Деструкция ПВХ сопровождается
изменением начальной окраски
полимера из-за образования хромофорных
группировок и существенным ухудшением
физико-механических, диэлектрических
и других эксплуатационных характеристик.
В результате сшивания происходит
превращение линейных макромолекул
в разветвленные и, в конечном
счете, в сшитые трехмерные
структуры; при этом значительно
ухудшаются растворимость полимера
и его способность к переработке.
В случае пластифицированного
ПВХ сшивание уменьшает совместимость
пластификатора с полимером, увеличивает
миграцию пластификатора и необратимо
ухудшает эксплуатационные свойства
материалов.
Наряду с учетом влияния условий эксплуатации
и кратности переработки вторичных полимерных
материалов, необходимо оценить рациональное
соотношение отходов и свежего сырья в
композиции, предназначенной к переработке.
При экструзии изделий из смешанного
сырья существует опасность брака из-за
разной вязкости расплавов, поэтому предлагается
экструдировать первичный и вторичный
ПВХ на разных машинах, однако порошкообразный
ПВХ практически всегда можно смешивать
с вторичным полимером.
Важной характеристикой, определяющей
принципиальную возможность вторичной
переработки ПВХ отходов (допустимое время
переработки, срок службы вторичного материала
или изделия), а также необходимость дополнительного
усиления стабилизирующей группы, является
время термостабильности.
Подготовка
отходов
Однородные производственные отходы,
как правило, подвергаются вторичной переработке,
причем в случаях, когда глубокому старению
подвергаются лишь тонкие слои материала.
В некоторых случаях рекомендуется использовать
абразивный инструмент для снятия деструктированного
слоя с последующей переработкой материала
в изделия, которые не уступают по свойствам
из¬делиям, полученным из исходных материалов.
Для отделения полимера от металла (провода,
кабели) используют пневматический способ.
Обычно, выделенный пластифицированный
ПВХ может использоваться в качестве изоляции
для проводов с низким напряжением или
для изготовления изделий методом литья
под давлением. Для удаления металлических
и минеральных включений может быть использован
опыт мукомольной промышленности, осно¬ванный
на применении индукционного способа,
метод разделения по магнитным свойствам.
Для отделения алюминиевой фольги от термопласта
используют нагрев в воде при 95…100 °С.
Предлагается негодные контейнеры с этикетками
погружать в жидкий азот или кислород
с температурой не выше –50 °С для придания
этикеткам или адгезиву хрупкости, что
позволит затем их легко из¬мельчить и
отделить однородный материал, например
бумагу.
Энергетически экономичен способ сухой
подготовки пластмассовых отходов с помощью
компакто¬ра. Способ рекомендуется для
переработки отходов искусственных кож
(ИК), линолеумов из ПВХ и включает ряд
технологических операций: измельчение,
сепарацию текстильных волокон, пластикацию,
гомогенизацию, уплотнение и грануляцию;
можно также вводить добавки. Подкладочные
волокна отделяются трижды – после первого
ножевого дробления, после уплотнения
и вторичного ножевого дробления. Получают
формовочную массу, которую можно перерабатывать
литьем под давлением, содер¬жащую еще
волокнистые компоненты, которые не мешают
переработке, а служат наполнителем, усили¬вающим
материал.
МЕТОДЫ
ПЕРЕРАБОТКИ
Литье
под давлением
Основными видами отходов на основе ненаполненных
ПВХ являются нежелатинизированный пластизоль,
технологические отходы и бракованные
изделия. На предприятиях легкой промышленности
России действует следующая технология
переработки отходов пластизоля методами
литья под давлением.
Установлено, что изделия из вторичных
ПВХ-материалов удовлетворительного качества
можно получить по пластизольной технологии.
Процесс включает измельчение отходов
пленок и листов, приготовление пасты
ПВХ в пластикаторе, формование нового
изделия методом литья.
Нежелатинизированный пластизоль при
очистке дозатора, смесителя собирали
в емкости, подвергали желатинизации,
далее смешивали с технологическими отходами
и бракованными изделиями на вальцах,
полученные листы подвергали переработке
на измельчителях роторного типа. Полученную
таким образом пластизольную крошку перерабатывали
методом литья под давлением. Пластизольная
крошка в количестве 10…50 масс. ч может
быть использована в композиции с каучуком
для получения резиновых смесей, причем
это позволяет исключить из рецептур смягчители.
Для переработки отходов методом литья
под давлением, как правило, применяют
машины, работающие по типу интрузии, с
постоянно вращающимся шнеком, конструкция
которого обеспечивает самопроизвольный
захват и гомогенизацию отходов.
Одним из перспективных методов использования
отходов ПВХ является многокомпонентное
литье. При таком способе переработки
изделие имеет наружный и внутренний слои
из различных материалов. Наружный слой
– это, как правило, товарные пластмассы
высокого качества, стабилизированные,
окрашенные, имеющие хороший внешний вид.
Внутренний слой – вторичное поливинилхлоридное
сырье. Переработка термопластов данным
методом позволяет значительно экономить
дефицитное первичное сырье, сокращая
его потребление более чем в два раза.
Экструзия
В настоящее время одним из наиболее эффективных
способов переработки отходов полимерных
материалов на основе ПВХ с целью их утилизации
является метод упруго-деформационного
диспергирования, основанный на явлении
множественного разрушения в условиях
комбинированного воздействия на материал
высокого давления и сдвиговой деформации
при повышенной температуре.
Упруго-деформационное диспергирование
предварительно грубодробленных материалов
с размером частиц 103 мкм проводится в
одношнековом роторном диспергаторе.
Использованные отходы пла¬стифицированных
дублированных пленочных материалов на
различной основе (линолеум на полиэфирной
тканевой основе, пеноплен на бумажной
основе, искусственная кожа на х/б тканевой
основе) перерабатываются в дисперсный
однородный вторичный материал, представляющий
смесь ПВХ-пластиков с измельченной основой
с наиболее вероятным размером частиц
320…615 мкм, преимущественно асимметричной
формы, с высокой удельной поверхностью
(2,8…4,1 м2/г). Оптимальные условия диспергирования,
при которых образуется наиболее высокодисперсный
продукт – температура по зонам диспергатора
130…150…70 °С; степень загрузки не более
60 %; минимальная скорость вращения шнека
35 об/мин. Повышение температуры переработки
ПВХ материалов приводит к нежелательной
интенсификации деструкционных процессов
в полимере, выражающееся в потемнении
продукта. Повышение степени загрузки
и скорости вращения шнека ухудшает дисперсность
материала.
Переработку отходов безосновных пластифицированных
ПВХ-материалов (сельхозпленка, изоляционная
пленка, ПВХ-шланги) методом упруго-деформационного
диспергирования с получением качественного
высокодисперсного вторичного материала
можно проводить без технологических
затруднений при более широком варьировании
режимов диспергирования. Образуется
более тонкодисперсный продукт с размером
частиц 240…335 мкм, преимущественно сферической
формы.
Упруго-деформационное воздействие при
диспергировании жестких ПВХ-материалов
(ударопроч¬ный материал для бутылок под
минеральную воду, сантехнические ПВХ-трубы
и др.) необходимо про¬водить при более
высоких температурах (170…180…70 °С), степени
загрузки не более 40 % и минимальной скорости
вращения шнека 35 об/мин. При отклонении
от заданных режимов диспергирования
наблюдаются технологические затруднения
и ухудшение качества получаемого вторичного
продукта по дисперсности.
В процессе переработки отходов ПВХ-материалов
одновременно с диспергированием можно
осуществлять модификацию полимерного
материала путем введения в исходное сырье
1…3 масс. ч металлсодержащих термостабилизаторов
и 10…30 масс. ч пластификаторов. Это приводит
к повышению запаса термостабильности
при использовании стеаратов металлов
на 15…50 мин и улучшению показа¬теля текучести
расплава, переработанного совместно
со сложноэфирными пластификаторами материала
на 20…35 %, а также улучшению технологичности
процесса диспергирования.
Получаемые вторичные ПВХ-материалы,
благодаря высокой дисперсности и развитой
поверхности частиц обладают поверхностной
активностью. Это свойство образующихся
порошков предопределило их весьма хорошую
совместимость с другими материалами,
что позволяет использовать их для замены
(до 45 % масс.) исходного сырья при получении
тех же или новых полимерных материалов.
Для переработки отходов ПВХ могут быть
также использованы двухшнековые экструдеры.
В них достигается прекрасная гомогенизация
смеси, а процесс пластикации осуществляется
в более мягких условиях. Так как двухшнековые
экструдеры работают по принципу вытеснения,
то время пребывания полимера в них при
температуре пластикации четко определено
и его задержка в зоне высоких температур
исключается. Это предотвращает перегрев
и термодеструкцию материала. Равномерность
прохождения полимера по цилиндру обеспечивает
хорошие условия для дегазации в зоне
пониженного давления, что позволяет удалять
влагу, продукты деструкции и окисления
и другие летучие, как правило, содержащиеся
в отходах.
Для переработки полимерных комбинированных
материалов, в том числе ИК, отходов кабельной
изоляции, термопластичных покрытий на
бумажной основе и других могут быть использованы
способы, основанные на комбинации экструзионной
подготовки и формования методом прессования.
Для реализации этого метода предлагается
агрегат, состоящий из двух машин, впрыск
каждой из которых 10 кг. Доля присутствующих
в отходах специально введенных в них
неполимерных материалов может составлять
до 25 %, причем даже содержание меди может
достигать 10 %.
Также применяется метод совместной экструзии
свежего термопласта, образующего пристенные
слои, и полимерных отходов, составляющих
внутренний слой, в результате может быть
получено трехслойное изделие (например,
пленка).
В разработанной конструкции экструзионно-раздувной
установки в качестве генератора расплава
предусмотрен червячно-дисковый экструдер
с раздувным приводом. Экструзией с раздувом
из смеси первичного и вторичного ПВХ
изготавливают бутыли, емкости и другие
полые изделия.
Каландрование
Примером
переработки отходов методом каландрования
может служить так называемый процесс
"Регал", заключающийся в каландровании
материала и получении плит и листов, которые
применяются для производства тары и мебели.
Удобство такого процесса для переработки
отходов различного состава заключается
в легкости его регулировки путем изменения
зазора между валками каландра для дос¬тижения
хорошего сдвигового и диспергирующего
воздействия на материал. Хорошая пластикация
и гомогенизация материала при переработке
обеспечивает получение изделий с достаточно
высокими прочностными показателями.
Способ экономически выгоден для термопластов,
пластицируемых при относительно низких
температурах, в основном, это мягкий ПВХ.
Для подготовки отходов ИК и ленолеума
разработан агрегат, состоящий из ножевой
дробилки, смесительного барабана и трехвалковых
рафинировочных вальцев. Компоненты смеси
в результате боль¬шой фрикции, высокого
прессующего давления и перемешивания
между вращающимися поверхностя¬ми еще
больше измельчаются, пластицируются
и гомогенизируются. Уже за один проход
через машину материал приобретает достаточно
хорошее качество.
Прессование
Одним из традиционных методов переработки
отходов полимерных материалов является
прессование, в частности, наиболее распространенным
может быть назван метод "Регал-Конвертер".
Помол отходов равномерной толщины на
транспортной ленте подают в печь и расплавляют.
Пластицированная таким образом масса
затем спрессовывается. Предложенным
методом перерабатывают смеси пластмасс
с содержанием посторонних веществ более
50 %.
Существует непрерывный способ переработки
отходов синтетических ковров и ИК. Суть
его в следующем: размолотые отходы подают
в смеситель, куда добавляют 10 % связующего
материала, пигменты, наполнители (для
усиления). Из этой смеси прессуют пластины
в двухленточном прессе. Пла¬стины имеют
толщину 8…50 мм при плотности около 650
кг/м3. Благодаря пористости пластины обладают
тепло- и звукоизоляционными свойствами.
Они находят применение в машиностроении
и в автомобильной промышленности в качестве
конструкционных элементов. При одно-
или двухстороннем кашировании эти пластины
можно использовать в мебельной промышленности.
В США процесс прессования используется
для изготовления тяжеловесных пластин.
Также применяется другой технологический
способ, основанный на вспенивании в форме.
Разработанные варианты отличаются методами
введения порообразователей во вторичное
сырье и подводом теплоты. Порообразователи
могут быть введены в закрытом смесителе
или экструдере. Однако производительнее
метод формового вспенивания, когда процесс
порообразования проводят в прессе.
Существенным недостатком метода прессового
спекания полимерных отходов является
слабое перемешивание компонентов смеси,
что приводит к снижению механических
показателей получаемых материалов.
Проблема регенерации отходов ПВХ-пластиков
в настоящее время интенсивно разрабатывается,
однако имеется немало трудностей, связанных
прежде всего с наличием наполнителя.
Некоторые разработчики пошли по пути
выделения полимера из композита с последующим
его использованием. Однако зачастую эти
технологические варианты неэкономичны,
трудоемки и пригодны для узкого ассортимента
материалов.
Известные способы прямого термоформования
либо требуют высоких дополнительных
затрат (подготовительные операции, добавка
первичного полимера, пластификаторов,
использование специального оборудования),
либо не позволяют перерабатывать высоконаполненные
отходы, в частности, ПВХ-пластиков. |