Методи утилізації поліетилтетрафталату (стр. 1 из 3)
Вступ
Використання тільки пластмасового упакування сполучено з утворенням відходів у розмірі 40 – 50 кг на людину в рік. Основна питома вага в загальній масі полімерних відходів займає поліетилентерефталат (ПЕТФ) – приблизно 25%. Уже зараз обсяги його відходів тільки в Росії складають 10,2 млн. т у рік, а до 2010 року цей показник може скласти 18,4 млн. т/рік.
Оптична прозорість, глянсова поверхня, інертність, стійкість до ударних навантажень і невисока собівартість привели до того, що сьогодні виробництво тари – один з головних напрямків переробки поліетилентерефталату. Щорічно більш 6,7 млн. т цього полімеру переробляється в одноразову тару. При переробці первісні властивості матеріалу погіршуються тільки на 1% і після нетривалого використання це цінне джерело сировини попадає на смітник. Відомо, що ПЕТФ складає четверту частину всіх полімерних відходів, складованих на полігонах Біларусії. Він менше, ніж інші полімери, підданий впливу навколишнього середовища і тому практично не розкладається.
На даний час галузь утилізації і переробки вторинного поліетилентерефталату тільки формується і може бути цікава як великим інвесторам, так і дрібним підприємцям як спосіб одержання гарного прибутку під час сировинного дефіциту (і паралельно – як спосіб рішення й екологічних проблем).
Велику частину відходів з поліетилентерефталату складають вироби, які вилучені зі вживання. До них відносяться товари широкого вжитку, упакування, ємності для рідин, композиційні матеріали і т. д. Різні сфери застосування продукції, зробленої з вторинного ПЕТФ, представляють широкі можливості для переробників.
Мета роботи – проаналізувати використання методів утилізації поліетилентерефталату.
Завданнями роботи є:
1) дати характеристику властивостей поліетилентерефталату;
2) охарактеризувати застосування поліетилентерефталату;
3) розглянути методи утилізації поліетилентерефталату.
1. Особливості виробництва та властивостей поліетилентерефталату
1.1 Виробництво ПЕТФ
Сировиною для виробництва ПЕТФ звичайно служить диметиловий ефір терефталевої кислоти з етиленгліколем. Одержують поліетилентерефталат поліконденсацією терефталевої кислоти (безбарвні кристали) або її диметилового ефіру з етиленгліколем (рідина) по періодичній або безперервній схемі в двох стадій. За техніко-економічними показниками перевагу має безперервний процес одержання ПЕТФ з кислоти і етиленгліколю. Етерифікацію кислоти етиленгликолем (молярне співвідношення компонентів від 1:1,2 до 1:1,5) проводять при 240–2700С и тиску 0,1–0,2МПа.
Звичайно матеріал з більш низькою молекулярною масою (М – 20 000) застосовується для виготовлення волокон; в інших додатках використовується матеріал з більш високою молекулярною масою.
Отриману суміш біс – (2‑гідроксиетил) терефталат з його олігомерами піддають поліконденсації в декількох послідовно розташованих апаратах, які мають мішалки, при поступовому підвищенні температури від 270 до 3000С та зниженні тиску від 6600 до 66 Па.
Після завершення процесу розплав поліетилентерефталату видавлюється з апарата, прохолоджується і гранулюється або направляється на формування волокна. Матуючі агенти (Tі2), барвники, інертні наповнювачі (каолін, тальк), антипірени, термо- і світлостабілізатори й інші добавки вводять під час синтезу або в отриманий розплав поліетилентерефталату.
Досягнута регулярність будови полімерного ланцюга підвищує здатність до кристалізації, що у значній мірі визначає механічні властивості. Феніленова група в основному ланцюзі додає твердість кістяку і підвищує температуру склування і температуру плавлення. Хімічна стійкість ПЕТФ близька до такої у поліамідів, і він виявляє дуже гарні бар'єрні властивості. ПЕТФ має здатність існувати в аморфному або кристалічному станах, причому ступінь кристалічності визначається термічною передісторією матеріалу.
При швидкому охолодженні ПЕТФ аморфний і прозорий, при повільному – кристалічний (до 50%).
Товарний ПЕТФ випускається звичайно у вигляді грануляту з розміром гранул 2–4 міліметри. Виробники ПЕТФ в основному перебувають за межами Росії і СНД.
1.2 Характеристики ПЕТФ
ПЕТФ має високу хімічну стійкість до бензину, олій, жирів, спиртів, ефірів, розведених кислот і лугів. Поліетилентерефталат не розчинний у воді і багатьох органічних розчинниках, розчинний лише при 40–150 град. С у фенолах і їх алкіл- і хлорзаміщених, аніліні, бензиловом спирті, хлороформі, піридині, дихлоцтовій і хлорсульфоновій кислотах і ін. Нестійкий до кетонів, сильних кислот і лугів.
Має підвищену стійкість до дії водяної пари.
Аморфний поліетилентерефталат – твердий прозорий із сірувато-жовтуватим відтінком, кристалічний – твердий, непрозорий, безбарвний. Відрізняється низьким коефіцієнтом тертя (у тому числі і для марок, що містять скловолокно). Термодеструкція ПЕТФ має місце в температурному діапазоні 290–3100С. Деструкція відбувається статистично уздовж полімерного ланцюга; основними летучими продуктами є терефталева кислота, оцтовий альдегід і монооксид вуглецю. При 900 °С генерується велика кількість різноманітних вуглеводнів; в основному летучі продукти складаються з діоксиду вуглецю, монооксиду вуглецю і метану. Для запобігання окислювання ПЕТФ під час переробки можна використовувати значну кількість антиоксидантів.
Коефіцієнт теплового розширення (розплав) 6,55 *10-4
Стискальність (розплав), МПа 6,99 * 106
Щільність, г/см3: аморфний, кристалічний 1,335, 1,420
Діелектрична постійна (23 °С, 1 кгц) 3,25
Відносна подедінка при розриві, % 12–55
Температура склування, аморфний, кристалічний 67, 81
Температура плавлення, °С 250–265
Температура розкладання 3500С
Показник заломлення (лінія Na): аморфний, кристалічний 1,576, 1,640
Межа міцності при розтяганні, МПа 172
Модуль пружності при розтяганні, МПа 1,41*104
Вологовбирання ПЕТФ 0,3%
Припустима залишкова волога ПЕТФ 0,02%
Морозостійкість, до -500 0С
Модифікація поліетилентерефталату. Найбільш розповсюдженою модифікацією ПЕТФ є склонаповнення (волокно) і введення антипіренів з метою додання матеріалу вогнестійкості. Ці матеріали характеризуються температурою стійкості при випробуваннях розпеченою петлею 960оС, і категорією стійкості до горіння ПВ‑0. Марки загальнотехнічного призначення застосовуються для виготовлення електротехнічних виробів підвищеної твердості в автомобільній промисловості й інших галузях машинобудування. Скланаповнюючі марки ПЕТФ зберігають антифрикційні властивості і зносостійкість, що дозволяє виготовляти зубчасті колеса, ролики, ланцюги, кулачки, муфти, підшипники. Склонаповнення від 15 до 55% дозволяє варіювати властивості конструкційного ПЕТФ у широкому діапазоні щільність від 1,4 до 1,80 г./см3, міцність при розтяганні від 120 до 200 МПа, температура вигину під навантаженням 1,8 МПа від 205 до 230оС (температура вигину під навантаженням 0,45 МПа склонаповнюючих марок = 230–240оС)
Найбільше поширення одержали вогнестійкі марки, що містять 30% скловолокна.
1.3 Застосування ПЕТФ
Поліетилентерефталат переробляється литтям під тиском, екструзією, формуванням. Волокна і тонкі плівки з ПЕТФ виготовляють екструзією з охолодженням при кімнатній температурі. Ступінь кристалічності може бути відрегульована обпалюванням при деякій температурі між температурами склування Тс і плавлення Тпл; максимальна швидкість кристалізації досягається при -170 град. С.
Литтям під тиском з ПЕТФ роблять в основному преформи для ПЕТФ-бутилок. Для цих цілей уже досить рідко використовують традиційну схему лиття пластмас: термопластавтомат + лита форма. У сучасних реаліях правлять спеціальні комплекси для виробництва ПЕТ-преформ, що включають усе необхідне для інтенсивного виробництва виробів: швидкісний ТПА, складну прес форму, холодильники, систему роботів.
ПЕТФ знаходить різноманітні застосування завдяки широкому спектру властивостей, а також можливості керувати його кристалічністю. Основне застосування пов'язане з виготовленням ПЕТ-тари, зокрема пляшок для газованих напоїв, оскільки ПЕТФ має чудові бар'єрні властивості. У цьому випадку аморфний ПЕТФ піддається двуосному розтяганню вище Tс, для створення кристалічності.
Інші області застосування ПЕТФ охоплюють текстильні волокна, електричну ізоляцію і вироби, одержувані роздувним формованням. Для багатьох застосувань кращими властивостями володіють сополімери ПЕТФ.
Поліетилентерефталат (лавсан) володіє високою механічною міцністю, твердістю, і твердістю, низьким тепловим розширенням, дуже гарною опірністю утворенню тріщин, низьким вологовбиранням (набагато нижче, ніж у капролону), постійно низьким коефіцієнтом тертя, відмінною зносостійкістю, гарними електроізоляційними властивостями і стійкістю до впливу радіації. Лавсан легко піддається механічній обробці – фрезеруванню, гострінню, свердлінню, поліруванню, зварюванню, склеюванню, готові деталі з нього відрізняються гарною стабільністю розмірів.
З хімічних властивостей поліетилентерефталату варто особливо відзначити його фізіологічну інертність, що дозволяє матеріалу безпосередньо контактувати з харчовими і фармакологічними продуктами, стійкість до дії численних миючих засобів.
Експлуатаційні властивості поліетилентерефталату обумовили його успішне застосування в основному в таких галузях. Загальне машинобудування й електротехніка – фрикційні диски, частини вимикачів, розеткотримачі, корпуси, вали, підшипники ковзання, опорні кільця, ролики, шестірні, клемні колодки, розпірні планки, напрямні, ущільнювальні прокладки, ізолятори, затиски і т. п.