Разработка методов утилизации отходов полиэтилентерефталата

Бутылки с крышками создают  дополнительные проблемы, т. к. плохо  сжимаются. Приходится снимать крышки или протыкать бутылки острым прутом, что снижает производительность и требует дополнительных рабочих  мест. Интересное решение этой проблемы разработано немецкой фирмой HSM Pressen GmbH. Для обеспечения сминаемости  бутылок предлагается оснащать автоматические пакетировочные прессы специальными перфораторами. Такие  перфораторы автоматически  прокалывают поступающие ПЭТФ-бутылки перед их пакетированием. ПЭТФ предъявляет ряд специфических требований к  пакетировочным прессам. В частности, давление рабочей плиты пресса должно быть более 1 кг/см².

 

3.4. Переработка вторичного ПЭТФ методом твердофазной поликонденсации

 

В зависимости от природы  используемых реагентов и температуры  процесса можно выделить следующие  разновидности твердофазной поликонденсации:

• собственно поликонденсация в твёрдой фазе, т.е. поликонденсация при температурах ниже температуры плавления, как мономеров, так и полимера. В этом случае на протяжении всего процесса подвижность всех реагирующих молекул ограничена;
• поликонденсация олигомеров в твёрдой фазе, т. е. поликонденсация при температурах выше температуры плавления мономеров, но ниже температуры размягчения полимера. В этом случае начальная стадия поликонденсации протекает в расплаве, твердофазной является вторая стадия - поликонденсация олигомеров;
• трёхмерная поликонденсация, особенно её глубокие стадии, также может рассматриваться как разновидность твердофазной поликонденсации, так как реакционно способные концы макромолекул оказываются малоподвижными, вследствие закрепления их в жёсткой трёхмерной полимерной сетке;
• реакционное формование − поликонденсация, протекающая в твёрдых смесях (или почти твёрдых), которым придана форма будущего изделия.

На рисунке 2 изображена установка для осуществления твердофазной поликонденсации.

 

 

Рис. 2. Установка для проведения ТФПК.

 

1 – нагревательный элемент; 2 – масляная баня; 3 – реакционные колбы;

4 – контактный термометр; 5 – холодильник; 6 – приёмник.

 

При поликонденсации олигомеров процесс протекает в две стадии. В начале поликонденсации в расплаве или растворе получают сравнительно низкомолекулярные полимеры-олигомеры (преполимеры, форполимеры). Дальнейшую их поликонденсацию проводят уже  в самой твёрдой фазе. Таким  образом, поликонденсация в этом случае протекает при температуре  выше температуры плавления мономера, но ниже температуры плавления полимера. Структурные факторы при твердофазной поликонденсации, связанные со строением мономеров, не играют роли; большое значение приобретает строение молекулы олигомера, особенности конформационного строения полимера цепи и его надмолекулярная структура.

На примере поликонденсации  олигомеров полиэтилентерефталата было установлено, что значительное влияние на процесс роста цепи из олигомеров оказывает дисперсность их частиц. С уменьшением размера твёрдых частиц олигомеров существенно возрастает молекулярная масса образующегося полиэтилентерефталата.

При поликонденсации в  твёрдой фазе возникает своеобразное противоречие: для ускорения процесса следует повышать температуру синтеза, но повышение температуры может  привести к слипанию частиц порошка. Поэтому нами были предусмотрены  меры по предотвращению слипаемости  частиц порошка предполимера: обработка  частиц полиэтилентерефталата органическими  жидкостями вызывающими их кристаллизацию, после которой частицы не слипаются; интенсивная вибрация для предотвращения слипаемости на ранних стадиях; использование добавок инертных мелкодисперсных порошков (от 0,1% до 10% от массы полимера).

Перед ТФПК полученный форполимер измельчают и подвергают предварительной термической обработке при определённой температуре, которая ниже температуры плавления форполимера, в токе инертного газа или в вакууме. Термическую обработку проводят для повышения кристалличности и сокращения времени проведения твердофазной поликонденсации.

Для более эффективного проведения реакции получения форполимера  необходимо использовать катализаторы. В качестве катализатора могут быть использованы различные соединения титана, оксид цинка, ацетат цинка  и ацетат марганца. Наиболее эффективно используются органические соединения титана: тетрабутилтитан, тетрапропилтитан, тетраэтилтитан, тетраметилтитан и  четыреххлористый титан. Катализатор  вводится в соотношении 10-100ч на 1000ч  полимера, предпочтительней 30-300 ч. Дополнительно  катализатор может быть введен в  течение реакции. Когда добавлен катализатор, предварительная термообработка не обязательна.

 

 

 

3.5. Использование вторичного ПЭТФ

 

Около трети вторичного ПЭТФ используется для изготовления волокна для ковров, синтетических нитей, одежды и геотекстиля. Остальные направления применения вторичного ПЭТФ включают производство листа и пленки, бандажной ленты и процесс «бутылка в бутылку». Декоративные изделия можно отливать из смеси 40 % измельченных отходов ПЭТФ и 60 % измельченных отходов ПЭНД после сушки и смешения. Волокна из вторичного ПЭТФ находят самое различное применение. Геотекстильное полотно, возможно, станет изготавливаться полностью из вторичного ПЭТФ при условии обеспечения стабильного качества и гарантированных объемов поставок. Другие применения волокна включают изготовление обвивки для автомобилей и ковровых покрытий для жилых и офисных помещений. Приблизительно 70 % всего вторичного европейского ПЭТФ используются для производства волокон полиэстера. Волокна большого  диаметра используются как утеплитель спортивной одежды, спальных мешков и как наполнитель для мягких игрушек.

Вторичный ПЭТФ также используется для изготовления волокон меньшего диаметра. Из них получают искусственную шерсть, используемую для трикотажных рубашек, свитеров и шарфов. Такие ткани могут содержать до 100 % вторичного материала. Например, для изготовления теплого свитера из искусственной шерсти требуется в среднем 25 переработанных ПЭТ-бутылок. Лист и лента - «классические» продукты из вторичного ПЭТФ. Лист производится для изготовления пластмассовых коробок (для фруктов и яиц). Контейнеры для яиц и другие пластмассовые коробки (например, для ягод) составляют  приблизительно 9% общего объема использования вторичного ПЭТФ. Другие области применения вторичного ПЭТФ включают упаковку для туалетных принадлежностей и товаров народного потребления.

Считается, что это «закрывает петлю рециркуляции», поскольку  позволяет упаковке быть переработанной в новую упаковку. Все переработанные упаковки остаются доступными для вторичной  переработки. Бандажная лента из вторичного ПЭТФ предназначена, главным образом, для промышленных целей. Она может с успехом конкурировать с лентами из полипропилена и стали. Волокнистый материал, полученный из вторичного ПЭТФ, можно использовать в качестве сорбента на очистных сооружениях АЗС, в качестве утеплителя или наполнителя.

Нетканый материал из вторичного ПЭТФ можно получить методом раздува расплава в нити, которые под действием высокоскоростного потока воздуха приобретают толщину 15 мкм. В этом случае низкая вязкость вторичного ПЭТФ оказывается необходимым свойством, которое обеспечивает легкость раздува и минимальную толщину нитей. Полученные волокна формируют в нетканый материал на вращающемся коллекторе. Полимербетон образуется из отходов ПЭТФ и минеральных наполнителей (золы, песка). Этот очень прочный и долговечный материал имеет разнообразное применение. ПЭТФ, полученный из использованных бутылок для напитков, может стать потенциально дешевым сырьем, а его вторичная переработка в полимербетон позволит также решить проблемы утилизации. Главное преимущество  применения вторичного ПЭТФ для производства полимербетона заключается в том, что его не нужно очищать от других материалов и красителей. Оптимальное соотношение наполнителя и смолы составляет 9:1. Применение полимербетона для ремонта бетона из портландцемента может быть весьма эффективным. Поверхностный слой полимербетона может иметь толщину всего 10-25 мм, что обеспечивает износо-  и кислотостойкость и малую проницаемость.

Полимербетон легок, быстро отверждается и образует прочное  сцепление с бетонной поверхностью, его можно быстро наносить и восстанавливать, что очень  важно для мостов и полов в производственных помещениях. Нанесение покрытий из полимербетона на железобетонные строительные конструкции  существенно улучшает их внешний вид.

Весьма эффективно применение полимербетона для дренажа кислотных  стоков, подземных сводов, соединительных боксов канализационных труб. Стоимость  полимербетона из вторичного ПЭТФ сопоставима со стоимостью бетона из портландцемента, в то время как обычный полимербетон их реактопластов дороже его в 10-20 раз. Отчасти вторичный ПЭТФ используется для производства преформ, однако такие преформы обладают невысоким качеством и не позволяют выдувать большие емкости. Кроме того, при использовании таких заготовок высок процент брака раздува. Тем не менее, ряд предприятий успешно производит емкости для технических жидкостей из вторичного ПЭТФ. Таким образом, рынок технических преформ может быть полностью обеспечен вторичным ПЭТФ.

Не стоит забывать и  о том, что основная часть наполнителей для постельного белья, поступающая  из Китая, изготовлена из вторичного ПЭТФ.

Рынок продуктов переработки  вторичного бутылочного ПЭТФ имеет огромный потенциал и динамично развивается. Спрос на продукты переработки вторичного ПЭТФ превышает предложение. Особенный интерес к вторичному ПЭТФ проявляют страны Азии (Китай и Индия), где мало хлопка.

 

ВЫВОДЫ

 

На основе проделанной  работы можно сделать следующие  выводы:

1. изучены физико-химические и физико-механические свойства;
2. рассмотрены основные области применения ПЭТФ в промышленности и в быту;
3. проанализированы состояние, проблемы и перспективы развития технологии переработки ПЭТФ-бутылок;
4. показаны преимущества и недостатки существующих методов переработки ПЭТФ-бутылок, например:

Преимущества:

• высокая прочность и жёсткость;
• высокое сопротивление ползучести;
• высокая поверхностная твёрдость;
• хорошо полируется;
• высокая устойчивость к деформации;
• хорошее свойство трения скольжения и износостойкость;
• хорошие электрические изолирующие свойства;
• высокая стойкость к химикатам;
• хорошо лакируется;

Недостатки:

Существенными недостатками ПЭТФ-тары являются её относительно низкие барьерные свойства. В первую очередь отметим невысокую термостабильность расплава, весьма чувствительного к воздействию влаги, а также способность кристаллизоваться при температуре выше 80°С, что создаёт определённые технологические трудности при переработке ПЭТФ в изделия. ПЭТФ химически недостаточно стоек к длительному воздействию щелочей, что ограничивает его применение для упаковки некоторых видов косметической (шампуни, жидкое мыло) и пищевой продукции, содержащей щелочную среду. ПЭТФ пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу − углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения продукта.

5. рассмотрены основные способы переработки и утилизации твердых бытовых отходов.
6. разработали комплексную технологию переработки ПЭТФ-бутылок;
7. показали преимущества разработанной технологии перед традиционными.
8. Установлено, что наиболее эффективным является метод твердофазной поликонденсации гранулированных вторичных полиэтилентерефталатов.

9. Разработаны общие рекомендации  по переработки отходов ПЭТФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Аид И.А. Полимерные материалы/ И.А. Аид, А.Ю., Беданоков, О.Б. Леднев // Малый полимерный конгресс. – М., 2005. – С. 57.
2. Андреева Т.И. Переработка вторичного ПЭТФ / Т.И. Андреева // Пластические массы. – 2003. – № 11. – С.40 – 42.
3. Барский В.Д. Пластические массы. Новый способ утилизации отходов / В.Д. Барский // Химическая Промышленность. – 2002. – №6. – С. 3 – 7.
4. Беляков В.И. Способ переработки твердых бытовых отходов / В.И. Беляков, С.Н. Дегтерев: Дата публикации: www///С:/rus/map.htm 23 сентября 2003. – С. 17 – 28.
5. Бондаренко Л.І. Сорбуйные материалы на основе неорганических полимеров и современные аспекты их применения // Изобретатель и рационализатор. – 2002. – №2. – С. 33 – 35.
6. Брукс Д. Производство упаковки и ПЭТ / О.Ю. Сабсай, Д.Р. Джайлз. – К.: Профессия, 2006. – 368с.
7. Быстров Г.А. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс / Г.А. Быстров, В.М. Гальперин В.М., Б.П. – Л.: Химия, 1992. – С. 178 – 214.
8. Варенцов А.П. Рациональное природопользование. – М.: Норма, 2000. – 345 с.
9. Герасимчук В.О. Отходы – это доходы. / В.О. Герасимчук, О.Л. Бут // Мир упаковки. – 2009. – №3. – С.42 – 43.
10. Говарикер В.Р.Полимеры / Н.В. Виванатхан, Дж. Шридхар. – К.: Наука, 1990. – 723с.
11. Дзюбенко Г.Ф. 70 лет Владимирскому химическому заводу по производству пластмасс и переработки полимерных материалов// Пластические массы. – 2002. – № 1. – С. 3 – 6.
12. Добрынин А. ПЭТ-гранулят, производство ПЭТ-преформ / А. Добрынин //Пивное дело. – 2000. – С.16 – 29.
13. Дреер А.А. Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка / А.А. Дреер, А.Н.иСачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, А.В. Миронов, 2007. Интернет:http://www. ecoline. ru / mc/ waste/solidw/index.html.
14. Евсей А.В. Переработка ПЭТФ-бутылок методом литья под давлением/ А.В. Евсей, Н.Р. Прокопчук // Материалы, технологии. – 2005. – №4. – Т.10. – С.48 – 53.
15. Захаров Д.Б. Преработка вторичного сырья ПЭТФ / Д.Б. Захаров, Т.Н. Вахтинская, С.В. Аренина // Пластические массы. – 2004. – № 5. – С. 42 – 44.
16. Збожна О.М. Пластмассы: Общие сведения и классификация пластмасс. Основы экологии. – Т.4, 2002. – С.3 – 6.
17. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров. – Т.4, 1992. – 345с.
18. Коврига В.В. Поливинилхлорид – ясная экологическая перспектива// Пластические массы. – №7, 2007. – С. 52 – 55.
19. Комарову С. М. Глина плюс полимер равняется частота [создание нанокомпозитов на основе биоразлогаемых полимеров] // Химия и жизнь. – 2003. – №10. – С.30 – 33.
20. Конев В.А. Агрегат для обжига и химико-термического обезвреживания твердых бытовых отходов/ В.А. Конев, А.Ф. Решетник, М.В. Конев // Черные металлы. – 2009. – № 10. – С. 15 – 21.
21. Котлер З.В. Полимерные материалы в современном хозяйстве// Химия. – 2003. – №15. – С. 2 – 5.
22. Кривенко П.В. Неорганические полимеры. Анализ и актуальность проблемы применения // Химическая промышленность Украины. – 2003. – №3. – С. 33 – 39.
23. Кудян С.Г. Молекулярно-структурные превращения и переработка полиэтилентерефталата из расплава. – №3. – Т. 12, 2007. – С. 27 – 32.
24. Лебедев Е.Полимеры на стороне здоровья / Е. Лебедев, Ю. Савельев //Вестник МАН Украины. – 2008. – №10. – С.16 – 23.
25. Леонькова О. Биоразлогаемые полимеры, технология их получения и применение / О. Леонькова // Тара и упаковка. – 2008. – №1. – С. 25.
26. Любешкина Е. Полиэтилентерефталат, свойства и применение / Е. Любешкина, Т. Аксенова // Пакет. – 2000. – № 1. – С.19 – 28.
27. Матросов А.С. Управление отходами. Учебник. – М., 2000. – 132с.
28. Митрофанов Р.Ю. Переработка отходов полиэтилентерефталата / Р.Ю. Митрофанов, Ю.С. Чистякова, В.П. Севодин // Переработка отходов полиэтилентерефталата. ТБО. – 2006. – №6. – С. 23 – 28.
29. Морозова Е.Г. Полимерные системы / Е.Г. Морозова // Химия в школе. – 2008. – №6. – С.53 – 60.
30. Петляков Г. Техника и технология производства ПЭТ-тары и розлива жидкостей / Г. Петляков, А. Редько // Индустрия упаковки. – 2000. – № 2. – С. 22 – 25.
31. Пилунов Г.А. Переработка отходов полиэтилентерефталата / З.А. Михитарова, Г.М. Цейтлин // Химическая промышленность. – 2001. – №6. – С. 22 – 26.
32. Свенникова Е.С. Использование отходов сельскохозяйственного производства для наполнения полимеров / Е.С. Свенникова // Пластические массы. – 2008. – №1. – С. 29 – 31.
33. Соколова Ю.А. Полимерные нанокомпозиты. Структура. Свойства / Ю.А. Соколова // Пластические массы. – 2009. – №3. – С.18 – 23.
34. Стерпихеев А.А. Физико-химия полимеров. – К.: Химия, 2001. – 345с.
35. Тагер А.А. Основы химии высокомолекулярных соединений. – К.: Химия, 1999. – 345с.
36. Терехина М.М. Разлогаемые пластики: реклама или панацея? / М.М. Терехина, Ю.Н. Елдышев // Экология и жизнь. – 2004. – №6. – С. 19.
37. Трахтенберг И.Н. Полимерные материалы вокруг нас / И.Н. Трахтенберг // Безопасность жизнедеятельности. – 2004. – № 4. – С. 9 – 11.
38. Федоров Л.Г. Управление отходами в крупных городах в агломерационных системах поселений. –  М., 1999. – 314 с.
39. Хантургаева Г.А. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов. – Улан-Удэ, 1990. – 160 с.
40. Хмельницкий А.Г. Использование вторичных материальных ресурсов в качестве сырья для промышленности. Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. – Новосибирск.: серия Экология: 1995. – 408 с
41. Чалая Н.М. Литье пластмасс под давлением [7-8 февраля 2006 г. Московская государственная Академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова] // Пластические массы. – 2006. – №2. – С. 3 – 9.
42. Черп О.М. Проблема твердых бытовых отходов: комплексный подход / О.М. Черп, В.Н. Виниченко. – М.: Эколайн, Ecologia., 2006. Интернет: http://www.ecoline.ru/mc/books/tbo.
43. Чубыкин А. Рынок пэт-пленок / А. Чубыкин // Флексо Плюс. – 2004. – №4. – С.12 – 16.
44. Шефтель В.О. Вредные вещества в пластмассах. – М., 2001. – С.51 – 56.
45. Штарке Л.А. Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс. – К.: Химия, 2000. – С.30 – 33.
46. Экологический бумеранг. Наука и жизнь. – № 5, 2006. – С.3.
47. Эскин Н. Б Разработка и анализ различных технологий сжигания бытовых отходов / Н.Б. Эскин, А.Н. Тугов, М.А. Изюмов: Сборник. Москва, 1996 – 225 с.
48. Яшкпрова М.Г. Полимерные комплексы: получение, свойства и применение // Пакет. – К., 2003. – С.54.
49. Яшуков О.Г. Будущее за пластмассами // Тара и упаковка. – №1, 2010. – С.44 – 49.