Przetwarzanie polimerów co. „recykling polimerów”. Jak przetwarzane są polimery

Przenikanie materiałów polimerowych do szerokiej gamy zastosowań, w tym naszego codziennego życia, jest obecnie uważane za oczywiste na całym świecie. I to pomimo faktu, że ich zwycięski marsz rozpoczął się stosunkowo późno – w latach 50., kiedy ich produkcja wynosiła zaledwie około 1 mln ton rocznie. Jednak wraz ze wzrostem produkcji i konsumpcji tworzyw sztucznych problemy związane z recyklingiem zużytych produktów z tworzyw sztucznych stały się coraz bardziej dotkliwe i obecnie stają się niezwykle istotne. W niniejszym przeglądzie omówiono doświadczenia rozwiązywania tych problemów w Europie, w której przodują pod tym względem Niemcy.

Ze względu na swoje liczne zalety (w szczególności wysoka wytrzymałość, odporność chemiczna, możliwość formowania dowolnego kształtu i koloru, niska gęstość) szybko przeniknęły do ​​wszystkich obszarów zastosowań, m.in. budowlanego, motoryzacyjnego, lotniczego, opakowaniowego, artykułów gospodarstwa domowego , zabawki , produkty medyczne i farmaceutyczne.

Już w 1989 roku materiały polimerowe wyprzedziły tak tradycyjny materiał jak stal pod względem wielkości produkcji (czyli wielkości, a nie masy). W tym czasie ich roczna produkcja wynosiła około 100 milionów ton. W 2002 roku produkcja materiałów polimerowych przekroczyła poprzeczkę 200 milionów ton, a obecnie na całym świecie produkuje się ich prawie 300 milionów ton rocznie. planu regionalnego W ciągu ostatnich dziesięcioleci nastąpiło stopniowe przesunięcie w kierunku wschodnim produkcji materiałów polimerowych.

W rezultacie Azja stała się obecnie najpotężniejszym regionem, w którym koncentruje się 44% wszystkich światowych zdolności produkcyjnych. Poliolefiny, najszerzej stosowana grupa tworzyw sztucznych, stanowią 56% całkowitej produkcji; Na drugim miejscu znajduje się polichlorek winylu, a za nim inne tradycyjne polimery, takie jak polistyren i politereftalan etylenu (PET). Tylko 15% wszystkich produkowanych polimerów to drogie materiały techniczne stosowane w specjalnych obszarach. Według prognoz Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Polimerów PlasticsEurope (Bruksela) w przyszłości wielkość produkcji materiałów polimerowych na mieszkańca będzie nadal rosła w tempie około 4% rocznie. Równolegle z takim sukcesem na rynku rosły również wolumeny zużytych materiałów i produktów polimerowych. Jeśli w okresie od lat 60. do 80. XX wieku. Przemysł tworzyw sztucznych może jeszcze nie przywiązywał dużej wagi do odpowiedniej utylizacji i ponownego wykorzystania zużytych produktów, ale później (zwłaszcza po wejściu w życie niemieckiego rozporządzenia w sprawie opakowań w 1991 r.) problemy te stały się ważnym tematem. W tym czasie rolę pioniera przejęły Niemcy. Jako pierwszy kraj opracował i wdrożył na rynku standardy unieszkodliwiania i recyklingu odpadów polimerowych. Obecnie wiele innych krajów europejskich dołączyło do rozwiązania tego problemu, opracowując bardzo udane koncepcje zbierania i recyklingu polimerów.

Według Stowarzyszenia PlasticsEurope w 2011 roku w 27 krajach UE, a także w Szwajcarii i Norwegii zużyto około 27 mln ton materiałów polimerowych, z czego 40% na produkty krótkoterminowe, a 60% na produkty długoterminowe. W tym samym roku zebrano około 25 mln ton zużytych materiałów polimerowych. Spośród nich 40% zutylizowano, a 60% skierowano do recyklingu. Ponad 60% odpadów z tworzyw sztucznych pochodziło z systemów zbiórki zużytych opakowań. W mniejszych ilościach zużyte produkty polimerowe pochodziły z branży budowlanej, motoryzacyjnej i elektronicznej.

Przykładowe systemy zbiórki odpadów istnieją w dziewięciu krajach europejskich – Szwajcarii, Niemczech, Austrii, Belgii, Szwecji, Danii, Norwegii, Holandii i Luksemburgu (wymienione w kolejności malejącej). Udział zebranych zużytych produktów polimerowych w tych krajach waha się od 92 do 99%. Ponadto sześć z tych dziewięciu krajów ma najwyższy poziom recyklingu tych odpadów w Europie: Norwegia, Szwecja, Niemcy, Holandia, Belgia i Austria wyprzedzają pod tym wskaźnikiem inne kraje (od 26% do 35% wolumenu). zebranych odpadów). Pozostała ilość zebranych odpadów poddawana jest utylizacji energetycznej.

Nie można nie cieszyć się, że w ciągu ostatnich pięciu lat znacznie wzrosła nie tylko ilość zebranych odpadów, ale także udział odpadów poddanych recyklingowi. Dzięki temu zmniejszono ilość unieszkodliwianych odpadów. Mimo to sektor recyklingu polimerów wciąż ma ogromny potencjał do dalszego rozwoju. W dużej mierze dotyczy to krajów o niskim poziomie ich wykorzystania.

Krytycznie eksperci rozważają możliwości recyklingu energetycznego materiałów polimerowych, a mianowicie ich spalania, które wielu uważa za dogodny sposób ich recyklingu. W Niemczech 95% wszystkich spalarni odpadów to zakłady recyklingu odpadów, a zatem posiadają one licencję na recykling energetyczny. Oceniając tę ​​sytuację Michael Scriba, dyrektor handlowy firmy mtm plastics, specjalizującej się w przetwórstwie materiałów polimerowych (Niedergebra), zauważa, że ​​z ekologicznego punktu widzenia recykling energetyczny odpadów jest bez wątpienia gorszy niż materialny.

W przemyśle tworzyw sztucznych recykling stał się w ostatnich latach ważnym sektorem gospodarki. Innym ważnym problemem hamującym rozwój sektora recyklingu w Europie jest eksport odpadów polimerowych, głównie na Daleki Wschód. Z tego powodu w Europie pozostaje stosunkowo niewielka ilość odpadów, które można racjonalnie poddać recyklingowi; przyczynia się to do znacznego wzrostu konkurencji i wzrostu kosztów.

Potężny przemysł wspierany przez stowarzyszenia i firmy

Od lat 90. Inicjatorami intensyfikacji recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych w Niemczech było kilka firm i stowarzyszeń, które poświęciły się tym problemom i obecnie aktywnie działają na skalę europejską.

Przede wszystkim mówimy o firmie Der Gruene Punkt - Duales System Deutschland GmbH (DSD) (Kolonia), która powstała w 1990 roku jako pierwszy system dualny i dziś jest liderem w oferowaniu systemów do zwrotu odpadów. Należą do nich, oprócz przyjaznej dla gospodarstwa domowego zbiórki i recyklingu opakowań handlowych, ekologiczny i oszczędny recykling plastikowych elementów sprzętu elektrycznego i elektronicznego, a także opakowań transportowych, wywóz odpadów z przedsiębiorstw i organizacji oraz czyszczenie zużytych pojemników .

W 1992 roku w Wiesbaden została założona firma RIGK GmbH, która jako certyfikowany specjalistyczny usługodawca dla właścicieli marek (rozlewnia, dystrybucja, dystrybucja i importerzy) odbiera zużyte i puste opakowania od swoich niemieckich partnerów i wysyła je do recyklingu.

Ważnym graczem na rynku jest również firma BKV, która powstała w 1993 roku w celu zapewnienia gwarantowanego recyklingu opakowań z tworzyw sztucznych zbieranych w podwójnych systemach. Obecnie BKV służy jako swoista platforma do recyklingu materiałów polimerowych, rozwiązując najważniejsze i najpilniejsze problemy w tej dziedzinie.

Inne ważne stowarzyszenie zostało założone w 1993 roku, Bundesverband Sekundäerrohstoffe und Entsorgung e. V. (bvse) (Bonn), którego pochodzenie jest związane ze stowarzyszeniem Altpapierverband e. V. W branży tworzyw sztucznych zapewnia niemieckim firmom fachową i lokalnie określoną pomoc w zakresie zbiórki i recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych. Wraz z BKV, która jest częścią GKV Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie e.V. (Bad Homburg), istnieją inne stowarzyszenia i organizacje zajmujące się recyklingiem materiałów polimerowych. Należą do nich między innymi firma tecpol Technologieentwicklungs GmbH, która specjalizuje się w efektywnym dla środowiska recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych oraz grupa specjalistyczna ds. mieszanek i recyklingu w TecPart e. V., który jest zrzeszeniem podstawowym stowarzyszenia GKV. W 2002 roku wiodący niemieccy producenci profili z tworzyw sztucznych połączyli się w grupę inicjatywną Rewindo Fenster-RecyclingService GmbH (Bonn). Głównym celem było zwiększenie udziału zdemontowanych plastikowych okien, drzwi i rolet pochodzących z recyklingu (patrz zdjęcie w tytule artykułu), co przyczyniłoby się do zwiększenia stabilności i stopnia odpowiedzialności w działalności biznesowej.

Nie trzeba dodawać, że w rozwiązywanie problemów zaangażowały się duże stowarzyszenia przemysłu tworzyw sztucznych z własnymi grupami roboczymi zajmującymi się recyklingiem tworzyw sztucznych, które od dziesięcioleci odnoszą sukcesy w praktyce, takie jak PlasticsEurope i IK Industrieverband Kunststoffverpackungen e. V. (Frankfurt).

Udane sprawdzone technologie recyklingu

Dokładnych informacji na temat recyklingu tworzyw sztucznych w Niemczech dostarczają wyniki analiz, które są publikowane co dwa lata na instrukcjach firm i stowarzyszeń wchodzących w skład VDMA - BKV, PlasticsEurope Deutschland e. V., bvse, Fachverband Kunststoff und Gummimaschinen, jak również stowarzyszenie IK. Według tych danych w 2011 r. w Niemczech wytworzono około 5 mln ton odpadów z tworzyw sztucznych, z czego największą (82%) część stanowią odpady konsumenckie. Z pozostałych 18%, które stanowią odpady przemysłowe, udział surowców wtórnych może sięgać 90%. Jak już zostało udowodnione w praktyce, posegregowane odpady przemysłowe można z powodzeniem poddać recyklingowi wewnątrzzakładowemu bezpośrednio w zakładach, w których zostały wytworzone (fot.1).

W przypadku odpadów konsumenckich udział materiału (tj. bez spalania i unieszkodliwiania) ponownego wykorzystania wynosi tylko 30-35%. W tym obszarze wdrożono już również metody recyklingu posortowanych odpadów. Przykłady obejmują doświadczenie w przetwórstwie polichlorku winylu (PVC) i PET. W wyniku 10 lat działalności Rewindo, wykorzystując własną technologię recyklingu wycofanych z eksploatacji okien i drzwi z PVC, zdobyło silną pozycję na rynku.

W ostatnich latach ilość odzyskanego PCW wyprodukowanego z zebranych zużytych produktów przez Toensmeier Kunststoffe GmbH & Co. KG (Hechter) i Veka Umwelttechnik GmbH (Herselberg-Heinich) utrzymały się na poziomie około 22 tys. ton z tendencją wzrostową.

Butelki PET są również zbierane i poddawane recyklingowi po odpowiednim sortowaniu. Gama nowych produktów wykonanych z otrzymanych materiałów pochodzących z recyklingu obejmuje zarówno włókna i folie, jak i nowe butelki. Różne firmy, takie jak austriackie firmy Erema GmbH (Ansfelden), Starlinger & Co. GmbH (Wiedeń) i NGR GmbH (Feldkirchen) uruchomiły specjalne linie produkcyjne do recyklingu PET. Niedawno Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności EFSA wydał pozytywną opinię dotyczącą technologii recoSTAR PET iV+ do produkcji recyklingowanego PET nadającego się do pakowania żywności (opracowanej przez Starlinger).

Opinia EFSA stanowi podstawę certyfikacji takich technologii przez Komisję Europejską i kraje członkowskie UE.

Aby osiągnąć taki wynik, zainteresowana firma musi udowodnić, że opracowana przez nią technologia i urządzenia do przetwarzania odpadów polimerowych zmniejsza stopień zanieczyszczenia odpowiedniego PM do poziomu bezpiecznego dla zdrowia ludzkiego.

Standardowy scenariusz tzw. testów „prowokacyjnych” (challenge-test) na skuteczność czyszczenia PET pochodzącego z recyklingu, zwykle pozyskiwanego z odpadów w postaci zużytych butelek, zakłada zastosowanie pięciu kontrolnych substancji „zanieczyszczających” – toluen, chloroform , fenylocykloheksan, benzofenon i lindan, które różnią się składem chemicznym, masą cząsteczkową, a co za tym idzie zdolnością do migracji. Same testy przeprowadzane są w kilku etapach.

W pierwszej kolejności poddane recyklingowi płatki PET są myte, po czym są „zanieczyszczane” substancją kontrolną o zadanym stężeniu (3 ppm) i ponownie myte. Następnie przemyte płatki PET są przetwarzane zgodnie z badaną technologią na regranulat PET i określane jest stężenie resztkowe „zanieczyszczającego” medium, według którego obliczany jest stopień oczyszczenia wtórnego PET. Podsumowując, oba wskaźniki są porównywane z maksymalnymi dopuszczalnymi dla nich wartościami i wyciągane są wnioski dotyczące skuteczności czyszczenia.

Oprócz standardowych testów, Starlinger niezależnie zdecydował zaostrzyć swój scenariusz, uruchamiając go w tak zwanych warunkach „najgorszego przypadku-szenario”, w których przetwarzane były płatki PET, które nie zostały umyte po skażeniu modelowymi mediami. Przed każdym rodzajem badania, w celu zapewnienia czystości doświadczenia i stabilnych warunków jego realizacji, w zakładzie recoSTAR PET 165 iV+ przetworzono 80-100 kg przezroczystego pierwotnego PET (zdjęcie 2) w celu oczyszczenia części roboczych roślina z resztek poprzedniej partii materiału. Badane płatki PET były barwione na niebiesko; w związku z tym produkcja wyłącznie niebieskiego regranulatu PET z tego samego zakładu wskazywała, że ​​podczas przetwarzania nie był on mieszany z czystym PET i przestrzegano zasady FIFO (pierwsze weszło, pierwsze wyszło). Wyniki testów ze standardowego scenariusza pokazują, że proces recoSTAR PET iV zapewnia tak skuteczne oczyszczanie odzyskanego PET, że jego wydajność znacznie przekracza poziom progowy EFSA (patrz tabela). Nawet w przypadku lindanu (substancji nielotnej, niepolarnej) stopień oczyszczenia wyniósł ponad 99,9%, choć wartość graniczna to 89,67%. Praktycznie te same wyniki dały testy przeprowadzone według „twardszego” scenariusza, z wyjątkiem benzofenonu i lindanu. Ale nawet w tych przypadkach stopień oczyszczenia PET spełniał wymagania EFSA. Skrócona nazwa firmy NGR oznacza dość ambitnie – jako „Następna generacja maszyn do recyklingu” (Next Generation Recyclingmaschinen). A stając się 100% właścicielem firmy BRITAS Recycling Anlagen GmbH (Hanau, Niemcy) w maju tego roku, NGR znacznie wzmocniła swoją pozycję na europejskich i innych rynkach regionalnych świata. Faktem jest, że firma BRITAS jest znana jako twórca i producent systemów filtrów do roztopów wysoce zanieczyszczonych materiałów polimerowych, w tym odpadów opakowaniowych dla konsumentów (zdjęcie 3).

Z kolei NGR opracowuje i produkuje urządzenia do recyklingu zarówno przemysłowych, jak i konsumenckich odpadów polimerowych, mając rozległy rynek na swoje produkty.

Obie firmy inżynieryjne są przekonane o pozytywnym efekcie synergii z połączenia. Firma Gneuss Kunststofftechnik GmbH (Bad Oeynhausen) osiągnęła wielki sukces rynkowy dzięki swojej wytłaczarce typu MRS (zdjęcie 4), która jest nawet zatwierdzona przez FDA (Food and Drug Administration) Departamentu Handlu USA ds. Kontroli Jakości Żywności, leków i kosmetyków. Ponadto konstruktorzy maszyn oferują różne systemy suszenia, takie jak obrotowa rura na podczerwień firmy Kreyenborg Plant Technology GmbH (Senden), a także specjalne systemy filtracji do przetwarzania PET lub technologie krystalizacji, takie jak proces Crystall-Cut firmy Automatik Plastics Machinery (g. Grosostheim ). Systemy cyklu zamkniętego, takie jak system PETcycle, są z powodzeniem wykorzystywane do wytwarzania nowych butelek ze zużytych butelek.

Podsumowując powyższe, możemy stwierdzić, że system recyklingu PET o rocznej wielkości około 1 miliona ton jest z powodzeniem wdrażany w Europie. Podobną sytuację obserwuje się w zakresie przetwarzania sortowanych odpadów poliolefinowych, których sortowanie odbywa się bez szczególnych komplikacji przy zastosowaniu odpowiednich technologii ich separacji. W samych Niemczech istnieje dziesięciu dużych i wielu małych producentów specjalizujących się w produkcji wtórnego granulatu formowanego wtryskowo z komunalnych i przemysłowych odpadów poliolefinowych. Granulat ten może być dalej wykorzystany do produkcji palet, wanien, wiader, rur i innego rodzaju produktów (fot. 5).

Trudności z recyklingiem

Dodatkowymi wyzwaniami dla recyklingu są produkty z tworzyw sztucznych wykonane z kilku różnych materiałów, których nie można racjonalnie oddzielić od siebie, a także opakowania z tworzyw sztucznych, których nie można całkowicie opróżnić. Odpady w postaci zużytej folii konsumenckiej są również problematyczne w recyklingu ze względu na znaczne zanieczyszczenie powierzchni, co wymaga znacznych kosztów przetwarzania.

Według Scribe, choć istnieją w tej dziedzinie doświadczeni eksperci ds. recyklingu, nie ma realnych rynków o znaczeniu europejskim. Dodatkowe komplikacje pojawiają się również przy obchodzeniu się z butelkami PET produkowanymi w dużej różnorodności, nieprzeznaczonymi do napojów; to znacznie ogranicza wielkość ich recyklingu. Do tej pory odpady z sektora motoryzacyjnego i elektronicznego były trudne do recyklingu.

W takich problematycznych przypadkach procesory i konstruktorzy maszyn wymagają specjalnych rozwiązań technicznych (fot. 6). W szczególności jedno z takich rozwiązań dotyczących recyklingu konsumenckich odpadów foliowych dostarczonych przez DSD zostało niedawno dostarczone przez Herbold Meckesheim GmbH (Meckesheim) firmie zajmującej się gospodarką odpadami WRZ-Hörger GmbH & Co. KG (Sontheim). Zakład produkcyjny „pod klucz”, składający się z układu separacji ciał obcych, stopnia rozdrabniania na mokro oraz urządzenia zagęszczającego, pozwala na przetworzenie 7 tys. technologia formowania (zdjęcie 7 ).

Ogólnie program dostaw Herbolda Meckesheima, który jest również znany na rynku rosyjskim, obejmuje różnorodne urządzenia do przetwarzania odpadów zarówno silnie zanieczyszczonych, jak i mieszanych, zarówno stałych, jak i trudnych do recyklingu miękkich odpadów z tworzyw sztucznych - myjnie i suszarnie, rozdrabniacze, aglomeratory, młyny do drobnego mielenia.

Główne deklarowane priorytety w rozwoju sprzętu to jego kompaktowość, zwiększona wydajność i energooszczędność. Na wystawie K-2013 firma zaprezentuje szereg nowości, m.in.:

Nowa suszarka mechaniczna model HVT z pionowym rotorem, oszczędzająca powierzchnię produkcyjną, łatwa w utrzymaniu i zużywająca znacznie mniej energii podczas suszenia płatków PET (zdjęcie 8);
rozdrabniacz model SML SB z wymuszonym podajnikiem ślimakowym odpadów do zespołu tnącego, co umożliwia zagęszczenie materiału wsadowego i tym samym zwiększenie wydajności przerobu (rys. 1);
maszyna do rozdrabniania wielkogabarytowych odpadów stałych w postaci np. płyt lub rur, które uznawane są za najtrudniejszy przedmiot przerobu. Specjalnie do przetwarzania frakcji mieszanych Erema wraz z Coperion GmbH & Co. Firma KG (Stuttgart) opracowała połączoną instalację Corema do recyklingu i mieszania odpadów (zdjęcie 9). Cechą charakterystyczną tego zakładu jest jego przydatność do obróbki szerokiej gamy materiałów. Zdaniem Manfreda Hackla, Dyrektora Handlowego Erema, Manfreda Hackla, jest to optymalne rozwiązanie dla przerobu ekonomicznie wytworzonych odpadów mieszanych, w szczególności do produkcji mieszanki zawierającej 20% talku z odpadowych włóknin polipropylenowych, lub do przerobu odpadów w postaci mieszanki PE i PET z dodatkami. Innym udanym przykładem połączenia sił przez kilku partnerów w celu rozwiązania problemów związanych z recyklingiem jest linia produkcyjna do recyklingu zużytych folii rolniczych, których recykling jest trudny i kosztowny ze względu na ich cienkość, miękkość i zanieczyszczenie. Problem został rozwiązany poprzez połączenie w jednej linii specjalnie zoptymalizowanego modelu rozdrabniacza Power Universo 2800 (producent - Lindner reSource) oraz wytłaczarki do recyklingu materiałów polimerowych model 1716 TVEplus (producent - Erema), co umożliwiło uzyskanie wysoko- wysokiej jakości regranulat.

Urządzenia uniwersalne pod względem formy odpadu przetwarzanego na regranulat (folie, włókna, płatki butelek PET, odpady spienionych materiałów polimerowych) oferuje austriacka firma ARTEC Machinery. Impulsem do dalszego rozwoju i poszerzenia możliwości produkcyjnych było 100% wejście w 2010 roku do „rodzinnej” grupy GAW Technology, której członkiem jest również ECON, uzupełniając program dostaw o odpowiednie linie ekstruzyjne do przetwarzania rozdrobnionych odpadów na regranulat. Dzięki projektowaniu i unowocześnianiu technologicznemu produkowanego sprzętu na przestrzeni lat udało się zwiększyć jego wydajność średnio o 25%. Modułowa zasada, którą firma ARTEC kieruje się przy projektowaniu swoich instalacji, pozwala, jak z kostek, montować i montować urządzenia do konkretnego zastosowania, które obecnie produkowane są z wydajnością od 150 do 1600 kg na godzinę (rys. 2).

Specyficzną linię ekstruzji z ekstruderem typu MRS (zdjęcie 4), przeznaczoną do przetwarzania rozdrobnionych odpadów z poliamidu PA11, dostarczyła również firma Gneuss brytyjskiej firmie K2 Polymer.

Materiał źródłowy jest uzyskiwany ze szlifowania rurociągów naftowych głębinowych, które stają się zbędne po wyschnięciu źródła ropy i muszą być sprowadzone na ląd.

Wytłaczarka MRS (Multi Rotation System) umożliwia bez użycia chemicznego czyszczenia jednoetapowe czyszczenie i przetwarzanie tych wysokiej jakości, ale mocno zanieczyszczonych odpadów polimerowych podczas wieloletniego kontaktu z olejem. Listę tę można by uzupełnić o wiele innych przykładów. Podsumowując należy zauważyć, że sektor recyklingu stał się w ostatnich latach ważnym obszarem działalności gospodarczej. Chociaż wiele technologii zostało już pomyślnie przetestowanych w praktyce, nadal istnieje duży potencjał dalszego rozwoju w dziedzinie recyklingu. Rozwiązywanie istniejących problemów należy rozpocząć od opracowania i produkcji produktów polimerowych, które w jak największym stopniu nadają się do recyklingu.

Pewne pole do postępu pozostaje również w opracowywaniu zoptymalizowanych rozwiązań technologicznych i tworzeniu odpowiednich urządzeń do przetwarzania odpadów złożonych.

Do pewnego stopnia postęp w tej dziedzinie można również ułatwić dzięki środkom politycznym, które powinny w każdym kraju zapewnić szersze wdrożenie optymalnych koncepcji zbierania i recyklingu odpadów.

Nowe i sprawdzone rozwiązania w zakresie recyklingu polimerów będą szeroko prezentowane od 16 do 23 października 2013 na Międzynarodowych Targach K w Düsseldorfie.

Opracował dr hab. V. N. Mymrin
z wykorzystaniem materiałów prasowych firmy wystawienniczej Messe Duesseldorf
Recykling tworzyw sztucznych w Europie:
Nowe i sprawdzone rozwiązania Penetracja tworzyw sztucznych w różnych
Aplikacje, w tym nasze codzienne życie, są obecnie postrzegane na całym świecie jako rzecz oczywista. I to
mimo tego, że dobra passa zaczęła się stosunkowo późno – 60 lat temu, kiedy ich twórczość
stanowiły zaledwie około 1 mln ton rocznie.

Jednak wraz ze wzrostem produkcji i zużycia tworzyw sztucznych stopniowo się zaostrza
a obecnie krytycznym problemem stała się utylizacja zużytych wyrobów z tworzyw sztucznych. Chociaż wiele
procesy już się ugruntowały, recykling wciąż ma duży potencjał dla
poprawa. Pierwszym krokiem może być zaprojektowanie elementów z tworzyw sztucznych nadających się do recyklingu, które należy zbadać
ściśle w celu późniejszego wyzdrowienia. Odpowiednie procesy recyklingu i rozwiązania maszynowe dla
przetwarzanie problematycznych odpadów daje duże pole do dalszego rozwoju. Ten
przegląd omawia doświadczenia rozwiązywania tych problemów w Europie, gdzie wiodącą w tym
szacunek są Niemcy.

Urządzenia do przetwórstwa tworzyw sztucznych (polimerów) - są to specjalne maszyny i dodatkowe urządzenia połączone w linię produkcyjną, która służy do przetwarzania lub przetwarzania polimerów (tworzyw) na użyteczne i wartościowe materiały do ​​dalszego wykorzystania w budownictwie, tekstyliach, chemii, ropa naftowa i inne branże .

Klasyfikacja sprzętu do recyklingu tworzyw sztucznych

W zależności od cech funkcjonalnych i przeznaczenia wszystkie urządzenia do przetwórstwa tworzyw sztucznych dzielą się na:

1. Sprzęt do przechowywania i dozowania materiałów/surowców. Z reguły są to kosze z urządzeniami do sortowania (filtrowania) i rozładunku materiałów/surowców.
2. Aparatura do transportu. Są próżniowe lub pneumatyczne.
3. Szlifierki i kruszarki - kruszarki, płozy, rozdrabniacze, pulpery, kawitatory i inne.
4. Krany. Służą do mechanicznego oddzielania substancji za pomocą wzajemnego ruchu cząstek.
5. Maszyny rolkowe. Niezbędne do tworzenia (wytwarzania) pęknięcia i kruszenia kompozycji polimerowych.
6. sprzęt do wytłaczania. Za jego pomocą materiały polimerowe są przetwarzane na określone produkty poprzez ciągłe przetłaczanie stopionego surowca przez głowicę formującą, której geometryczny kształt określa profil produktu końcowego.
7. Maszyny odlewnicze. Jest to sprzęt do przetwórstwa polimerów służący do wytwarzania kompozycji tworzyw sztucznych ze sproszkowanych lub granulowanych surowców, które są przemieszczane lub ściskane w gnieździe formy, gdzie twardnieją, a po schłodzeniu są usuwane.
8. Maszyny do wytłaczania z rozdmuchem. Zgodnie z metodą formowania produktu z półfabrykatu dzielą się na mechanizmy nadmuchiwane, wytłaczające i wtryskowe.
9. Maszyny i prasy wulkanizacyjne. Działają w sposób ciągły lub okresowy i służą do tworzenia produktów z surowców sproszkowanych lub granulowanych.
10. Maszyny do powlekania i impregnacji. Stosowane są do rysowania powłok polimerowych na specjalnym podłożu.
11. Kompleksy myjące. Niezbędny do wstępnego oczyszczenia polimeru po granulacji lub rozdrobnieniu, ale przed jego obróbką.

Maszyny do recyklingu tworzyw sztucznych

Głównymi maszynami z wielu odmian specjalnego sprzętu do obróbki polimerów są następujące jednostki:

• kruszarki – urządzenie działa na zasadzie blendera, tnąc całe produkty na małe kawałki;
• aglomeratory – w nich drobne kawałki polimeru poddawane są jeszcze większemu kruszeniu, a następnie spiekaniu w drobne grudki;
• granulatory - z ich pomocą mieszanina uzyskana z aglomeratora jest podgrzewana i krojona na granulki.

Mniej ważny, ale nadal niezbędny, jest następujący sprzęt do recyklingu tworzyw sztucznych:

• jednostki linii myjących;
• węzły transportowe;
• różne rodzaje separatorów;
• suszarki.

Sprzęt do uruchomienia mini-fabryki

Do prowadzenia małego zakładu recyklingu tworzyw sztucznych wymagany jest następujący sprzęt do przetwarzania polimerów.

1. Podstawowe wyposażenie:
   • kruszarka lub niszczarka;
   • aglomerator;
   • w razie potrzeby granulator.
2. Wyposażenie opcjonalne:
   • gorąca kąpiel;
   • 1-2 wirówki;
   • wytłaczarki do recyklingu;
   • substytuty sit;
   • miksery i dozowniki;
   • mycie flotacyjne;
   • jednostki łączące (transport pneumatyczny lub próżniowy).
   • moduł kontrolny.

Główni producenci kruszyw do przetwórstwa polimerów

Najbardziej poszukiwanymi producentami sprzętu do recyklingu tworzyw sztucznych są następujące firmy:

Europejski.

1. HGMA Wulf GmbH to niemiecki producent o doskonałej reputacji, który produkuje nie tylko sprzęt do pierwotnej i wtórnej obróbki polimerów, ale także sprzęt do robót ziemnych i budowlanych.
2. Global Tech to polska firma produkująca szybkie i niezawodne kruszarki stacjonarne i mobilne.
3. Herbold Meckesheim to doskonały niemiecki producent kruszyw do całego cyklu przetwarzania i recyklingu tworzyw sztucznych.

Chiński.

1. Chiny IS-MAC Machinery jest największym chińskim producentem sprzętu do wytłaczania do przetwarzania plastikowych butelek i innych tworzyw sztucznych.
2. LISHENG INDUSTRIAL jest producentem pralek, kruszarek, maszyn drukarskich i innych urządzeń.
3. Blue Ocean - produkuje maszyny do wytłaczania i wtryskarki.

Rosyjski.

1. GK Polymer System Group (Nowosybirsk) - produkuje wszystko, co niezbędne do przetwarzania polimerów.
2. ENGEL Austria GmbH (Moskwa) – produkuje wtryskarki do wtrysku tworzyw sztucznych, urządzenia do obróbki gumy / silikonu itp.
3. StankoPet (Moskwa) - produkuje prawie całą gamę urządzeń do przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Rentowność urządzeń do przetwarzania polimerów

Szacunkowe oszacowanie ukończenia małego zakładu przetwórstwa polimerów będzie obejmowało koszt:

• zakup linii sprzętu do przetwarzania butelek plastikowych - około 10 000 USD;
• transport i instalacja sprzętu - do 15% kosztów sprzętu (1500 USD);
• wynagrodzenia dla pracowników - około 7000 USD;
• czynsz (+ naprawa) lokalu - 10 000 USD;
• inne wydarzenia - 5000 $.

W tym samym czasie tona plastiku z recyklingu kosztuje około 750 dolarów, podczas gdy zakup surowców będzie kosztował 100 dolarów za tonę.
Wskazany poziom inwestycji liczony jest dla mini-fabryki przy zakupie sprzętu do przetwarzania butelek plastikowych i podobnych wyrobów polimerowych o wydajności 1 tony na dobę tj. z dochodem od 7000 do 9000 dolarów miesięcznie. Przy takim zwrocie zakład zacznie generować zysk netto w drugim roku swojej działalności (za 15-20 miesięcy).

Należy wyjaśnić, że okres zwrotu, a także koszt otwarcia zakładu, mogą być mniejsze, jeśli:

• preferencje będą otrzymywane od państwa;
• zakład zostanie otwarty w pobliżu miejsca sortowania tworzyw sztucznych do dalszego przetwarzania;
• zakład otrzyma nieodpłatne inwestycje z międzynarodowych funduszy na ochronę przyrody.

Odbiór surowców i ich marketing

W zależności od linii produkcyjnej i życzeń właściciela zakład przetwórstwa tworzyw sztucznych może produkować granulaty lub proszki polimerowe. Marketing takich produktów z reguły nie jest czymś trudnym, ponieważ istnieje duży i stały popyt w następujących obszarach:

• produkcja materiałów nietkanych;
• produkcja materiałów budowlanych;
• produkcja wyrobów polimerowych do użytku krajowego;
• produkcja włókien chemicznych;
• jako dodatek do surowców pierwotnych (obniża koszt).

Fabryki z odpowiednimi liniami produkcyjnymi są szeroko reprezentowane we wszystkich regionach i pilnie potrzebują tanich surowców.

Ponadto linię przetwórstwa polimerów można rozbudować o dodatkowe wyposażenie i już samodzielnie wytwarzać niektóre rodzaje wyrobów z tworzyw sztucznych. Na przykład:

• siatki do pakowania warzyw i owoców;
• worki na śmieci;
• opakowania;
• okucia meblowe;
• płytki polimerowe;
• różne rury, formy, części do kanalizacji lub kanalizacji;
• akcesoria lub szczegóły techniczne do samochodów;
• pojemniki do przechowywania płynów;
• inne małe produkty polimerowe.

Tworzywa termoplastyczne to tworzywa sztuczne, które po uformowaniu nadają się do recyklingu. Mogą wielokrotnie mięknąć po podgrzaniu i twardnieć po schłodzeniu, nie tracąc przy tym swoich właściwości. Stąd ogromne zainteresowanie recyklingiem odpadów termoplastycznych – zarówno domowych, jak i przemysłowych.

Skład stałych odpadów komunalnych (MSW) w stolicy znacznie odbiega od średniej dla Rosji. Rocznie w Moskwie wytwarza się około 110 000 ton stałych odpadów komunalnych. Spośród nich polimery stanowią 8-10%, aw odpadach handlowych dużych przedsiębiorstw liczba ta sięga 25%.

Oddzielnie w strukturze MSW należy wyodrębnić plastikowe butelki. W samej Moskwie wyrzuca się ich co roku około 50 000 ton. Zgodnie z wynikami Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Praktycznej „Opakowania a środowisko” 30% wszystkich odpadów polimerowych to butelki wykonane z polietylenu i polichlorku winylu. Jednak obecnie, według Państwowego Przedsiębiorstwa Unitarnego „Promotody”, w Moskwie i regionie przetwarza się rocznie nie więcej niż 9 tysięcy ton odpadów polimerowych wyizolowanych z odpadów stałych. A połowa z nich - na terytorium regionu moskiewskiego. Jakie są przyczyny tak niewielkiego recyklingu odpadów termoplastycznych?

Organizacja kolekcji

Do chwili obecnej istnieje kilka kanałów zbierania odpadów z tworzyw sztucznych.

Pierwszym i głównym z nich jest odbiór i utylizacja odpadów z dużych galerii handlowych. Ten surowiec jest głównie używany do pakowania i jest uważany za najbardziej „czysty” i najlepiej nadający się do dalszego wykorzystania.

Drugi sposób to selektywne zbieranie śmieci. W południowo-zachodniej części Moskwy administracja miasta wraz z State Unitary Enterprise Promothody przeprowadza taki eksperyment. Na dziedzińcach kilku budynków mieszkalnych zainstalowano specjalne niemieckie eurokontenery. Pokrywki do pojemników z otworami: okrągłe - na butelki PET, duży otwór - na papier. Kontenery są zamknięte i stale monitorowane. W ciągu dwóch lat zebrano 12 ton plastikowych butelek. Dziś projekt obejmuje tylko 19 budynków mieszkalnych. Zdaniem ekspertów, przy objęciu terytorium liczącego ponad milion mieszkańców korzyści z takiego systemu stają się oczywiste.

Trzecią opcją jest sortowanie odpadów stałych w wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach (pilotażowe centrum sortowania odpadów Kotlyakovo, prywatne przedsiębiorstwo MSK-1 i inne kompleksy sortowania odpadów). Dokładne określenie ilości sortowanych odpadów wciąż jest dość trudne, ale udział tego źródła surowców wtórnych jest już zauważalny. Niektóre organizacje komercyjne, pod kontrolą władz miejskich, organizują własne punkty odbioru surowców wtórnych (w tym odpadów polimerowych) z ludności. Tam zwykle odbywa się wstępne sortowanie i prasowanie. Jednak takich miejsc w mieście jest bardzo niewiele.

Znaczna część materiałów pochodzących z recyklingu przeznaczonych do przetwarzania jest nielegalnie zbierana na składowiskach odpadów. Zajmują się tym firmy prywatne, a czasem samo zarządzanie składowiskami. Zebrane i wyselekcjonowane materiały sprzedajemy odsprzedawcom lub bezpośrednio producentom.

Przy przetwarzaniu termoplastów bardzo ważna jest jednorodność użytych polimerów, stopień zanieczyszczenia, kolor i rodzaj (folia, butelki, złom), forma dostarczanych odpadów (sprasowanie, opakowanie itp.). W zależności od tych i szeregu innych parametrów przydatność danej partii do dalszego przetwarzania (a tym samym jej wartość rynkowa) może ulegać znacznym wahaniom. Najwięcej kosztuje makulatura.

Sortowanie, kruszenie i prasowanie może być wykonywane przez licznych pośredników, kompleksy sortowania odpadów, samych przetwórców, struktury Jednolitego Przedsiębiorstwa Państwowego „Promothodody”.

W większości przypadków stosuje się sortowanie ręczne, ponieważ odpowiedni sprzęt jest drogi i nie zawsze wydajny.

Recykling polimerów

Zebrane i posegregowane odpady można poddać recyklingowi na granulat wtórny lub od razu przekazać do produkcji nowych produktów (torby i torby na zakupy, naczynia jednorazowe, kasety wideo, meble wiejskie, rury polimerowe, płyty drewniano-polimerowe itp.).

Przetwarzanie polimerowych odpadów z gospodarstw domowych na skalę przemysłową w Moskwie prowadzi wyłącznie OAO NII PM (produkcja wyrobów na potrzeby gospodarki komunalnej w ramach programu selektywnej zbiórki odpadów w Południowo-Zachodnim Okręgu Autonomicznym oraz na zlecenie urzędu burmistrza stolicy). Państwowe Przedsiębiorstwo Unitarne „Promotkhody” wykonuje kruszenie, mycie i suszenie, następnie płatki w cenie 400 USD za tonę są transportowane do dalszego przerobu do Instytutu Badawczego PM.

Inni przetwórcy surowców wtórnych albo są zbyt mali (moce do 20 ton miesięcznie), albo pod pozorem przetwórstwa zajmują się kruszeniem i dalszą odsprzedażą, w najlepszym razie dodają do swoich produktów pokruszone surowce. Prawie nikt w Moskwie nie zajmuje się wielkoskalową produkcją wtórnego granulatu i aglomeratu.

Według innych źródeł (N.M. Chalaya, NPO Plastic) wiele małych firm zajmuje się przetwarzaniem polimerów zawartych w moskiewskich odpadach, dla których ta działalność nie jest najważniejsza. Starają się tego nie reklamować, ponieważ powszechnie uważa się, że wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu do produkcji wyrobów pogarsza ich jakość.

Typową firmą na tym rynku jest spółdzielnia produkcyjna Vtorpolimer, która współpracuje bezpośrednio z miejskim składowiskiem odpadów. Bezdomni mieszkający na wysypisku zbierają tam wszystko, co plastikowe: butelki, zabawki, potłuczone wiadra, folię itp. Za opłatą „towary” są przekazywane pośrednikom, a oni dostarczają je do firmy Vtorpolymer. Tutaj rzeczy, które zasłużyły na swój czas, są myte i wysyłane do recyklingu. Są sortowane według koloru, kruszone i dodawane do plastiku, z którego wykonuje się rury instalacyjne (są wykorzystywane przy budowie nowych domów do izolacji przewodów elektrycznych). Cena skupu brudnego złomu plastikowego wynosi 1 tys. rubli. za tonę, czysty - 1,5 tysiąca Mniejsze partie są akceptowane w cenie 1 i 1,5 rubla. na kg odpowiednio.

Sortowanie odpadów polimerowych odbywa się ręcznie. Głównym kryterium wyboru jest wygląd produktu lub odpowiednie oznakowanie. Bez oznaczenia opakowania wykonane z polistyrenu, polichlorku winylu lub polipropylenu nie da się odróżnić wizualnie. Butelki są najczęściej uważane za PET, folię - polietylen (konkretny rodzaj PE zwykle nie jest określony), chociaż równie dobrze może to być PP lub PVC. Linoleum - głównie PVC, polistyren ekspandowany (polistyren) jest łatwo rozpoznawalny wizualnie, włókna nylonowe oraz wyroby techniczne (szpule, tuleje) są zwykle wykonane z poliamidu. Prawdopodobieństwo zbiegów okoliczności z takim sortowaniem wynosi około 80%.

Analiza działalności firm działających na rynku surowców wtórnych pozwala na wyciągnięcie następujących wniosków:

1) ceny surowców wtórnych na rynku określa stopień ich przygotowania do przetworzenia. Jeśli przyjmiemy koszt pierwotnego granulatu polietylenu o niskiej gęstości jako 100%, to cena czystej rozdrobnionej folii polietylenowej przygotowanej do przetworzenia wynosi od 8 do 13% kosztu pierwotnego polimeru. Cena aglomeratu polietylenowego wynosi od 20 do 30% kosztu polimeru pierwotnego;

2) cena większości granulowanych polimerów wtórnych, uśredniona według składu, waha się od 45 do 70% ceny polimerów pierwotnych;

3) cena polimerów wtórnych silnie zależy od ich koloru, czyli od jakości wstępnego sortowania odpadów polimerowych według koloru. Różnica w cenie polimerów z recyklingu o czystych i mieszanych kolorach może sięgać 10-20%;

4) ceny produktów otrzymywanych z polimerów pierwotnych i wtórnych są z reguły prawie takie same, co sprawia, że ​​stosowanie polimerów wtórnych w produkcji jest niezwykle opłacalne.

Średnio cena odpadów polimerowych izolowanych z MSW, w zależności od stopnia przygotowania, partii i rodzaju, waha się od 1 do 8 rubli / kg. Ceny skupu od przetwórców w zależności od partii i stopnia zanieczyszczenia przedstawia tabela 1.

Cena czystych odpadów MSW jest zwykle równa cenie odpadów przemysłowych i handlowych.

Na rynkową cenę zakupu odpadów polimerowych z MSW przez przetwórcę składa się cena zakupu przez pośrednika od ludności (około 25% kosztu), opłata za tworzenie wielkotonażowych partii odpadów, sortowanie, prasowanie, a nawet mycie najdroższych (czystych) surowców.

Ceny produktów takich jak aglomerat i granulat średnio 12-24 rubli/kg (poliamid jest droższy od innych - 35-50 rubli/kg, PET - od 20 rubli/kg). Dalsze przetwarzanie zwiększa wartość nadwyżki w zależności od rodzaju produktu o 30-200 %.

Atrakcyjność inwestycyjna

Zdaniem większości ekspertów opłaca się inwestować w przetwarzanie odpadów polimerowych, ale tylko w oparciu o wsparcie państwa i ramy prawne ukierunkowane na interesy przetwórców surowców wtórnych.

Dziś rynek moskiewski to 20-30 małych firm zajmujących się przetwarzaniem odpadów polimerowych, głównie pochodzenia przemysłowego. Rynek jako całość charakteryzuje się nieformalnymi relacjami między przetwórcami a dostawcami, dużym udziałem firm, dla których ta działalność jest działalnością uboczną, a także niskimi wielkościami przerobu (12-17 tys. ton rocznie). Można przypuszczać, że przy stabilnym zapotrzebowaniu ze strony przetwórców na takie odpady, to ilość ofert będzie rosła.

Należy zauważyć, że ilość odpadów polimerowych, które są obecnie poddawane recyklingowi, stanowi bardzo małą część miejskich odpadów komunalnych. I to pomimo tego, że zapotrzebowanie na polimery i produkty z nich powstające stale rośnie, a problem utylizacji odpadów coraz bardziej niepokoi władze miasta.

Czynnikiem ograniczającym budowę nowych zakładów przetwórczych jest niedorozwój systemu odbioru odpadów oraz brak poważnych dostawców. Zbieżność interesów prywatnego biznesu i państwa w tym zakresie powinna nieuchronnie prowadzić do przyjęcia przepisów odpowiadających interesom recyklerów.

Teraźniejszość i przyszłość

1. Roczny wolumen przerobu PET w stolicy wynosi 4-5 tys. ton rocznie. W planach władz Moskwy jest zorganizowanie do 2003 roku systemu selektywnej zbiórki pojemników PET oraz utworzenie dwóch kompleksów produkcyjnych do jego przetwarzania o wydajności 3000 ton rocznie. Obecnie kończy się budowa dwóch prywatnych zakładów przetwórstwa PET o łącznej wydajności 6 tys. ton rocznie.

W najbliższych miesiącach rząd moskiewski powinien przyjąć przepisy regulujące działalność przetwórców polimerów (ich dokładna treść nie jest jeszcze znana). Istniejące i budowane obiekty są wystarczające do zaspokojenia potrzeb rynku. Rozważana jest możliwość wsparcia państwa dla projektów Państwowego Przedsiębiorstwa Unitarnego „Promotkhody” i firmy „Inteko” (potencjalna moc przerobowa - 7-8 tys. ton rocznie).

2. Wielkość przerobu PP w Moskwie wynosi 4-5 tys. ton rocznie, choć w mieście wyrzuca się rocznie około 50-60 tys. Po przetworzeniu PP w postaci granulatu jest dodawany do surowców pierwotnych lub w całości wykorzystywany do produkcji przyborów plastikowych, toreb na zakupy itp.).

Brak projektów recyklingu tego polimeru na dużą skalę (jak w przypadku PET) otwiera ogromne możliwości inwestycyjne. Najbardziej opłacalne na tym etapie jest przetwarzanie surowców wtórnych na granulki, ponieważ konkurencja w dziedzinie produkcji dóbr konsumpcyjnych jest znacznie silniejsza.

3. Wielkość przerobu PE również wynosi 4-5 tys. ton rocznie. Głównym rodzajem surowca jest folia, w tym rolnicza. Łącznie co roku do miasta wyrzuca się około 60-70 tys. ton odpadów polietylenowych. Co do zasady przedsiębiorstwa zajmujące się przetwórstwem PE również zajmują się PP. Jedną z dużych firm, przez którą przepływa ok. 2,5 tys. ton rocznie jest Plastpoliten.

PE jest wysoce odporny na zanieczyszczenia. Jednak istniejący zakaz stosowania surowców polimerowych pochodzących z recyklingu w produkcji opakowań do żywności ogranicza możliwość wprowadzenia do obrotu.

Tym samym najbardziej racjonalna na dzień dzisiejszy wydaje się budowa kompleksu przemysłowego do przetwarzania odpadów polietylenowych, polipropylenowych i PET na granulat.

Ta produkcja musi zawierać:

a) sortowanie (wymaga specjalnego przeszkolenia personelu w celu zmniejszenia udziału innego rodzaju polimeru, co jest bardzo ważne dla jakości produktu);

b) mycie (największe potencjalne ilości surowców zwykle nie są sortowane i nie są myte);

c) suszenie, kruszenie, aglomeracja.

Najbardziej opłacalne ekonomicznie jest zlokalizowanie tego kompleksu w okolicach Moskwy, ponieważ ceny energii elektrycznej, wody, dzierżawy gruntów i powierzchni przemysłowej są tam znacznie niższe niż w stolicy (patrz Tabela 2).

Dla efektywnego działania takiej produkcji niezbędne jest wsparcie państwa. Być może sensowne jest częściowe zrewidowanie istniejących norm sanitarnych dotyczących przetwarzania odpadów stałych, a także zobowiązanie producentów produktów polimerowych do dokonywania odliczeń za przetwarzanie odpadów polimerowych. Ponadto należy podjąć kompleksowe działania na poziomie rządu moskiewskiego oraz indywidualnych usług mieszkaniowych i komunalnych w celu opracowania systemu selektywnej zbiórki i stworzenia sieci punktów recyklingu.

Zwiększone zainteresowanie państwa utylizacją odpadów ma już odzwierciedlenie w budżecie: od 2002 do 2010 roku. na te cele planuje się wydać 519,2 mln rubli. z budżetu federalnego. Oczekuje się, że budżety podmiotów federacji zostaną przeznaczone do 2010 roku. 11,4 miliarda rubli realizacji programu wycofywania.

W 2001 roku Moskwa wydała na ochronę środowiska 3,1 mld rubli. Do tej pory koszt już zrealizowanych projektów przetwarzania odpadów z gospodarstw domowych wynosi 115,5 miliona rubli.

Andriej Golinej,

Wykorzystanie surowców wtórnych jako nowej bazy surowcowej jest jednym z najdynamiczniej rozwijających się obszarów przetwórstwa materiałów polimerowych na świecie. Dla Rosji to nowość. Jednak zainteresowanie pozyskiwaniem tanich surowców, jakimi są polimery wtórne, jest bardzo namacalne, więc światowe doświadczenie w ich recyklingu powinno być poszukiwane.

W krajach, w których ochrona środowiska ma ogromne znaczenie, ilość recyklingu polimerów pochodzących z recyklingu stale rośnie. Ustawodawstwo zobowiązuje osoby prawne i osoby fizyczne do wyrzucania odpadów z tworzyw sztucznych (opakowania elastyczne, butelki, kubki itp.) do specjalnych pojemników w celu ich późniejszej utylizacji. Dziś agendą jest nie tylko recykling odpadowych materiałów polimerowych, ale także przywrócenie bazy surowcowej. Jednak możliwość wykorzystania odpadów polimerowych do reprodukcji jest ograniczona ze względu na ich niestabilne i gorsze właściwości mechaniczne w porównaniu z polimerami oryginalnymi. Produkty końcowe z ich zastosowaniem często nie spełniają kryteriów estetycznych. W przypadku niektórych rodzajów produktów stosowanie surowców wtórnych jest ogólnie zabronione przez obowiązujące normy sanitarne lub certyfikacyjne. Na przykład niektóre kraje zakazały stosowania niektórych polimerów pochodzących z recyklingu w opakowaniach żywności.

Proces uzyskiwania gotowych produktów z tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu wiąże się z szeregiem trudności. Ponowne wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu wymaga specjalnej rekonfiguracji parametrów procesu ze względu na to, że materiał z recyklingu zmienia swoją lepkość, a także może zawierać wtrącenia niepolimerowe. W niektórych przypadkach na gotowy produkt nakładane są specjalne wymagania mechaniczne, których po prostu nie można spełnić przy użyciu polimerów z recyklingu. Dlatego do stosowania polimerów z recyklingu konieczne jest osiągnięcie równowagi między pożądanymi właściwościami produktu końcowego a średnimi właściwościami materiału z recyklingu. Podstawą takiego rozwoju powinna być idea tworzenia nowych produktów z tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, a także częściowe zastępowanie materiałów pierwotnych materiałami wtórnymi w tradycyjnych produktach. W ostatnim czasie proces zastępowania polimerów pierwotnych w produkcji zintensyfikował się tak bardzo, że w samych Stanach Zjednoczonych powstaje ponad 1400 sztuk produktów z tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, które wcześniej były wytwarzane wyłącznie z surowców pierwotnych.

W ten sposób produkty z tworzyw sztucznych z recyklingu mogą być wykorzystywane do wytwarzania produktów, które wcześniej były wykonane z materiałów pierwotnych. Na przykład możliwe jest wytwarzanie plastikowych butelek z odpadów, czyli recykling w cyklu zamkniętym. Również polimery wtórne nadają się do wytwarzania przedmiotów, których właściwości mogą być gorsze niż analogów wytworzonych z surowców pierwotnych. To ostatnie rozwiązanie nosi nazwę „kaskadowego” przetwarzania odpadów. Jest z powodzeniem stosowany m.in. przez firmę FIAT auto, która przetwarza zderzaki samochodów wycofanych z eksploatacji na rury i dywaniki do nowych samochodów.

Rozważymy problemy i perspektywy ponownego wykorzystania tworzyw sztucznych na przykładzie politereftalanu etylenu (PET), polietylenu, polipropylenu i polistyrenu.

POKLEPAĆ

PET ma dość stabilne właściwości mechaniczne. Dlatego oparty na nim materiał wtórny jest dość łatwy w obróbce. Głównym surowcem do recyklingu są takie zwykłe plastikowe butelki po napojach. Co ważne, przetworzony PET homogenizuje się łatwiej niż inne przetworzone tworzywa sztuczne. W krajach rozwiniętych zbiórka odpadów PET jest wystarczająco ugruntowana, podobnie jak technologia ich przetwarzania. Globalna wielkość recyklingu przetworzonego PET sięga 1 miliona ton rocznie.

Proces recyklingu odpadów PET nie wymaga ich uplastyczniania. Są one sortowane z innych rodzajów opakowań plastikowych (na bazie PVC lub PE), następnie rozdrabniane, myte i oczyszczane z etykiet, klejów, pozostałości po masach opakowaniowych i innych zanieczyszczeń, a następnie aglomerowane lub granulowane. Recyklingowane polimery PET mają te same problemy z przetwarzaniem, co pierwotne podłoża PET: niski próg zachowania nienewtonowskiego (gdy szybkość ścinania wpływa na zmianę lepkości polimeru), wrażliwość na ciepło i wreszcie konieczność suszenia. Ponadto w procesie suszenia i przetwarzania materiał z recyklingu ulega pewnej utracie lepkości, co jest spowodowane nie tylko wpływem temperatury i deformacji podczas plastyfikowania polimeru, ale także obecnością zanieczyszczeń (wilgoć, klej, barwniki, itp.). Czynniki te prowadzą do zmniejszenia masy cząsteczkowej polimeru. W tabeli 1 przedstawiono wartości wytrzymałości (σ) i wydłużenia względnego (ε) przy zerwaniu próbek folii z pierwotnego PET oraz próbek z recyklingu PET z wytłaczania ze wstępnym suszeniem i bez suszenia. Niewystarczające wysuszenie podłoża z recyklingu może znacznie pogorszyć właściwości materiału z recyklingu.

Tabela 1

Obszar ich dalszego zastosowania nadających się do recyklingu odpadów PET jest określony przez ich masę cząsteczkową. Masę cząsteczkową PET oblicza się na podstawie jego lepkości granicznej. W tabeli 2 przedstawiono zakres jego wartości dla różnych zastosowań PET.

Tabela 2. Lepkość graniczna PET w zależności od zastosowania

Oczywiście wtórne polimery, które leżą u podstaw różnych rodzajów produktów i w związku z tym mają różne masy cząsteczkowe (lepkość graniczna), wymagają zupełnie innych technologii recyklingu. Recykling PET nie zawsze może służyć jako podstawa do ponownej produkcji oryginalnych produktów.

Kolejny problem przetwarzania odpadów PET wiąże się z możliwą obecnością w nich PVC. Nawet przy starannym sortowaniu butelek PET istnieje szansa, że ​​zanieczyszczenia PVC i PE dostaną się do składu materiału z recyklingu. W temperaturze przetwarzania PET PVC rozkłada się uwalniając kwas solny, który powoduje intensywną degradację polimeru. Dlatego konieczne jest zminimalizowanie obecności PVC w składzie odpadów PET. Dopuszczalna zawartość PVC nie przekracza 50 ppm.

Najczęściej odpady PET są ponownie wykorzystywane do produkcji plastikowych butelek, folii i włókien. Właściwości reologiczne i mechaniczne przetworzonego PET sprawiają, że nadaje się on do produkcji pojemników na detergenty, co czyni go dobrą alternatywą dla PVC i HDPE. Recyklingowany PET jest również często wykorzystywany jako warstwa pośrednia w produkcji trójwarstwowej folii amorficznej i formowaniu z rozdmuchem trójwarstwowych butelek laminowanych z zewnętrznymi warstwami z pierwotnego polimeru. Zastosowanie współwytłaczania mieszanin PET pochodzącego z recyklingu i pierwotnego PET może poprawić właściwości reologiczne polimeru z recyklingu, czyniąc go bardziej odpowiednim do rozdmuchiwania.

Równie ważnym obszarem zastosowania PET z recyklingu jest produkcja włókien. Proces przędzenia włókien wymaga, aby plastyfikowalny polimer z recyklingu miał takie same właściwości reologiczne (gradient prędkości przepływu i nieizotermiczne rozciąganie) jak pierwotny polimer. Z reguły włókno PET uformowane na bazie wtórnej ma właściwości mechaniczne, które spełniają warunki do produkcji szerokiej gamy wyrobów.

Włókno z recyklingu jest przetwarzane na tekstylia lub tkaniny bazowe do produkcji odzieży i dywanów. Te aplikacje mogą wykorzystywać do 100% polimeru pochodzącego z recyklingu. Najczęściej włókno PET stosuje się jako syntetyczną izolację do odzieży zimowej lub jako gotową teksturę pluszu do szycia ubrań.

Włókno PET ma szereg zalet w porównaniu z innymi włóknami syntetycznymi. Na przykład dywany z włókien PET nie blakną i nie wymagają specjalnej obróbki chemicznej wymaganej w przypadku dywanów z włókien nylonowych. Włókna PET i farbują łatwiej niż nylon. Wstęgi z włókien PET wykonane w technologii melt-blown wykorzystywane są do produkcji materiałów dźwiękochłonnych, geotekstyliów, elementów filtrujących i pochłaniających, syntetycznego winterizera. Wreszcie niewielka ilość przetworzonego PET jest wykorzystywana do produkcji części samochodowych, produktów elektrycznych i różnych elementów wyposażenia metodą formowania wtryskowego.

Polietylen

Z polietylenu o niskiej gęstości (LDPE) i polietylenu liniowego (LLDPE) wykonuje się folie do opakowań domowych (m.in. worki foliowe, torby i worki) oraz do opakowań przemysłowych (np. worki na nawozy rolnicze), które stanowią surowce do dalszego recykling. W pierwszym przypadku recykling jest dość prosty, ponieważ jakość materiału wtórnego jest bardzo zbliżona do jakości polimeru pierwotnego ze względu na krótki cykl życia produktu. Polimer jest przez krótki czas wystawiony na działanie czynników zewnętrznych i ulega jedynie nieznacznemu rozpadowi struktury. W większym stopniu struktura materiału cierpi w procesie jego regeneracji poprzez uplastycznienie. Innym źródłem niezadowalających właściwości materiału z recyklingu może być wykorzystanie odpadów o różnej budowie molekularnej (na przykład zarówno LDPE, jak i LLDPE), co nieuchronnie prowadzi do pogorszenia właściwości mechanicznych powstałego materiału.

W przypadku ponownego wykorzystania opakowań przemysłowych sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana. Z reguły folia przemysłowa ma dłuższy cykl życia niż folia do użytku domowego. Ekspozycja na światło słoneczne, wahania temperatury itp. również ma szkodliwy wpływ na strukturę polimeru. Ponadto zużyte przemysłowe folie polietylenowe mogą zawierać znaczne zanieczyszczenia w postaci kurzu i drobnych składników, których usunięcie jest prawie niemożliwe do usunięcia nawet przy najdokładniejszym myciu. Oczywiście wpływa to negatywnie na właściwości materiałów wtórnych.

Wykorzystanie wszystkich tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu jest obliczane na podstawie ich średnich właściwości. W przypadku LDPE i LLDPE można z różnym stopniem pewności stwierdzić, że surowce polimerowe tych rodzajów folii z recyklingu można przetwarzać w takich samych warunkach (i w przybliżeniu o takich samych właściwościach końcowych) jak tworzywa pierwotne. Przykłady recyklingu LDPE obejmują regenerację folii opakowaniowych do użytku domowego i komercyjnego, worków na odpady stałe i folii do ściółki ogrodowej. Właściwości materiału gotowego produktu są bardzo zbliżone do właściwości podstawowej bazy polimerowej, jednak liczba cykli recyklingu „produkt do produktu” jest ograniczona ze względu na pogorszenie właściwości polimeru podczas powtarzalnego procesu topienia materiału . W ostatnim cyklu folia nadająca się do recyklingu nadaje się tylko do produkcji folii ściółkowej ogrodowej, która wymaga dość skromnych właściwości mechanicznych (często dodaje się do niej zwykłą sadzę).

Folie stretch zawierają dodatki polimerowe, które działają jak zanieczyszczenia, wymagające znacznego dodania surowców pierwotnych: folię stretch z recyklingu miesza się w niewielkiej proporcji (15-25%) z polimerem pierwotnym. Podczas recyklingu folii rolno-przemysłowych pojawia się szereg trudności, spowodowanych nie tylko pogorszeniem właściwości mechanicznych bazy polimerowej i obcymi wtrąceniami, ale również procesami fotooksydacyjnymi, które obniżają właściwości optyczne materiału. Powstały film ponownie nabiera żółtego odcienia.

Obecnie za najbardziej obiecujący kierunek recyklingu odpadów z LDPE i LLDPE (i wszelkich innych polimerów) uważa się tworzenie materiałów pośrednich zastępujących tradycyjne materiały drzewne. Główną zaletą materiałów z recyklingu polimerów nad drewnem jest ich stabilność biologiczna: polimery nie są niszczone przez mikroorganizmy i mogą pozostawać w wodzie przez długi czas bez narażania struktury. Aby poprawić właściwości mechaniczne, do kompozycji polimerów wprowadza się różne obojętne dodatki, na przykład sproszkowane wióry drzewne lub włókna. Rynek takich produktów jest ogromny. US Plastic Lumber Corp. szacuje ją na 10 miliardów dolarów.

Z polietylenu o dużej gęstości wykonuje się np. kanistry na produkty płynne. Proces przetwarzania odpadów HDPE wymaga specjalnej obróbki produktów wtórnych (np. pojemników na paliwo i smary). Ponadto często pojawiają się problemy związane z niszczeniem HDPE podczas procesu plastyfikacji ze względu na duże siły mechaniczne towarzyszące temu procesowi. Zakres recyklingu HDPE jest bardzo szeroki i wyróżnia się różnorodnością procesów technologicznych. Często wykorzystuje się go do produkcji folii, pojemników różnej wielkości, rur nawadniających, różnych półproduktów itp. HDPE z recyklingu znalazło największe zastosowanie w produkcji pojemników (kanistrów) metodą rozdmuchu. Właściwości reologiczne polimerów nadających się do recyklingu o dużej gęstości nie pozwalają na wydmuchiwanie dużych pojemników, więc objętość takich kanistrów jest ograniczona. Typowym obszarem zastosowania kanistrów opartych na odpadach HDPE jest pakowanie paliw oraz smarów i detergentów.

Puszki mogą być produkowane w całości na bazie odpadów polimerowych lub metodą ekstruzji z granulatem pierwotnym. W tym ostatnim przypadku druga warstwa polimeru tworzy rdzeń pomiędzy dwiema podstawowymi warstwami polimeru. Uzyskane w ten sposób kanistry są wykorzystywane do napełniania detergentów przez szereg firm (Procter & Gamble, Unilever itp.).

Innym przykładem masowej produkcji z przetworzonego HDPE są rury nawadniające. Z reguły są one wykonane z mieszaniny polimerów wtórnych i pierwotnych w różnych proporcjach. Biorąc pod uwagę, że rury irygacyjne nie są przeznaczone do stosowania pod ciśnieniem, właściwości mechaniczne przetworzonego HDPE są dobrze dostosowane do ich produkcji. Wysoką lepkość HDPE z recyklingu kanistrów i folii można często skompensować niską lepkością pierwotnego polimeru, dzięki czemu można poprawić odporność na uderzenia. Produkcja rur o dużej średnicy z przetworzonego HDPE również nie stanowi problemu: rury nawadniające i odwadniające mają średnicę do 630 mm.

W przypadku korzystania z technologii formowania wtryskowego odsetek tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu jest niższy. Technologia ta jest stosowana do paneli elewacyjnych, koszy na odpady komunalne itp. Rynek paneli elewacyjnych jest bardzo atrakcyjny ze względu na dużą pojemność. Szacuje się, że sam rynek amerykański zużywa 2 miliardy jednostek paneli i desek poszycia, które nadal są tradycyjnym drewnem.

Jeśli chodzi o produkcję folii o podwyższonej odporności na uderzenia i wysokiej wytrzymałości na rozdarcie, w tym przypadku HDPE z recyklingu może być stosowany tylko z dodatkami LDPE i LLDPE.

Polipropylen

Głównym źródłem przetworzonego polipropylenu są plastikowe pudełka, obudowy akumulatorów, zderzaki i inne plastikowe części samochodowe. W mniejszym stopniu produkty opakowaniowe wykonane z tego materiału są poddawane recyklingowi. Jakość wtórnego PP zależy od warunków, w jakich znajdował się produkt podczas eksploatacji. Im mniej cierpi na wpływy zewnętrzne, tym właściwości materiału wtórnego są bliższe właściwościom materiału pierwotnego. Jednak warunki pracy rzadko są tak korzystne. Tylko w rzadkich przypadkach części samochodowe z tworzyw sztucznych mogą być poddawane recyklingowi w obiegu zamkniętym: na przykład Renault Megane wykorzystuje zderzaki z PP z recyklingu do produkcji nowych. Z reguły PP z recyklingu jest wykorzystywany do produkcji innych części samochodowych, które podlegają mniej rygorystycznym wymogom – rury wentylacyjne, uszczelki, maty podłogowe itp. Przykład ten wpisuje się w klasyczny schemat recyklingu kaskadowego.

Recyklowany PP jest również stosowany w różnych mieszankach z pierwotnym PP lub innymi poliolefinami w formowaniu wtryskowym (skrzynki, skrzynie) lub wytłaczaniu (różne profile i półfabrykaty).

Polistyren

Możliwości recyklingu odpadów styropianowych są znacznie skromniejsze. Wynika to z mniejszej dyfuzji w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi oraz, co najważniejsze, mniejszej różnicy cen między surowcami a materiałami z recyklingu. Ponadto produkty polistyrenowe często podlegają znacznemu rozciąganiu objętościowemu podczas produkcji, co komplikuje recykling i wpływa na całkowity koszt utylizacji. Bardzo niewielka część polistyrenów poużytkowych jest przetwarzana na surowce. Przykładami polistyrenu z recyklingu są panele izolacyjne, materiały opakowaniowe, izolacja rur i inne produkty, które mogą optymalnie wykorzystać dobrą izolację termiczną, tłumienie hałasu i odporność na uderzenia polistyrenu z recyklingu. W niektórych przypadkach struktura polistyrenu z recyklingu jest zagęszczana poprzez zastosowanie specjalnych technologii przejściowych, a otrzymany w ten sposób materiał jest wykorzystywany w zastosowaniach polistyrenu krystalicznego. Najciekawszym zastosowaniem tego materiału jest produkcja profili dotychczas wykonywanych wyłącznie z drewna (ramy okienne, podłogi itp.). W tym przypadku właściwości styropianu z recyklingu w niczym nie ustępują właściwościom drewna, a pod względem czasu trwania cyklu życia w warunkach naturalnych nawet go przewyższają.

Mieszanki tworzyw sztucznych

Utylizacja produktów składających się z kombinacji różnych polimerów jest zarówno czasochłonnym, jak i obiecującym zadaniem. Z jednej strony przy tworzeniu surowców wtórnych o akceptowalnych właściwościach mechanicznych z mieszanek tworzyw sztucznych nie ma potrzeby sortowania pierwotnego (na poziomie komunalnym) i wtórnego (na poziomie produkcji recyklingowej) odpadów komunalnych i przemysłowych, co powinno pozytywnie wpłynąć na koszt przetwarzania. Z drugiej strony właściwości otrzymanych materiałów nie są zbyt dobre, ponieważ polimery stanowiące ich podstawę (głównie PE, PP, PET, PS i PVC) są ze sobą niekompatybilne i tworzą układ wieloskładnikowy o niskich interakcjach międzyfazowych . Ponadto obecność zanieczyszczeń – drobinek papieru, metalu, barwników – prowadzi do dalszego pogorszenia właściwości fizycznych i mechanicznych.

W prawie wszystkich przypadkach właściwości mieszanki są znacznie gorsze niż właściwości każdego składnika z osobna. Aby osiągnąć widoczny sukces w utylizacji odpadów wieloskładnikowych, konieczne jest przeprowadzenie przetwarzania w możliwie najkrótszym cyklu. Zadaniem jest z jednej strony uniknięcie zbędnych kosztów materiałowych, a z drugiej skrócenie czasu przetwarzania, zapobieganie rozkładaniu się polimerów, z których składa się materiał. Z tego powodu konieczne jest utrzymywanie niskiej temperatury roboczej, nawet jeśli niektóre składniki (np. PET) pozostaną w stanie stałym i będą zachowywać się jak wypełniacze obojętne. Niezbędny jest również wybór aplikacji, które nie wymagają wysokich właściwości mechanicznych i nie posiadają znacznych wymiarów. Tylko w ten sposób można uniknąć poważnego wpływu kosztów przetwórstwa na ostateczny koszt produktu, a także zniwelować niskie właściwości mechaniczne wieloskładnikowego polimeru dzięki niewielkim wymiarom wytwarzanych z niego produktów.

Ekwipunek

We wszystkich rozwiniętych krajach przemysłowych produkowane są różnego rodzaju urządzenia do przetwarzania odpadów polimerowych. W WNP są producenci niektórych rodzajów sprzętu do „recyklingu” - na przykład JSC „Kuzpolimermash” (Rosja), Baranovichi Machine Tool Plant (Białoruś).

Jednak tak znane europejskie firmy jak Erema GmbH, Artoc Maschinenbau GesmbH, NGR GmbH, General Plastics GmbH (Austria), Gamma Meccanica, Tria S.p.A. nie mają sobie równych w kompleksowych rozwiązaniach. (Włochy), Erlenbach GmbH, Sikoplast Maschinenbau, Heinrich Koch GmbH (Niemcy), ORVAK (Szwecja). Dziś firmy te aktywnie wchodzą na rynek rosyjski.

Ministerstwo Edukacji Republiki Białoruś

instytucja edukacyjna

„Grodnieński Państwowy Uniwersytet im. Janki Kupały”

Wydział Budownictwa i Transportu

Test

w dyscyplinie „Technologia materiałów”

Przetwórstwo polimerów i materiałów polimerowych

Polimer to substancja organiczna, której długie cząsteczki zbudowane są z tych samych, wielokrotnie powtarzających się jednostek – monomerów.

Ryż. 1. Schemat budowy makrocząsteczki polimeru:

a) - cząsteczki podobne do łańcuchów; b) - połączenia boczne

Posiadając zdolność w określonych warunkach do sekwencyjnego łączenia się ze sobą, monomery tworzą długie łańcuchy (rys. 1) o liniowych, rozgałęzionych i sieciowych strukturach wiązań, w wyniku czego powstają makrocząsteczki polimeru.

Ze względu na pochodzenie polimery dzielą się na trzy grupy:

Naturalne powstają w wyniku żywotnej aktywności roślin i zwierząt i są zawarte w drewnie, wełnie i skórze. Są to białko, celuloza, skrobia, szelak, lignina, lateks. Zazwyczaj polimery naturalne poddawane są izolacji, oczyszczaniu, modyfikacji, w której struktura głównych łańcuchów pozostaje niezmieniona. Produktem takiego przetwarzania są sztuczne polimery. Przykładem jest kauczuk naturalny, wykonany z lateksu, celuloidu, który jest plastyfikowany nitrocelulozą kamforą w celu zwiększenia elastyczności.

Polimery naturalne i sztuczne odgrywają ważną rolę w nowoczesnych technologiach, aw niektórych dziedzinach pozostają niezbędne do dziś, np. w przemyśle celulozowo-papierniczym. Jednak gwałtowny wzrost produkcji i zużycia materiałów organicznych nastąpił dzięki polimerom syntetycznym - materiałom otrzymywanym w drodze syntezy z substancji o niskiej masie cząsteczkowej i niemających analogów w przyrodzie. Polimery syntetyczne otrzymuje się podczas przetwarzania węgla, gazu ziemnego i przemysłowego, ropy naftowej i innych surowców. Ze względu na budowę chemiczną polimery dzielą się na liniowe, rozgałęzione, sieciowe i przestrzenne.

W zależności od zmiany właściwości podczas ogrzewania polimery dzielą się na dwie główne grupy: termoplastyczne i termoutwardzalne. Pierwsze z nich powstają na bazie żywic nowolakowych, a drugie - na bazie żywic rezolowych.

1. Polimery termoplastyczne (termoplasty) miękną po podgrzaniu, zamieniając się najpierw w wysoce elastyczny, a następnie w stan lepki; po schłodzeniu twardnieją. Proces ten jest odwracalny, to znaczy może być wielokrotnie powtarzany. Tworzywa termoplastyczne obejmują polimery o liniowej i rozgałęzionej strukturze wiązania; ich monomery są połączone ze sobą tylko w jednym kierunku. Po ponownym podgrzaniu takie wiązania chemiczne nie ulegają zniszczeniu; cząsteczki monomeru uzyskują elastyczność i mobilność. Produkty wytwarzane są z tworzyw termoplastycznych metodą prasowania, formowania wtryskowego, ciągłego wytłaczania (ekstruzji) i innymi metodami. Najczęściej stosowanymi tworzywami termoplastycznymi są materiały polimeryzacyjne (polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polistyren, fluoroplasty i inne) oraz polikondensacja (poliamid, poliuretan, żywice anilino-formaldehydowe, fenolowo-formaldehydowe itp.), produkowane w postaci proszków, okruchów , blachy, pręty, rury itp.

2. Polimery termoutwardzalne (utwardzalne) po podgrzaniu najpierw miękną, jeśli były stałe, a następnie zamieniają się w stan stały. Proces ten jest nieodwracalny, tj. po ponownym podgrzaniu takie polimery nie miękną. Tworzywa termoplastyczne obejmują polimery o strukturze sieciowej lub usieciowanej. Takie polimery tworzą dwu- lub trójwymiarowe wiązania w gigantycznych makrocząsteczkach; ich monomery lub cząsteczki liniowe są ze sobą sztywno połączone i nie są w stanie się wzajemnie poruszać. Najczęściej stosowanymi tworzywami termoplastycznymi są materiały polikondensacyjne – tworzywa fenolowe otrzymywane na bazie żywic fenolowo-formaldehydowych, poliestrowych, epoksydowych i mocznikowych. Części i wyroby z tworzyw termoplastycznych uzyskuje się poprzez prasowanie na gorąco, formowanie wtryskowe i obróbkę skrawaniem.

Obecnie wyroby z tworzyw sztucznych są wytwarzane różnymi metodami. Jednocześnie o wyborze metody wytwarzania produktów decyduje rodzaj polimeru, jego stan początkowy oraz konfiguracja i wymiary produktu.

Głównym zadaniem w przetwórstwie materiałów polimerowych jest spowolnienie negatywnych procesów i stworzenie niezbędnej struktury materiału. Najprostszymi metodami osiągnięcia tego celu są regulacja temperatury, ciśnienia, szybkości nagrzewania i chłodzenia materiału. Ponadto stosowane są stabilizatory zwiększające odporność materiału na starzenie, plastyfikatory zmniejszające lepkość materiału i zwiększające elastyczność łańcuchów molekularnych, a także różnego rodzaju wypełniacze.

Zanim przejdę do omówienia różnych metod przetwarzania polimerów, przypomnę, że materiały polimerowe mogą być termoplastyczne lub termoutwardzalne (termoutwardzalne). Gdy materiały termoplastyczne zostały uformowane pod wpływem ciepła i ciśnienia, muszą być schłodzone poniżej temperatury mięknienia polimeru przed wyjęciem z formy, w przeciwnym razie stracą swój kształt. W przypadku materiałów termoutwardzalnych nie jest to konieczne, gdyż po jednokrotnym łącznym działaniu temperatury i ciśnienia wyrób zachowuje swój kształt nawet po wyjęciu z formy w wysokiej temperaturze.

Podczas przetwarzania na produkty, tworzywa termoplastyczne są narażone na działanie ciepła, ciśnienia mechanicznego, tlenu atmosferycznego i światła. Im wyższa temperatura, tym bardziej plastyczny materiał i łatwiejszy w obróbce. Jednak pod wpływem wysokich temperatur i wyżej wymienionych czynników pękają wiązania chemiczne w polimerach, utlenianie, powstawanie nowych niepożądanych struktur, przemieszczanie się poszczególnych odcinków makrocząsteczek i makrocząsteczek względem siebie, orientacja makrocząsteczek w różnych kierunkach , a wytrzymałość materiału w kierunku orientacji wzrasta, a w kierunku poprzecznym maleje. W produkcji folii i wyrobów cienkościennych zjawisko to odgrywa pozytywną rolę, we wszystkich innych przypadkach powoduje niejednorodność strukturalną i naprężenia szczątkowe.

Osobliwością przetwarzania materiałów termoutwardzalnych na produkty jest połączenie procesów formowania z utwardzaniem, tj. Z reakcjami chemicznymi w celu utworzenia usieciowanej struktury makrocząsteczek. Niepełne utwardzenie pogarsza właściwości materiału. Osiągnięcie wymaganej kompletności utwardzenia nawet w obecności katalizatorów i w podwyższonych temperaturach wymaga znacznej ilości czasu, co zwiększa złożoność produkcji części. Ostateczne utwardzenie materiału może nastąpić poza oprzyrządowaniem formującym, ponieważ produkt nabiera stabilnego kształtu przed zakończeniem tego procesu.

Przy obróbce materiałów kompozytowych duże znaczenie ma adhezja (adhezja) spoiwa z wypełniaczem. Wartość przyczepności można zwiększyć poprzez oczyszczenie powierzchni wypełniacza i nadanie mu reaktywności. Przy słabej przyczepności spoiwa do wypełniacza w materiale pojawiają się mikropory, które znacznie zmniejszają wytrzymałość materiału.

Różnica w przekroju produktu w szybkościach chłodzenia, stopniu krystalizacji, kompletności procesów relaksacji termoplastów i stopniu utwardzenia termoplastów prowadzi również do niejednorodności strukturalnej i pojawienia się dodatkowych naprężeń szczątkowych w produktach. W celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych stosuje się obróbkę cieplną produktów, tworzenie struktury podczas przetwarzania i inne metody technologiczne.

Stale rosnący wolumen produkcji tworzyw sztucznych wymaga dalszego doskonalenia istniejących i opracowywania nowych wysokowydajnych procesów technologicznych przetwarzania polimerów. Dalszy postęp w przetwórstwie tworzyw sztucznych wiąże się z gwałtownym wzrostem wydajności urządzeń przetwórczych, zmniejszeniem pracochłonności wytwarzania produktów oraz wzrostem ich jakości. Rozwiązanie postawionych zadań jest niemożliwe bez zastosowania nowych progresywnych metod przetwarzania, które obejmują różnego rodzaju przetwarzanie polimerów pod ciśnieniem w stanie stałym skupienia.

Wszystkie procesy przetwarzania polimerów w stanie stałym opierają się na odkształceniu plastycznym (wymuszono sprężystym), które jest odwracalne. Wymuszone odkształcenia sprężyste w polimerach rozwijają się pod wpływem dużych naprężeń mechanicznych. Po ustaniu siły odkształcającej, w temperaturach poniżej temperatury mięknienia, wymuszone odkształcenie sprężyste zostaje utrwalone w wyniku zeszklenia lub krystalizacji materiału, a odkształcony korpus polimerowy nie przywraca swojego pierwotnego kształtu.