Пахаренко пластмассы в строительстве
Издательство: Вузовское образование
Автор: Скобелева Е.А., Черняева И.В.
Издательство: Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ
Издательство: Вузовское образование
Автор: Синенко С.А., Гинзбург В.М., Сапожников В.Н., Каган П.Б., Гинзбург А.В.
Автор: Колотушкин В.В., Николенко С.Д.
Издательство: Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, ЭБС АСВ
Автор: Соловей П.И., Переварюха А.Н.
Издательство: Республиканский институт профессионального образования (РИПО)
Автор: Подшивалов В.П., Нестеренок В.Ф., Нестеренок М.С., Позняк А.С.
С этой книгой также читают
Издательство: Языки славянских культур
Издательство: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ
Автор: Камушкина Г.Г.
Просмотр оглавления издания
Просмотр списка использованных источников
Бесплатная горячая линия
Доступ к фондам ЭБС IPRbooks предоставляется круглосуточно.
410012, г. Саратов, ул. Вавилова, 38/114, офисы 425, 428, 1019
Тел./факс: 8 800 555 22 35
Мы в социальных сетях:
Отдел комплектования ЭБС IPRbooks:
Отдел продаж и внедрения ЭБС IPRbooks:
доб. 206, 213, 144, 145
Сетевое издание «www.iprbookshop.ru» зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 7 декабря 2018 года. 16+
Установите баннер на ваш сайт:
Инструкция по установке кнопок электронно-библиотечной системы «IPRbooks»
Для установки одного из баннеров ЭБС «IPRbooks» на свой сайт, скопируйте код из соответствующего поля и поместите его в необходимом месте на вашем сайте.
Утилизация полимерных материалов, используемых в строительстве
Пн, 31 Январь 2011 | Тема: Технологии
В процессе переработки полимеров и эксплуатации изделий из них возникают технологические и бывшие в употреблении отходы. Технологические отходы термопластичных полимерных материалов могут быть в виде обрезков кромок рулонных и листовых материалов, литников при литье под давлением, высечке или вырубке изделий, а также бракованных изделий.
Бывшие в употреблении полимерные отходы под действием температуры, окружающей среды, кислорода воздуха, различных излучений, влаги в зависимости от продолжительности этих воздействий изменяют свойства полимерных материалов. Значительные объемы выпуска полимерных материалов, которые эксплуатируются на протяжении длительного времени и выбрасываются на свалки, приводят к ухудшению экологического состояния окружающей среды, поэтому проблема утилизации полимерных отходов является чрезвычайно актуальной. Вместе с тем эти отходы являются хорошим сырьем при соответствующей корректировке композиций для изготовления изделий различного назначения.
Утилизация технологических отходов, образующихся при производстве полимерных строительных материалов
Технологические отходы полимерных строительных материалов из термопластов используются непосредственно после дробления и измельчения бракованных изделий. При этом получаются отходы размером 4-5 мм и менее. Кроме того, эти отходы можно добавлять в исходные полимерные материалы, используемые в виде смесей. Для рационального их использования и транспортирования к месту получения полимерных изделий вторичное сырье после дробления гранулируют. Основные стадии технологического процесса переработки технологических отходов приведены на рис. 1.
Рис.1. Схема технологического процесса переработки полимерных технологических отходов
Технологические отходы полистирола (ПС) и его сополимеров по своим физико-механическим и технологическим свойствам не отличаются от первичного сырья Эти отходы являются возвратными и в основном используются на тех предприятиях где они образуются. Их можно добавлять к первичному ПС или использовать в качестве самостоятельного сырья при производстве различных изделий. Значительное количество технологических отходов (до 50%) образуется в процессе переработки полистирольных пластиков литьем под давлением, экструзией и вакуум-формованием и их возврат в технологические процессы переработки позволяет значительно повысить эффективность использования полимерных материалов и создавать безотходные производства в промышленности переработки пластмасс.
АБС-пластики широко применяются в автомобилестроении для изготовления крупных деталей автомобилей, при производстве сантехнического оборудования, труб, товаров народного потребления и т. д.
Утилизация отходов бывших в употреблении полимерных строительных материалов
К бывшим в употреблении полимерным строительным материалам относятся полимерные пленки, используемые для накрытия парников, для упаковки строительных материалов и изделий, настилы полов коровников, бывшие в употреблении рулонные и плиточные полимерные материалы для полов, отделочные материалы для стен и потолков; теплозвукоизоляционные полимерные материалы; емкости, трубы, кабели, погонажные и профильные изделия и т. д.
В процессе сбора и утилизации вторичного полимерного сырья применяются различные методы идентификации полимеров. Среди множества методов наиболее распространены:
• ИК-спектроскопия (сравнение спектров известных полимеров с утилизируемыми);
• ультразвук (УЗ). В основу положено затухание УЗ. Определяется индексHL по отношению затухания звуковой волны к частоте. УЗ-прибор подключается к компьютеру и устанавливается на технологическую линию утилизации отходов. Например, индекс HL ПЭНП 2,003-10 6 с отклонением 1,0%, a HL ПА-66 — 0,465-10 6 с отклонением ± 1,5%;
• рентгеновские лучи;
• лазерно-пиролизная спектроскопия.
Разделение смешанных (бытовых) отходов термопластов по видам проводят следующими основными способами: флотационным, разделением в жидких средах, аэро-, электросепарацией, химическими методами и методами глубокого охлаждения. Наибольшее распространение получил метод флотации, который позволяет разделять смеси таких промышленных термопластов, как ПЭ, ПП, ПС и ПВХ. Разделение пластмасс производится при добавлении в воду поверхностно-активных веществ, которые избирательно изменяют их гидрофильные свойства. В некоторых случаях эффективным способом разделения полимеров может оказаться растворение их в общем растворителе или в смеси растворителей. Обрабатывая раствор паром, выделяют ПВХ, ПС и смесь полиолефинов; чистота продуктов — не менее 96%. Методы флотации и разделения в тяжелых средах являются наиболее эффективными и экономически целесообразными из всех перечисленных выше. Типичная схема основных стадий переработки бывших в употреблении пластмасс приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема технологического процесса переработки полимерных термопластичных отходов, бывших в употреблении
Переработка полиолефинов, бывших в употреблении
Отходы сельскохозяйственной ПЭ пленки, мешков из-под удобрений, трубы различного назначения, вышедшие из эксплуатации, отходы других источников, а также смешанные отходы подлежат утилизации с последующим их использованием.
Для этого применяют специальные экструзионные установки для их переработки. При поступлении полимерных отходов на переработку исходное сырье на входном контроле должно соответствовать характеристикам, приведенным в табл. 1, а показатель текучести расплава должен быть не менее 0,1 г/10 мин.
Таблица 1. Некоторые показатели полиэтиленов перед использованием сырья в производстве
Перед тем как начать переработку, производят грубое разделение 1 отходов, учитывая их отличительные признаки. После чего материал подвергается механическому измельчению 2, которое может быть как при нормальной (комнатной) температуре или при криогенном способе (в среде хладоагентов, например, жидкого азота). Измельченные отходы подают на отмывку в моечную машину 3. Отмывку ведут в несколько приемов специальными моющими смесями. Отжатую в центрифуге 4 массу с влажностью 10-15% подают на окончательное обезвоживание в сушильную установку 5, до остаточного содержания влаги 0,2 %, а затем в экструдер 6 (рис. 3). Расплав полимера подается шнеком экструдера через фильтр 7 в стренговую головку 8. На фильтре 7 производится очистка расплава полимера от различных примесей. Фильтры могут быть кассетного или перемоточного типа. Очищенный расплав продавливается через стренговые отверстия головки 8, на выходе из которой происходит обрезка стренг ножами 9 на гранулы определенного размера, которые затем падают в охлаждающую камеру. Проходя специальную установку, гранулы обезвоживаются, сушатся и затариваются в мешки. Если необходимо переработать тонкие ПО пленки, то вместо экструдера 6 применяют агломератор.
Рис. 3. Схема технологического процесса переработки полиолефинов, бывших в употреблении: 1 — узел сортировки отходов; 2 — дробилка; 3 — моечная машина; 4 — центрифуга; 5 — сушильная установка; 6 — экструдер; 7— фильтр; 8 — головка; 9 — гранулирующие ножи
Сушку отходов производят различными методами, применяя полочные, ленточные, ковшовые, с «кипящим» слоем, вихревые сушилки и т. д., производительность которых достигает 500 кг/ч. Из-за низкой плотности пленка всплывает, а грязь оседает на дне.
Обезвоживание и сушку пленки осуществляют на вибросите и в вихревом сепараторе, ее остаточная влажность составляет не более 0,1%. Для удобства транспортировки и последующей переработки в изделия производят грануляцию пленки. В процессе гранулирования происходит уплотнение материала, облегчается его дальнейшая переработка, усредняются характеристики вторичного сырья, в результате чего получают материал, который можно перерабатывать на стандартном оборудовании.
Для пластикации измельченных и очищенных отходов полиолефинов применяют одношнековые экструдеры с длиной шнека (25-33) D, оснащенные фильтром непрерывного действия для очистки расплава и имеющие зону дегазации, позволяющие получать гранулы без пор и включений. При переработке загрязненных и смешанных отходов используют дисковые экструдеры специальной конструкции, с короткими многозаходными шнеками длиной (3,5-5) D, имеющими цилиндрическую насадку в зоне выдавливания. Материал плавится за короткий промежуток времени, причем обеспечивается быстрая гомогенизация расплава. Изменяя зазор между конусной насадкой и кожухом, можно регулировать усилие сдвига и силу трения, изменяя при этом режим плавления и гомогенизации переработки. Экструдер снабжен узлом дегазации.
Получение гранул производится в основном двумя способами: грануляцией на головке и подводным гранулированием. Выбор способа гранулирования зависит от свойств перерабатываемого термопласта, и особенно от вязкости его расплава и адгезии к металлу. При грануляции на головке расплав полимера выдавливается через отверстие в виде стренг, которые отрезаются скользящими по фильерной плите ножами. Полученные гранулы размером 4-5 мм (по длине и диаметру) ножом отбрасываются от головки в камеру охлаждения, а затем подаются в устройство отжима влаги.
При использовании оборудования с большой единичной мощностью применяют подводное гранулирование. При этом способе расплав полимера выдавливается в виде стренг через отверстия фильерной плиты на головке. Пройдя ванну охлаждения с водой, стренги поступают на устройство резки, где они режутся на гранулы вращающимися фрезами.
Температура охлаждающей воды, поступающей в ванну по противотоку движения стренг, поддерживается в пределах 40-60 °С, а количество воды составляет 20-40 м 3 на 1 т гранулята.
В зависимости от типоразмера экструдера (величины диаметра шнека и его длины) варьируется производительность, зависящая от реологических характеристик полимера. Число выходных отверстий в головке может быть в пределах 20-300.
Из гранулята получают упаковки для товаров бытовой химии, вешалки, детали строительного назначения, поддоны для транспортировки грузов, вытяжные трубы, облицовку дренажных каналов, безнапорные трубы для мелиорации и другие изделия, которые характеризуются пониженной долговечностью в сравнении с изделиями, полученными из первичного полимера. Исследования механизма процессов деструкции, протекающих при эксплуатации и переработке ПО, их количественное описание позволяют сделать вывод о том, что получаемые изделия из вторичного сырья должны обладать воспроизводимыми физико-механическими и технологическими показателями.
Более приемлемым является добавление вторичного сырья к первичному в количестве 20-30%, а также введение в полимерную композицию пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей до 40-50%. Химическая модификация вторичных полимеров, а также создание высоконаполпенных вторичных полимерных материалов позволяет еще шире использовать полиолефины, бывшие в употреблении.
Модификация вторичных полиолефинов
Методы модификации вторичного ПО сырья можно разделить на химические (сшивание, введение различных добавок, главным образом органического происхождения, обработка кремнийорганическими жидкостями и др.) и физико-механические (наполнение минеральными и органическими наполнителями).
Например, максимальное содержание гель-фракции (до 80%) и наиболее высокие физико-механические показатели сшитого ВПЭНП достигаются при введении 2-2,5% пероксида дикумила на вальцах при 130 °С в течение 10 мин. Относительное удлинение при разрыве такого материала — 210%, показатель текучести расплава составляет 0,1-0,3 г/10 мин. Степень сшивания уменьшается с повышением температуры и увеличением продолжительности вальцевания в результате протекания конкурирующего процесса деструкции. Это позволяет регулировать степень сшивания, физико-механические и технологические характеристики модифицированного материала. Разработан метод формования изделий из ВПЭНП путем введения пероксида дикумила непосредственно в процессе переработки и получены опытные образцы труб и литьевых изделий, содержащих 70-80 % гель-фракции.
Введение воска и эластопласта (до 5 масс, ч.) значительно улучшает перерабатываемость ВПЭ, повышает показатели физико-механических свойств (особенно относительное удлинение при разрыве и стойкость к растрескиванию — на 10% и с 1 до 320 ч соответственно) и уменьшают их разброс, что свидетельствует о повышении однородности материала.
Модификация ВПЭНП малеиновым ангидридом в дисковом экструдере также приводит к повышению его прочности, теплостойкости, адгезионной способности и стойкости к фотостарению. При этом модифицирующий эффект достигается при меньшей концентрации модификатора и меньшей продолжительности процесса, чем при введении эластопласта. Перспективным способом повышения качества полимерных материалов из вторичных ПО является термомеханическая обработка кремнийорганическими соединениями. Этот способ позволяет получать изделия из вторичного сырья с повышенными прочностью, эластичностью и стойкостью к старению.
Механизм модификации заключается в образовании химических связей между силоксановыми группами кремнийорганической жидкости и непредельными связями и кислородосодержащими группами вторичных ПО.
Технологический процесс получения модифицированного материала включает следующие стадии: сортировка, дробление и отмывка отходов; обработка отходов кремнийорганической жидкостью при 90 ± 10 °С в течение 4-6 ч; сушка модифицированных отходов методом центрифугирования; перегрануляция модифицированных отходов.
Помимо твердофазного способа модификации предложен способ модификации ВПЭ в растворе, который позволяет получать порошок ВПЭНП с размером частиц не более 20 мкм. Этот порошок может быть использован для переработки в изделия методом ротационного формования и для нанесения покрытий методом электростатического напыления.
Большой научный и практический интерес представляет создание наполненных полимерных материалов на основе вторичного полиэтиленового сырья. Использование полимерных материалов из вторичного сырья, содержащих до 30% наполнителя, позволит высвободить до 40% первичного сырья и направить его на производство изделий, которые нельзя получать из вторичного (напорные трубы, упаковочные пленки, транспортная многооборотная тара и др.). Это в значительной степени сократит дефицит первичного полимерного сырья.
Для получения наполненных полимерных материалов из вторичного сырья можно использовать дисперсные и армирующие наполнители минерального и органического происхождения, а также наполнители, которые можно получать из полимерных отходов (измельченные отходы реактопластов и резиновая крошка). Наполнению можно подвергать практически все отходы термопластов, а также смешанные отходы, которые для этой цели использовать предпочтительней и с экономической точки зрения.
Например, целесообразность применения лигнина связана с наличием в нем фенольных соединений, способствующих стабилизации ВПЭН при эксплуатации; слюды — с получением изделий, обладающих низкой ползучестью, повышенной
тепло- и атмосферостойкостью, а также характеризующихся небольшим износом перерабатывающего оборудования и низкой стоимостью. Каолин, известняк, сланцевая зола, угольные сферы и железо применяются как дешевые инертные наполнители.
При введении в ВПЭ мелкодисперсного фосфогипса, гранулированного в полиэтиленовом воске, получены композиции, имеющие повышенное удлинение при разрыве. Этот эффект можно объяснить пластифицирующим действием полиэтиленового воска. Так, прочность при разрыве ВПЭ, наполненного фосфогипсом, на 25% выше, чем у ВПЭ, а модуль упругости при растяжении больше на 250%. Усиливающий эффект при введении во ВПЭ слюды связан с особенностями кристаллического строения наполнителя, высоким характеристическим отношением (отношением диаметра чешуйки к толщине), причем применение измельченного, порошкообразного ВПЭ позволяет сохранить строение чешуек при минимальном разрушении.
Среди полиолефинов наряду с полиэтиленом значительные объемы приходятся на производство изделий из полипропилена (ПП). Повышенные прочностные свойства ПП в сравнении с полиэтиленом и стойкость его по отношению к окружающей среде свидетельствует об актуальности его рециклинга. У вторичного ПП содержится ряд примесей, таких как Са, Fe, Ti, Zn, которые способствуют зародышам кристаллообразования и созданию кристаллической структуры, что приводит к повышению жесткости полимера и большим значениям как исходного модуля упругости, так и квазиравновесного. Для оценки механической работоспособности полимеров используют метод релаксационных напряжений при различных температурах. Вторичный ПП в одних и тех же условиях (в диапазоне температур 20-120 °С) выдерживает гораздо большие механические напряжения без разрушения, чем первичный, что позволяет использовать его для изготовления жестких конструкций.
Пахаренко В.А., Пахаренко В.В., Яковлева Р.А.
 Технологии [149] |  Изделия [76] |
 Оборудование [41] |  Сырье [111] |
 Обзоры рынков [176] |  Интервью [94] |
 Репортаж [26] |  Все статьи |
Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник
Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение
Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!
По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел: +7 (499) 490-77-79
Прислать сообщение