Recikliranje polimera. "Reciklaža polimera u Evropi: nova i dokazana rješenja". Standardna lista opreme za postrojenje za preradu otpada

Ministarstvo obrazovanja Republike Bjelorusije

obrazovne ustanove

"Grodno državni univerzitet po imenu Yanka Kupala"

Fakultet građevinarstva i saobraćaja

Test

u disciplini "Tehnologija materijala"

Prerada polimera i polimernih materijala

Polimer je organska supstanca čije su dugačke molekule građene od istih jedinica koje se ponavljaju - monomera.

Rice. 1. Šema strukture makromolekule polimera:

a) - lančani molekuli; b) - bočne veze

Posjedujući sposobnost pod određenim uvjetima da se dosljedno povezuju jedni s drugima, monomeri formiraju dugačke lance (slika 1) sa linearnim, razgranatim i mrežnim vezanim strukturama, što rezultira makromolekulama polimera.

Po poreklu, polimeri se dele u tri grupe:

Prirodni nastaju kao rezultat vitalne aktivnosti biljaka i životinja, a sadržani su u drvu, vuni i koži. To su proteini, celuloza, skrob, šelak, lignin, lateks. Obično su prirodni polimeri podvrgnuti izolaciji, pročišćavanju, modifikaciji, pri čemu struktura glavnih lanaca ostaje nepromijenjena. Proizvod takve prerade su umjetni polimeri. Primjeri su prirodna guma, napravljena od lateksa, celuloida, koja je nitroceluloza plastificirana kamforom radi povećanja elastičnosti.

Prirodni i umjetni polimeri odigrali su veliku ulogu u modernoj tehnologiji, au nekim područjima su nezamjenjivi do danas, na primjer, u industriji celuloze i papira. Međutim, do naglog povećanja proizvodnje i potrošnje organskih materijala došlo je zbog sintetičkih polimera - materijala dobivenih sintezom od tvari male molekularne težine i koji nemaju analoge u prirodi. Sintetički polimeri se dobijaju preradom uglja, prirodnog i industrijskog gasa, nafte i drugih sirovina. Prema hemijskoj strukturi, polimeri se dijele na linearne, razgranate, mrežaste i prostorne.

Ovisno o promjeni svojstava tokom zagrijavanja, polimeri se dijele u dvije glavne grupe: termoplastične i termoreaktivne. Prvi od njih se formiraju na bazi novolačkih smola, a drugi - na bazi rezolnih smola.

1. Termoplastični polimeri (termoplasti) omekšaju pri zagrevanju, prelazeći prvo u visokoelastično, a zatim u viskozno-tečno stanje; kada se ohlade stvrdnu. Ovaj proces je reverzibilan, odnosno može se ponoviti mnogo puta. Termoplasti uključuju polimere sa linearnom i razgranatom strukturom veze; njihovi monomeri su međusobno povezani samo u jednom pravcu. Kada se ponovo zagreju, takve hemijske veze se ne uništavaju; Molekuli monomera dobijaju fleksibilnost i mobilnost. Proizvodi se izrađuju od termoplasta presovanjem, brizganjem, kontinuiranim ekstrudiranjem (ekstruzijom) i drugim metodama. Najčešći termoplasti su polimerizacijski materijali (polietilen, polipropilen, polivinil hlorid, polistiren, fluoroplasti i drugi) i polikondenzacijski (poliamid, poliuretan, anilinoformaldehid, fenol-formaldehidne smole i dr.), proizvedeni u obliku mrvicastih prahova i dr. , listovi, šipke, cijevi itd.

2. Termoreaktivni polimeri (termoset) kada se zagreju, prvo omekšaju ako su bili čvrsti, a zatim prelaze u čvrsto stanje. Ovaj proces je nepovratan, odnosno, kada se ponovo zagrije, takvi polimeri ne omekšaju. Termoplasti uključuju polimere sa mrežnom ili umreženom strukturom veze. Takvi polimeri formiraju dvo- ili trodimenzionalne veze u ogromnim makromolekulama; njihovi monomeri ili linearni molekuli su čvrsto povezani jedni s drugima i nisu u stanju da se međusobno kreću. Najčešći termoplasti su polikondenzacijski materijali - fenolne plastike dobivene na bazi fenol-formaldehidnih, poliesterskih, epoksidnih i urea smola. Delovi i proizvodi od termoplasta dobijaju se vrućim prešanjem, brizganjem i mašinskom obradom.

Trenutno se plastični proizvodi proizvode na različite načine. Istovremeno, izbor metode za proizvodnju proizvoda određen je vrstom polimera, njegovim početnim stanjem, kao i konfiguracijom i dimenzijama proizvoda.

Glavni zadatak u preradi polimernih materijala je usporavanje negativnih procesa i stvaranje potrebne strukture materijala. Najjednostavniji načini za postizanje ovog cilja su regulacija temperature, pritiska, brzine zagrijavanja i hlađenja materijala. Osim toga, koriste se stabilizatori koji povećavaju otpornost materijala na starenje, plastifikatori koji smanjuju viskoznost materijala i povećavaju fleksibilnost molekularnih lanaca, kao i razna punila.

Prije nego što pređemo na raspravu o različitim metodama za obradu polimera, da vas podsjetim da polimerni materijali mogu biti termoplastični ili termoset (termoset). Nakon što su termoplastični materijali oblikovani pod toplinom i pritiskom, moraju se ohladiti ispod temperature omekšavanja polimera prije nego što se puste iz kalupa, inače će izgubiti svoj oblik. U slučaju termoreaktivnih materijala, to nije potrebno, jer nakon jednokratnog kombinovanog izlaganja temperaturi i pritisku, proizvod zadržava stečeni oblik čak i kada se na visokoj temperaturi oslobodi iz kalupa.

Kada se prerađuje u proizvode, termoplasti su izloženi toplini, mehaničkom pritisku, atmosferskom kisiku i svjetlosti. Što je temperatura viša, to je materijal plastičniji i lakši za obradu. Međutim, pod uticajem visokih temperatura i gore navedenih faktora dolazi do pucanja hemijskih veza u polimerima, oksidacije, stvaranja novih nepoželjnih struktura, pomeranja pojedinih delova makromolekula i makromolekula jedan u odnosu na drugi, orijentacije makromolekula u različitim pravcima. , a čvrstoća materijala u smjeru orijentacije raste, a u poprečnom smjeru opada. U proizvodnji filmova i proizvoda tankih stijenki ova pojava ima pozitivnu ulogu, au svim ostalim slučajevima uzrokuje strukturnu nehomogenost i uzrokuje zaostala naprezanja.

Posebnost prerade termoreaktivnih materijala u proizvode je kombinacija procesa oblikovanja sa očvršćavanjem, odnosno s kemijskim reakcijama za stvaranje umrežene strukture makromolekula. Nepotpuno očvršćavanje degradira svojstva materijala. Postizanje potrebne potpunosti očvršćavanja čak i u prisustvu katalizatora i na povišenim temperaturama zahtijeva značajno vrijeme, što povećava složenost izrade dijela. Završno očvršćavanje materijala može se odvijati izvan alata za oblikovanje, jer proizvod poprima stabilan oblik prije nego što se ovaj proces završi.

Prilikom obrade kompozitnih materijala od velike je važnosti prianjanje (adhezija) veziva sa punilom. Vrijednost adhezije može se povećati čišćenjem površine punila i reaktivnim je. Kod slabog prianjanja veziva na punilo u materijalu se pojavljuju mikropore koje značajno smanjuju čvrstoću materijala.

Razlika u poprečnom presjeku proizvoda u brzinama hlađenja, u stepenu kristalizacije, potpunosti relaksacionih procesa za termoplaste i stepenu očvršćavanja za termoplaste takođe dovodi do strukturalne heterogenosti i pojave dodatnih zaostalih naprezanja u proizvodima. Za smanjenje zaostalih naprezanja koriste se termička obrada proizvoda, formiranje strukture tokom obrade i druge tehnološke metode.

Sve veći obim proizvodnje plastike zahteva dalje unapređenje postojećih i razvoj novih tehnoloških procesa visokih performansi za preradu polimera. Daljnji napredak u oblasti prerade plastike povezan je sa naglim povećanjem produktivnosti opreme za obradu, smanjenjem intenziteta rada u proizvodnji proizvoda i povećanjem njihove kvalitete. Rješenje postavljenih zadataka nemoguće je bez primjene novih progresivnih metoda obrade, koje uključuju različite vrste obrade polimera pritiskom u čvrstom agregacijskom stanju.

Svi procesi prerade polimera u čvrstom stanju temelje se na plastičnoj (prisilnoj elastičnoj) deformaciji, koja je reverzibilna. Prisilne elastične deformacije u polimerima nastaju pod utjecajem visokih mehaničkih naprezanja. Nakon prestanka sile deformacije, na temperaturama ispod temperature omekšavanja, prisilna elastična deformacija se fiksira kao rezultat staklastog prijelaza ili kristalizacije materijala, a deformirano polimerno tijelo ne vraća svoj izvorni oblik.

UVOD

Molekuli polimera su opsežna klasa jedinjenja, čije su glavne prepoznatljive karakteristike visoka molekularna težina i visoka konformaciona fleksibilnost lanca. Može se sa sigurnošću reći da su sva karakteristična svojstva ovakvih molekula, kao i mogućnosti njihove primjene povezane s ovim svojstvima, posljedica navedenih osobina.

U našem urbanizovanom svetu koji se brzo razvija, potražnja za polimernim materijalima je dramatično porasla. Teško je zamisliti punopravni rad tvornica, elektrana, kotlarnica, obrazovnih ustanova, električnih kućanskih aparata koji nas okružuju kod kuće i na poslu, modernih kompjutera, automobila i još mnogo toga bez upotrebe ovih materijala. Bilo da želimo da napravimo igračku ili da napravimo svemirski brod - u oba slučaja, polimeri su neizostavni. Ali kako se polimeru može dati željeni oblik i izgled? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, razmotrimo još jedan aspekt tehnologije polimera, odnosno njihovu preradu, koja je predmet ovog rada.

U širem smislu, prerada polimera se može posmatrati kao vrsta inženjerske specijalnosti uključene u transformaciju sirovih polimernih materijala u potrebne krajnje proizvode. Većina metoda koje se trenutno koriste u tehnologiji obrade polimera su modificirani analozi metoda koje se koriste u keramičkoj i metaloprerađivačkoj industriji. Zaista, moramo razumjeti detalje obrade polimera kako bismo zamijenili uobičajene tradicionalne materijale drugim materijalima s poboljšanim svojstvima i izgledom.

Prije otprilike 50 godina postojao je vrlo ograničen broj procesa za preradu polimera u gotove proizvode. Trenutno postoji mnogo procesa i metoda, a glavni su kalandriranje, livenje, direktna kompresija, brizganje, ekstruzija, puhanje, hladno oblikovanje, termoformiranje, pjenjenje, armiranje, oblikovanje taline, suho i mokro oblikovanje. Posljednje tri metode koriste se za proizvodnju vlakana od materijala koji formiraju vlakna, a ostali se koriste za preradu plastičnih i elastomernih materijala u industrijske proizvode. U narednim odeljcima pokušao sam da dam opšti pregled ovih važnih procesa. Za detaljniji uvod u ove i druge procese kao što su premazivanje potapanjem, premazivanje s vrtložnim fluidiziranim slojem, elektronsko i termičko zaptivanje i zavarivanje, pogledajte posebne udžbenike za obradu polimera. Takođe izvan obima ovog sažetka su pitanja vezana za premaze i ljepila.

Prije nego što prijeđemo direktno na razmatranje metoda i metoda za preradu polimera u gotove proizvode, potrebno je saznati: šta su polimeri, šta su i gdje se mogu koristiti, tj. koji se krajnji proizvodi mogu dobiti od polimera? Uloga polimera je veoma velika i moramo razumeti potrebu za njihovom preradom.

1. POLIMERI I POLIMERNI MATERIJALI

1.1 OPĆE KARAKTERISTIKE I KLASIFIKACIJA

Polimer je organska supstanca čije su dugačke molekule građene od istih jedinica koje se ponavljaju - monomera. Po poreklu, polimeri se dele u tri grupe.

Prirodno nastaju kao rezultat vitalne aktivnosti biljaka i životinja i nalaze se u drvu, vuni i koži. To su proteini, celuloza, skrob, šelak, lignin, lateks.

Obično su prirodni polimeri podvrgnuti izolaciji, pročišćavanju, modifikaciji, pri čemu struktura glavnih lanaca ostaje nepromijenjena. Proizvodi ove prerade su vještački polimeri. Primjeri su prirodna guma, napravljena od lateksa, celuloida, koja je nitroceluloza plastificirana kamforom radi povećanja elastičnosti.

Prirodni i umjetni polimeri odigrali su veliku ulogu u modernoj tehnologiji, au nekim područjima su nezamjenjivi do danas, na primjer, u industriji celuloze i papira. Međutim, došlo je do naglog povećanja proizvodnje i potrošnje organskih materijala zbog sintetički polimeri - materijali dobiveni sintezom od tvari male molekularne težine i nemaju analoga u prirodi. Razvoj hemijske tehnologije makromolekularnih supstanci sastavni je i suštinski deo savremene naučne i tehnološke revolucije . Nijedna grana tehnologije, posebno nova, ne može bez polimera. Prema hemijskoj strukturi, polimeri se dijele na linearne, razgranate, mrežaste i prostorne.

molekule linearno polimeri su hemijski inertni jedni u odnosu na druge i međusobno su povezani samo van der Waalsovim silama. Kada se zagreju, viskoznost takvih polimera opada i oni su u stanju da se reverzibilno transformišu prvo u visoko elastično, a zatim u viskozno tečno stanje (slika 1).

Fig.1.Šematski dijagram viskoznosti termoplastičnih polimera u zavisnosti od temperature: T 1 - temperatura prijelaza iz staklastog u visokoelastično stanje, T 2 - temperatura prijelaza iz visoko elastičnog u viskozno stanje.

Budući da je jedini učinak zagrijavanja promjena plastičnosti, linearni polimeri se nazivaju termoplastični. Ne treba misliti da izraz "linearni" znači ravne, naprotiv, oni su više karakteristični za nazubljenu ili spiralnu konfiguraciju, koja takvim polimerima daje mehaničku čvrstoću.

Termoplastični polimeri se ne mogu samo otopiti, već i otopiti, jer se van der Waalsove veze lako kidaju pod djelovanjem reagensa.

razgranat(kalemljeni) polimeri su jači od linearnih. Kontrolirano grananje lanca jedna je od glavnih industrijskih metoda za modificiranje svojstava termoplastičnih polimera.

mrežasta struktura karakterizira činjenica da su lanci međusobno povezani, a to uvelike ograničava kretanje i dovodi do promjene kako mehaničkih tako i hemijskih svojstava. Obična guma je mekana, ali kada se vulkanizira sumporom, formiraju se kovalentne veze tipa S-0, a čvrstoća se povećava. Polimer može dobiti mrežnu strukturu i spontano, na primjer, pod djelovanjem svjetlosti i kisika, dolazi do starenja uz gubitak elastičnosti i performansi. Konačno, ako molekuli polimera sadrže reaktivne grupe, onda kada se zagriju, oni su povezani mnogim jakim unakrsnim vezama, ispada da je polimer umrežen, tj. prostorna struktura. Dakle, zagrijavanje izaziva reakcije koje dramatično i nepovratno mijenjaju svojstva materijala, koji dobiva čvrstoću i visok viskozitet, postaje netopiv i netopiv. Zbog visoke reaktivnosti molekula, koja se manifestuje porastom temperature, takvi polimeri se nazivaju termoreaktivna.

Reakcijom se dobivaju termoplastični polimeri polimerizacija, teče prema šemi pmm str(Sl. 2), gdje M - molekul monomera, M str- makromolekula koja se sastoji od monomernih jedinica, P - stepen polimerizacije.

Tokom lančane polimerizacije, molekulska težina raste gotovo trenutno, međuprodukti su nestabilni, reakcija je osjetljiva na prisustvo nečistoća i, po pravilu, zahtijeva visoke pritiske. Nije iznenađujuće da je takav proces nemoguć u prirodnim uvjetima, a svi prirodni polimeri nastali su na drugačiji način. Moderna hemija stvorila je novi alat - reakciju polimerizacije, i zahvaljujući njemu veliku klasu termoplastičnih polimera. Reakcija polimerizacije se ostvaruje samo u složenoj opremi specijalizovanih industrija, a potrošač dobija termoplastične polimere u gotovom obliku.

Reaktivne molekule termoreaktivnih polimera mogu se formirati na jednostavniji i prirodniji način - postepeno od monomera do dimera, zatim do trimera, tetramera itd. Takva kombinacija monomera, njihova "kondenzacija", naziva se reakcija polikondenzacija; ne zahteva visoku čistoću ili pritiske, ali je praćen promenom hemijskog sastava, a često i oslobađanjem nusproizvoda (obično vodene pare) (slika 2). Ova reakcija se dešava u prirodi; može se lako izvesti uz samo malo grijanja u najjednostavnijim uvjetima, čak i kod kuće. Ovakva visoka proizvodnost termoreaktivnih polimera pruža široke mogućnosti za proizvodnju različitih proizvoda u nehemijskim preduzećima, uključujući radio postrojenja.

Bez obzira na vrstu i sastav polaznih materijala i metode proizvodnje, materijali na bazi polimera mogu se klasificirati na sljedeće: plastike, plastike ojačane vlaknima, laminati, folije, premazi, ljepila. Neću se posebno fokusirati na sve ove proizvode, govoriću samo o onima koji se najčešće koriste. Potrebno je pokazati kolika je potreba za polimernim materijalima u današnje vrijeme, a samim tim i važnost njihove prerade. Inače bi problem bio jednostavno neosnovan.

1.2 PLASTIKE

Riječ "plastika" dolazi iz grčkog jezika i odnosi se na materijal koji se može presovati ili oblikovati u bilo koji oblik koji odaberete. Prema ovoj etimologiji, čak bi se i glina mogla nazvati plastikom, ali u stvarnosti se samo proizvodi napravljeni od sintetičkih materijala nazivaju plastikom. Američko društvo za ispitivanje i materijale definira šta je plastika na sljedeći način: "je bilo koji član širokog spektra materijala, potpuno ili djelomično organskog sastava, koji se može oblikovati u željeni oblik primjenom temperature i/ili pritiska."

Poznate su stotine plastičnih masa. U tabeli. 1 prikazuje njihove glavne tipove i prikazuje pojedinačne predstavnike svake od vrsta. Treba napomenuti da trenutno ne postoji jedinstven način da se opiše cjelokupna raznolikost plastike zbog njihovog velikog broja.

Tabela 1. Glavne vrste plastike

Tip	Tipični predstavnici	Tip	Tipični predstavnici
Akrilna plastika Aminoplastika	Polimetilmetakrilat (PMMA) Poliakrilonitril (PAN) Urea-formaldehidna smola Melaminsko-formaldehidna smola	poliesteri	Nezasićene poliesterske smole Polietil tereftalat (PET) Polietil snadipat
Celuloza	Etilceluloza Celuloza acetat Celuloza nitrat	Poliolefini Stirenske plastike	Polietilen (PE) Polipropilen (PP) Polistiren (PS)
Epoksidne smole	Epoksidne smole	Kopolimer stirena sa akrilonitrilom
Fluoroplastika	Politetrafluoroetilen (PTFE) Poliviniliden fluorid	Kopolimer akrilonitrila sa stirenom i butadienom (ABS)
Fenoplasti	Fenol-formaldehidna smola Fenol-furfuralna smola	Vinil plastike	Polivinil hlorid (PVC) Polivinil butiral
Poliamidna plastika (najloni)	Polikaprolaktam (PA-6) Poliheksam etilenadipamid (PA-6,6)	Kopolimer vinil klorida i vinil acetata

Prvi termoplast koji je našao široku primjenu bio je celuloid, umjetni polimer dobiven preradom prirodne celuloze. Imao je veliku ulogu u tehnici, posebno u bioskopu, ali zbog izuzetne opasnosti od požara (po sastavu celuloza je veoma bliska bezdimnom barutu) već sredinom 20. veka. njegova proizvodnja je pala skoro na nulu.

Razvoj elektronike, telefonskih komunikacija, radija hitno je zahtijevao stvaranje novih električnih izolacijskih materijala s dobrim strukturalnim i tehnološkim svojstvima. Tako su se pojavili umjetni polimeri, napravljeni na bazi iste celuloze, nazvani po prvim slovima područja primjene, etrol. Trenutno, samo 2...3% svjetske proizvodnje polimera čine celulozna plastika, dok je oko 75% sintetičkih termoplasta, pri čemu 90% otpada na samo tri: polistiren, polietilen, polivinil hlorid.

Ekspandirajući polistiren, na primjer, široko se koristi kao građevinski materijal za toplinsku i zvučnu izolaciju. U radioelektronici se koristi za zaptivanje proizvoda kada je potrebno osigurati minimalno mehaničko naprezanje, stvoriti privremenu izolaciju od utjecaja topline koju emituju drugi elementi ili niske temperature i eliminirati njihov utjecaj na električna svojstva, dakle, u brodskim i mikrovalna - oprema.

1.3 ELASTOMERI

Elastomeri se obično nazivaju gumama. Baloni, potplati za cipele, gume, hirurške rukavice, baštenska creva su tipični primeri proizvoda od elastomera. Klasičan primjer elastomera je prirodna guma.

Makromolekula gume ima spiralnu strukturu sa periodom identiteta od 0,913 nm i sadrži više od 1000 ostataka izoprena. Struktura gumene makromolekule obezbeđuje njenu visoku elastičnost - najvažnije tehničko svojstvo. Guma ima nevjerovatnu sposobnost reverzibilnog istezanja do 900% svoje prvobitne dužine.

Raznovrsnost kaučuka je manje elastična gutaperča ili balata, sok nekih biljaka kaučuka koje rastu u Indiji i na Malajskom poluotoku. Za razliku od gume, molekul gutaperke je kraći i ima trans-1,4 strukturu sa periodom identiteta od 0,504 nm.

Izvanredan tehnički značaj prirodnog kaučuka, njegov nedostatak ekonomski isplativih izvora u nizu zemalja, uključujući Sovjetski Savez, želja za materijalima koji su superiorniji u nizu svojstava (otpornost na ulje, otpornost na mraz, otpornost na habanje) prema prirodni kaučuk, potaknuo istraživanje proizvodnje sintetičke gume.

Trenutno je u upotrebi nekoliko sintetičkih elastomera. Tu spadaju polibutadieni, stiren-butadien, akrilonitril-butadien (nitrilna guma), poliizopren, polihloropren (neopren), etilen-propilen, izopren-izobutilen (butil guma), polifluorougljenik, poliuretanski kaučuk. Sirovina za proizvodnju sintetičke gume po metodi Lebedev je etil alkohol. Sada je razvijena proizvodnja butadiena iz butana katalitičkom dehidrogenacijom potonjeg.

Naučnici su bili uspješni i danas se više od jedne trećine gume proizvedene u svijetu proizvodi od sintetičke gume. Guma i guma daju ogroman doprinos tehnološkom napretku prošlog veka. Prisjetimo se barem gumenih čizama i raznih izolacijskih materijala, pa će nam biti jasna uloga gume u najvažnijim granama privrede. Više od polovine svjetske proizvodnje elastomera troši se na proizvodnju guma. Za proizvodnju guma za mali automobil potrebno je oko 20 kg gume, različitih klasa i marki, a za kiper skoro 1900 kg. Manji dio otpada na druge vrste gumenih proizvoda. Guma čini naš život lakšim.

1.4 VLAKNO

Svi smo upoznati sa prirodnim vlaknima kao što su pamuk, vuna, lan i svila. Poznajemo i sintetička vlakna od najlona, ​​poliestera, polipropilena i akrila. Glavna karakteristika vlakana je da je njihova dužina stotinama puta veća od prečnika. Ako su prirodna vlakna (osim svile) rezana vlakna, onda se sintetička mogu dobiti i u obliku kontinuiranih niti i u obliku rezanih vlakana.

Sa stanovišta potrošača, vlakna mogu biti tri vrste; svakodnevne potražnje, sigurno i industrijsko.

Svakodnevna vlakna nazivaju se vlakna koja se koriste za proizvodnju gornje odjeće i gornje odjeće. U ovu grupu spadaju vlakna za izradu donjeg rublja, čarapa, košulja, odijela itd. Ova vlakna moraju imati odgovarajuću čvrstoću i rastezljivost, mekoću, nezapaljivost, upijati vlagu i biti dobro obojena. Tipični predstavnici ove klase vlakana su pamuk, svila, vuna, najlon, poliesteri i akrilati.

Sigurna vlakna su vlakna koja se koriste za proizvodnju tepiha, zavjesa, presvlaka za stolice, draperija itd. Takva vlakna moraju biti čvrsta, čvrsta, izdržljiva i otporna na habanje. Sa stanovišta sigurnosti, za ova vlakna se postavljaju sljedeći zahtjevi: moraju se slabo zapaliti, ne širiti plamen i emitovati minimalnu količinu topline, dima i otrovnih plinova tokom sagorijevanja. Dodavanjem malih količina supstanci koje sadrže atome kao što su B, N, Si, P, C1, Br ili Sb svakodnevnim vlaknima, moguće ih je učiniti vatrootpornim i tako ih pretvoriti u sigurna vlakna. Uvođenje modificirajućih aditiva u vlakna smanjuje njihovu zapaljivost, smanjuje širenje plamena, ali ne dovodi do smanjenja oslobađanja otrovnih plinova i dima tokom sagorijevanja. Istraživanja su pokazala da se kao bezbedna vlakna mogu koristiti aromatični poliamidi, poliimidi, polibenzimidazoli i polioksidiazoli.Međutim, prilikom sagorevanja ovih vlakana oslobađaju se toksični gasovi, jer njihovi molekuli sadrže atome azota.Aromatični poliesteri nemaju ovaj nedostatak.

Industrijska vlakna se koriste kao ojačavajući materijali u kompozitima. Ova vlakna se nazivaju i strukturna jer imaju visok modul, čvrstoću, otpornost na toplotu, krutost, izdržljivost. Strukturna vlakna se koriste za ojačavanje proizvoda kao što su krute i fleksibilne cijevi, cijevi i crijeva, kao i u kompozitnim strukturama koje se nazivaju vlaknasti materijali i koriste se u izgradnji brodova, automobila, zrakoplova, pa čak i zgrada. Ova klasa vlakana uključuje jednoosno orijentisana vlakna od aromatičnih poliamida i poliestera, ugljeničnih i silicijumskih vlakana.

2. RECIKLAŽA POLIMERA

2.1 SASTAVLJANJE

Polimeri u svom čistom obliku, dobijeni iz industrijskih postrojenja nakon njihove izolacije i pročišćavanja, nazivaju se "primarni" polimeri ili "primarne" smole. Sa izuzetkom nekih polimera kao što su polistiren, polietilen, polipropilen, gotovi polimeri općenito nisu pogodni za direktnu preradu. Djevičanski PVC, na primjer, je materijal nalik na rog i ne može se oblikovati bez prethodnog omekšavanja dodatkom plastifikatora. Slično tome, prirodna guma zahtijeva dodavanje vulkanizirajućeg agensa da bi se formirala prirodna guma. Većina polimera je zaštićena od termičke, oksidativne i fotodegradacije ugradnjom odgovarajućih stabilizatora u njih. Dodavanje boja i pigmenata polimeru prije oblikovanja omogućava dobivanje proizvoda široke palete boja. Da bi se smanjilo trenje i poboljšao protok polimera unutar opreme za obradu, većini polimera se dodaju maziva i pomoćna sredstva za obradu. Punila se obično dodaju polimeru kako bi im se dala posebna svojstva i smanjila cijena konačnog proizvoda.

Proces koji uključuje ugradnju sastojaka kao što su plastifikatori, sredstva za očvršćavanje, učvršćivači, stabilizatori, punila, boje, usporivači plamena i maziva u primarni polimer naziva se "komaundiranje", a mješavine polimera s ovim aditivima se nazivaju "jedinjenja".

Primarni plastični polimeri kao što su polistiren, polietilen, polimetil metakrilat i polivinil hlorid obično su u obliku slobodno tečeg finog praha. Fini prah ili tekući sastojci se miješaju sa praškastim djevičanskim polimerom pomoću planetarnih miksera, V-miksera, trakastih spiralnih miksera, Z-miksera ili kipera. Premještanje se može izvesti ili na sobnoj temperaturi ili na povišenoj temperaturi, koja bi, međutim, trebala biti znatno ispod temperature omekšavanja polimera. Tečni predpolimeri se miješaju pomoću jednostavnih miješalica velike brzine.

Primarni elastomerni polimeri, kao što su prirodna guma, stiren-butadien kaučuk ili nitrilna guma, proizvode se u obliku mrvica presovanih u debele ploče koje se nazivaju "bala". Obično se miješaju s vulkanizatorima, katalizatorima, punilima, antioksidansima i mazivima. Budući da elastomeri nisu slobodno tečući praškovi poput djevičanske plastike, ne mogu se miješati s gore navedenim sastojcima korištenjem metoda koje se koriste za devičansku plastiku. Miješanje primarnih plastičnih polimera sa ostalim komponentama smjese postiže se miješanjem, dok se dobivanje spoja primarnih elastomera podrazumijeva valjanje mrvica u plastične listove, a zatim unošenje potrebnih sastojaka u polimer. Mešanje elastomera se vrši ili u dvovaljnom mlinu za gumu ili u Banbury mešalici sa unutrašnjim mešanjem. Elastomeri u obliku lateksa ili tečnih smola niske molekularne težine mogu se miješati jednostavnim miješanjem uz pomoć brzih miješalica. U slučaju polimera koji formiraju vlakna, mešanje se ne vrši. Komponente kao što su maziva, stabilizatori i punila obično se direktno dodaju u polimernu talinu ili otopinu neposredno prije predenja pređe.

2.2 TEHNOLOGIJA OBRADE

Činjenica da se polimerni materijali koriste u širokom spektru oblika, kao što su šipke, cijevi, listovi, pjene, premazi ili ljepila, kao i lijevani proizvodi, podrazumijeva različite načine prerade polimernih spojeva u krajnje proizvode. Većina polimernih proizvoda se dobiva ili kalupljenjem, ili preradom, ili lijevanjem tekućih polimera u kalup, nakon čega slijedi očvršćavanje ili umrežavanje. Vlakna se dobijaju tokom procesa predenja.

Proces oblikovanja može se uporediti, na primjer, sa vajanjem figure od gline, a proces obrade sa rezbarenjem iste figure od komadića sapuna. U procesu oblikovanja, smjesa u obliku praha, pahuljica ili granula se stavlja u kalup i podvrgava temperaturi i pritisku, što rezultira formiranjem konačnog proizvoda. Proces obrade proizvodi proizvode u jednostavnim oblicima kao što su listovi, šipke ili cijevi pomoću klamanja, štancanja, lijepljenja i zavarivanja.

Prije nego što pređemo na raspravu o različitim metodama obrade polimera, podsjetimo da polimerni materijali mogu biti termoplastični ili termoreaktivni (termoset). Nakon što su termoplastični materijali oblikovani pod toplinom i pritiskom, moraju se ohladiti ispod temperature omekšavanja polimera prije nego što se puste iz kalupa, inače će izgubiti svoj oblik. U slučaju termoreaktivnih materijala, to nije potrebno, jer nakon jednokratnog kombinovanog izlaganja temperaturi i pritisku, proizvod zadržava stečeni oblik čak i kada se na visokoj temperaturi oslobodi iz kalupa.

2.3 KALENDIRANJE

Proces kalandiranja se obično koristi za proizvodnju kontinuiranih filmova i listova. Glavni dio aparata (slika 1) za kalandriranje je skup glatko poliranih metalnih valjaka koji se okreću u suprotnim smjerovima i uređaj za fino podešavanje razmaka između njih. Razmak između valjaka određuje debljinu kalandranog lima. Polimerna smjesa se ubacuje na vruće rolne i lim koji dolazi iz ovih valjaka se hladi dok prolazi kroz hladne role. U posljednjoj fazi, listovi se namotaju u rolne, kao što je prikazano na slici 1. Međutim, ako je umjesto listova potrebno dobiti tanke polimerne filmove, koristi se niz rola s postupnim smanjenjem razmaka između njih. Obično se polimeri kao što su polivinil hlorid, polietilen, guma i butadien-stiren-akrilonitril kalandraju u listove.

Rice. jedan.Šema aparata za kalandiranje

/ - polimerna smjesa; 2 - kalendar rolnice: vruće (3) i hladno (4); 5 - kalandirani list; b - vodilice; 7 - namotač

Koristeći profilisane rolne u mašini za kalandriranje, mogu se dobiti reljefni listovi različitih uzoraka. Različiti dekorativni efekti, kao što je imitacija mramora, mogu se postići unošenjem mješavine jedinjenja različitih boja u kalendar. Tehnologija mramoriranja najčešće se koristi u proizvodnji PVC podnih pločica.

2.4 LIJEVANJE

MOLD CASTING. Ovo je relativno jeftin proces koji se sastoji od pretvaranja tekućeg predpolimera u čvrste proizvode željenog oblika. Ovom metodom se mogu dobiti limovi, cijevi, šipke itd. proizvodi ograničene dužine. Šematski je proces livenja u kalup prikazan na Sl.2. U tom slučaju se predpolimer, pomešan u odgovarajućim razmerama sa sredstvom za očvršćavanje i drugim sastojcima, sipa u petrijevu posudu, koja služi kao kalup. Zatim se Petrijeva posuda stavi na nekoliko sati u pećnicu zagrijanu na potrebnu temperaturu dok se reakcija očvršćavanja ne završi. Nakon hlađenja na sobnu temperaturu, čvrsti proizvod se uklanja iz kalupa. Čvrsto tijelo izliveno na ovaj način imat će oblik unutrašnjeg reljefa Petrijeve posude.

Rice. 2. Najjednostavnija slika procesa livenja kalupa

b - punjenje Petrijeve posude predpolimerom i učvršćivačem; b - grijanje u peći; b - vađenje iz kalupa ohlađenog proizvoda

Ako se umjesto Petrijeve posude koristi cilindrična staklena cijev zatvorena na jednom kraju, može se dobiti proizvod u obliku cilindrične šipke. Osim toga, umjesto predpolimera i učvršćivača, u kalup se može uliti mješavina monomera, katalizatora i drugih sastojaka zagrijanih na temperaturu polimerizacije. Polimerizacija će se u ovom slučaju odvijati unutar kalupa sve dok se ne formira čvrsti proizvod. Akrili, epoksidi, poliesteri, fenoli i uretani su pogodni za brizganje.

Kalupi za livenje izrađuju se od alabastera, olova ili stakla. Tokom sušenja, polimerni blok se skuplja, što ga čini lakšim za otpuštanje iz kalupa.

ROTACIJSKO LIJEVANJE. Šuplji proizvodi kao što su lopte i lutke proizvode se u procesu koji se naziva "rotaciono lijevanje". Aparat koji se koristi u ovom procesu prikazan je na slici 3.

Smjesa termoplastičnog materijala u obliku finog praha stavlja se u šuplji kalup. Aparat koji se koristi ima poseban uređaj za istovremenu rotaciju kalupa oko primarne i sekundarne ose. Kalup se zatvara, zagrijava i rotira. To rezultira ravnomjernom raspodjelom rastaljene plastike po cijeloj unutrašnjoj površini šupljeg kalupa. Rotirajući kalup se zatim hladi hladnom vodom. Nakon hlađenja, rastopljeni plastični materijal, ravnomjerno raspoređen po unutrašnjoj površini kalupa, očvršćuje se. Sada se kalup može otvoriti i konačni proizvod ukloniti.

Tečna mješavina termoreaktivnog predpolimera sa učvršćivačem također se može ubaciti u kalup. Stvrdnjavanje će se u ovom slučaju dogoditi tokom rotacije pod uticajem povišene temperature.

Rotacijskim livenjem proizvode se proizvodi od PVC-a, kao što su galoše, šuplje lopte ili glave za lutke. Stvrdnjavanje PVC-a se vrši fizičkim geliranjem između PVC-a i tečnog plastifikatora na temperaturama od 150-200°C. Fine PVC čestice su jednolično dispergovane u tečnom plastifikatoru zajedno sa stabilizatorima i bojama, formirajući supstancu relativno niske viskoznosti. Ovaj pastozni materijal, nazvan "plastizol", ubacuje se u kalup i iz njega se evakuiše vazduh. Kalup se zatim rotira i zagrijava na potrebnu temperaturu, što uzrokuje geliranje polivinil klorida. Debljina stijenke rezultirajućeg proizvoda određena je vremenom geliranja.

Fig.3. U procesu rotacionog livenja, šuplji kalupi punjeni polimernim materijalom se istovremeno rotiraju oko primarne i sekundarne ose.

1 - primarna osa; 2 - sekundarna osovina; 3 - odvojivi detalj oblika; 4 - šupljine kalupa; 5 - kućište mjenjača; b-na motor

Nakon postizanja potrebne debljine stijenke, višak plastisola se uklanja za drugi ciklus. Za konačnu homogenizaciju mješavine PVC čestica sa plastifikatorom, gelasti proizvod unutar kalupa se zagrijava. Konačni proizvod se vadi iz kalupa nakon što se ohladi mlazom vode. Metoda rotacijskog livenja pomoću tečnog materijala poznata je kao metoda "šupljeg kalupa izlivanjem i rotacijom kalupa".

INJEKTIRANJE. Najprikladniji proces za proizvodnju proizvoda od termoplastičnih polimera je proces brizganja. Unatoč činjenici da je cijena opreme u ovom procesu prilično visoka, njegova nesumnjiva prednost je visoka produktivnost. U ovom procesu, odmjerena količina rastopljenog termoplastičnog polimera se ubrizgava pod pritiskom u relativno hladan kalup, gdje se stvrdnjava u konačni proizvod.

Aparat za brizganje je prikazan na Sl.6. Proces se sastoji od dovođenja složenog plastičnog materijala u obliku granula, tableta ili praha iz spremnika u određenim intervalima u zagrijani horizontalni cilindar, gdje se omekšava. Hidraulički klip osigurava pritisak potreban da se rastopljeni materijal gurne kroz cilindar u kalup na kraju cilindra. Kada se polimerna masa kreće duž vruće zone cilindra, uređaj nazvan "torpedo" promoviše jednoliku distribuciju plastičnog materijala po unutrašnjim zidovima vrućeg cilindra, čime se osigurava ravnomjerna raspodjela topline u cijeloj zapremini. Rastopljeni plastični materijal se zatim ubrizgava kroz otvor za ubrizgavanje u šupljinu kalupa.

U svom najjednostavnijem obliku, kalup je sistem od dva dijela: jedan od dijelova se kreće, drugi je nepomičan (vidi sliku 6). Stacionarni dio kalupa fiksira se na kraju cilindra, a pokretni dio se uklanja i stavlja na njega.

Uz pomoć posebnog mehaničkog uređaja, kalup se čvrsto zatvara, a u tom trenutku se rastopljeni plastični materijal ubrizgava pod pritiskom od 1500 kg/cm. Mehanički uređaj za zatvaranje mora biti projektovan da izdrži visoke radne pritiske. Ujednačen protok rastaljenog materijala u unutrašnjim dijelovima kalupa osigurava se predgrijavanjem na određenu temperaturu. Tipično, ova temperatura je nešto niža od temperature omekšavanja oblikovanog plastičnog materijala. Nakon punjenja kalupa rastopljenim polimerom, on se hladi cirkulirajućom hladnom vodom, a zatim se otvara kako bi se uklonio gotov proizvod. Cijeli ovaj ciklus se može ponoviti mnogo puta i ručno i automatski.

CASTING FILMS. Metoda livenja se takođe koristi za proizvodnju polimernih filmova. U tom slučaju se otopina polimera odgovarajuće koncentracije postupno ulijeva na metalnu traku koja se kreće konstantnom brzinom (slika 4), na čijoj se površini formira kontinuirani sloj otopine polimera.

Fig.4.Šema procesa livenja filma

/ - rastvor polimera; 2 - razvodni ventil; 3 - otopina polimera se širi i formira film; 4 - rastvarač isparava; 5 - beskrajni metalni pojas; 6 - kontinuirani polimerni film; 7 - kolut

Kada rastvarač ispari u kontroliranom režimu, na površini metalne trake se formira tanak polimerni film. Nakon toga, film se uklanja jednostavnim pilingom. Većina industrijskih celofanskih listova i fotografskih filmova proizvodi se na ovaj način.

2.5 DIREKTNO PRITISANJE

Metoda direktnog presovanja se široko koristi za proizvodnju proizvoda od termoreaktivnih materijala. Slika 5 prikazuje tipičan kalup koji se koristi za direktnu kompresiju. Forma se sastoji od dva dijela - gornjeg i donjeg ili od udarca (pozitivna forma) i matrice (negativna forma). Na dnu kalupa je urez, a na vrhu izbočina. Razmak između izbočine gornjeg dijela i udubljenja donjeg dijela u zatvorenom kalupu određuje konačni izgled presovanog proizvoda.

U procesu direktnog kompresije, termoreaktivni materijal se podvrgava jednoj aplikaciji temperature i pritiska. Korištenje hidraulične preše s grijanim pločama omogućava vam postizanje željenog rezultata.

Sl.5.Šematski prikaz kalupa koji se koristi u procesu direktnog oblikovanja

1 - šupljina kalupa ispunjena termoreaktivnim materijalom; 2 - vodilice; 3 - burr; 4 - oblikovani proizvod

Temperatura i pritisak tokom presovanja mogu dostići 200 °C i 70 kg/cm2, respektivno. Radna temperatura i pritisak određuju se reološkim, termičkim i drugim svojstvima presovanog plastičnog materijala. Udubljenje kalupa je u potpunosti ispunjeno polimernom smjesom. Kada se kalup zatvori pod pritiskom, materijal unutar njega se komprimira i presuje u željeni oblik. Višak materijala se istiskuje iz kalupa u obliku tankog filma koji se naziva "burr". Pod uticajem temperature, presovana masa se stvrdne. Za oslobađanje finalnog proizvoda iz kalupa nije potrebno hlađenje.

Sl..6.Šematski prikaz procesa brizganja

1 - složeni plastični materijal; 2 - lijevak za punjenje; 3 - klip; 4 - električni grijaći element; 5 - stacionarni dio obrasca;

6 - pokretni dio obrasca; 7 - glavni cilindar; 8 - torpedo; 9 - omekšani plastični materijal; 10 - kalup; 11 - proizvod oblikovan brizganjem

2.6 FORMIRANJE

PNEUMOFORMIRANJE. Puhanjem se proizvodi veliki broj šupljih plastičnih proizvoda: kanisteri, boce bezalkoholnih pića, itd. Mogu se oblikovati puhanjem sljedeći termoplastični materijali: polietilen, polikarbonat, polivinil hlorid, polistiren, najlon, polipropilen, akril, akrilonitril, akrilonitril, but polimer, međutim, po godišnjoj potrošnji, polietilen visoke gustine zauzima prvo mjesto.

Puhanje ima svoje porijeklo u staklarskoj industriji. Šema ovog procesa je data na Sl.7.

Vruća omekšana termoplastična cijev, nazvana "prazna", stavlja se u šuplji kalup od dva dijela. Kada je forma zatvorena, obje njegove polovice stežu jedan kraj radnog komada, a iglu za dovod zraka koja se nalazi na drugom kraju cijevi.

Fig.7.Šematski dijagram koji objašnjava faze procesa puhanja

a - radni komad postavljen u otvoreni kalup; b - zatvoreni kalup;

c - uduvavanje vazduha u kalup; d - otvaranje kalupa. 1 - prazno;

2 - igla za dovod zraka; 3 - Obrazac za štampu; 4 - zrak; 5 - vazdušno oblikovan proizvod

Pod dejstvom pritiska koji se dovodi iz kompresora kroz iglu, vruća gredica se naduvava kao lopta sve dok ne dođe u čvrst kontakt sa relativno hladnom unutrašnjom površinom kalupa. Zatim se kalup hladi, otvara i uklanja gotov čvrsti termoplastični proizvod.

Predforma za oblikovanje puhanjem može se dobiti brizganjem ili ekstruzijom, a ovisno o tome, metoda se naziva injekciono puhanje, odnosno ekstruzijsko puhanje.

FORMIRANJE LIMOVA TERMOPLASTIKA. Oblikovanje termoplastičnih limova izuzetno je važan proces za proizvodnju trodimenzionalnih plastičnih proizvoda. Ovom metodom se čak i tako veliki proizvodi kao što su trupovi podmornica dobivaju od listova akrilonitril butadien stirena.

Šema ovog procesa je sljedeća. Termoplastična ploča se zagrijava do temperature omekšavanja. Zatim bušilica utiskuje vrući fleksibilni lim u matricu metalnog kalupa (slika 9), dok lim poprima određeni oblik. Kada se ohladi, oblikovani proizvod se stvrdnjava i uklanja se iz kalupa.

Kod modificirane metode, pod djelovanjem vakuuma, vrući lim se usisa u šupljinu matrice i poprima traženi oblik (slika 10). Ova metoda se naziva metodom vakuumskog oblikovanja.

2.7 ISKRUĐIVANJE

Ekstruzija je jedna od najjeftinijih metoda za proizvodnju široko rasprostranjenih plastičnih proizvoda kao što su folije, vlakna, cijevi, limovi, šipke, crijeva i kaiševi, pri čemu je profil ovih proizvoda određen oblikom izlaza glave ekstrudera. Otopljena plastika se pod određenim uslovima ekstrudira kroz izlaz glave ekstrudera, čime se ekstrudatu daje željeni profil. Dijagram najjednostavnije mašine za ekstruziju prikazan je na slici 8.

Slika 8.Šematski prikaz najjednostavnije mašine za ekstruziju

1 - lijevak za punjenje; 2 - svrdlo; 3 - glavni cilindar; 4 - grijaći elementi; 5 - izlaz glave ekstrudera, a - Loading Zone; b - zona kompresije; u ~ zona homogenizacije

U ovoj mašini, prah ili granule složenog plastičnog materijala se učitavaju iz rezervoara u električni zagrijani cilindar da omekša polimer. Rotirajući vijak u obliku spirale osigurava kretanje vruće plastične mase duž cilindra. Budući da se prilikom kretanja polimerne mase javlja trenje između rotacionog vijka i cijevi, to dovodi do oslobađanja topline i, posljedično, do povećanja temperature obrađenog polimera. U procesu ovog kretanja od rezervoara do izlaza iz glave ekstrudera, plastična masa prolazi kroz tri jasno odvojene zone: zonu utovara (a), zonu kompresije (b) i zonu homogenizacije. (u)(Vidi sliku 9).

Svaka od ovih zona doprinosi procesu ekstruzije. Zona utovara, na primjer, uzima polimernu masu iz spremnika i šalje je u zonu kompresije, ova operacija se odvija bez zagrijavanja.

Rice. devet. Shema procesa oblikovanja termoplastičnih limova

1 - ploča od termoplastičnog materijala; 2 - stezaljka; 3 - punch; 4 - toplotno omekšani lim; 5 - matrica; 6 - proizvod dobiven oblikovanjem termoplastičnih limova

Fig.10. Dijagram procesa vakuumskog oblikovanja termoplasta

1 - stezaljka; 2 - termoplastični lim; 3 - Obrazac za štampu; 4 - proizvod dobiven vakuumskim oblikovanjem termoplasta

U zoni kompresije grijaći elementi osiguravaju topljenje praškastog punjenja, a rotirajući vijak ga komprimira. Zatim pastozni rastopljeni plastični materijal ulazi u zonu homogenizacije, gdje postiže konstantan protok zahvaljujući navoju vijka.

Pod dejstvom pritiska koji se stvara u ovom delu ekstrudera, polimerna talina se dovodi do izlaza glave ekstrudera i izlazi sa željenim profilom. Zbog visokog viskoziteta nekih polimera, ponekad je potrebno imati drugu zonu, nazvanu radna zona, gdje je polimer podvrgnut velikim smičnim opterećenjima kako bi se poboljšala efikasnost miješanja. Ekstrudirani materijal željenog profila ostavlja ekstruder u veoma vrućem stanju (temperatura mu je od 125 do 350°C), a za održavanje njegovog oblika potrebno je brzo hlađenje. Ekstrudat ulazi u transportnu traku prolazeći kroz bačvu sa hladnom vodom i skrućuje se. Puhanje hladnog zraka i raspršivanje hladnom vodom također se koriste za hlađenje ekstrudata. Oblikovani proizvod se dalje seče ili namota u kolutove.

Proces ekstruzije se također koristi za pokrivanje žica i kablova polivinil hloridom ili gumom i metalnih šipki u obliku šipke odgovarajućim termoplastičnim materijalima.

2.8 PJENJENJE

Pjenjenje je jednostavna metoda za dobivanje pjene i materijala sličnih spužvi. Posebna svojstva ove klase materijala - sposobnost apsorpcije udara, mala težina, niska toplinska provodljivost - čine ih vrlo atraktivnim za upotrebu u različite svrhe. Uobičajeni pjenasti polimeri su poliuretani, polistiren, polietilen, polipropilen, silikoni, epoksidi, PVC, itd. Struktura pjene se sastoji od izolovanih (zatvorenih) ili međusobno prožimajućih (otvorenih) šupljina. U prvom slučaju, kada su šupljine zatvorene, mogu sadržavati plinove. Obe vrste konstrukcija su šematski prikazane na slici 11.

Fig.11.Šematski prikaz otvorenih i zatvorenih ćelijskih struktura formiranih tokom procesa pjene

1- diskretne (zatvorene) ćelije; 2 - interpenetrirajuće (otvorene) ćelije;

3 - ćelijskih zidova

Postoji nekoliko metoda za proizvodnju pjenaste ili celularne plastike. Jedna od njih je da se zrak ili dušik upuhuju kroz rastopljenu smjesu dok se potpuno ne zapjeni. Proces pjene je olakšan dodatkom površinski aktivnih tvari. Po dostizanju željenog stepena pjene, matrica se hladi na sobnu temperaturu. U tom slučaju, termoplastični materijal se skrući u pjenastom stanju. Termoset tečni predpolimeri mogu se hladno zapjeniti i zatim zagrijati do potpunog očvršćavanja. Pjenjenje se obično postiže dodavanjem pjene ili sredstava za puhanje u polimernu masu. Takvi agensi su rastvarači male molekularne težine ili određena hemijska jedinjenja. Proces ključanja rastvarača kao što su n-pentan i n-heksan na temperaturama očvršćavanja polimernih materijala je praćen intenzivnim procesom isparavanja. S druge strane, neka hemijska jedinjenja na ovim temperaturama mogu se razgraditi oslobađanjem inertnih gasova. Dakle, azo-bis-izobutironitril se termički razgrađuje, dok oslobađa veliku količinu dušika koji se oslobađa u polimernu matricu kao rezultat reakcije između izocijanata i vode, a koristi se i za proizvodnju pjenastih materijala, poput poliuretanske pjene:

Budući da se poliuretani dobivaju reakcijom poliola s diizocijanatom, dodatne male količine diizocijanata i vode moraju se dodati kako bi se zapjenio produkt reakcije.

Dakle, velika količina para ili plinova koju emituju stvaraoci pjene i plina dovodi do pjenjenje polimerne matrice. Polimerna matrica u pjenastom stanju se hladi na temperature ispod temperature omekšavanja polimera (u slučaju termoplastičnih materijala) ili se podvrgava reakciji očvršćavanja ili umrežavanja (u slučaju termoreaktivnih materijala), kao rezultat toga, matrica dobiva krutost neophodna za održavanje strukture pjene. Ovaj proces se naziva proces "stabilizacije pjene". Ako matrica nije ohlađena ispod temperature omekšavanja ili umrežena, gasovi koji ga ispunjavaju napuštaju sistem pora i pjena se urušava.

Pjene se mogu dobiti u fleksibilnim, krutim i polukrutim oblicima. Da bi se direktno dobili pjenasti proizvodi, pjenjenje treba izvršiti direktno unutar kalupa. Listovi i šipke od stiropora također se mogu koristiti za proizvodnju raznih proizvoda. U zavisnosti od prirode polimera i stepena penušavosti, gustina pena može da se kreće od 20 do 1000 kg/cm 3 . Upotreba pjena je vrlo raznolika. Na primjer, automobilska industrija koristi velike količine PVC i poliuretanske pjene za presvlake. Ovi materijali igraju važnu ulogu u proizvodnji namještaja. Kruta polistirenska pjena se široko koristi za pakovanje i toplinsku izolaciju zgrada. Pjenaste gume i poliuretanske pjene koriste se za punjenje dušeka itd. Krute poliuretanske pjene se koriste i za toplinsku izolaciju zgrada i za izradu proteza.

2.9 POJAČANJE

Ojačavanjem plastične matrice vlaknima visoke čvrstoće dobijaju se sistemi koji se nazivaju "plastika ojačana vlaknima" (FRPs). WUA-i imaju vrlo vrijedna svojstva: odlikuju se visokim omjerom čvrstoće i težine, značajnom otpornošću na koroziju i jednostavnošću proizvodnje. Metoda ojačanja vlaknima omogućava dobijanje širokog spektra proizvoda. Na primjer, kada stvaraju umjetne satelite u AUA-ima, dizajnere i kreatore svemirskih letjelica prvenstveno privlači zapanjujuće visok omjer snage i težine. Prekrasan izgled, mala težina i otpornost na koroziju omogućavaju korištenje WUA za oplatu brodova. Osim toga, WUA se čak koristi i kao materijal za rezervoare u kojima se skladište kiseline.

Zaustavimo se sada detaljnije na hemijskom sastavu i fizičkoj prirodi ovih neobičnih materijala. Kao što je gore navedeno, oni su polimerni materijal, čija su posebna svojstva uzrokovana uvođenjem ojačavajućih vlakana u njega. Glavni materijali od kojih se izrađuju armaturna vlakna (i fino sjeckana i duga) su staklo, grafit, aluminij, ugljik, bor i berilij. Najnovija dostignuća u ovoj oblasti su upotreba potpuno aromatičnog poliamida kao ojačavajućih vlakana, što omogućava smanjenje težine za više od 50% u odnosu na tradicionalnu plastiku ojačanu vlaknima. Za armiranje se koriste i prirodna vlakna, kao što su sisal, azbest itd. Izbor armaturnog vlakna prvenstveno je određen zahtjevima za konačni proizvod. Međutim, staklena vlakna ostaju u širokoj upotrebi do danas i još uvijek daju glavni doprinos industrijskoj proizvodnji WUA. Najatraktivnija svojstva staklenih vlakana su nizak koeficijent termičke ekspanzije, visoka dimenzionalna stabilnost, niska cijena proizvodnje, visoka vlačna čvrstoća, niska dielektrična konstanta, nezapaljivost i kemijska otpornost. Ostala ojačavajuća vlakna koriste se uglavnom u slučajevima kada su potrebna neka dodatna svojstva za rad ARP-a u specifičnim uslovima, uprkos njihovoj višoj cijeni u odnosu na staklena vlakna.

HDPE se proizvodi vezivanjem vlakana na polimernu matricu, a zatim očvršćavanjem pod pritiskom i temperaturom. Aditivi za ojačavanje mogu biti u obliku fino usitnjenih vlakana, dugih niti i tkanina. Glavne polimerne matrice koje se koriste u ARP-u su poliesteri, epoksidi, fenoli, silikoni, melamin, derivati ​​vinila i poliamidi. Većina WUA se proizvodi na bazi poliesterskih polimera, čija je glavna prednost njihova niska cijena. Fenolni polimeri se koriste u slučajevima kada je potrebna otpornost na visoke temperature. Izuzetno visoka mehanička svojstva AVP-a se postižu kada se epoksidne smole koriste kao polimerna matrica. Upotreba silikonskih polimera daje WUA izvrsna električna i toplinska svojstva.

Trenutno postoji nekoliko metoda plastične armature. Najčešće korišteni od njih su: 1) metoda ručnog laminiranja, 2) metoda namotavanja vlakana i 3) metoda impregnacije sprejom.

NAČIN RUČNOG SLOJENJA LISTOVA. Vjerovatno je ovo najjednostavniji način ojačanja plastike. U ovom slučaju kvalitet finalnog proizvoda u velikoj mjeri ovisi o vještini i vještini operatera. Cijeli proces se sastoji od sljedećih koraka. Najprije se kalup prekriva tankim slojem ljepljivog maziva na bazi polivinil alkohola, silikonskog ulja ili parafina. Ovo se radi kako bi se spriječilo da se krajnji proizvod zalijepi za kalup. Zatim je obrazac prekriven slojem polimera, na koji se postavlja stakloplastika ili prostirka. Ova stakloplastika je zauzvrat presvučena drugim slojem polimera.

Fig.12.Šematski prikaz metode ručnog nanošenja slojeva

1 - naizmjenični slojevi polimera i stakloplastike; 2 - Obrazac za štampu; 3 - valjak za valjanje

Sve je to čvrsto umotano valjcima kako bi se stakloplastika ravnomjerno pritisnula na polimer i uklonili mjehurići zraka. Broj naizmjeničnih slojeva polimera i stakloplastike određuje debljinu uzorka (slika 12).

Zatim, na sobnoj ili povišenoj temperaturi, sistem očvršćava. Nakon stvrdnjavanja, ojačana plastika se uklanja iz kalupa i uklanja i završava. Ovom metodom se proizvode limovi, dijelovi karoserije automobila, trupovi brodova, cijevi, pa čak i dijelovi građevina.

METODA NAMOTAJA VLAKNA. Ova metoda se veoma široko koristi za proizvodnju proizvoda od ojačane plastike kao što su cilindri visokog pritiska, rezervoari za skladištenje hemikalija i kućišta raketnih motora. Sastoji se od činjenice da se kontinuirani monofilament, vlakno, snop vlakana ili tkana traka propuštaju kroz kupku smole i učvršćivača. Kako vlakno izlazi iz kupke, višak smole se istiskuje. Vlakna ili traka impregnirana smolom se zatim namotaju na jezgro željenog oblika i očvrsnu pod djelovanjem temperature.

Fig.13.Šematski prikaz metode namotavanja vlakana

1- zavojnica za napajanje; 2 - kontinuirani navoj; 3 - jedinica za impregnaciju vlakana i presovanje smole; 4 - jezgro; 5 - smolom impregnirana vlakna namotana na jezgro

Mašina za namotavanje (slika 13) je projektovana tako da se vlakna mogu na određen način namatati oko jezgra. Napetost vlakna i način namotavanja vrlo su važni sa stanovišta konačnih deformacijskih svojstava gotovog proizvoda.

NAČIN PRSKANJA. U ovoj metodi koristi se pištolj za prskanje s višestrukom glavom. Mlazevi smole, učvršćivača i usitnjenih vlakana istovremeno se dovode iz pištolja za prskanje na površinu kalupa (slika 14), gdje formiraju sloj određene debljine. Usitnjeno vlakno određene dužine dobija se kontinuiranim dovodom vlakana do glave za mljevenje aparata. Nakon postizanja potrebne debljine polimerna masa se stvrdnjava zagrijavanjem. Prskanje je ekspresna metoda za pokrivanje velikih površina. Mnogi moderni plastični proizvodi, kao što su teretne platforme, rezervoari za skladištenje, karoserije kamiona i trupovi brodova, izrađuju se ovom metodom.

Fig.14.Šematski prikaz metode prskanja

1 - obrazac; 2 - prskana mješavina usitnjenih vlakana i smole; 3 - mlaz usitnjenih vlakana; 4 - kontinuirano vlakno; 5- smola; 6- učvršćivač; 7 - čvor za rezanje vlakana i prskanje; 8 - mlaz smole

DRUGE METODE. Osim gore opisanih metoda, u proizvodnji armirane plastike poznate su i druge, od kojih svaka ima svoju specifičnu namjenu. Tako se metoda proizvodnje kontinuiranih laminata koristi za proizvodnju kontinuiranih limova armiranih laminata različitih debljina. U ovom procesu, svaki pojedinačni sloj tkane trake koji dolazi iz rolni je impregniran smolom i učvršćivačem, a zatim presovan zajedno kroz sistem vrućih valjaka. Nakon stvrdnjavanja pod uticajem temperature dobija se laminat I potrebne debljine (Sl. 15). Debljina materijala može se mijenjati promjenom broja slojeva.

Fig.15.Šematski prikaz načina proizvodnje kontinuiranih lameliranih materijala

1- zavojnice za napajanje; 2 - kontinuirani listovi od stakloplastike; 3 - kupka za impregnaciju u mješavini smole i učvršćivača; 4 - kontinuirani laminat; 5 - laminirana plastika, izrezana na komade potrebne veličine

Druga metoda, poznata kao metoda šperploče, omogućava proizvodnju proizvoda kao što su šuplje šipke ili štapovi za pecanje od kontinuiranih snopova vlakana. Ovaj proces je relativno jednostavan. Kontinuirani snop vlakana, prethodno tretiranih smolom i učvršćivačem, provlači se kroz kalup odgovarajućeg profila (slika 16), zagrijanu na određenu temperaturu. Na izlazu iz kalupa, profilirani proizvod se nastavlja zagrijavati. Očvrsli profil se izvlači iz kalupa pomoću sistema rotirajućih valjaka. Ovaj proces je donekle sličan ekstruziji, s jedinom razlikom što se kod ekstruzije polimerni materijal gura kroz kalup iznutra pomoću rotacionog vijka, dok se u opisanoj metodi materijal provlači kroz izlaz matrice izvana. .

Fig.16.Šematski prikaz metode za dobivanje pultrudirane vlaknaste plastike

1 - kontinuirani snop vlakana impregniranih smolom i učvršćivačem; 2 - grijaći element; 3 - umrijeti; 4 - Rotirajući valjci za izvlačenje; 5 - gotov proizvod izrezan na komade; 6 - profil gotovog proizvoda

Osim toga, mješavina koja sadrži rezana vlakna, smolu i učvršćivač može se formirati bilo kojom drugom pogodnom metodom, kao što je direktna kompresija. Termoplastični materijali punjeni rezanim vlaknima mogu se oblikovati direktnim kompresijom, brizganjem ili ekstruzijom kako bi se proizveli krajnji proizvodi s poboljšanim mehaničkim svojstvima.

2.10 VLAKNA ZA PREDENJE

Polimerna vlakna se dobijaju u procesu koji se naziva predenje. Postoje tri fundamentalno različite metode predenja: otopljeno predenje, suvo predenje i mokro predenje. U procesu predenja taline, polimer je u rastopljenom stanju, au drugim slučajevima u obliku rastvora. Međutim, u svim ovim slučajevima, polimer, u rastopljenom ili otopljenom stanju, teče kroz višekanalni usnik, koji je ploča s vrlo malim rupama za izlaz vlakana.

KRETANJE IZ STOPA. U svom najjednostavnijem obliku, proces centrifugiranja može se predstaviti na sljedeći način. U početku se polimerne pahuljice tope na zagrijanoj rešetki, pretvarajući polimer u viskoznu pokretnu tekućinu. Ponekad se tokom procesa zagrijavanja formiraju grudice zbog procesa umrežavanja ili termičke destrukcije. Ove grudvice se mogu lako ukloniti iz vrućeg rastopljenog polimera prolaskom kroz sistem blok filtera. Osim toga, da bi se spriječila oksidativna degradacija, talina treba biti zaštićena od atmosferskog kisika. Ovo se uglavnom postiže stvaranjem inertne atmosfere od dušika, CO2 i vodene pare oko taline polimera. Pumpa za doziranje isporučuje rastopljeni polimer konstantnom brzinom u višekanalni kalup. Rastopljeni polimer prolazi kroz sistem finih rupa u usniku i izlazi odatle u obliku kontinuiranih i vrlo tankih monofilamenata. U kontaktu sa hladnim vazduhom, vlakna koja izlaze iz spinnereta momentalno se stvrdnu. Procesi hlađenja i stvrdnjavanja mogu se znatno ubrzati upuhvanjem hladnog zraka. Čvrsti monofilamenti koji izlaze iz spinereta namotaju se na kalemove.

Važna karakteristika koju treba uzeti u obzir u procesu predenja iz taline je da promjer monofilamenta u velikoj mjeri ovisi o brzini kojom rastopljeni polimer prolazi kroz predenje i brzini kojom se monofilament izvlači iz spinereta i namotava na kolutove.

Fig.17.Šematski prikaz procesa suvog predenja (a) i predenje taline (b)

1 - hopper; 2 - polimerne pahuljice; 3 - grijana rešetka; 4 - vrući polimer; 5 - pumpa za doziranje; b - rastopiti; 7- višekanalni usnik, 8 - svježe predena vlakna; 9 - zavojnica; 10 - otopina polimera; 11 - filter;

12 - dozirna pumpa; 13 - višekanalni usnik; 14 - svježe predeno vlakno; 15 - na zavojnici

DRY SPINNING. Veliki broj tradicionalnih polimera kao što su PVC ili poliakrilonitril se prerađuje u vlakna u velikom obimu u procesu suvog predenja. Suština ovog procesa je prikazana na Sl.17. Polimer se rastvara u odgovarajućem rastvaraču kako bi se formirao visoko koncentrirani rastvor. Viskoznost otopine se podešava povećanjem temperature. Vruća, viskozna otopina polimera probija se kroz predilne mreže, stvarajući tako tanke kontinuirane mlazove. Vlakna iz ovih tokova nastaju jednostavnim isparavanjem rastvarača. Isparavanje rastvarača može se ubrzati upuhivanjem sa protivtokom suvog azota. Vlakna formirana od polimerne otopine konačno se namotaju na kalemove. Brzina predenja vlakana može doseći 1000m/min. Industrijska celulozno acetatna vlakna dobijena iz 35% rastvora polimera u acetonu na 40°C tipičan su primer vlakana za suvo predenje.

WET SPINNING. U mokrom predenju, kao i kod suhog predenja, koriste se visokokoncentrirane otopine polimera, čiji se visoki viskozitet može smanjiti povećanjem temperature predenja. Detalji procesa mokrog predenja prikazani su na slici 18. U procesu mokrog predenja, viskozni polimerni rastvor se prerađuje u tanke žice kada se propušta kroz spinere. Zatim ovi polimerni mlazovi ulaze u koagulacionu kupku sa taložnikom, gde se polimer taloži iz rastvora u obliku tankih filamenata koji se nakon pranja, sušenja itd. skupljaju na koturovima. Ponekad se tokom procesa mokrog predenja umjesto neprekidnih filamenata formiraju grudvice, što nastaje kao rezultat loma potoka koji teče iz spinereta pod djelovanjem sila površinskog napona.

Fig.18.Šematski prikaz procesa mokrog predenja

1 - rastvor polimera; 2 - filter; 3 - pumpa za doziranje; 4 - višekanalni usnik; 5 - precipitant; 6 - svježe predena vlakna; 7 - kupka za koagulaciju i sedimentaciju; 8 - kada za pranje; 9 - sušenje; 10 - na zavojnici

To se može izbjeći povećanjem viskoziteta otopine polimera. Koagulacija, koja je granična faza mokrog predenja, je prilično spor proces, što objašnjava nisku brzinu predenja rastvora od 50 m/min u odnosu na druge. U industriji se proces mokrog predenja koristi za proizvodnju vlakana od poliakrilonitrila, celuloze, viskoznih vlakana itd.

JEDNOOSNA ORIJENTACIJA. U procesu predenja vlakana iz taline ili rastvora polimera, makromolekule u vlaknu nisu orijentisane, pa je stoga njihov stepen kristalnosti relativno nizak, što nepoželjno utiče na fizička svojstva vlakna. Da bi se poboljšala fizička svojstva vlakana, ona se podvrgavaju operaciji koja se naziva jednoosno izvlačenje pomoću neke vrste aparata za istezanje.

Glavna karakteristika uređaja je prisustvo sistema od dva valjka ALI i AT(Sl. 19), rotirajući različitim brzinama. Video klip AT rotira 4-5 puta brže od valjka ALI. Predena pređa se sukcesivno provlači kroz valjak ALI, zatezna ukosnica 3 i valjak AT. Od valjka AT rotira brzinom većom od valjka ALI, vlakno se izvlači pod opterećenjem koje daje klin 3. Vlakno se povlači u zoni 2. Nakon prolaska kroz valjak AT izduženi polimerni konac je namotan na metalni kolut. Unatoč činjenici da se promjer niti smanjuje tijekom izvlačenja, njegova svojstva čvrstoće su značajno poboljšana zbog orijentacije makromolekula paralelno s osi vlakana.

Fig.19.Šematski prikaz uređaja za jednoosnu orijentaciju

1 - nerastegnuti konac; 2 - izduvna zona; 3 - igla za istezanje; 4- izvučeno vlakno

NAKNADNA OBRADA VLAKANA. Da bi se poboljšala korisna svojstva vlakana, često se podvrgavaju dodatnoj posebnoj obradi: čišćenju, podmazivanju, dimenzioniranju, bojenju itd.

Za čišćenje se koriste sapuni i drugi sintetički deterdženti. Čišćenje nije ništa drugo do uklanjanje prljavštine i drugih nečistoća sa površine vlakana. Podmazivanje se sastoji u obradi vlakana u cilju zaštite

od trenja sa susjednim vlaknima i grubim metalnim površinama tokom obrade. Prirodna ulja se uglavnom koriste kao sredstva za podmazivanje. Podmazivanje također smanjuje količinu statičkog elektriciteta koji se nakuplja na vlaknima.

Dimenzioniranje se odnosi na proces zaštitnog premaza vlakana. Polivinil alkohol ili želatin se koriste kao materijali za dimenzioniranje većine vlakana. Dimenzioniranje zadržava vlakna u kompaktnom snopu i na taj način osigurava ujednačeno tkanje. Prije bojenja tkanine, ljepilo treba ukloniti ispiranjem u vodi.

Za bojenje, vlakna se stavljaju u otopinu boje, čiji molekuli obično prodiru samo u amorfne dijelove vlakna.

Vlakna na bazi celuloze ili proteina brzo adsorbuju kisele boje, koje se lako vezuju za amino ili hidroksilne grupe polimera. Proces bojenja sintetičkih vlakana poput poliestera, poliamida ili akrila je mnogo sporiji. U ovom slučaju, brzina bojenja se može povećati povećanjem temperature. Bojenje vlakana na bazi polivinil hlorida, polietilena i dr. je praktično nemoguće bez uvođenja aktivnih apsorpcionih centara u njih tokom kopolimerizacije i hemijske oksidacije.

ZAKLJUČAK

Kao što je ranije navedeno, polimeri uključuju brojne prirodne spojeve: proteine, nukleinske kiseline, celulozu, škrob, gumu i druge organske tvari. Veliki broj polimera se dobija sintetički na bazi najjednostavnijih spojeva elemenata prirodnog porekla polimerizacijom, polikondenzacijom i hemijskim transformacijama.

Početkom 1960-ih, polimeri su smatrani samo jeftinim zamjenama za oskudne prirodne sirovine - pamuk, svilu i vunu. No ubrzo je došlo do spoznaje da su polimeri, vlakna i drugi materijali na njihovoj osnovi ponekad bolji od tradicionalno korištenih prirodnih materijala – lakši su, jači, otporniji na toplinu, sposobni za rad u agresivnim sredinama. Stoga su kemičari i tehnolozi sve svoje napore usmjerili na stvaranje novih polimera visokih performansi i metoda njihove obrade. I u ovom poslu postizali su rezultate, ponekad nadmašujući rezultate sličnih aktivnosti poznatih stranih firmi.

Polimeri se široko koriste u mnogim područjima ljudske djelatnosti, zadovoljavajući potrebe različitih industrija, poljoprivrede, medicine, kulture i svakodnevnog života. Pritom je prikladno napomenuti da su se posljednjih godina funkcija polimernih materijala u bilo kojoj industriji i metode njihove proizvodnje donekle promijenile. Polimerima su se povjeravali sve odgovorniji zadaci. Od polimera su se sve više počeli izrađivati ​​relativno mali, ali konstrukcijski složeni i kritični dijelovi mašina i mehanizama, a istovremeno su se polimeri sve češće počeli koristiti u izradi velikih karoserijskih dijelova mašina i mehanizama koji nose značajna opterećenja.

Granica svojstava čvrstoće polimernih materijala prevaziđena je prelaskom na kompozitne materijale, uglavnom staklo i karbonska vlakna. Tako da sada izraz „plastika je jača od čelika“ zvuči sasvim razumno. Istovremeno, polimeri su zadržali svoje pozicije u masovnoj proizvodnji ogromnog broja onih dijelova koji ne zahtijevaju posebno visoku čvrstoću: čepovi, okovi, kape, ručke, vage i kućišta mjernih instrumenata. Još jedno područje specifično za polimere, gdje se njihove prednosti u odnosu na sve druge materijale najjasnije očituju, je područje unutrašnjeg i vanjskog uređenja.

Inače, iste prednosti stimuliraju široku upotrebu polimernih materijala u zrakoplovnoj industriji. Na primjer, zamjena legure aluminija grafitnom plastikom u proizvodnji letvice krila aviona omogućava smanjenje broja dijelova sa 47 na 14, pričvršćivača sa 1464 na 8 vijaka, smanjenje težine za 22%, a trošak za 25% . Istovremeno, sigurnosna margina proizvoda je 178%. Lopatice helikoptera, lopatice ventilatora mlaznih motora se preporučuju za izradu od polikondenzacionih smola punjenih aluminosilikatnim vlaknima, što omogućava smanjenje težine aviona uz zadržavanje čvrstoće i pouzdanosti.

Svi ovi primjeri pokazuju ogromnu ulogu polimera u našem životu. Teško je zamisliti koji će se materijali na temelju njih još dobiti. Ali sa sigurnošću se može reći da će polimeri zauzeti, ako ne prvo, onda barem jedno od prvih mjesta u proizvodnji. Sasvim je očigledno da kvaliteta, karakteristike i svojstva finalnih proizvoda direktno zavise od tehnologije prerade polimera. Važnost ovog aspekta nas tjera da tražimo sve više i više novih načina obrade kako bismo dobili materijale sa poboljšanim performansama. U ovom eseju razmatrane su samo glavne metode. Njihov ukupan broj nije ograničen na ovo.

BIBLIOGRAFIJA

1. Pasynkov V.V., Sorokin V.S., Materijali elektronske tehnologije, - M.: Viša škola, 1986.

2.A. A. Tager, Fizikohemija polimera, M., hemija, 1978.

3. Tretyakov Yu.D., Hemija: Referentni materijali. – M.: Prosvjeta, 1984.

4. Nauka o materijalima / Ed. B.N. Arzamasov. - M.: Mashinostroenie, 1986.

5. Dontsov A. A., Dogadkin B. A., Shershnev V. A., Hemija elastomera, - M.: Hemija, 1981.

Termoplastika je plastika koja se nakon oblikovanja može reciklirati. Mogu više puta omekšati kada se zagreju i stvrdnuti kada se ohlade bez gubitka svojih svojstava. To je razlog velikog interesovanja za reciklažu termoplastičnog otpada – kako kućnog tako i industrijskog.

Sastav čvrstog komunalnog otpada (MSW) u glavnom gradu značajno se razlikuje od prosjeka za Rusiju. U Moskvi se godišnje proizvede oko 110.000 tona čvrstog komunalnog otpada. Od toga, polimeri čine 8-10%, au komercijalnom otpadu velikih preduzeća ova brojka dostiže 25%.

Posebno treba izdvojiti plastične boce u strukturi komunalnog komunalnog otpada. Samo u Moskvi ih se svake godine baci oko 50.000 tona, a prema rezultatima Međunarodne naučno-praktične konferencije "Ambalaže i životna sredina", 30% polimernog otpada čine boce od polietilena i polivinilhlorida. Međutim, trenutno se, prema podacima Državnog jedinstvenog preduzeća "Promothody", godišnje u Moskvi i regionu preradi ne više od 9 hiljada tona polimernog otpada izolovanog iz komunalnog otpada. A polovina njih - na teritoriji Moskovske regije. Koji su razlozi za tako beznačajnu reciklažu termoplastičnog otpada?

Organizacija prikupljanja

Do danas postoji nekoliko kanala za sakupljanje plastičnog otpada.

Prvi i glavni je prikupljanje i odlaganje otpada iz velikih trgovačkih centara. Ova sirovina je pretežno korišćena ambalaža i smatra se „najčistijom“ i najprikladnijom za dalju upotrebu.

Drugi način je selektivno sakupljanje smeća. Na jugozapadu Moskve, gradska uprava, zajedno sa državnim jedinstvenim preduzećem Promothody, provodi takav eksperiment. U dvorištima nekoliko stambenih zgrada postavljeni su specijalni njemački eurokontejneri. Poklopci za posude sa rupama: okrugli - za PET boce, veliki prorez - za papir. Kontejneri su zaključani i pod stalnim nadzorom. Za dvije godine prikupljeno je 12 tona plastičnih boca. Danas projekat obuhvata samo 19 stambenih zgrada. Prema mišljenju stručnjaka, kada se pokrije teritorija sa populacijom od više od milion stanovnika, prednosti ovakvog sistema postaju očigledne.

Treća opcija je sortiranje čvrstog otpada u specijalizovanim preduzećima (pilot centar za sortiranje industrijskog otpada Kotljakovo, privatno preduzeće MSK-1 i drugi kompleksi za sortiranje otpada). Još uvijek je prilično teško precizno odrediti količinu sortiranog otpada, ali je udio ovog izvora sekundarnih sirovina već primjetan. Neke komercijalne organizacije, pod kontrolom opštinskih vlasti, organizuju sopstvene sabirne tačke za sekundarne sirovine (uključujući polimerni otpad) od stanovništva. Tu se obično odvija primarno sortiranje i presovanje. Međutim, takvih mjesta u gradu je vrlo malo.

Značajan dio recikliranog materijala koji ide na preradu ilegalno se prikuplja na deponijama. To rade privatne firme, a ponekad i sama uprava deponija. Prikupljeni i sortirani materijali se prodaju preprodavcima ili direktno proizvođačima.

Prilikom prerade termoplasta vrlo su bitni ujednačenost upotrijebljenih polimera, stepen kontaminacije, boja i vrsta (film, boce, otpad), oblik dostavljenog otpada (kompresija, ambalaža itd.). U zavisnosti od ovih i niza drugih parametara, pogodnost određene serije za dalju preradu (a samim tim i njena tržišna vrednost) može značajno da varira. Najviše košta otpadni papir.

Sortiranje, drobljenje i presovanje mogu obavljati brojni posrednici, kompleksi za sortiranje otpada, sami prerađivači, strukture Državnog jedinstvenog preduzeća "Promotkhody".

U većini slučajeva koristi se ručno sortiranje, jer je odgovarajuća oprema skupa i nije uvijek efikasna.

Recikliranje polimera

Prikupljeni i razvrstani otpad se može reciklirati u sekundarni granulat ili odmah ići u proizvodnju novih proizvoda (kese i torbe, jednokratno posuđe, kutije za video kasete, seoski namještaj, polimerske cijevi, drvo-polimerne ploče itd.).

Preradu polimernog kućnog otpada u industrijskom obimu u Moskvi vrši samo OAO NII PM (proizvodnja proizvoda za potrebe komunalne privrede u sklopu programa odvojenog prikupljanja otpada u Jugozapadnom autonomnom okrugu i po narudžbini Ureda gradonačelnika glavnog grada). Državno jedinstveno preduzeće "Promothody" vrši drobljenje, pranje i sušenje, a zatim se pahuljice po ceni od 400 dolara po toni transportuju na dalju preradu u Istraživački institut PM.

Ostali prerađivači sekundarnih sirovina su ili premali (kapaciteta do 20 tona mjesečno), ili se pod krinkom prerade bave drobljenjem i daljom preprodajom, u najboljem slučaju svojim proizvodima dodaju drobljene sirovine. U Moskvi se gotovo niko ne bavi masovnom proizvodnjom sekundarnog granulata i aglomerata.

Prema drugim izvorima (N.M. Chalaya, NPO Plastic), mnoge male firme bave se preradom polimera sadržanih u moskovskom otpadu, za koji ova aktivnost nije glavna. Trude se da to ne reklamiraju, jer se općenito vjeruje da upotreba recikliranih materijala u proizvodnji proizvoda pogoršava njihov kvalitet.

Tipično preduzeće za ovo tržište je proizvodna zadruga Vtorpolimer, koja radi direktno sa gradskom deponijom. Beskućnici koji žive na deponiji tamo sakupljaju sve plastično: flaše, igračke, polomljene kante, film itd. Uz naknadu, „roba“ se predaje posrednicima, a oni je dostavljaju Vtorpolimeru. Ovdje se stvari koje su odslužile svoje vrijeme peru i šalju na reciklažu. Razvrstavaju se po boji, drobe se i dodaju u plastiku od koje se prave instalacione cijevi (koriste se u izgradnji novih kuća za izolaciju električnih instalacija). Nabavna cijena prljavog plastičnog otpada je 1.000 rubalja. po toni, čisto - 1,5 hiljada Manje partije se prihvataju po ceni od 1 i 1,5 rubalja. po kg respektivno.

Sortiranje polimernog otpada vrši se ručno. Glavni kriterij odabira je izgled proizvoda ili odgovarajuće označavanje. Bez označavanja, ambalaža od polistirena, polivinil hlorida ili polipropilena ne može se vizuelno razlikovati. Boce se najčešće smatraju PET, film - polietilen (konkretna vrsta PE obično nije određena), iako može biti PP ili PVC. Linoleum - uglavnom PVC, ekspandirani polistiren (polistiren) se lako vizualno prepoznaje, najlonska vlakna i tehnički proizvodi (kalemovi, čahure) obično se izrađuju od poliamida. Vjerovatnoća podudarnosti sa ovim sortiranjem je oko 80%.

Analiza aktivnosti firmi koje posluju na tržištu sekundarnih materijala omogućava nam da izvučemo sljedeće zaključke:

1) cene sekundarnih materijala na tržištu su određene stepenom njihove pripremljenosti za preradu. Ako uzmemo cijenu djevičanskog polietilenskog granulata niske gustoće kao 100%, onda je cijena čistog usitnjenog polietilenskog filma pripremljenog za preradu od 8 do 13% cijene devičanskog polimera. Cijena polietilenskog aglomerata je od 20 do 30% cijene primarnog polimera;

2) cijena većine zrnastih sekundarnih polimera, prosječna po sastavu, kreće se od 45 do 70% cijene primarnih polimera;

3) cijena sekundarnih polimera u velikoj mjeri zavisi od njihove boje, odnosno od kvaliteta prethodnog razvrstavanja polimernog otpada po boji. Razlika u cijeni recikliranih polimera čistih i mješovitih boja može doseći 10-20%;

4) cene proizvoda dobijenih od primarnih i sekundarnih polimera su po pravilu skoro iste, što korišćenje sekundarnih polimera u proizvodnji čini izuzetno isplativim.

U prosjeku, cijena polimernog otpada izolovanog iz komunalnog otpada, ovisno o stupnju pripreme, šarži i vrsti, kreće se od 1 do 8 rubalja / kg. Nabavne cijene od prerađivača, u zavisnosti od serije i stepena kontaminacije, prikazane su u tabeli 1.

Vrsta polimera	Cijena za prljavi otpad, rub. /kg	Cijena čistog otpada, rub. /kg	Cijene čistog otpada, $/t (od aprila 2002.)
Polistiren
poliamid
			Tabela 1

Cijena čistog komunalnog otpada obično je jednaka cijeni industrijskog i komercijalnog otpada.

Tržišna cijena otkupa polimernog otpada iz komunalnog otpada od strane prerađivača sastoji se od cijene otkupa od strane posrednika od stanovništva (cca 25% cijene), naknade za formiranje velikih tonažnih serija otpada, sortiranje, presovanje i ravnomerno pranje za najskuplje (čiste) sirovine.

Cijene za takve proizvode kao što su aglomerat i granulat u prosjeku su 12-24 rubalja/kg (poliamid je skuplji od ostalih - 35-50 rubalja/kg, PET - od 20 rubalja/kg). Daljnjom preradom se povećava višak vrijednosti u zavisnosti od vrste proizvoda za 30-200 %.

Investiciona atraktivnost

Prema mišljenju većine stručnjaka, isplativo je ulagati u preradu polimernog otpada, ali samo kada se oslanja na podršku države i zakonodavni okvir usmjeren na interese prerađivača sekundarnih sirovina.

Danas se moskovsko tržište sastoji od 20-30 malih kompanija koje se bave preradom polimernog otpada, uglavnom industrijskog porijekla. Tržište u cjelini karakterišu neformalni odnosi između prerađivača i dobavljača, veliki udio kompanija kojima je ovaj posao sporedan, kao i mali obim prerade (12-17 hiljada tona godišnje). Može se pretpostaviti da će, ukoliko postoji stabilna potražnja od strane prerađivača za takvim otpadom, obim ponude rasti.

Treba napomenuti da je količina polimernog otpada koja se danas stvarno reciklira vrlo mali dio gradskog komunalnog komunalnog otpada. I to unatoč činjenici da je potražnja za polimerima i proizvodima od njih u stalnom porastu, a problem odlaganja otpada sve više zabrinjava gradske vlasti.

Odvraćajući faktor u izgradnji novih postrojenja za preradu je nerazvijenost sistema prikupljanja otpada i nedostatak ozbiljnih dobavljača. Poklapanje interesa privatnog biznisa i države u ovoj oblasti neminovno bi trebalo da dovede do donošenja zakona koji zadovoljavaju interese reciklera.

Sadašnjost i budućnost

1. Godišnji obim prerade PET-a u glavnom gradu je 4-5 hiljada tona godišnje. Planovi moskovskih vlasti uključuju organizaciju do 2003. godine sistema za selektivno sakupljanje PET kontejnera i stvaranje dva proizvodna kompleksa za njegovu preradu kapaciteta 3.000 tona godišnje. Trenutno se završava izgradnja dva privatna postrojenja za preradu PET-a ukupnog kapaciteta 6.000 tona godišnje.

Vlada Moskve bi u narednim mjesecima trebalo da usvoji propise koji regulišu rad prerađivača polimera (njihov tačan sadržaj još nije poznat). Postojeći objekti i objekti u izgradnji su dovoljni da zadovolje potrebe tržišta. Razmatra se mogućnost državne podrške projektima Državnog jedinstvenog preduzeća "Promothody" i kompanije "Inteko" (potencijalni kapacitet prerade - 7-8 hiljada tona godišnje).

2. Obim prerade PP u Moskvi je 4-5 hiljada tona godišnje, iako se oko 50-60 hiljada tona godišnje izbaci u grad - uglavnom film i big bag. Nakon prerade, PP u obliku granula se dodaje primarnim sirovinama ili se u potpunosti koristi za proizvodnju plastičnog posuđa, vrećica za kupovinu itd.).

Nedostatak velikih projekata reciklaže za ovaj polimer (kao što je slučaj sa PET-om) otvara širok spektar mogućnosti ulaganja. Najprofitabilnija u ovoj fazi je prerada materijala koji se može reciklirati u granule, jer je konkurencija mnogo jača u oblasti proizvodnje robe široke potrošnje.

3. Obim prerade PE je takođe 4-5 hiljada tona godišnje. Glavna vrsta sirovine je film, uključujući i poljoprivrednu foliju. Ukupno se u grad svake godine baci oko 60-70 hiljada tona polietilenskog otpada. Po pravilu, preduzeća koja se bave preradom PE takođe se bave PP. Jedna od velikih kompanija kroz koju prođe oko 2,5 hiljada tona godišnje je Plastpoliten.

PE je vrlo otporan na zagađenje. Međutim, postojeća zabrana upotrebe recikliranih polimernih sirovina u proizvodnji ambalaže za hranu ograničava mogućnost plasmana.

Tako se za danas čini najracionalnijim izgradnja industrijskog kompleksa za preradu polietilena, polipropilena i PET otpada u granule.

Ova proizvodnja mora uključivati:

a) sortiranje (zahteva posebnu obuku osoblja za smanjenje udela druge vrste polimera, što je veoma važno za kvalitet proizvoda);

b) pranje (najveće potencijalne količine sirovina se obično ne sortiraju i ne peru);

c) sušenje, drobljenje, aglomeracija.

Ekonomski je najisplativije ovaj kompleks locirati u Podmoskovlju, jer su tamo cijene struje, vode, zakupa zemljišta i industrijskog prostora znatno niže nego u glavnom gradu (vidi tabelu 2).

Vrsta polimera	Cijena čistog otpada, $/t	Cijena sekundarnog granulata, $/t	Zapremina u MSW hiljada tona godišnje
			tabela 2

Za efikasan rad takve proizvodnje neophodna je podrška države. Možda ima smisla djelimično revidirati postojeće sanitarne standarde za preradu čvrstog otpada, kao i obavezati proizvođače polimernih proizvoda da daju odbitke za preradu polimernog otpada. Osim toga, potrebno je poduzeti sveobuhvatne mjere na nivou moskovske vlade i individualnih stambeno-komunalnih službi, u cilju razvoja sistema selektivnog sakupljanja i stvaranja mreže reciklažnih punktova.

Povećano interesovanje države za zbrinjavanje otpada već se ogleda u budžetu: od 2002. do 2010. godine. planirano je da se u ove svrhe potroši 519,2 miliona rubalja. iz federalnog budžeta. Predviđeno je da se budžeti subjekata federacije izdvajaju do 2010. godine. 11,4 milijarde rubalja za sprovođenje programa povlačenja.

Moskva je 2001. potrošila 3,1 milijardu rubalja na zaštitu životne sredine. Do danas je trošak već realizovanih projekata za preradu kućnog otpada 115,5 miliona rubalja.

Andrey Goliney,

20. vijek se smatra stoljećem čelika i obojenih metala. Aluminijum, bakar, legure gvožđa mogu se naći svuda - u uzglavljima kreveta, mostovima, mehanizmima svih vrsta, pločama za oblaganje. Međutim, kao rezultat mehaničke obrade, 50-80% rastopljenog materijala odlazi u strugotine. Stručnjaci su polagali velike nade u hemijsku industriju povezane sa smanjenjem potrošnje materijala. Pa ipak, uprkos porastu upotrebe polimera, rezultati industrije do 80-ih bili su otprilike isti: polovina resursa je protraćena.

Očigledno, prividna dostupnost polimera je iluzija. Sirovina koja se koristi za njihovu proizvodnju je prirodna rijetkost. Pristup njenim izvorima svakodnevni je i nepromjenjiv uzrok i uzrok trgovinskih, diplomatskih i drugih ratova. Geografija vađenja prirodnih resursa sve se više pomiče na mjesta koja nisu tako udaljena. Stoga se danas sve više govori o potrebi uvođenja poslovnih modela koji štede resurse.

Jedinstvenost tehnoloških metoda moderne hemijske proizvodnje nije samo u mogućnosti sintetizacije materijala koji uspješno zamjenjuju metal, papir ili drvo.

Većina današnjih industrijskih kompleksa razvijenih ekonomija može reciklirati zastarjele polimerne proizvode u nove koje korisnik traži.

Reciklirana plastika

Glavne klase polimera uključuju:

• polietileni,
• polipropilen,
• PVC,
• polistireni (uključujući kopolimere - ABS plastiku),
• poliamidi,
• polietilen tereftalat.

Prije svega se izdvajaju proizvodi složenog sastava. Za fizičko čišćenje koriste se različiti mehanizmi - vakuumski, termički, kriogeni.

Najčešće i ekonomski opravdane tehnologije su flotacija i otapanje.

U prvom slučaju, plastika se drobi, uranja u vodu. Tu su i dodana jedinjenja koja utiču na sposobnost različitih plastika da apsorbuju vlagu. Nakon razdvajanja, dobijaju se odvojeni polimeri.

U drugoj metodi, složeni komprimovani dijelovi se drobe i sukcesivno izlažu raznim rastvaračima. Da bi se materijali obnovili u njihovom čistom obliku, rezultirajući spojevi se izlažu vodenoj pari. Kao rezultat precizno izvedenog procesa dobijaju se gotovi proizvodi visokog stepena čistoće. Daljnja obrada različitih plastičnih masa može imati svoje karakteristike povezane s pojedinačnim svojstvima polimera.

Polietilen visokog i niskog pritiska (LDPE i HDPE).

Grupa ovih jedinjenja naziva se i poliolefini. Našli su široku primenu u svim vrstama industrije, medicine i poljoprivrednog sektora. PE su termoplasti - materijali pogodni za pretapanje. Ovu funkciju uspješno koristi industrija, prerađujući vlastiti tehnološki otpad u cilju smanjenja operativnih troškova.

Složenost reciklaže rabljene plastike je posljedica djelomičnog uništenja njenih površina uzrokovanih sunčevom svjetlošću. Proizvodi koji se dobijaju uobičajenom preradom proizvoda: mlevenjem, mehaničkim čišćenjem, pretapanjem, nisu visokog kvaliteta. Najčešće se takav polietilen koristi za proizvodnju pomoćne opreme za kućanstvo.

Sekundarni polietilen, koji je prošao hemijsku modifikaciju, pokazao se savršenijim. Različiti aditivi koji se stavljaju u polimernu taljevinu vezuju promijenjene molekularne jedinice i ujednačavaju strukturu tvari. Dikumil peroksid, vosak, lignini, škriljevci se koriste kao modifikatori. Aditivi određenih vrsta dovode do promjene određenih svojstava recikliranog PE. Njihova kombinacija omogućava vam da dobijete materijal s potrebnim parametrima.

polipropilen (PP)

Ovaj materijal se rijetko reciklira. Plastika najčešće ima jedan život, unatoč odličnom potrošaču karakteristike koje omogućavaju upotrebu polimera u prehrambenoj industriji. Uprkos dobroj topljivosti, visoki troškovi održavanja higijene odvraćaju procesore. Ipak, u Sjedinjenim Državama svaka peta tona PP se ponovo koristi.

Prema kemičarima, PP ne može izdržati više od četiri pretapanje. Svakim zagrijavanjem akumulira se određena količina deformiranih molekularnih jedinica, što utiče na fizičke karakteristike materijala. Sekundarne granule se lako obrađuju u ekstruderima i mašinama za brizganje.

Reciklirana plastika ne zahtijeva posebne modifikacije. Njegovi parametri su uporedivi s originalnim materijalom, samo je malo smanjena otpornost na mraz. Opet, polimer se koristi u kućištima za baterije, baštenskim alatima, kontejnerima i filmovima.

PVC polivinil hlorid

Materijal se koristi za proizvodnju linoleuma, završnih filmova. Plastika je podložna termičkoj degradaciji. Na temperaturama iznad 100°, oksidacija makromolekula počinje da se ubrzava, što dovodi do pogoršanja termoplastičnih svojstava materijala.

Tehnologija ekstruzije korištenjem recikliranog PVC-a zahtijeva posebnu pripremu: početna mješavina sirovina u talini može biti nehomogena. Čvrste modifikacije PVC-a koje sadrže recikliranu plastiku će imati neujednačeno unutrašnje naprezanje. Kako bi se negativni utjecaji minimizirali, prije ekstruzije se provodi suha obrada granula u kompaktorima. Kao rezultat ove operacije, formiraju se vlakna koja ojačavaju zidove novih proizvoda.

Češće se reciklirani polivinil hlorid koristi za dobijanje plastisola, vinil plastike. Od ovih materijala dobijaju se paste, rastvori, brizgani proizvodi. Među novim tehnologijama, višeslojno livenje postaje sve popularnije. Značajka metode je proizvodnja višekomponentnog lima, čiji svaki sloj ima različite karakteristike.

Vanjska površina kompozita je formirana od visokokvalitetnog polimera, unutrašnji slojevi su reciklirana plastika.

Polistiren (UPS, PSM) ABS plastika

Razne vrste polistirena se recikliraju u jednoj masi - modifikacije otporne na udarce, kopolimeri, akrilonitril butadien stiren. Svestranost proizvoda napravljenih od PS često je razlog zašto industrijalci odbijaju da ga prerađuju. Cijena čišćenja, sortiranja, modifikacije je previsoka.

Izgledi za reciklažu plastike.

U razvijenim ekonomijama udio prerade plastike dostiže 26% proizvedene količine - do 90 miliona tona. Istovremeno, jačina zvuka svjetsko tržište je 600 milijardi dolara. Domaći segment reciklaže polimera izgleda nešto skromnije: 5,5 miliona tona. Prema riječima stručnjaka, potražnja ruske industrije za monomerima i punopravnim modificiranim termoplastima znatno premašuje njihovu ponudu. Prisustvo ova dva faktora dovodi do povećanja nacionalnih kapaciteta za preradu polimera. Štaviše, stope rasta industrijskih obima u ovoj oblasti su ispred evropskih. Postojeći tržišni trendovi uzimaju se u obzir u vladinim prognozama. U dvadesetogodišnjem sektorskom planu razvoja gasa i petrohemije određen je prioritet preopremljenosti prerađivačke industrije.

Tokom rada proizvoda napravljenih od polimera, pojavljuje se otpad.

Korišćeni polimeri pod uticajem temperature, okoline, kiseonika vazduha, raznih zračenja, vlage, u zavisnosti od trajanja ovih uticaja, menjaju svoja svojstva. Značajne količine polimernih materijala koji se dugo koriste i bacaju na deponije zagađuju životnu sredinu, pa je problem reciklaže polimernog otpada izuzetno aktuelan. Istovremeno, ovi otpad je dobra sirovina sa odgovarajućim prilagođavanjem sastava za proizvodnju proizvoda različite namjene.

Korišteni polimerni građevinski materijali uključuju polimerne folije koje se koriste za pokrivanje staklenika, za pakovanje građevinskih materijala i proizvoda; podovi za štale: valjani i popločani polimerni materijali za podove, završni materijali za zidove i plafone; Polimerni materijali za toplinsku i zvučnu izolaciju; kontejneri, cevi, kablovi, profilisani i profilni proizvodi, itd.

U procesu prikupljanja i odlaganja sekundarnih polimernih sirovina koriste se različite metode za identifikaciju polimera. Među brojnim metodama, sljedeće su najčešće:

· IR-spektroskopija (poređenje spektra poznatih polimera sa polimerima koji se mogu reciklirati);

Ultrazvuk (US). Zasnovan je na slabljenju SAD. Indeks se utvrđuje HL odnos slabljenja zvučnog talasa i frekvencije. Ultrazvučni uređaj je povezan sa računarom i instaliran na tehnološkoj liniji odlaganja otpada. Na primjer, index HL LDPE 2,003 10 6 sec sa odstupanjem od 1,0% i HL PA-66 - 0,465 10 6 s sa odstupanjem od ± 1,5%;

· X-zrake;

spektroskopija laserske pirolize.

Odvajanje mješovitog (domaćeg) otpada termoplasta po vrstama vrši se sljedećim glavnim metodama: flotacija, separacija u tečnim medijima, aero separacija, elektro separacija, hemijske metode i metode dubokog hlađenja. Najrasprostranjenija metoda je metoda flotacije, koja omogućava odvajanje mješavina industrijskih termoplasta kao što su PE, PP, PS i PVC. Odvajanje plastike se vrši dodavanjem tenzida u vodu, koji selektivno mijenjaju njihova hidrofilna svojstva. U nekim slučajevima, efikasan način za odvajanje polimera može biti njihovo rastvaranje u uobičajenom rastvaraču ili u mješavini rastvarača. Tretiranjem otopine parom izoluju se PVC, PS i mješavina poliolefina; čistoća proizvoda - ne manje od 96%. Metode flotacije i separacije u teškim medijima su najefikasnije i najisplativije od svih gore navedenih.

Recikliranje rabljenih poliolefina

Otpad od poljoprivredne PE folije, vreće za đubrivo, cijevi za različite namjene, van upotrebe, otpad iz drugih izvora, kao i mješoviti otpad odlagati se uz naknadnu upotrebu. Za to se koriste posebna postrojenja za ekstruziju za njihovu preradu. Kada se polimerni otpad prima na preradu, brzina protoka taline mora biti najmanje 0,1 g/10 min.

Prije početka obrade vrši se grubo odvajanje otpada, uzimajući u obzir njihove karakteristične karakteristike. Nakon toga, materijal se podvrgava mehaničkom mljevenju, koje može biti na normalnoj (sobnoj) temperaturi ili kriogenom metodom (u okruženju rashladnih sredstava, na primjer, tekućeg dušika). Usitnjeni otpad se ubacuje u mašinu za pranje veša za pranje, koje se vrši u nekoliko faza sa posebnim mešavinama za pranje. Masa isceđena u centrifugi sa sadržajem vlage od 10-15% šalje se za konačnu dehidraciju u sušaru, do preostale vlage od 0,2%, a zatim u ekstruder. Polimerna talina se dovodi pomoću vijka ekstrudera kroz filter u glavu pramena. Kaseta ili filter za premotavanje se koristi za čišćenje taline polimera od raznih nečistoća. Pročišćena talina se utiskuje kroz otvore za pramenove glave, na čijem se izlazu pramenovi seku noževima u granule određene veličine, koje potom padaju u rashladnu komoru. Prolazeći kroz specijalnu instalaciju, granule se dehidriraju, suše i pakuju u vreće. Ako je potrebno obraditi tanke PO filmove, tada se umjesto ekstrudera koristi aglomerator.

Sušenje otpada vrši se različitim metodama, korištenjem polica, traka, kante, fluidiziranog sloja, vorteks i drugih sušara, čija produktivnost dostiže 500 kg/h. Zbog male gustine, film pluta, a prljavština se taloži na dnu.

Dehidracija i sušenje filma vrši se na vibracionom situ iu vrtložnom separatoru, njegov sadržaj preostale vlage nije veći od 0,1%. Radi lakšeg transporta i naknadne obrade u proizvode, film je granuliran. Tokom procesa granulacije materijal se zbija, olakšava njegova dalja prerada, usrednjavaju se karakteristike sekundarnih sirovina, što rezultira materijalom koji se može prerađivati ​​na standardnoj opremi.

Za plastifikaciju usitnjenog i pročišćenog poliolefinskog otpada koriste se jednopužni ekstruderi dužine puža (25–33). D, opremljen neprekidnim filterom za pročišćavanje taline i ima zonu za otplinjavanje, omogućavajući dobijanje granula bez pora i inkluzija. Prilikom obrade kontaminiranog i miješanog otpada koriste se disk ekstruderi posebne izvedbe, sa kratkim višenitnim puževima (3,5-5) dužine D ima cilindričnu mlaznicu u zoni ekstruzije. Materijal se topi u kratkom vremenskom periodu, a osigurava se brza homogenizacija taline. Promjenom razmaka između konusne mlaznice i školjke možete podesiti smičnu silu i silu trenja, uz promjenu načina topljenja i homogenizacije obrade. Ekstruder je opremljen jedinicom za otplinjavanje.

Granule se proizvode uglavnom na dva načina: granulacijom glave i podvodnom granulacijom. Izbor metode granulacije ovisi o svojstvima termoplasta koji se obrađuje, a posebno o viskoznosti njegove taline i prionjivosti na metal. Prilikom granulacije na glavi, polimerna talina se istiskuje kroz otvor u obliku pramenova, koji se noževima odsijecaju po predilnoj ploči. Dobijene granule veličine 4-5 mm (dužine i prečnika) se nožem odbacuju iz glave u rashladnu komoru, a zatim se unose u uređaj za ekstrakciju vlage.

Kada se koristi oprema sa velikim jediničnim kapacitetom, koristi se podvodna granulacija. Ovom metodom, polimerna talina se ekstrudira u obliku niti kroz otvore ploče matrice na matrici. Nakon prolaska kroz rashladnu kupku s vodom, pramenovi ulaze u uređaj za rezanje, gdje se rotirajućim rezačima režu u pelete.

Temperatura rashladne vode koja ulazi u kadu duž protivstruja niti održava se u granicama od 40-60 °C, a količina vode je 20-40 m 3 po 1 toni granulata.

U zavisnosti od veličine ekstrudera (veličine prečnika puža i njegove dužine), produktivnost varira u zavisnosti od reoloških karakteristika polimera. Broj izlaznih rupa u glavi može biti u rasponu od 20-300.

Od granulata se dobijaju paketi za kućnu hemiju, vešalice, građevinski delovi, palete za transport robe, izduvne cevi, oblaganje drenažnih kanala, netlačne cevi za melioraciju i drugi proizvodi, koji se odlikuju smanjenom izdržljivošću u odnosu na proizvode dobijene od devičan polimer. Proučavanje mehanizma degradacijskih procesa koji nastaju tokom rada i prerade poliolefina, njihov kvantitativni opis omogućavaju nam da zaključimo da proizvodi dobijeni od recikliranih materijala moraju imati ponovljive fizičke, mehaničke i tehnološke pokazatelje.

Prihvatljivije je dodavanje sekundarnih sirovina primarnim u količini od 20-30%, kao i uvođenje plastifikatora, stabilizatora, punila do 40-50% u polimernu kompoziciju. Hemijska modifikacija recikliranih polimera, kao i stvaranje visoko punjenih recikliranih polimernih materijala, omogućava još širu upotrebu korištenih poliolefina.

Modifikacija recikliranih poliolefina

Metode modifikacije sekundarnih poliolefinskih sirovina mogu se podijeliti na kemijske (poprečno povezivanje, uvođenje različitih aditiva, uglavnom organskog porijekla, tretman organosilicijumskim tečnostima itd.) i fizičko-mehaničke (punjenje mineralnim i organskim punilima).

Na primjer, maksimalni sadržaj gel frakcije (do 80%) i najveća fizička i mehanička svojstva umreženog HLDPE postižu se unošenjem 2-2,5% dikumil peroksida na valjke na 130°C u trajanju od 10 min. Relativno istezanje pri lomljenju takvog materijala je 210%, brzina protoka taline je 0,1–0,3 g/10 min. Stupanj umrežavanja opada s povećanjem temperature i povećanjem trajanja valjanja kao rezultat konkurentnog procesa razgradnje. Ovo vam omogućava da prilagodite stepen umrežavanja, fizičke, mehaničke i tehnološke karakteristike modifikovanog materijala. Razvijena je metoda za oblikovanje proizvoda od HLDPE uvođenjem dikumil peroksida direktno u proces obrade, te su dobijeni prototipovi cijevi i profiliranih proizvoda koji sadrže 70-80% gel frakcije.

Uvođenje voska i elastomera (do 5 masenih dijelova) značajno poboljšava obradivost VPE, povećava fizička i mehanička svojstva (posebno istezanje pri lomljenju i otpornost na pucanje - za 10% odnosno od 1 do 320 sati) i smanjuje njihovo širenje, što ukazuje na povećanje homogenosti materijala.

Modifikacija HLDPE-a maleinskim anhidridom u disk ekstruderu također dovodi do povećanja njegove čvrstoće, otpornosti na toplinu, adhezivnosti i otpornosti na fotostarenje. U ovom slučaju se učinak modifikacije postiže pri nižoj koncentraciji modifikatora i kraćem trajanju procesa nego kod uvođenja elastomera. Obećavajući način za poboljšanje kvaliteta polimernih materijala od recikliranih poliolefina je termomehanička obrada organosilicijumskim jedinjenjima. Ova metoda omogućava dobijanje proizvoda od recikliranih materijala povećane čvrstoće, elastičnosti i otpornosti na starenje.

Mehanizam modifikacije se sastoji u stvaranju hemijskih veza između siloksanskih grupa organosilicijumske tečnosti i nezasićenih veza i grupa sekundarnih poliolefina koje sadrže kiseonik.

Tehnološki proces za dobijanje modifikovanog materijala obuhvata sledeće faze: sortiranje, drobljenje i pranje otpada; tretman otpada organosilicijumskom tečnošću na 90±10 °C tokom 4-6 sati; sušenje modificiranog otpada centrifugiranjem; regranulacija modificiranog otpada.

Pored metode modifikacije čvrste faze, predlaže se i metoda modifikacije VPE u otopini, koja omogućava dobivanje praha VLDPE s veličinom čestica ne većom od 20 μm. Ovaj prah se može koristiti za preradu u proizvode rotacijskim oblikovanjem i za oblaganje elektrostatičkim raspršivanjem.

Punjeni polimerni materijali na bazi recikliranih polietilenskih sirovina

Od velikog naučnog i praktičnog interesa je stvaranje punjenih polimernih materijala na bazi recikliranih polietilenskih sirovina. Upotreba polimernih materijala od recikliranih materijala koji sadrže do 30% punila omogućit će oslobađanje do 40% primarnih sirovina i njihovo slanje u proizvodnju proizvoda koji se ne mogu dobiti od sekundarnih sirovina (tlačne cijevi, folije za pakovanje , kontejneri za višekratnu upotrebu itd.).

Za dobivanje punjenih polimernih materijala od recikliranih materijala moguće je koristiti dispergirana i ojačavajuća punila mineralnog i organskog porijekla, kao i punila koja se mogu dobiti iz polimernog otpada (drobljeni termoreaktivni otpad i gumena mrvica). Gotovo sav termoplastični otpad se može puniti, kao i mješoviti otpad, koji je za ovu svrhu poželjan i sa ekonomskog stanovišta.

Na primjer, svrsishodnost upotrebe lignina povezana je s prisustvom fenolnih spojeva u njemu, koji doprinose stabilizaciji WPE tokom rada; liskun - s proizvodnjom proizvoda s niskim puzanjem, povećanom otpornošću na toplinu i vremenske uvjete, a također se odlikuje niskim trošenjem opreme za obradu i niskom cijenom. Kao jeftina inertna punila koriste se kaolin, krečnjak, pepeo iz uljnih škriljaca, kuglice uglja i željezo.

Uvođenjem fino dispergovanog fosfogipsa granuliranog u polietilenskom vosku u WPE, dobijene su kompozicije sa povećanim istezanjem pri prekidu. Ovaj efekat se može objasniti plastificirajućim učinkom polietilenskog voska. Dakle, vlačna čvrstoća VPE punjenog fosfogipsom je 25% veća od vlačne čvrstoće VPE, a vlačni modul je 250% veći. Efekat pojačanja kada se liskun uvede u HPE povezan je sa karakteristikama kristalne strukture punila, visokim karakterističnim odnosom (odnos prečnika ljuspice i debljine) i upotrebom zdrobljenog, praškastog WPE-a omogućava vam da sačuvati strukturu ljuskica uz minimalno uništavanje.

Među poliolefinima, uz polietilen, značajne količine otpada na proizvodnju proizvoda od polipropilena (PP). Povećana svojstva čvrstoće PP-a u odnosu na polietilen i njegova otpornost na okolinu ukazuju na važnost njegovog recikliranja. Sekundarni PP sadrži brojne nečistoće, poput Ca, Fe, Ti, Zn, koje doprinose formiranju jezgri kristala i stvaranju kristalne strukture, što dovodi do povećanja krutosti polimera i visokih vrijednosti. i početnog modula elastičnosti i modula kvazi ravnoteže. Za procjenu mehaničkih karakteristika polimera koristi se metoda relaksacionih naprezanja na različitim temperaturama. Sekundarni PP pod istim uvjetima (u temperaturnom rasponu od 293-393 K) podnosi mnogo veća mehanička naprezanja bez razaranja od primarnog, što ga čini mogućim za izradu krutih konstrukcija.

Recikliranje korišćenog polistirena

Korišćene polistirenske plastike mogu se koristiti u sledećim oblastima: reciklaža tehnološkog otpada od polistirena visokog udara (HIPS) i akrilonitril butadien stirena (ABS) - plastike brizganjem, ekstruzijom i presovanjem; odlaganje korišćenih proizvoda, EPS otpada, mešanog otpada, odlaganje jako zagađenog industrijskog otpada.

Značajne količine polistirena (PS) padaju na pjenaste materijale i proizvode od njih, čija je gustoća u rasponu od 15-50 kg/m 3 . Ovi materijali se koriste za izradu kalupnih matrica za pakovanje, izolacije kablova, kutija za pakovanje povrća, voća i ribe, izolacije za frižidere, frižidere, palete za restorane brze hrane, oplata, toplotno i zvučno izolacionih ploča za izolaciju zgrada i objekata itd. Osim toga, prilikom transporta korištenih takvih proizvoda, troškovi transporta su naglo smanjeni zbog niske nasipne gustine pjenastog PS otpada.

Jedna od glavnih metoda recikliranja pjenastog polistirenskog otpada je mehanička metoda reciklaže. Za aglomeraciju se koriste posebno dizajnirane mašine, a za ekstruziju se koriste dvopužni ekstruderi sa zonama za otplinjavanje.

Potrošački punkt je glavna lokacija za mehaničku reciklažu otpadnih proizvoda od korištenog pjenastog polistirena. Kontaminirani pjenasti PS otpad podliježe pregledu i sortiranju. Istovremeno se uklanjaju nečistoće u obliku papira, metala, drugih polimera i raznih inkluzija. Polimer se drobi, opere i osuši. Polimer se dehidrira centrifugiranjem. Završno mljevenje se vrši u bubnju, a iz njega otpad ulazi u poseban ekstruder, u kojem se polimer pripremljen za preradu komprimira i topi na temperaturi od oko 205-210 °C. Za dodatno pročišćavanje taline polimera ugrađuje se filter koji radi na principu premotavanja filterskog materijala ili kasetnog tipa. Filtrirani polimerni rastopljeni ulazi u zonu otplinjavanja, gdje vijak ima dublji navoj u odnosu na zonu kompresije. Zatim, polimerna talina ulazi u glavu pramena, niti se hlade, suše i granuliraju. U procesu mehaničke regeneracije PS otpada nastaju procesi destrukcije i strukturiranja, pa je važno da materijal bude izložen minimalnom smičnom naprezanju (u funkciji geometrije vijka, brzine i viskoznosti taline) i kratkom vremenu zadržavanja pod termomehaničkim opterećenjem. . Smanjenje destruktivnih procesa vrši se zbog halogeniranja materijala, kao i uvođenja raznih aditiva u polimer.

Mehanička reciklaža ekspandiranog polistirena regulirana je na osnovu područja primjene recikliranog polimera, na primjer, za izolaciju, karton, obloge itd.

Postoji metoda za depolimerizaciju polistirenskog otpada. Da bi se to postiglo, PS ili pjenasti PS otpad se drobi, stavlja u zatvorenu posudu, zagrijava do temperature raspadanja, a oslobođeni sekundarni stiren se hladi u hladnjaku i tako dobiveni monomer skuplja u zatvorenu posudu. Metoda zahtijeva potpuno zatvaranje procesa i značajnu potrošnju energije.

Recikliranje korišćenog polivinil hlorida (PVC)

Recikliranje recikliranog PVC-a uključuje preradu rabljenih folija, okova, cijevi, profila (uključujući i prozorske okvire), kontejnera, boca, ploča, rol materijala, izolacije kablova itd.

Ovisno o sastavu kompozicije, koja se može sastojati od vinil plastike ili plastične smjese i namjeni sekundarnog PVC-a, metode recikliranja mogu biti različite.

Za reciklažu, otpad od PVC proizvoda se pere, suši, drobi i odvaja od raznih inkluzija, uklj. metali. Ako se proizvodi izrađuju od sastava na bazi plastificiranog PVC-a, najčešće se koristi kriogeno mljevenje. Ako su proizvodi izrađeni od tvrdog PVC-a, tada se koristi mehaničko drobljenje.

Pneumatska metoda se koristi za odvajanje polimera od metala (žice, kablovi). Odvojeni plastificirani PVC može se prerađivati ​​ekstruzijom ili brizganjem. Metoda magnetske separacije može se koristiti za uklanjanje metalnih i mineralnih inkluzija. Za odvajanje aluminijske folije od termoplasta koristi se zagrijavanje u vodi na 95–100 °C.

Odvajanje etiketa od neupotrebljivih posuda vrši se uranjanjem u tečni dušik ili kisik na temperaturi od oko -50°C, što etikete ili ljepilo čini krhkim i potom omogućava njihovo lako usitnjavanje i odvajanje od homogenog materijala, kao npr. papir. Za preradu otpada od umjetne kože (IR), linoleuma na bazi PVC-a, predlaže se metoda suhe pripreme plastičnog otpada pomoću kompaktora. Obuhvata niz tehnoloških operacija: mlevenje, odvajanje tekstilnih vlakana, plastifikaciju, homogenizaciju, zbijanje i granulaciju, gde se mogu uneti i aditivi.

Otpad kablova sa PVC izolacijom ulazi u drobilicu i transporterom se dovodi do utovarnog rezervoara kriogenog rudnika, koji je zatvoren kontejner sa posebnim transportnim pužom. Tečni azot se isporučuje u rudnik. Ohlađeni zdrobljeni otpad se istovaruje u mašinu za mlevenje, a odatle ulazi u uređaj za separaciju metala, gde se krhki polimer odlaže i prolazi kroz elektrostatičku koronu bubnja separatora i tu se izvlači bakar.

Značajne količine iskorištenih PVC boca zahtijevaju različite metode njihovog odlaganja. Zanimljiva je metoda odvajanja PVC-a od raznih nečistoća prema gustini rastvora kalcijum nitrata u kadi.

Mehanički proces reciklaže PVC boca predviđa glavne faze procesa prerade otpada sekundarnih termoplasta, ali u nekim slučajevima ima svoje karakteristične karakteristike.

Tokom eksploatacije različitih zgrada i objekata formiraju se značajne količine metalno-plastičnih prozorskih okvira na bazi PVC kompozicija koje su bile u upotrebi. Reciklirani PVC okviri sa ramom, koji su bili u upotrebi, sadrže približno 30% mas. PVC i 70% mas. staklo, metal, drvo i guma. U prosjeku, okvir prozora sadrži oko 18 kg PVC-a. Dolazni ramovi se istovaraju u kontejner širine 2,5 m i dužine 6,0 m. Zatim se na horizontalnoj presi presuju i pretvaraju u sekcije do prosječne dužine 1,3–1,5 m, nakon čega se materijal dodatno utiskuje pomoću valjka i napaja se u sjeckalicu u kojoj se rotor rotira podesivom brzinom. Velika mješavina PVC-a, metala, stakla, gume i drveta se dovodi u transporter, a zatim u magnetni separator, gdje se metal odvaja, a zatim materijal ulazi u rotirajući metalni bubanj za odvajanje. Ova mješavina je klasificirana u veličine čestica<4 мм, 4–15 мм, 15–45 мм, >45 mm.

Frakcije (>45 mm) veće od uobičajenih vraćaju se na ponovno drobljenje. Frakcija veličine 15–45 mm šalje se u metalni separator, a zatim u gumeni separator, koji je rotirajući bubanj s gumenom izolacijom.

Nakon uklanjanja metala i gume, ova gruba frakcija se vraća na mljevenje radi daljeg smanjenja veličine.

Dobivena smjesa veličine čestica od 4-15 mm, koja se sastoji od PVC-a, stakla, finog ostatka i drvnog otpada iz silosa se dovodi kroz separator u sito bubnja. Ovdje se materijal ponovo dijeli na dvije frakcije s veličinom čestica: 4–8 i 8–15 mm.

Dvije odvojene linije za obradu koriste se za svaki raspon veličine čestica, za ukupno četiri linije za obradu. Odvajanje drveta i stakla odvija se u svakoj od ovih preradnih linija. Drvo se odvaja pomoću kosih vibrirajućih zračnih sita. Drvo, koje je lakše od drugih materijala, prenosi se protokom vazduha naniže, dok se teže čestice (PVC, staklo) transportuju prema gore. Odvajanje stakla se na sličan način vrši i na narednim sitama gde se lakše čestice (npr. PVC) transportuju naniže, dok se teške čestice (tj. staklo) transportuju prema gore. Nakon uklanjanja drveta i stakla, kombinuju se PVC frakcije sa sve četiri preradne linije. Metalne čestice se detektuju i uklanjaju elektronski.

Pročišćeni polivinil hlorid ulazi u radionicu, gdje se vlaži i granulira do veličine 3-6 mm, nakon čega se granule suše toplim zrakom do određene vlažnosti. Polivinil hlorid je podijeljen na četiri frakcije s veličinom čestica od 3, 4, 5 i 6 mm. Sve veće granule (tj. > 6 mm) se vraćaju u područje radi ponovnog mljevenja. Gumene čestice se odvajaju od PVC-a na vibrirajućem situ.

Posljednji korak je optoelektronski proces sortiranja boja koji odvaja bijele PVC čestice od obojenih. Ovo se radi za frakcije svake veličine. Budući da je količina obojenog PVC-a mala u poređenju sa bijelim PVC-om, bijele PVC frakcije se dimenzioniraju i skladište u odvojenim kantama, dok se obojeni PVC tokovi miješaju i skladište u jednoj kanti.

Proces ima neke posebne karakteristike koje operacije čine ekološki prihvatljivim. Ne dolazi do zagađenja zraka jer je mljevenje i odvajanje zraka opremljeno sistemom za usisavanje prašine koji skuplja prašinu, papir i foliju u struji zraka i dovodi ih u sifon mikrofiltera. Mlinac i sito bubnja su izolovani kako bi se smanjila pojava buke.

Prilikom mokrog mljevenja i pranja PVC-a od zagađivača, dovodi se voda za ponovno čišćenje.

Reciklirani PVC se koristi u proizvodnji novih koekstruzionih prozorskih profila. U cilju postizanja visokog kvaliteta površine potrebnog za koekstruzione profilisane prozorske okvire, unutrašnja površina okvira je izrađena od recikliranog PVC-a, a spoljna od čistog PVC-a. Novi okviri sadrže 80% težine recikliranog PVC-a i uporedivi su po mehaničkim svojstvima i performansama sa okvirima napravljenim od 100% čistog PVC-a.

Glavne metode za reciklažu PVC plastičnog otpada uključuju brizganje, ekstruziju, kalandriranje i prešanje.

Oglase za kupovinu i prodaju opreme možete pogledati na

Možete razgovarati o prednostima polimera i njihovim svojstvima na

Registrujte svoju kompaniju u Poslovni imenik