Методы переработки отходов ПА.

Кафедра Химии и технологии переработки

Пластмасс и полимерных композитов

Химическая технология»

Реферат на тему:

Вторичная переработка полимеров (рециклинг). Особенности технологии переработки вторичного сырья в изделия по сравнению с переработкой первичных полимеров (на примере полиамидов). Свойства композиций на основе вторичных полиамидов.

Выполнила ___________/ Михальченко К.А./

Приняла ___________/ Ушакова О. Б./

Москва 2017

В наше время масштабы производства увеличиваются в геометрической прогрессии, а состояние окружающей среды ухудшается с каждым днем. Одной из причин этого являются отходы самых разных видов промышленности, накопление которых приводит к экологическим проблемам.

Ярким примером может служить производство различных изделий из пластмассы.

Из-за своей дешевизны и удобства в использовании пластмассой часто заменяются различные дорогостоящие металлы. Производство изделий из пластмасс широко используется в разных сферах промышленности, таких как приборо- и машиностроение, медтехника. С помощью данного материала создаются корпуса и панели приборов, различные детали.

В 2000 году мировое производство пластмассы превысило 220 млн тонн в год. Из этого числа около 40 % идет на производство упаковочных материалов, почти 30 % — на изготовление различных пленок, 5 % — в мебельную промышленность и 3 % — в техническую. Остальные 22 % используются в качестве конструкционных материалов в составе многослойных покрытий и для отделочных работ. К 1990-ым годам проблема утилизации пластмасс принимает общемировой характер.

К основным источникам отходов пластмасс относятся по большей части бытовые отходы (до 70 %), торговля и промышленность (чуть меньше 20 %), сельское хозяйство и строительство (по 3–5 %) и даже транспорт (до 6 %). [1]

Пластмассы не подвержены гниению и коррозии, поэтому уничтожить их трудно. Однако, если пойти путем прямой утилизации пластмасс, то есть сжигать данные изделия в специализированных установках, возможны вредоносные выбросы токсичных веществ в атмосферу.

В связи с этим, выгоднее всего проводить рециклинг, т. е. процесс возвращения отходов, сбросов и выбросов в процессы техногенеза.

Переработку вторичного сырья рассмотрим на примере полиамидов.

Полиамиды — пластмассы на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений, содержащих в основной цепи амидные группы —CONH—

Производство полиамидов составляет относительно небольшой процент от общего производства пластмасс. Однако исключительное положение полиамидов среди других полимеров в значительной степени обусловлено их высокой прочностью и стойкостью к ударным нагрузкам, способностью ориентироваться при холодной вытяжке и химической стойкостью амидной связи. Большое значение имеют и другие свойства, в том числе молекулярный вес. Основные выпускаемые промышленностью группы полиамидов—полиамид-6, полиамид-12, полиамид-66, полиамид-610

Так как ПА дорогостоящий материал, обладающий рядом ценных химических и физико-механических свойств, рациональное использование его отходов приобретает особую важность.

Многообразие видов вторичного ПА требует создания специальных методов переработки и в то же время открывает широкие возможности для их выбора.

Температуры плавления различных полиамидов значительно отличаются друг от друга: самая высокая Т_пл у ПА-66, самая низкая у ПА-12. Вследствие этого, многие их характеристики существенно отличаются друг от друга.

Применение ПА.

Текстильная промышленность (женские чулки, куртки, носки, ковровые покрытия, веревки и т.д.)

Автомобильная промышленность (колпаки автомобильных колес, корпус зеркал заднего вида и др.)

Приборостроение (кнопки, заклепки, стяжки для крепления проводов и кабелей и др.)

Медицина (зубное протезирование) и др.

Ряд отходов (изношенные чулочно-носочные изделия) содержит неполиамидные составляющие и требует специального подхода при переработке. Изношенные изделия загрязнены, причем количество и состав загрязнений определяется условиями эксплуатации изделий, организацией их сбора, хранения и транспортирования.

Основными направлениями переработки и использования отходов ПА можно назвать измельчение, термоформование из расплава, деполимеризацию, переосаждение из раствора, различные методы модификации и текстильную обработку с получением материалов волокнистой структуры. Возможность, целесообразность и эффективность применения тех или иных отходов обусловлены, в первую очередь, их физико-химическими свойствами.

Большое значение имеет молекулярная масса отходов, которая влияет на прочность регенерированных материалов и изделий, а также на технологические свойства вторичного ПА. Значительное влияние на прочность, термостабильность и условия переработки оказывает содержание низкомолекулярных соединений в ПА-6. Наиболее термостабильным в условиях переработки является ПА-6,6.

Для выбора методов и режимов переработки, а также направлений использования отходов важным является изучение термического поведения вторичного ПА. При этом значительную роль могут играть структурно-химические особенности материала и его предыстория.

Методы переработки отходов ПА.

Существующие способы переработки отходов ПА можно отнести к двум основным группам: механические, не связанные с химическими превращениями, и физико-химические. Механические способы включают измельчение и различные приемы и методы, использующиеся в текстильной промышленности для получения изделий с волокнистой структурой.

Механической переработке могут быть подвергнуты слитки, некондиционная лента, литьевые отходы, частично вытянутые и невытянутые волокна.

Измельчение является не только операцией, сопровождающей большинство технологических процессов, но и самостоятельным методом переработки отходов. Измельчение позволяет получить порошкообразные материалы и крошку для литья под давлением из слитков, ленты, щетины. Характерно, что при измельчении физико-химические свойства исходного сырья практически не изменяются. Для получения порошкообразных продуктов применяют, в частности, процессы криогенного измельчения.

Отходы волокон и щетины используют для производства рыболовной лесы, мочалок, сумочек и др., однако при этом требуются значительные затраты ручного труда.

Из механических методов переработки отходов наиболее перспективными, получившими широкое распространение следует считать производство нетканых материалов, напольных покрытий и штапельных тканей. Особую ценность для этих целей представляют отходы полиамидных волокон, которые легко перерабатываются и окрашиваются.

Физико-химические методы переработки отходов ПА могут быть классифицированы следующим образом:

• деполимеризация отходов с целью получения мономеров, пригодных для производства волокна и олигомеров с последующим их использованием в производстве клеев, лаков и других продуктов;

• повторное плавление отходов для получения гранулята, агломерата и изделий экструзией и литьем под давлением;

• переосаждение из растворов с получением порошков для нанесения покрытий;

• получение композиционных материалов;

• химическая модификация для производства материалов с новыми свойствами (получение лаков, клеев и т.д.).

Деполимеризация широко применяется в промышленности для получения высококачественных мономеров из незагрязненных технологических отходов.

Деполимеризацию проводят в присутствии катализаторов, которыми могут быть нейтральные, основные или кислые соединения.

Широкое распространение в нашей стране и за рубежом получил метод повторного плавления отходов ПА, которое проводят в основном в вертикальных аппаратах в течение 2–3 ч и в экструзионных установках. При длительном термическом воздействии удельная вязкость раствора ПА-6 в серной кислоте снижается на 0,4…0,7 %, а содержание низкомолекулярных соединений возрастает с 1,5 до 5–6 %. Плавление в среде перегретого пара, увлажнение и плавление в вакууме улучшают свойства регенерированного полимера, однако не решают проблемы получения достаточно высокомолекулярных продуктов.

В процессе переработки экструзией ПА окисляется значительно меньше, чем при длительном плавлении, что способствует сохранению высоких физико-механических показателей материала. Повышение влагосодержания исходного сырья (для снижения степени окисления) приводит к некоторой деструкции ПА.

Получение порошков из отходов ПА путем переосаждения из растворов представляет собой способ очистки полимеров, получения их в виде, удобном для дальнейшей переработки. Порошки могут применяться, например, для чистки посуды, как компонент косметических средств и др.

Перспективным направлением улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств изделий из вторичного ПКА является физическое модифицирование формованных деталей путем их объемно-поверхностной обработки. Термообработка образцов из вторичного ПКА, наполненного каолином и пластифицированного сланцевым мягчителем в нагретом глицерине приводит к росту ударной вязкости на 18 %, разрушающего напряжения при изгибе на 42,5 %, что может быть объяснено формованием более совершенной структуры материала и снятием остаточных напряжений.

Некоторое снижение физико-механических свойств полиамида после более чем четырехкратной переработки методом расплавления и литья под давлением устраняется добавлением в композицию наполнителей, в частности высокодисперсного стекловолокна. Это становится возможным, так как в процессе многократной переработки происходит не только изменение физико-механических свойств, но вследствие деструктивных процессов уменьшается вязкость полимера. Стеклонаполненный вторичный полиамид не только не уступает первичному полиамиду, но по некоторым показателям (прочностные, антифрик­ционные свойства) превосходит его.

Области применения стеклонаполненного вторичного полиамида определяются его высокой механической прочностью, сравнимой с прочностью легких металлов, что позволяет использовать его для изготовления различных деталей машин, в том числе вентиляторных колес, шестерен, шкивов и других деталей, а также деталей электрооборудования.

Регулирование свойств вторичного полиамида возможно также смешением его на стадии расплава с другими термопластами, например, с полиэтиленом. Такая композиция обладает повы­шенной износостойкостью, сопротивлением старению, хими­ческой стойкостью и меньшим водопоглощением по сравнению с исходным полиамидом.