CC BY
53PROSPECTS AND SAFETY OF USING RECYCLED MATERIALS AS A FILLER IN SOFT TOYS
Akisheva B.,
(Master's degree student of Almaty Technological University, Almaty, Kazakhstan)
Jurinskaya I.
(Scientific director, Head of Department "Technology of textile production", PhD of Almaty Technological
University, Almaty, Kazakhstan)
ПЕРСПЕКТИВЫ И БЕЗОПАСНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ МЯГКИХ ИГРУШЕК
Акишева Б.,
(Магистрант Алматинского технологического университета, г. Алматы, Казахстан)
Джуринская И.
(Научныйруководитель, заведующая кафедрой «Технология текстильного производства», PhD Ал-
матинского технологического университета, г. Алматы, Казахстан)
Abstract
The report covers modern principles of non-waste and environmentally friendly production and ecological disposal of polyethylene terephthalate (PET) to create artificial insulation and filler in the textile industry. This has the advantage of producing new items from previously used raw materials.
Аннотация
В работе рассмотрены современные принципы безотходного и безвредного для окружающей среды производства и экологическая утилизация полиэтилентерефталата (ПЭТ) для создания искусственного утеплителя и наполнителя в текстильной промышленности. Преимуществом является производство новой продукции из ранее использованного сырья.
Keywords: plastic, plastic waste, recycling, ecology, insulation, textile industry, polyester fiber, safety, synthetic fluff
Ключевые слова: пластик, пластиковые отходы, переработка, синтепон, экология, утеплители, текстильная промышленность, полиэфирное волокно, безопасность, синтепух
В настоящее время проблема бытовых отходов имеет актуальное значение связи с тем, что пластмассовые отходы потенциально являются мощным сырьевым и энергетическим ресурсом. Самым эффективным и разумным способом утилизации полиэтилентерефталата (ПЭТ) является повторное использование по правилу "The 3 'R's" (reduce -> reuse -> recycle). Особая значимость данной работы подтверждается тем, что экологическая проблема с каждым годом увеличивается и проявляется в раз-
рушении структуры и необратимый выброс большого количества углекислого газа, что ведет за собой глобальное потепление. Ежегодно в Казахстане образуется 4,5-5 млн. тонн твердых бытовых отходов (далее - ТБО). ТБО сортируются и перерабатываются на заводах в городах Нур-Султан, Шымкент и Жанаозен, а также предприятиях, в основном малого и среднего бизнеса. Доля переработанных и утилизированных ТБО за 3 квартал 2020 г. составил 15,8% [1,2]. Из них: см. табл. 1
Таблица 1
№ Наименование области, города 2017г., % 2018г., % 2019г., % 2020г., % (3 квартал)
1 Туркестанская область 3,48 7,17 10,05 13
2 г. Алматы 10,01 5,70 10,95 9
3 г. Нур-Султан 8,33 12,25 15,92 30
4 г. Шымкент - 18,28 22,77 26
Пластмассы, как известно, имеют смесь многих химических компонентов и используются для различных бытовых применений. Несмотря на различные полезные применения, пластикам требуется много времени для разложения. Потребление пластмасс на душу населения продолжает расти и остается на высоком уровне в странах с высоким уровнем дохода, несмотря на очевидный вклад в глобальную проблему загрязнения пластмасс. На практике выявляют большие проблемы, как отсутствие экономически и экологически правильных методов утилизации вторичных отходов и рынка сбыта, недостаточное выявление областей, где применение вторичного сырья было бы полезным и целесообразным, поиски новых потребительских свойств отхода. Сжигание пластмасс выделяет химические вещества, такие как фосген и диоксиды, которые считаются опасными для экосистемы. Токсичный мусор, который выделяется из пластмасс, попадает в пищевую цепь и водоемы в виде микропластиков, что еще пагубнее. Продукты питания, загрязненные микропластиками, и незначительное количество фталатов в игрушках приводят к серьезным последствиям для здоровья, таким как врожденные заболевания и злокачественные опухоли. Диоксины, выделяемые из пластичных полимеров, являются смертельно стойкими органическими загрязнителями, которые вызывают опухоли и неврологические повреждения у людей. Неадекватная практика обращения с отходами привела к значительному пластическому загрязнению водных, земных объектов. К сожалению, большинство пластмасс не является биоразлагаемым, и в конце своего срока службы альтернативой решения проблем пластик должен быть либо переработан, уничтожен или утилизирован. В этом и заключается проблема: из примерно 8,3 миллиарда метрических тонн когда-либо произведенного пластика (до 2017 года), переработки и утилизации пластика недостаточно для окружающей среды, и 4,9 млрд. метрических тонн пластика по-прежнему находится в нашей среде [2].
Цель работы: рассмотреть пути переработки пластиковых бутылок в полиэфирное волокно и доказать безопасность использования вторичного сырья, путем создания мягкой, набивной наполнителем, игрушки.
Объекты и методы исследования. Анализируя и исследуя литературный обзор по теме исследования общим выводом выбор методики пал на механический. Технология рециклинга пластиковых бутылок состоит из нескольких этапов:
1) Сортировка отхода по маркировке (указаны символическим изображением петли Мебиуса);
а) сортировка по составу материала;
б) сортировка по цвету;
2) Ополаскивание и мойка тар (удаление пищевых отходов, загрязнений, и т.д.);
3) Сушка;
4) Прессование;
5) Дробление на флекс (хлопья, гранулы).
Подготовить сырье для переработки и производства химических волокон возможно вручную и имеется возможность автоматизированного процесса. Отходы бытового, ежедневного назначения и одноразового пользования, помещают в дробильную установку, бутылки измельчаются до нужных нам фракций - 6 мм и 12 мм. Суть работы роторной дробилки заключается в следующих операциях:
1. В загрузочный бункер помещается сырье из отходов, где специальные ножи производят захват.
2. Непосредственно резка. Чаще всего осуществляется резка с помощью неподвижных лезвий, закрепленных на статоре и подвижными лезвиями, закрепленными на роторе.
3. Дробление происходит при быстрых ударах ножами, расположенными в камере ротора.
4. Для определения размера исходных гранул под резательной камерой может размещается несколько сит, для разделения фракций по размерам.
Полученный флекс является главным и важным сырьем для оборудования, производящее полиэфирное волокно - волокнообразователь. Вторсырье после дозатора сразу поступает в волокнооб-разователь, при этом уменьшается время нахождения полимера в состоянии расплава, что практически исключает возможность деструкции полимера. Переработанный флекс помещается в приемный бункер фильера волокнообразователя. Под действием центробежных сил и воздействием температуры (около 260°С), фракции устремляются к формующим отверстиям фильера. В конечном итоге из фильеры образуются струи расплава полимера, поток скоростного сжатого воздуха многочисленно вытягивает и охлаждая формирует нужное нам, полиэфирное волокно. Конечный продукт можно формировать в кипы либо автоматизировать, наматывая на катушки определенной диаметра, резать на нужные параметры. Для обзора и краткой информации оборудования, производящее волокно, можно пройтись по техническим характеристикам: в основу входит шкаф управления и узел волокнообразователя. Также для комфортной работы необходимы дополнительные установки: рама(каркас) для крепления волокнообразователя и компрессор. Производительность волокна зависит от количества установленных узлов волокнообразователя на одном каркасе. Один узел производит 12кг/час. На одну раму допускается установка сразу четырех узлов волокнообразователя, что позволяет нам увеличить производительность до 48 кг/час. Будущее обращение с волокном зависит от Вашего желания и сферы применения. Наглядная демонстрация предоставлена в схеме (см. схема 1)
Схема 1
очистка,мойка, сушка
ПЭТ отходы (бутылки)
дробление на фракции
исследование на
безопасность
полиэфирное волокно
волокнообразование
Первостепенной важности вопрос, возникающий прежде всего - это насколько безопасным является продукция из вторичного сырья. Принципиальный выбор пал на изделие, к которому требования безопасности самые высокие, строгие и жесткие, а именно детская, мягкая, набивная игрушка. Почему именно в игрушках? Потому что, это именно тот продукт, предназначенный для возрастной группы потребителей, в отношении которой высочайшие требования санитарного контроля, гигиены, устойчивости, надежности и безопасно-
сти. Требования этих условий должны гарантировать защиту жизни и здоровья детей и соответствовать всем требования Технического Регламента Таможенного Союза ТР ТС 008/2011 «О безопасности игрушек» [3].
Исходя из вышеуказанного, работа была проведена над конструированием игрушки с набивкой из синтепуха, полученного путем переработки пластиковых бутылок с помощью волокнообразова-теля. Вдохновением при выборе и изготовлении игрушек послужили игрушки бренда Maileg Toys [4].
Рисунок 1 - Лекало и готовое изделие ручной работы
Значительный фактор, определяющий безопасность игрушки - индекс токсичности, показатель которого должен отвечать всем требованиям и правилам ТР ТС 008/2011. Индекс токсичности -интегральный показатель воздействия вредных веществ и величина, характеризующая степень цито-токсического действия. Цитотоксичность - токсическое действие на клетки млекопитающего (на
суспензионную кратковременную культуру клеток млекопитающих - сперму быка) [5, п.3.2, п.3,5].
Для проведения испытаний используют водные экстракты текстильных материалов, контрольные растворы, а также размороженную суспензионную кратковременную культуру клеток млекопитающих - сперму быков по ГОСТ 26030. Индекс токсичности определяют при сравнении экспери-
ментальных данных опытного раствора с контрольным. Испытания проводят при температуре - 40±1,5 °С и постоянно её поддерживают. Растворы в количестве по 0,4 мл отбирают в пробирки с притертыми пробками и ставят в блок термостата анализатора изображения АТ-05. В пробирки с контрольным и опытным растворами помещают по 0,1 мл полученной по 6.3 суспензии сперматозоидов. Заполняют по пять капилляров анализатора изображения АТ-05 двумя растворами и далее устанавливают в каретку и помещают в анализатор изображений АТ -05. Кнопкой «Старт» на анализаторе наблюдается накопление экспериментальных данных. Обработка результатов, вычисления индекса токсичности выполняется автоматически анализа-
тором изображений АТ-05. При подвижности сперматозоидов быка порядка 10% от ее первоначальной активности в капиллярах процесс останавливают. Если значение коэффициента вариации не более 15%, то результаты испытаний считают статистически значимыми [5, п.6]. Более подробный процесс проведения испытаний и исследований на токсичность описан в ГОСТ 32075-2013. Индекс токсичности игрушек, определяемый в водной среде (дистиллированная среда), должен быть в пределах от 70 до 120 % включительно, в воздушной среде - от 80 до 120 % включительно.
Результаты и обсуждение. Протокол испытаний мягкой, набивной игрушки указаны в таблице 2 и 3.
_Таблица 2
Наименование показателей, единицы измерений НД на методы испытаний НД, нормы по НД Фактический результат
1 2 3 4
Токсиколого-гигиенические показатели:
-индекс токсичности, % ГОСТ 32075-2013 ТР ТС 008/2011, прил.2, п. 5.2. 80-120 (в воздушной среде) 98,8
Помимо токсиколого-гигиенических показателей, по степени важности не уступают и физико-механические показатели (табл.3). Устанавливаются по ГОСТ БМ 71-1-2014, где описаны дополнительные требования безопасности. Проверка швов на прочность проводится следующим образом: Перед испытанием, одежда мягкой игрушки, должна быть снята. Зажимы для испытаний на растяжение, на
машине РТ-250, прикрепляют к наиболее ненадежному месту - на шве между ногой и туловищем, на расстоянии не менее 30мм (см. рис.2). Растягивающее усилие между зажимами увеличивают постепенно в течении 5с до значения установленного усилия - 70±2Н. Время выдержки под воздействием усилия - 10с.
Рисунок 2 - Испытание на разрывную нагрузку на машине РТ-250
Таблица 3
Наименование показателей, единицы измерений НД на методы испытаний НД, нормы по НД Фактический результат
1 2 3 4
Физические и механические показатели:
-наполнитель набивной игрушки ГОСТ EN 71-12014 ТР ТС 008/2011, ст.4, п.3.2 Не содержит твердых или острых инородных тел
-швы игрушки ГОСТ EN 71-12014, п.8.4.2.2 ТР ТС 008/2011, ст.4, п.3.2 Швы прочные
Безопасность, устойчивость и соответствие наполнителя в детских набивных игрушках, произведенный из вторсырья, отвечает всем требованиям установленным Техническим Регламентом Таможенного союза, разработанного в соответствии с Соглашением о единых принципах и правилах технического регулирования в Республике Беларусь, Республике Казахстан и Российской Федерации от 18 ноября 2010 года. Образец игрушки, набитый полиэфирным волокном, полученный из ПЭТ отходов, был исследован в лаборатории центра сертификации. По результатам был установлен: индекс токсичности - 98,8%, наполнитель не содержит твердых или острых инородных тел, швы прочные и выдерживают нагрузку [6].
Выводы. Пластик состоит из химически связанных воедино молекул нефти и газа, которые формируют мономеры, которые в свою очередь выстраиваются в полимерные цепочки. Гранулы расплавляют, создавая упругий материал формируют бутылки. По этическим и гигиеническим соображениям бутылкам присвоено одноразовое пользование. После срока ее предназначения, бутылка выбрасывается на свалки, образуя сточный фильтрат. Загрязняется экосистема и представляет огромную угрозу природе, живности и всему человечеству. Для полного разложения одной лишь бутылки потребуется около 1000 лет и нет никаких гарантий, что она полностью разложится и не будет нести опасность. Пластик расщепляется на более мелкие детали образуя микропластик, который с легкостью может попасть в наши организмы. Результаты новых исследований говорят о том, что дюжина мик-
ропластика сегодня содержится даже во внезароды-шевом органе. Но есть ли у нас решение такой глобальной проблемы, которую человечество создало само? Решение одно: переработка. Переработка использованных, а в особенности одноразового пользования вещей, возможна в новое и долгосрочное применение. В этой статье был рассмотрен один из вариантов утилизации отходов и была доказана безопасность повторного использования вторсырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Акишева Б.М., Джуринская И.М. Анализ материалов из вторичного сырья и его применение. //. -Материалы Республиканской научно-практической конференции молодых ученых «Наука. Образование. Молодежь», посвященный 175-летию Абая Кунанбаева, 28 мая 2020 г.с.100-102.
2. https://egov.kz/cms/ru/articles/ecol-ogy/waste_reduction_recycling_and_reuse
3. Полиэтилентерефталат: новые направления рециклинга. Беданоков А.Ю., Бештоев Б.З., Микитаев М.А., Микитаев А.К., Сазонов В.В. URL: https ://mkgtu. ru/docs/KONF_SEM/bedanokov_beshto ev.pdf
4. Технический Регламент Таможенного Союза ТР ТС 08/2011 URL: http://www.eurasiancom-mission.org/ru/act/texnreg/deptexreg/tr/Docu-ments/TR%20TS%20Toys.pdf
5. https://www.maileg.com/
6. ГОСТ 32075-2013 URL: https://docs.cntd.ru/document/1200116241
7. ГОСТ EN 71-1-2014 URL: https://docs.cntd.ru/document/1200139534
