Вторичная переработка пластмасс как пример безотходной технологии (стр. 5 из 6)

Большое распространение нашли изделия из неочищенных от примесей отходов в строительстве и в виде элементов садово-паркового хозяйства. Это, прежде всего решетки для тротуаров и мостовых, плиты для пешеходных дорожек, полы в рабочих помещениях, дорожки в теплицах, листы для тепло- и звукоизоляции, защитные ограждения вокруг деревьев, дренажные трубы и шланги, горшки для цветов, покрытия спортивных площадок и площадок для детских игр, скамейки для сада, планки для заборов. Изделия из очищенных отходов дополнительно к перечисленным назначениям используют в виде тары (мешки для мусора, ящики для бутылок), как элементы чемоданов и части автомобилей, в виде шлангов для покрытия кабелей [1].

2.4.1 Многокомпонентное литье

Все более широкое распространение для использования отходов пластмасс приобретает многокомпонентное литье. При таком способе переработки изделие имеет наружный и внутренний слои из различных материалов. Наружный слой — это как правило товарные пластмассы высокого качества, стабилизированные, окрашенные, имеющие хороший внешний вид. К внутреннему слою не предъявляется высоких требований ни по физико-механическим показателям, ни по внешнему виду. Материал может быть нестабилизирован и неокрашен. Поэтому для внутреннего слояшироко используются отходы.

Известны три типа машин для многокомпонентного литья: одно-, двух- и трехканальные. Принцип двухканальной техники литья представлен на рис. 12. В состав внутреннего слоя часто включают также дешевые заполнители, такие, как тальк, сульфат бария, стеклянные и керамические шарики, и вспенивающий агент.

Рис. 12. Схема многокомпонентного литья по двухканальному варианту

В качестве вспенивающего агента, как правило, используют диамид азодикарбоновой кислоты и другие соединения. Количество наполнителя обычно варьируют в пределах 25—40 % (масс.). Такой состав внутреннего слоя позволяет значительно снизить стоимость изделий, с одной стороны, и утилизировать отходы, с другой. Такие изделия, называемые сэндвич-конструкциями, применяются в основном при изготовлении мебели и предметов домашнего обихода [1].

2.4.2 Получение вспененных изделий

Значительное число отходов перерабатывается в пеноизделия обычными методами: в автоклаве, экструзией или литьем под давлением. При переработке в автоклаве в смесь отходов добавляют вспенивающие агенты и проводят тепловую обработку материала. В качестве вспенивателей используют физические агенты, такие, как пентан, гептан, метилхлорид, метиленхлорид, трнхлорэтилен, трихлорфторметан, инертные газы и ряд других соединений. Содержание их можно варьировать в пределах 3—7 % (масс.). Часто к физическим вспенивателям добавляют вещества, являющиеся зародышеобразователями и обеспечивающие мелкоячеистую структуру изделий и соответственно более высокие физико-механические показатели. При этом могут быть сформованы пеноизделия с кажущейся плотностью 0,3 г/см³, имеющие разрушающее напряжение при сжатии около 2,5 МПа.

При переработке отходов методом экструзии их, как правило, предварительно смешивают в интенсивном смесителе с химическими вспенивателями, такими, как диамид азодикарбоновой кислоты, добавляя также смесь карбонатов или бикарбонатов с лимонной кислотой. Для улучшения переработки часто в смесь вводят бутилстеарат. Кроме многокомпонентного литья, смесь отходов можно перерабатывать в пеноизделия и однокомпонентным литьем, используя в качестве вспенивающего агента диамид азодикарбоновой кислоты в количестве 0,5-1 % (масс.). Изделия применяются в мебельной промышленности и как крупногабаритная тара.

Еще один способ использования отходов пластмасс без разделения и очистки заключается в применении их для получения пористых кирпичей. Он основан на высокой теплотворной способности пластмасс и их способности разлагаться при температурах 500 °С и выше. Тонко измельченные отходы в количестве до 15 % (масс.) смешивают с глиной, формуют в кирпичи, обезвоживают при 100 °С в течение 12 ч, после чего подвергают термообработке при 600-1100 °С. При этом пластмассы разлагаются, а выделяющиеся газообразные продукты способствуют вспениванию глины. Плотность кирпича снижается с 2,08 до 1,42 г/см³, при этом соответственно уменьшается и прочность материала на сжатие [1].

2.5 Модификация смесей отходов

Введение сополимера этилена с винилацетатом (СЭВА) в двухкомпонентную смесь ПЭ—ПВХ позволяет существенно повысить ее эластичность и стойкость к ударным нагрузкам. Относительное удлинение при разрыве возрастает в 2,5 раза, а ударная вязкость (сопротивление удару) более чем в 3 раза при содержании ЭВА в смеси 10 % (масс.).

Добавление ПЭ к ПС приводит к снижению предела текучести и разрушающего напряжения при растяжении. Однако добавление небольших количеств привитого сополимера с 5 % (масс.) связанного ПЭ вызывает увеличение обоих показателей. Аналогичная картина наблюдается и при использовании блоксополимеров. Статистические сополимеры стирола с этиленом на оказывают положительного влияния на свойства смесей.

Изучение влияния сополимеров на ударную прочность смесей показало, что только блоксополимеры стирола с этиленом существенно улучшают этот показатель. В наибольшей степени повышение ударной вязкости проявляется в области содержания ПЭ в смеси от 10 до 25 % (масс.), причем для этого достаточно использовать сополимеры с невысоким содержанием связанного ПЭ—5—30 % (масс.). Ни привитые, ни статистические сополимеры не улучшают существенно ударную вязкость смесей.

С практической точки зрения наибольший интерес представляют блоксополимеры. Введение их в смесь ПЭ с ПС в небольшом количестве позволяет при сохранении достаточно высокого модуля упругости значительно повысить прочностные показатели и ударную вязкость по сравнению с исходной двухкомпонентной смесью.

Еще одним «совместителем» полимерных отходов различной природы является хлорированный полиэтилен (ХПЭ). Существенное значение имеет как химическая природа компонентов, так и свойства ХПЭ.

Модификация трехкомпонентных смесей отходов с равным содержанием ПЭ, ПС и ПВХ путем добавки ХПЭ приводит к изменениям в свойствах, характерным для двухкомпонентных смесей. Материал из хрупкого становится гибким, относительное удлинение при разрыве в случае введения 30 % (масс.) ХПЭ возрастает с 1,4 до 100%.

Более детальное изучение влияния свойств ХПЭ на свойства смесей отходов позволило сделать вывод о том, что для трехкомпонентных смесей лучшим «совместителем» является ХПЭ, содержащий 42 % (масс.) хлора, в товремя как для смеси ПЭ— ПВХ — содержащий 36 % (масс.) хлора. Для остальных двухкомпонентных смесей содержание хлора в ХПЭ мало сказывается на физико-механических показателях материала.

Более детальное изучение композиций из смеси отходов с ХПЭ показало, что хотя он и улучшает механические свойства смесей, однако в его присутствии при температурах выше 100 °С интенсивно протекает деструкция, о чем свидетельствует резкое снижение молекулярной массы всех полимеров, входящих в состав композиции. Отсюда следует, что ХПЭ может быть эффективно использован для модификации смеси отходов только в присутствии сильных антиоксидантов, в основном фенольного типа.

Известны попытки улучшить совместимость смесей отходов ПЭ и ПС путем их предварительной обработки и создания благоприятных «поверхностных» условий для совместной переработки. Оказалось, что обработка отходов смесью бензин—бензол (1 : 1) в течение 2 мин приводит к повышению жесткости и прочности при соотношении ПЭ : ПС = 1 : 1 в гораздо более значительной степени, чем это достигается, например, введением СЭВА. Предварительная обработка смесей ПЭ и ПС различного состава смесью серной кислоты с металлическим натрием показала, что в области высоких содержаний ПС (свыше 70 %) этот прием также приводит к резкому возрастанию жесткости и прочности изделий из смесей.

Полученные данные позволяют говорить о том, что не только использование вещественных добавок, но и поверхностная обработка отходов в определенных случаях позволяет улучшить свойства изделий из смесей отходов. Сдерживающим фактором в развитии этого направления являются технологические сложности и вопросы техники безопасности, связанные с использованием пожаро- и взрывоопасных веществ и необходимостью создания специально оборудованных участков по обработке и последующей сушке смесей отходов.

Таким образом, обобщая разнообразные результаты по использованию различных полимеров и сополимеров в качестве добавок, улучшающих свойства смесей отходов, можно сделать следующие выводы:

1) правильный выбор полимера или сополимера зависит от химического состава смеси отходов;

2) используемые добавки в смеси отходов играют роль своеобразного поверхностно-активного полимера, способствуя лучшему совмещению компонентов смеси;

3) в смесях, основными компонентами которых являются ПЭ и ПС, в качестве добавок лучше использовать блоксополимеры стирола и этилена, а также сополимеры этилена с винилацетатом; в тех случаях, когда в состав смеси входит ПВХ, эффективным с точки зрения улучшения свойств смеси является введение ХПЭ;

4) оптимальные количества добавок зависят от их химической природы и состава смеси отходов и колеблются в пределах 5—20 % (масс.);

5) применение ХПЭ является эффективным только в том случае, когда одновременно с ним используются сильные антиоксиданты.

Таким образом, можно выделить три направления, позволяющие улучшать свойства смесей отходов полимеров без их разделения на компоненты: введение в смесь полимеров или сополимеров различной природы, выполняющих функцию ПАВ; поверхностная обработка отходов; модификация смесей сшивающими агентами (вероятно, это может быть и радиационное сшивание). Каждое из этих направлений имеет свои преимущества и недостатки, поэтому нельзя отдать предпочтение какому-либо одному из них. Выбор метода определяется комплексом экономических, сырьевых, эксплуатационных и других факторов [1].