Разработка методов утилизации отходов полиэтилентерефталата

 

Мелитопольский государственный  педагогический университет 

имени Богдана Хмельницкого

 

Химико-биологический факультет

 

Кафедра органической и биологической  химии

 

Супрун Марина Васильевна

 

 

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

по образовательно-квалификационному  уровню «специалист»

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА

 

 

 

 

 

                              Руководитель:

                                                                доцент, кандидат технических наук

                                                                Хромышев Виталий Александрович

 

 

 

 

Мелитополь, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

 

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ……………………………………4

 

ВВЕДЕНИЕ……...………………………………………………………………...5

 

ГЛАВА 1. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИ-ЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА………………………………………………………..8

 

1. Общие свойства и область применения полиэтилентерефталата.............8
2. Физико-химические и физико-механические свойства полиэтилентере-

фталата………………………………………………………………....................9

3. Получение полиэтилентерефталата в промышленности……….............13
4. Области применения полиэтилентерефталата…………………..............16

 

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ  ОТХОДОВ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТА-

ЛАТА………………………………………………………………………….….19

 

2.1. Состояние, проблемы и перспективы развития технологий переработки полиэтилентерефталата в Украине……………………………………………..19

2.2. Методы переработки полиэтилентерефталата…………………………….27

2.2.1. Химический рециклинг………………………………………...…………30

2.2.2. Механический рециклинг……………………………………..….............31

 

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ, ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ…37

 

3.1. Применение отходов вторичного полиэтилентерефталата и его свойства…………………………………………………………………..............37

3.2. Основные источники поступления отходов полиэтилентерефталата …………………………………………………………………………………….38

3.3. Сбор и подготовка отходов полиэтилентерефталата к переработке………………………………………………………………………40

3.4. Переработка вторичного полиэтилентерефталата методом твердофазной поликонденсации………………………………………………………………...44

3.5. Использование вторичного полиэтилентерефталата …………….............47

 

ВЫВОДЫ………………………………………………………………………...50

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

 

ПЭТФ (ПЭТ) – полиэтилентерефталат

ТБО – твёрдые бытовые  отходы

ТПО – твёрдые промышленные отходы

УФ-излучение – ультрафиолетовое излучение

ОПЭТФ – одноосноорентированнаяплёнка полиэтилентерефталата

ПЭН –  полиэтиленнафталат

ТФК – терефталевая кислота

МЭГ – моноэтиленгликоль

ПВХ – поливинилхлорид

ПЭНФ – полиэтиленнафталат

ТФПК – твердофазовая поликонденсация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность работы. Одной из главных проблем современности является утилизация и переработка твёрдых бытовых отходов (ТБО).

Сегодня полиэтилентерефталат − самый распространённый пластик  в пищевой и упаковочной промышленности, количество которого увеличивается  из года в год. Это произошло потому, что тару из полиэтилентерефталата (бутылки, флаконы, банки) легко выпускать  любой формы, конфигурации, объёма и  цвета.

Так как полиэтилентерефталат является самым гибким техничным  полимером, то он же является самым  перерабатываемым пластиком в мире. Существуют технологии изготовления из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) предметов одежды, ковров, багажа и офисной мебели, а также: аудио-видео плёнки, плёнки для упаковки и гранулята для приготовления новых изделий из ПЭТФ.

Несмотря на имеющиеся  возможности вторичной переработки  ПЭТФ - бутылок, в Украине ежегодно тысячи тонн использованных бутылок и других пластиковых ёмкостей выбрасываются на свалку.  Не редки случаи их сжигания или просто закапывания в землю, что не просто засоряет окружающую среду, но и загрязняют её. Пластик принадлежит к материалам, которые практически не разлагаются со временем, а при сжигании выделяются крайне токсичные вещества, которые невозможно вывести из организма. Поэтому изделия из пластика должны быть переработаны. Хотя следует признать, что переработка отходов и утилизации различных пластмасс − проблемный вопрос для всего человечества. Благодаря своим высоким потребительским свойствам, пластиковая тара практически полностью вытеснила в промышленности и в быту такие традиционные материалы, как: стекло, металл, древесина.

Теперь на свалки всё больше попадает пластмассы. А пластмассу практически невозможно утилизировать  традиционными методами. При сжигании пластиков образуются диоксины и прочие опасные для здоровья человека и окружающей среды соединения, которые не могут быть полностью отфильтрованы имеющимися технологиями.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТФ) − один из самых распространённых полимерных материалов: в настоящее время по мировым объёмам продаж он занимает первое место. Популярность пластика объясняется его лёгкостью, экономичностью, удобством использования. Так, при изготовлении пластика энергии требуется на 21% меньше, чем при изготовлении стекла.

На сегодня существует множество способов утилизации отходов, однако все технологии не совершенны или пока не развиты. Технологии утилизации усложняются, но одновременно и усложняются  процессы переработки, которые привлекает все больше и больше прочих ресурсов, необходимых для стабильной работы оборудования (пресная вода, катализаторы, сырье). Так и получается что единственным выходом для утилизации ПЭТФ бутылки, является только сортировка на уровне потребления. Таким образом, на сегодняшний день тема переработки полиэтилентерефталата является очень актуальной.

Обьект  исследования: методы переработки твёрдых бытовых отходов (ТБО).

Предмет исследования: методы переработки и утилизации использованных ПЭТФ-бутылок.

Цель работы: разработка комплексной технологии перерарботки ПЭТФ-бутылок.

Гипотеза: если разработать комплексную технологию переработки ПЭТФ-бутылок, то это позволит значительно улучшить экологическую обстановку в г. Мелитополе и Запорожской области.

Для осуществления поставленной цели и реализации гипотезы следует решить следующие задачи:

• изучить физико-химические и физико-механические свойства;
• рассмотреть основные области применения ПЭТФ в промышленности и в быту;
• проанализировать состояние, проблемы и перспективы развития технологи переработки ПЭТФ-бутылок;
• показать преимущества и недостатки существующих методов переработки ПЭТФ-бутылок;
• разработать комплексную технологию переработки ПЭТФ-бутылок;
• показать преимущества разработанной технологии перед традиционными.

Методы: анализ научно-технической и патентной литературы, стандартные методы испытания полимерных материалов.

Практическая значимость: результаты дипломной работы позволяют разработать эффективную технологию переработки пластиковых бутылок и частично решить проблему защиты окружающей среды.

Научная новизна: предложена комплексная переработка ПЭТ-бутылок, которая включает в следующие стадии:

• сбор отходов полиэтилентерефталата;
• сортировка полиэтилентерефталата;
• очистка полиэтилентерефталата;
• измельчение полиэтилентерефталата;
• твердофазная поликонденсация гранулированных вторичных ПЭТФ.

Апробация: Об результатах эксперимента было доложено на научно- практической конференции преподавателей и студентов Мелитопольского государственного педагогического университета имени Богдана Хмельницкого (декабрь 2010).

Структура роботы. Работа состоит из введения, 3 глав, выводов, 49 наименований использованной литературы. Содержит 2 рисунка, 3 таблицы.

.

 

ГЛАВА 1

СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА

 

1. Общие свойства и область применения полиэтилентерефталата

 

Существенными недостатками ПЭТФ-тары является её относительно низкие барьерные свойства. Она пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу – углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения пива. Это связано с тем, что высокомолекулярная структура полиэтилентерефталата не является препятствием для газов, имеющих небольшие размеры молекул относительно цепочек полимера [5].

Максимальный срок хранения пива и других напитков в ПЭТФ называется разный, во многом он зависит от региона, в котором производится розлив. Так, по немецким стандартам, пиво в ПЭТФ-бутылках храниться две недели, по нашим стандартам храниться три-четыре месяца. Однако все эксперты сходятся в одном: максимальное повышение степени газо- и светонепроницаемости пластиковой бутылки, а соответственно, срока хранения пива или напитков, является насущной проблемой. Основными, наиболее перспективными направлениями признаны: использование многослойной технологии, изготовление бутылок из альтернативных пластиков, внесение в ПЭТФ специальных "барьерных" добавок и напыление "барьерных" слоёв из другого материала. Кроме этого, ведутся работы по оптимизации формы бутылки для достижения наилучшего соотношения поверхности и объёма [5,7].

Благодаря широкому спектру  свойств, а также возможности  управлять его кристалличностью, полиэтилентерефталат находит разнообразное  применение и занимает пятое место  в мире – 6,5% от объёма потребления  всех полимерных материалов.

Основными областями использования  полиэтилентерефталата являются производство преформ, волокон и плёнок. Конечными  потребителями этой продукции выступают  производство бутылочной тары и упаковки, текстильная и шинная промышленность, производство фото- и киноплёнок, магнитных  лент и дисков и т.д [7].

Полиэтилентерефталат перерабатывается литьём под давлением, экструзией, раздувным  формованием. Волокна и тонкие плёнки из ПЭТФ изготавливают экструзией с охлаждением при комнатной температуре. Степень кристалличности может быть отрегулирована отжигом при температуре между температурами стеклования и температурой плавления. Литьём под давлением на специальных комплексах для производства ПЭТФ-преформ из полиэтилентерефталата производят преформы для ПЭТФ-бутылок. Из полиэтилентерефталата производят: текстильные волокна, кордные нити, электрическую изоляцию, детали электротехнического назначения, ручки электрических и газовых плит, различные разъёмы, детали кузовов автомобилей, двигателей, насосов, компрессоров, корпуса швейных машин, изделия медицинского назначения [12,18].

Вторичный ПЭТФ хорошего качества можно использовать без ограничений, в том числе для упаковки продуктов. Многие производители ПЭТФ-преформ с успехом используют вторсырье в своём производстве.

Кроме того, полиэтилентерефталат можно перерабатывать в активированный уголь, получаемый непосредственно пиролизом ПЭТФ [12].

 

2. Физико-химические и физико-механические свойства ПЭТФ

 

ПЭТФ (полиэтилентерефталат, более известный как ПЭТ или лавсан) представляет собой сложный термопластичный полиэфир терефталевой кислоты и этиленгликоля. По физическим свойствам это твёрдое вещество белого цвета без запаха. Полиэтилентерефталат прочный, жёсткий и лёгкий материал. Пластик не ядовит [9].

Таблица 1

Физические свойства полиэтилентерефталата

 

Свойство	Единица измерения	Значение
Плотность	кг/м3	1360-1400
Разрушающее напряжение при: -растяжении	МПа
-изгибе		50-70
-сжатии		80-120
Модуль упругости	ГПа	2,5-3,0
Относительное удлинение  при разрыве	%	2-4
Ударная вязкость	кДж/м2	30
Твёрдость по Бринеллю	МПа	100-120
Водопоглощение за 24 часа	%	0,3
Температура плавления	°С	255-265
Температура размягчения	°С	245-248
Температура стеклования	°С	70-80
Морозостойкость	°С	-50
Теплостойкость по Мартенсу	°С	135-145
Диэлектрическая проницаемость  при 106 Гц		3,1
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц		(2-8)*10–3
Электрическая прочность	МВ/м	140-180