Переработка полиэтилена: способы, виды изделий из вторсырья, экономический потенциал

Переработка полимеров и их утилизация как отходов постепенно развивается. Создается новое оборудование, совершенствуются технологии. Рассмотрим суть процесса, возможные виды продукции, проблемы и перспективы развития этого направления в РФ.

Виды полиэтиленовой продукции

Полиэтилен является производным этилена, продуктом полимеризации.

Расщепление высокомолекулярных нефтесоставляющих, дегидратация этанола или дегидрирование этана – основные способы получения полимера в промышленности.

В молекуле H₂C=CH₂ разрывается связь при полимеризации. Образуется мономер, который затем соединяется в цепь. На ход реакции влияет температурный режим, уровень давления и разновидность ускорителя.

Полиэтилен – составляющая других материалов, например, капролона (полиамида-6-блочного).

Существует классификация видов ПЭ, отличающихся плотностью и другими свойствами. Различают:

1. Мягкий и гибкий линейный ПВД (полиэтилен высокого давления), устойчивый к любым видам деструктивного воздействия. Его можно окрашивать – в силу этой особенности ЛПВД применяют для изготовления ламината, стретч-пленки.
2. Более жесткий, чем ПВД, полиэтилен низкого давления. Полимерная структура при 20-22 °C до 80% кристаллизуется. Плавится при 125-132 °C. Идет на производство тары для различных кислот и других химических реактивов.
3. ПСД (ПЭ среднего давления) – это смесь первых двух типов, сочетающая их достоинства. Из этого вида изготавливают пленочные материалы, толстостенные сосуды.
4. ПВД. Непрочный полиэтилен высокого давления, с температурой плавления 103-110 °C. Иногда его ошибочно называют целлофаном. Из него создают пакеты и другие упаковочные материалы.

Не так давно обрела популярность разновидность РЕХ. Это получаемый из ПНД сшитый ПЭ. Плавится при большой температуре. На сырье воздействуют химикатами или гамма-излучением. В итоге получается объемная кристаллическая структура. Из такого полиэтилена делают трубы, изоляцию электрических кабелей и термоусадочные материалы.

В целом ПЭ применяют в различных сферах: производстве, АПК, торговле, медицине, быту и др.

Виды продукции:

• Пленки разной плотности и назначения.
• Сосуды – от пластиковых бутылок до баков и канистр.
• Посуда (одноразовая, пищевые контейнеры).
• Игрушки и сувениры.
• Трубы напорные и бензонапорные.
• Термоклей (полиэтиленовый порошок).
• Изоляционные оболочки.
• Амортизационные материалы для механической защиты в различных областях (транспортировка, укладка трубопроводов).
• Протезы и другие медицинские устройства, расходные материалы.
• Корпуса для различных электроприборов и т. д.

Полиэтилен – один из самых дешевых материалов, что обеспечивает низкую себестоимость конечного продукта производства. На основе ПЭ создаются полимерные композиции с различными бактерицидными добавками (например, роданид или фосфат серебра, двуокись кремния).

Опасность материала для окружающей среды

И хотя полиэтилен облегчил жизнь человека, материал в большой степени опасен для окружающей среды. ПЭ содержит вредные химические соединения, содержащие тяжелые металлы (в частности, свинец). Если говорить о пакетах и пищевой стретч-пленке из ПЭ, то высвобождение токсинов может вызвать длительное нахождение в холодной среде, повышенная кислотность продуктов. Большие температуры заставляют полиэтилен выделять токсичный формальдегид – сильный канцероген.

Организация сбора отходов

Вторичная переработка ПЭ регулируется нормативными документами, в частности, ГОСТ Р 54533-2011.

Но чтобы сырье было пригодным, его нужно правильно подготовить. Этот процесс начинается уже на этапе сбора отходов. Для этого организуют пункты приема отработанного полиэтилена или устанавливают сортировочные баки на придомовых территориях: последний метод не получил должного распространения по РФ.

На заводе после получения сырья проводится более детальное рассортировывание отходов:

• По величине. Большие куски разрезают с помощью пилящих станков.
• По виду ПЭ. Отделяются пленочные отходы, бутылки и т. д.
• По пригодности к переработке. Около 2-10% принятого полиэтилена уйдет на утилизацию.
• По уровню загрязненности. Все отходы проходят процедуру мойки. При сильной загрязненности сырье обмывают повторно.

Сортировка на заводе производится вручную: оборудование, применяемое на подобных предприятиях, не позволяет автоматизировать эту деятельность. Поэтому в области переработки полимеров предлагают много вакансий.

Куда сдать полимерные отходы

Большая часть отходов полиэтилена попадает в контейнеры для ТБО у жилых домов. Недостаток этого способа в значительном загрязнении сырья пищевыми остатками, посторонними жидкостями, химикатами. Эта масса нуждается в тщательной сортировке и очистке.

В некоторых странах практикуется сортировка на этапе выбрасывания мусора: отработанная пластмасса при этом помещается в отдельный накопитель. В России также частично введена подобная схема, но приживается она слабо:

• Такие сортировочные контейнеры установлены далеко не повсеместно.
• Нет работы с населением в этом вопросе, не предусмотрены штрафы. Результат – в контейнерах для пластика оказываются и другие виды отходов, что аннулирует ценность такой «сортировки».

Вывод: отходы полимерных материалов лучше сдавать в специально отведенные пункты приема вторсырья, здесь за это предусмотрена небольшая плата. Другой экологичный вариант – передавать отходы на предприятия, занимающиеся переработкой полимерных отходов.

Проблема утилизации полиэтилена

Есть много проблем утилизации полиэтилена и полимерных отходов в целом (ПВХ, полипропилена и т. д.) Их решение возможно только при правильной организации сбора, сортировки и предварительной обработки отходов. Необходима разработка ценовой системы вторичного сырья для стимуляции предприятий заниматься этим направлением. Для полноценной и качественной переработки создается специальное оборудование.

Ранее для утилизации полимеров активно использовался метод сжигания, который предусматривал большие затраты на обезвреживание воздушных выбросов. В нынешних условиях все больше внедряется переработка отходов методами механического рециклинга.

Основные способы вторичной переработки ПЭ

В России вторичная переработка полимерного утиль сырья (в частности, ПЭ), осуществляется по 2 основным технологиям: перевод в гранулят и пиролитическое разложение. Первый метод заключается в поставке полимерного вторсырья на предприятия, второй – в генерации различных видов топлива для печей в жидкой форме и в виде газа. Менее распространено прямое прессование и использование термической плазмы.

Переработка в гранулы (суть, этапы)

Технология термомеханического рециклинга позволяет переводить ПНД в ПВД и обратно. Параметры молекулы устанавливаются при получении полимера и не изменяются. Но чтобы придавать вторичной продукции те или иные свойства, к ПНД прибавляют ПВД, и наоборот.

Алгоритм переработки:

1. Сбор и сортировка сырья. Распределение по величине, цвету, типу первичного сырья, степени загрязнения.
2. Очищение: промывка и сушка. Обычно отходы производства менее загрязнены, чем бытовые. Бывшие молочные емкости промывают дважды. Применяют фракционные мойки и центрифуги.
3. Размельчение до нужной фракции. Используют дробилки и шредеры.
4. Отделение инородных материалов. Это может быть металл, песок, полиэтилентерефталат (обладает иными характеристиками, по сравнению с ПЭ и перерабатывается с выделением терефталевой кислоты). Процедура осуществляется с помощью ванн флотации и гидроциклонов.
5. Промытое и размельченное сырье отправляют в агломератор для переработки полиэтилена, пласткомпактор (на более современных линиях), гранулятор или экструдер.

Преимущества оборудования для переработки полимеров – высокая производительность, экономичность. Не нужны вспомогательные приспособления (помосты, лестницы).

Пиролиз

Отходы с высокой степенью деградации проблематично перерабатывать на гранулят. Этот материал подвергается разложению на установках для пиролиза.

Безопасность и качество – характерные свойства продуктов пиролиза ПЭ. Это следствие отсутствия в первичном сырье сульфатов, фосфорных и азотных соединений.

Сначала отщепляются боковые ответвления и растрескивается главная углеродная цепь. В итоге образуются горючие газы, воски и смолы. Затем разлагаются углеродистые остатки с высвобождением текучих фракций, близких к бензину.

Переработка сшитого полиэтилена

РЕХ или сшитый ПЭ как вторичное сырье получают из высоковольтной изоляционной оболочки и труб сантехники. Он пригоден и для разложения путем пиролиза. Его также перерабатывают с помощью следующих технологий:

• Дробление до порошкообразного состояния. Продукт используется как наполнитель при изготовлении гранулята из ПВД и ПНД.
• Разрезание при высоких температурах с окислением. Таким образом разрываются углеродные связи и увеличивается текучесть.
• Обработка ультразвуком. Разрушается 3Д-структура, при этом полимерные цепи остаются нетронутыми.
• Гидролитическая переработка РЕХ. Разрушается сшивка, а конечный продукт не отличается от первичного полиэтилена.

Продукция, получаемая от переработки РЕХ, применяется в производстве труб, электроизоляционного покрытия, используемых в быту приборов.

От чего зависит качество вторичных материалов

Чтобы продукт рециклинга полиэтилена не уступал по качеству первичному, нужно:

• Тщательно сортировать отходы и очищать их от загрязнений.
• Соблюдать технологию переработки.
• Применять исправное оборудование.

В изготовлении конечного продукта вторичные материалы ПЭ могут полностью заменить первично синтезированное сырье.

Виды изделий, которые можно получить из вторсырья

Производство продукции из вторсырья ПЭ осуществляют по технологиям:

• Экструзии. При высокой температуре масса давится через головку оборудования с определенным сечением. Этим методом производят профили окон, трубы, пленки и т. д.
• Литья под давлением. Расплав заливается в форму, охлаждается. Литье проводят на термопласте. Оборудование позволяет делать полые, армированные конструкции.

Таблица показывает, какую продукцию производят из вторичного сырья ПЭ:

Переработка полиэтилена на дому без вложений невозможна. Альтернатива — специальные мини-аппараты, которые можно поставить во дворе частного дома, гараже. Готовый дробленый материал принимают предприятия.

Экономический потенциал переработки ПЭ в России

Перспективность такого направления бизнеса, как вторичная переработка полимеров, очевидна. Этот вид предпринимательства привлекателен, с точки зрения востребованности конечной продукции в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве. Кроме того, ужесточилось природоохранное законодательство, первичное сырье подорожало.

На рынке вторичного ПЭ преобладают магазинные пленки, промышленные отходы, полигонный полиэтилен, ПВД и ПНД. Использование материала зависит от источника сырья. ПЭ с полигонов применяется для ящиков, георешеток. Коммерческий и промышленный материал более чистый, его используют для труб, стройматериалов, пленок (непищевых).

Вторичная переработка полиэтилена – экологичный и прибыльный вид деятельности. В России рециклинг еще не развит в должной мере. Проблемы заключаются в необходимости отлаживания механизма сбора и сортировки сырья. Одновременно направление довольно перспективное и востребованное.