Технология получения строительных материалов из полимерных отходов

Технология  производства строительных материалов из полимер песчаной композиции.

Подготовка  сырья (отходов полимеров  и песка).

Вся невероятность  и уникальность этой технологии в  том, что сырьё, используемое при  производстве полимер песчаной черепицы бесплатное, валяется под ногами. Это полимерные отходы в различных видах: упаковка, пластиковая тара, пришедшие в негодность изделия быта. Недостатка в сырье не предвидится, а наоборот, объёмы полимерных отходов будут только расти, а потребность в строительных материалах только увеличится. 
 
Конечно, существуют эффективные технологии их переработки, позволяющие использовать полимеры повторно. Как правило, требуется тщательная сортировка отходов пластмасс, их отмывка, сушка. Это дорогие и трудоёмкие процессы. Да и качество переработанного сырья низкое, и не позволяет использовать его на 100% взамен исходного. 
 
Предлагаемая технология производства полимерно-песчаной черепицы из полимерных отходов не предполагает очистку и глубокую сортировку сырья. Предлагается лишь придерживаться соотношения 40/60 так называемых мягких (полиэтилены) и жёстких (полипропилены, полистиролы, АБС пластики, ПЭТ и пр.) полимеров. В таком примерно соотношении отходы и находятся на свалках. 
 
НЕ подходят тугоплавкие полимеры (поликарбонаты, фторопласты) и резины. Легкоплавкие, типа ПВХ, могут частично выгорать, но на качество полимер песчаной черепицы это не влияет. Также выгорают примеси (бумага, пищевые отходы), испаряется влага. 
 
Кроме отходов полимеров в производстве черепицы требуется песок. Он используется как наполнитель и должен быть сухим, просеянным. Не имеет значения, какого цвета песок и происхождения. Песок обязательно должен быть просушенным (пескосушилка или заготовка песка летом). Может и использоваться другой наполнитель, более доступный в выбранной местности. Таким образом, эта невероятная новая технология получения стройматериалов из бесплатного сырья. 

Предварительная переработка сырья.

На первом этапе  отобранные и отсортированные пластики измельчаются на дробилке полимеров. Жесткий  и мягкий пластик дробятся отдельно, после этого смешиваются в  пропорции 60/40. 
 
Например: полиэтилены лучше ведут себя при отрицательных температурах и глянец на изделии получить проще, зато «твёрдые» полимеры добавят жёсткости и прочности при нагреве на солнце. Получается геометрически ровная и правильная черепица. 
 
Полимер песчаная черепица получается тем качественнее, чем равномернее смешаны полимеры и песок. Не нужно предварительно очищать отходы пластиков. Даже присутствие машинного масла попадаемого с канистрами не влияет на качество плитки. Но его количество, как правило, незначительное, не влияет на качество плитки, а если и проявится пятном на плитке, при повторной переработке пропадает. Остальные примеси выгорают. В дальнейшем стройматериалы из полимер песчаной смеси устойчивы к маслам и другим хим. продуктам.

Подготовка  полимер песчаной массы.

После первого  измельчения отходы пластиков попадают в экструзионную машину, где под нагревом перемешиваются. Любой химик скажет, что это невозможно и ненаучно - перемешать разнородные полимеры; всё равно, что смешивать керосин с водой. Но такая задача и не ставиться – перемешивать полимеры на молекулярном уровне, достаточно перемешать отходы пластиков, используя свойства вязкости расплавленных полимеров. 
В структуре полимерных отходов большое место занимают плёнки полиэтилена и полипропилена. Они без измельчения добавляются в экструзионную машину. 
Полученную полимер песчанную массу с консистенцией дрожжевого теста оператор рукавицей снимает на выходе из экструзионного узла линии, и, сваляв руками шар (агломерат до 100 мм.), бросает в воду для охлаждения. Вынутый из воды, не совсем остывший, но уже затвердевший агломерат быстро остывает. 
Случается, что происходит перегрев полимерной массы, и она вытекает из экструзионки на пол, пока оператор не выключит нагрев. Остывшая такая масса, затем пригодна для использования. Весь остывший агломерат подвергается повторному измельчению в щепу с размером фракции до 1-10 мм. Таким образом, получается готовое сырьё для полимерно-песчаной смеси.

Получение полимер песчаной массы и формовка черепицы, тротуарной плитки, бордюрного камня, урны, колодезного  люка и др.

Этот этап производства плитки завершающий. Некоторые отделяют его от заготовительного участка, располагают  в отдельном помещении. Кроме  эстетических соображений (заготовка  полимерной усреднённой смеси сопровождается выделением газов, и требует обеспечения  вытяжки), имеются ещё и практические выгоды: проще осуществлять контроль и учёт. А в случаях работы в  исправительных учреждениях, просто необходим из-за режимности предприятия. 
 
Смешивание песка, полимеров и красителей происходит в термошнекосмесительном агрегате (Агрегат Плавильно Нагревательный). Важно поддерживать массу смеси в АПН постоянной, добавляя по мере расхода готовой массы новые порции. Измельчённая полимер песчаная масса смешивается с песком и красителями в разных пропорциях в зависимости от выпускаемой продукции. Для, например, черепицы это соотношение: 24/75/1, а для тротуарной плитки может быть 15/84/1. 
 
Важно получить качественную смесь – частицы песка должны полностью обволакиваться полимерами, без пробелов. Это достигается уникальной конструкцией вала, рассчитанной опытным путем. Точнее не рассчитанной, а вымученной опытными конструкциями и научными исследованиями. В результате лопасти на валу расположены так, что при вращении вала скорость продвижения массы разная в 3х зонах нагрева, что обеспечивает полный расплав полимера и качественное смешивание с наполнителем. 
 
Таким образом, полученная полимер песчаная масса с температурой на выходе около 170-190 градусов и консистенцией тугого пельменного теста выдавливается из машины после открытия заслонки. Оператор отрезает ножом необходимое количество, взвешивает на весах и обычным совком укладывает в форму. 
 
Форма, установленная на прессе с подвижной нижней плитой, охлаждается по-разному. 
 
Верхняя часть имеет температуру около 80 градусов, а нижняя 45, или охлаждается как можно сильнее, для быстрейшего формования черепицы (30-50 сек). 
 
Это сделано для создания глянца на наружной стороне полимерно песчаной черепицы, полимер как бы выдавливается вверх, заполняя поры между наполнителем. 
 
Для получения матовой поверхности полимерно-песчаной черепицы достаточно охладить верхнюю форму также сильно, как и нижнюю. Это применяется для производства полимерно-песчаной брусчатки. Краситель может и не добавляться, и изделие получается серым по цвету, как бетон. 
 
 

Материалы из пластмассовых  отходов  

Использование отходов полиолефинов в композиции с битумом является одним из направлений, позволяющих модифицировать свойства покрытий.

Композиции, как  правило, получают, смешивая битум с  отходами полиолефинов при температурах 80—100 °С и выгружая образующуюся смесь в специальные формы, в которых происходит охлаждение при комнатной температуре. При добавлении отходов полиолефинов наблюдается значительное возрастание прочностных показателей композиций и снижение деформаций. Особенно заметно это влияние при температурах испытаний 20 и 40 °С, соответствующих температурам эксплуатации дорожных покрытий в летнее время. При О °С эффект от использования полиолефиновых отходов становится менее заметным.

Оптимальное количество полиолефиновых отходов для битумно-полимерных покрытий составляет 7—12%. Атактический полипропилен в силу своей хрупкости при О °С и высокой склонности к окислению может быть рекомендован для применения в дорожных покрытиях только в определенных климатических зонах и при соответствующей дополнительной стабилизации.

Отходы полистирольных пластиков, введенные в битумные композиции в небольших количествах, также оказывают положительное  влияние на свойства композиций. Если сравнить свойства таких композиций со свойствами стандартных битумно-минеральных  смесей, то нетрудно заметить, что добавка  полистирольных отходов приводит к  существенному увеличению прочностных  показателей при температурах испытания 0, 20 и 50 °С, термостабильности и водостойкости.

Из вторичного полиэтиленового и полистирольного  сырья в смеси с песком можно  получать пресс-композиции с заданными свойствами. Высокие прочностные показатели таких материалов в сочетании с хорошей водостойкостью позволяют, например, в Японии использовать плиты из них для выстилки морского дна с целью создания станций по разведению рыбы.

Один из методов  получения строительных плит состоит  в прессовании смеси пластмассовых  отходов и песка, взятых в соотноше «ш 1:1. Песок просеивают, нагревают до 500 °С, добавляют к смеси отходы полиэтилена и полистирола, смешивают при 150 °С в течение 25 мин, затем полученную массу прессуют.

Такие материалы  обладают высокими прочностными показателями в сочетании с хорошей водостойкостью.

По аналогичной  технологии получают материалы из пластмассовых  отходов в смеси с мелом, стекловолокном, асбестом и другими минеральными наполнителями. Все компоненты в  течение 2 ч подсушивают при 120 °С, затем их пластифицируют в смесителе при 250— 300 °С в течение 15 мин, выгружают при 180 °С в форму и прессуют. Полученные композиции обладают хорошими прочностными показателями и высокой стойкостью к истиранию, что позволяет использовать их при изготовлении плит для полов. Для улучшения внешнего вида изделий при смешивании добавляют такие пигменты, как оксиды железа и хрома, желтый крон, диоксид титана.

Наряду с прессованием строительные материалы получают расплавлением  термопластичных полимеров с  последующим смешиванием их с  цементом, разливкой в формы и  охлаждением. Эти изделия обладают высокой прочностью и стойкостью против горения.

Высокая водостойкость  большинства полимерных отходов, в  первую очередь полиолефиновых, позволяет  широко использовать их в различных  материалах, применяемых для герметизации швов между панелями зданий, а также  для покрытия частей сооружений, работающих под водой или в условиях повышенной влажности.

Композицию с  использованием побочного продукта синтеза полипропилена — атактического полипропилена — в количестве 60—95% совместно с 40—50% термической сажи применяют при получении герметизирующих лент путем экструзии. Хорошая водостойкость атактического полипропилена позволяет также использовать его в композициях, на основе которых получают кровельный рубероид.

На предприятиях по изготовлению пенополистирольных изделий  образуются отходы, в основном, представляющие обрезки, не возвращаемые повторно в основной технологический процесс. Обрезки пенопласта пропускают через молотковую дробилку и получают заполнитель фракций 0—5 и 5—10 мм. На таком заполнителе изготавливают конструкционно-теплоизоляционные полистиролбетоны плотностью 600—800 кг/м3, прочностью 2,5—5 МПа и теплоизоляционные бетоны плотностью 350—500 кг/м3 и прочностью 0,9—1,5 МПа. Для получения теплоизоляционного полистиролбетона в бетонную смесь следует вводить до 0,2% от массы цемента воздухововлекающей добавки.

Из теплоизоляционного бетона на дробленом пенопласте изготавливают  плиты утеплителя. Его также можно  использовать в качестве монолитной теплоизоляции в покрытии, для  среднего слоя трехслойных стеновых панелей, полов, а также для замоноличивания стыков между конструкциями.

Полистиролбетон средней плотностью до 700 кг/м3 относится к трудносгораемым материалам, а более тяжелый к несгораемым.

Разработаны методы получения строительных изделий, в  которых отходы полимеров вводят на стадии полимеризации другого  мономера. Так, отходы ударопрочного полистирола растворяют в соотношении 1:1,5 и разливают в формы. Полимеризация осуществляется при 20 °С в присутствии добавки перекиси бензоила. Получаемый материал имеет предел прочности при растяжении 31—36 МПа, ударную вязкость 21—27 кДж/м2, теплостойкость по Мартенсу 42 °С и водопог-лощение за 24 ч — 0,07%.

Все шире внедряются композиции на основе двух групп отходов: по-листирольных пластиков и отходов деревообрабатывающей промышленности. Такие композиции, содержащие до 40% полистирольных отходов, по физико-механическим показателям превосходят традиционные материалы, в которых связующим являются синтетические смолы.