0.1-0.5 процента, минимизацию времени пребывания материала при высокой температуре, использование инертной атмосферы при переработке, добавление пигментов и красителей для компенсации изменения цвета. Наиболее эффективно применение комплексных стабилизирующих систем, включающих фенольные антиоксиданты и фосфиты.
Механическая переработка заключается в физическом преобразовании полимерных отходов: измельчении, плавлении и формовании гранул без изменения химической структуры полимера. Это наиболее распространенный и экономичный метод, не требующий сложного оборудования. Однако он требует предварительной сортировки и очистки сырья. Химическая переработка предполагает разрушение полимерных цепей до мономеров или олигомеров посредством химических реакций - гидролиза, метанолиза, гликолиза. Этот метод позволяет получить сырье высокого качества, близкое к первичному, и перерабатывать смешанные загрязненные отходы. Однако химический рециклинг требует дорогостоящего оборудования, больших энергозатрат и пока не получил широкого распространения в промышленных масштабах.
В России система сбора пластика на переработку активно развивается, но пока не достигла уровня европейских стран. Наиболее развита инфраструктура в крупных городах - Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Казани. Пластиковые бутылки можно сдавать в специальные контейнеры для раздельного сбора отходов, которые устанавливаются во дворах жилых домов. Существуют также пункты приема вторсырья и фандоматы - автоматы по приему пластиковых бутылок. Для сдачи других видов пластика рекомендуется обращаться в специализированные компании по сбору вторсырья. Наиболее легко сдать на переработку ПЭТ-бутылки (код 1), флаконы из ПНД (код 2) и полипропиленовые изделия (код 5). ПВХ (код 3) и смешанные пластики (код 7) практически не принимаются. Актуальную информацию о пунктах приема можно найти на специализированных картах экологических сервисов.
Качество оборудования существенно влияет на свойства получаемого вторичного полимера. Современные двухшнековые экструдеры с сонаправленным вращением шнеков обеспечивают лучшее перемешивание, более равномерный прогрев материала и меньшую деструкцию по сравнению с одношнековыми экструдерами. Они потребляют на 20-30 процентов меньше электроэнергии и позволяют перерабатывать материал с повышенным содержанием влаги без предварительной сушки. Наличие системы дегазации важно для удаления летучих соединений и влаги. Качество гранулирующего оборудования влияет на однородность размера и формы гранул. Автоматизированные системы контроля температуры и давления обеспечивают стабильность процесса и воспроизводимость свойств продукта.
Смешивание различных типов пластика возможно только в определенных случаях. Полиолефины - полиэтилен низкой плотности (код 4), полиэтилен высокой плотности (код 2) и полипропилен (код 5) - допустимо смешивать друг с другом в определенных пропорциях без критической потери свойств, хотя их совместимость частична. Однако смешивание ПЭТ (код 1) с полистиролом (код 6) или ПВХ (код 3) даже в минимальных количествах недопустимо, так как это приводит к несовместимости полимеров, расслоению материала и резкому ухудшению свойств. Для решения проблемы несовместимости используют компатибилизаторы - специальные добавки в количестве 2-4 процента, которые улучшают совместимость различных полимеров и позволяют получать материалы с приемлемыми свойствами.
Древесно-полимерные композиты представляют собой материалы, состоящие из древесной муки или волокон (50-70 процентов) и полимерного связующего (30-50 процентов), в качестве которого часто используются вторичные полиэтилен или полипропилен. Эти материалы сочетают экологичность и натуральный вид древесины с долговечностью и влагостойкостью пластика. Они не гниют, не требуют окрашивания, устойчивы к воздействию атмосферных факторов. Основные области применения: террасная доска для открытых площадок, садовая мебель, ограждения и заборы, облицовочные панели, декоративные элементы, оконные профили. Древесно-полимерные композиты являются перспективным направлением использования вторичных полимеров, позволяющим создавать экологичные материалы с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Низкий уровень переработки пластика в России (около 12-15% по сравнению с 30-40% в Европе) обусловлен комплексом причин. Основная проблема - отсутствие развитой системы раздельного сбора мусора на бытовом уровне, что приводит к загрязнению полимерных отходов и затрудняет их переработку. Культура сортировки отходов населением только начинает формироваться. Экономические факторы также играют роль: себестоимость сбора, сортировки и переработки смешанных загрязненных отходов часто превышает стоимость первичного сырья. Недостаточно развита инфраструктура переработки, особенно в регионах. Для улучшения ситуации необходимо развитие системы раздельного сбора, государственная поддержка отрасли переработки, повышение экологической грамотности населения и создание экономических стимулов для использования вторичных полимеров.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.