CC BY
106
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
УДК 628.477.6
Е.С.Борисова
студент 3 курса кафедры химии Факультет стандартизации, химии и биотехнологии Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
г. Магнитогорск, Российская Федерация
ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ УПАКОВКИ
Аннотация
В работе рассмотрена проблема вторичной переработки отходов упаковки Tetra Pak без предварительного разделения на отдельные компоненты. Определены физико-механические показатели полученных композитов. Для повышения плотности и прочностных свойств композитов на основе упаковки Tetra Pak предложено введение в суспензию поливинилацетатного клея (ПВА) и применение горячего прессования. Спланирован и реализован полный факторный эксперимент и получено адекватное уравнение регрессии.
Ключевые слова
Упаковка Tetra Pak, утилизация, композиты, плотность, ПВА, горячее прессование,
предел прочности при растяжении.
Ежегодно в нашей стране образуется около 160 млн. м3 твердых бытовых отходов (ТБО) [1]. В мировой практике известны два пути решения проблемы ТБО: уничтожение (захоронение, сжигание) и полезное использование (утилизация). В настоящее время в РФ 90 % отходов идет на захоронение. Доля сжигания ТБО в РФ составляет 2 %. Основным преимуществом сжигания ТБО является сокращение объемов отходов более чем в 10 раз, а массы - в 3 раза. Однако для этого требуются дорогостоящие мусоросжигательные установки, которые должны быть снабжены надежными системами газоочистки.
Половину ТБО составляет упаковка (пластик, бумага, картон, стекло, алюминий, жесть, композиционные материалы). До 40-50 %, а в отдельных случаях и до 100 % отходы упаковки представляют собой ценное вторичное сырье, которое после сортировки и последующей переработки может быть снова вовлечено в хозяйственный оборот в виде товаров народного потребления. Поэтому решение проблемы ТБО связано с созданием и внедрением механизированных процессов их переработки, предусматривающих извлечение ценных компонентов и их последующее использование в качестве вторичного сырья. В нашей стране из всего объема ТБО только 3 % идет на переработку.
В настоящее время все более широкое применение находят комбинированные упаковочные материалы типа Tetra Pak, в состав которого входит около 75 % высококачественного картона, 20 % полиэтилена (ПЭ), 5 % алюминия [2]. В мире ежегодно перерабатывается более 25 млрд. использованных упаковок. Большинство способов переработки основано на разделении сложного комбинированного материала на отдельные компоненты: целлюлозное волокно и полиалюминиевую смесь (смесь алюминиевой фольги и полиэтилена). Наиболее простым и наименее затратным решением проблемы утилизации отходов упаковки Tetra Pak является совместная переработка всех компонентов этого комбинированного материала [4, 5].
Процесс вторичной переработки отходов упаковки Tetra Pak без их предварительного разделения на отдельные компоненты состоит из нескольких этапов: измельчение упаковки Tetra Pak, получение суспензии (пульпы), фильтрование и прессование.
Однако, для композитов из отходов Tetra Pak характерна более рыхлая структура по сравнению с образцами из упаковочного картона: толщина образца больше, а плотность соответственно меньше (табл.).
Предел прочности при растяжении композитов из отходов Tetra Pak в 3,8 раза меньше, чем для картона [5]. Это свидетельствует о плохом сцеплении разнородных частиц измельченного комбинированного материала Tetra Pak.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
Таблица
Физико-механические показатели композитов
Образец Толщина, мм Плотность, г/см3 Предел прочности при растяжении, МПа
Картон 1,14 0,32 1,14
Tetra Pak (без ПВА) 1,17 0,31 0,30
Tetra Pak (3% ПВА, горячее прессование) 0,56 0,79 1,77
Для повышения плотности и прочностных свойств композитов использовали:
- проклейку поливинилацетатной суспензией (клей ПВА), содержание которой варьировали от 2 до 6 %;
- горячее прессование полученных композитов. Прессование композитов проводили при температуре 150°С и усилии 29,7 Н. Время термообработки варьировалось от 10 до 40 секунд.
Температура горячего прессования - 150°С достаточна для расплавления частиц полиэтилена. Расплавленные частицы полиэтилена связывают целлюлозные волокна и частицы алюминиевой фольги с образованием более жесткой матрицы композита. В результате плотность композита увеличивается в 2,5 раза, а предел прочности при растяжении - в 5,9 раза (табл.).
Для установления степени влияния технологических факторов на прочностные свойства компонентов был спланирован и реализован полный факторный эксперимент (ПФЭ) [4]. В качестве базовых значений приняты содержание клея ПВА (x1)- 3 % и время горячего прессования (x2) - 30 с. В ходе проведения ПФЭ получено адекватное результатам исследований следующее уравнение регрессии:
y = 1,77 + 0,225xi - 0,48X1X2. Уравнение регрессии адекватно и позволяет судить о том, что на предел прочности при растяжении композитов из отходов Tetra Pak наибольшее влияние оказывает такой фактор как содержание клея ПВА.
Максимальные значения плотности и предела прочности при растяжении достигаются при введении клея ПВА в количестве 3 % и термообработке композита в течение 30 секунд. Это время достаточно для наиболее полного расплавления ПЭ и сцепления целлюлозных волокон без их разрушения. При более длительном времени горячего прессования, вероятно, происходит частичное разрушение целлюлозных волокон с появлением подпалин, а также деструкция клея ПВА.
Таким образом, в работах [3,5] установлена возможность совместной переработки отходов упаковки Tetra Pak без предварительного разделения на отдельные компоненты. Необходимым условием получения композитов с прочностными свойствами на уровне картона является введение ПВА - проклейки в количестве 3 % (масс.) и горячее прессование в течение 30 с. Отходы упаковки Tetra Pak могут перерабатываться на существующем стандартном оборудовании по производству картона, а также литых бумажных изделий с получением различной продукции: тара, плиты, панели и пр.
Список использованной литературы:
1. Драчева Д.В. Экологический аспект упаковки // Пищевая промышленность. - 2004.- № 2.- С.24-25.
2. Деркач Я.В. Переработка тары и упаковки из комбинированных материалов // Тара и упаковка - 2004. - № 1.
3. Кремнева А.В. Получение полимерно-бумажных композитов из отходов упаковки / А.В. Кремнева, Л.Г. Коляда, А.П. Пономарев // Современные проблемы науки и образования №2 за 2014г., Издательский Дом «АКАДЕМИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ», 2014г. - Режим доступа: http://www.science-education.ru/116-12900
4. Коляда Л.Г. Исследование возможности получения композитов из отходов упаковки Tetra Pak / Л.Г. Коляда, А.В. Кремнева, Г.Р. Казакбаева, А.П. Пономарев // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2015. - №4-1. - С. 19-21.
5. Коляда Л.Г. Проблема вторичной переработки отходов упаковки Tetra Pak / Л.Г. Коляда, А.В. Кремнева, А.П. Пономарев, Н.А. Денисюк // Научное обозрение. - 2015. - №10. - С. 160-164.
© Борисова Е С., 2015
