CC BY
81
УДК 678.5
ВОВЛЕЧЕНИЕ В РЕЦИКЛИНГ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИПРОПИЛЕНА
© А. Р. Садритдинов1*, Р. Ю. Лаздин1, В. П. Захаров1, Р. К. Фахретдинов2,
Л. Р. Галиев2
1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
2ООО «Завод пластмассовых изделий Альтернатива»» Россия, Республика Башкортостан, 452615 г. Октябрьский, ул.8 Марта, 9а.
Тел.: +7 (927) 081 79 51.
*Email: [email protected]
В работе произведена оценка принципиальной возможности вовлечения отходов производства полипропилена врециклинг, а также оценка деформационно-прочностных характеристик полученных материалов. Установлено, что с увеличением числа «циклов переработки» значения деформационно-прочностных показателей ухудшаются. При этом образцы вторичного полипропилена претерпевают меньшие изменения в показателях при увеличении циклов переработки по сравнению с образцами первичного полимера, очевидно, вследствие присутствия в них стабилизаторов. Значение показателя текучести расплава после двукратного прохождение камеры пластографа практически не изменяется, но для третьего цикла переработки резко увеличивается, вследствие уменьшения вязкости расплава. Таким образом, и образцы первичного, и образцы вторичного ПП способны по крайней мере к двукратному вовлечению в рецик-линг.
Ключевые слова: рециклинг, отходы производства, полипропилен, показатель текучести расплава, переработка.
Введение
Одной из наиболее серьезных экологических проблем, стоящих перед многими промышленно-развитыми странами, является загрязнение окружающей среды бытовыми и промышленными отходами, среди которых порядка 15% составляют отходы пластмасс [1-3]. Выходом из создавшейся ситуации может стать создание композиционных материалов на основе вторичных полимеров, т.е. вовлечение полимеров в рециклинг [4, 5]. Одним из основных критериев, определяющих выбор техно логического способа переработки полимеров в изделия, является показатель текучести расплава (ПТР) (табл. 1) [6]. Как видно из данных табл. 1, для того, чтобы переработка полимеров могла осуществляться методом литья под давлением [7] - одним из наиболее часто используемых методов переработки пластмасс, ПТР должен иметь значения от 5 до 20 г/10 мин.
Таблица 1
Зависимость способа переработки полимерных мате_риалов от ПТР_
ПТР*, г/10 мин
Способ переработки
0.03
0.30-3.00
5.00-20.00
15.00-30.00
перссование экструзия
литье под давлением производство волокон
*Под ПТР понимают массу расплава полимера в граммах, вытекающую через калиброванный капилляр стандартных размеров под действием фиксированной нагрузки при выбранной температуре расплава определенной для каждого полимера за 10 мин. или пересчитанную на длительность истечения 10 мин.
Целью данной работы стала оценка принципиальной возможности вовлечения отходов производства полипропилена (ПП), занимающего второе место среди всех полимерных отходов после полиэтилена [8], в рециклинг с целью дальнейшей переработки методом литья под давлением по данным ПТР, а также оценка деформационно-прочностных характеристик полученных материалов.
Экспериментальная часть
В работе использовали первичный полипропилен марки Н-350 и соответствующий ему вторичный ПП, представляющий собой дробленый материал из некондиционных изделий, производимых методом литья под давлением в технологическом производстве ООО "ЗПИ Альтернатива" (Россия, Республика Башкортостан, г.Октябрьский). Моделирование процесса переработки полимерных материалов осуществляли в расплаве на лабораторной станции (пластограф) "Plastograph EC" (Brabender, Германия) в течение 15 мин при нагрузке 200 Н при температуре 180°С и скорости вращения шнеков 30 об/мин. Количество загружаемого полимера составляло 25 г. Деформационно-прочностные свойства материала определяли на прессованных образцах материала толщиной 1 мм. Прессование осуществляли на автоматическом гидравлическом прессе "Auto MH-NE" (Carver, США) при 210 оС и выдержке под давлением 7000 кгс в течение 3 мин. Физико-механические свойства полимерных композитов при разрыве определяли согласно ГОСТ 11262-80 на разрывной машине "Shimadzu AGS-X" (Shimadzu, Япония) при температуре 20 °С и скорости движения подвижного захвата разрывной машины 1 мм/мин. Показатель
текучести расплава (ПТР) определяли при 190 °С и массе груза 2.16 кг. Деление композиции на отрезки производили каждые 30 с, полученные образцы взвешивали и рассчитывали среднюю массу.
Обсуждение результатов
При прохождении образцами полимера камеры пластографа измеряется сопротивление испытуемого материала вращающимся роторам (величина крутящего момента М), которое пропорционально эффективной вязкости расплава. На рис. 1 представлена типичная пластограмма первичного образца ПП, представляющая собой зависимость крутящего момента от времени смешения. Хорошо видно, что по мере заполнения камеры материалом наблюдается возрастание крутящего момента, который достигает максимального значения по окончании загрузки, после опускания верхнего затвора камеры. В дальнейшем происходит снижение крутящего момента во времени и достижении минимального значения крутящего момента.
Рис. 1. Зависимость крутящего момента (ось у) от времени смешения (ось х) первичного ПП, полученного в первом цикле переработки.
В ходе исследования были получены пласто-граммы образцов как первичного, так и вторичного 1111. Для моделирования количества циклов переработки образцы ПП последовательно проходили камеру пластографа, в ходе чего определялись значения максимального и минимального крутящего момента. Сравнение пластограмм позволяет констатировать, что чем большее количество раз образцы ПП проходят камеру пластографа, т.е., с увеличением циклов переработки, тем большие изменения происходят в реологических характеристиках 1111. Как видно из данных рис. 2 и 3, с увеличением «циклов переработки» имеет место возрастание максимального крутящего момента и уменьшение минимального, очевидно, вследствие протекания процессов деструкции 1111 (рис. 2, 3).
Увеличение числа «циклов переработки» приводит к закономерному изменению физико-механические характеристики материала (рис. 4-6).
Как видно из представленных данных, с увеличением числа «циклов переработки» значения разрывного удлинения и разрывного напряжения уменьшаются. Особенно значительное ухудшение деформационно-прочностных характеристик имеет место в случае трехкратного прохождения образцами ПП камеры пластографа. При этом, значения модуля упругости практически не изменяются, т.е., общее сопротивление материала деформации остается на прежнем уровне. Обращают на себя внимание некоторые
моменты. Так, образцы вторичного ПП уступают по деформационно-прочностным показателям первичному ПП. Как видно из рис. 4-6, значения разрывного удлинения, разрывного напряжения и модуля упругости для вторичного 1111 меньше, чем для первичного. Однако, образцы вторичного ПП претерпевают меньшие изменения в показателях при увеличении циклов переработки по сравнению с образцами первичного полимера, очевидно, вследствие присутствия в них стабилизаторов, что имеет, безусловно, положительное значение.
Определение одного из главных показателей пе-рерабатываемости сырья - показателя текучести расплава показало, что прохождение камеры пласто-графа дважды практически не сказывается на значении ПТР (рис. 7). Для третьего цикла переработки значение ПТР резко возрастало, вследствие уменьшения вязкости расплава ПП, хотя и оставалось в рамках
число циклов псрсраоотки Рис. 2. Изменение максимального крутящего момента образцов первичного и вторичного ПП по мере увеличения числа «циклов переработки».
число циклов переработки Рис. 3. Изменение максимального крутящего момента образцов первичного и вторичного ПП о мере увеличения числа «циклов переработки».
значений, позволяющих перерабатывать данные образцы методом литья под давлением (см. табл. 1).
число циклов переработки Рис. 4. Зависимость разрывного удлинения образцов первичного и вторичного ПП от числа «циклов переработки».
число циклов переработки Рис. 5. Зависимость разрывного напряжения образцов первичного и вторичного ПП от числа «циклов переработки».
Рис. 7. Зависимость показателя текучести расплава образцов первичного и вторичного ПП от циклов переработки.
Таким образом, проведенные исследования показали, что и образцы первичного, и образцы вторичного ПП способны по крайней мере к двукратному вовлечению в рециклинг.
Статья подготовлена в рамках выполнения научно-исследовательской работы в ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Примеров О. С., Макеев П. В., Клинков А. С. Обзор методов переработки отходов полимерных материалов и анализ рынка вторичного сырья // Молодой ученый. 2013. №6. С. 121-123.
2. Еренков О. Ю., Богачев А. П., Полякова А. А. Поиск путей повышения эффективности вторичной переработки отходов из пластмасс // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2013. №17. С. 23-28.
3. Ивановский С. К., Бахаева А. Н., Ершова О. В., Чупрова Л. В. Экологические аспекты проблемы утилизации отходов полимерной упаковки и техногенных минеральных ресурсов // Успехи современного естествознания. 2015. №1. С. 813-817.
4. Клинков А. С., Беляев П. С., Скуратов В. К., Соколов М. В., Ефремов О. В., Однолько В. Г. Рециклинг и утилизация тары и упаковки: учебное пособие. Тамбов. Изд-во ГОУ ВПО «ТГТУ». 2010. - 112 с.
5. Дж. Шайерс. Рециклинг пластмасс: наука, технологии, практика. 2012. 457 с.
6. Ивановский С. К., Бахаева А. Н., Жерякова К. В., Ишкува-това А. Р. К вопросу переработки полимерных композиционных материалов. Успехи современного естествознания. 2014, №12, С. 592-595.
7. Под ред. Заикова Г. Е. Вторичная переработка пластмасс / Ф.Ла Мантия (ред); пер. с англ. СПб.: профессия. 2006. 400 с.
8. Снежков В. В., Речиц Г. В. Полимерные отходы - в готовые изделия // Твердые бытовые отходы. 2011. №1. С. 16.
число циклов переработки Рис. 6. Зависимость модуля упругости образцов первичного и вторичного ПП от числа «циклов переработки».
Поступила в редакцию 13.09.2017 г.
ON RECYCLING OF POLYPROPYLENE PRODUCTION WASTES
© A. R. Sadritdinov1*, R. Yu. Lazdin1, V. P. Zakharov1, R. K. Fakhretdinov2, L. R. Galiev2
1Bashkir State University 32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
2ZavodPlastmassovykh Izdelii "Alternativa" 9A 8 Marta Street, 452615 Oktyabrsky, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: +7 (927) 081 79 51.
*Email: [email protected]
The authors of the article consider the principal possibility of including polypropylene production wastes into recycling and assess the deformation-strength characteristics of the obtained materials. It is established that with the increase in the number of "processing cycles", the values of deformation-strength indicators deteriorate. However, the samples of secondary polypropylene undergo fewer changes of the characteristics when the processing cycles are increased in comparison with the samples of the primary polymer, evidently due to the presence of stabilizers in them. The value of the melt flow index after a two-fold passage of the plastograph chamber remains practically unchanged, but for the third cycle of processing, it sharply increases, due to a decrease in the viscosity of the melt. Thus, both primary and secondary polypropylene samples are capable of at least double recycling.
Keywords: recycling, production waste, polypropylene, melt flow index, processing.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Primerov O. S., Makeev P. V., Klinkov A. S. Molodoi uchenyi. 2013. No. 6. Pp. 121-123.
2. Erenkov O. Yu., Bogachev A. P., Polyakova A. A. Novye materialy i tekhnologii v mashinostroenii. 2013. No. 17. Pp. 23-28.
3. Ivanovskii S. K., Bakhaeva A. N., Ershova O. V., Chuprova L. V. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2015. No. 1. Pp. 813-817.
4. Klinkov A. S., Belyaev P. S., Skuratov V. K., Sokolov M. V., Efremov O. V., Odnol'ko V. G. Retsikling i utilizatsiya tary i upakovki: uchebnoe posobie [Recycling and disposal of packaging: textbook]. Tambov. Izd-vo GOU VPO «TGTU». 2010. -
5. J. Sheirs. Retsikling plastmass: nauka, tekhnologii, praktika [Polymer recycling: science, technology, and applications]. 2012.
6. Ivanovskii S. K., Bakhaeva A. N., Zheryakova K. V., Ishkuvatova A. R. K voprosu pererabotki polimernykh kompozitsionnykh materi-alov. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2014, No. 12, Pp. 592-595.
7. Pod red. Zaikova G. E. Vtorichnaya pererabotka plastmass [Recycling of plastics] / F.La Mantiya (red); per. s angl. Saint Petersburg: professiya. 2006.
8. Snezhkov V. V., Rechits G. V. Tverdye bytovye otkhody. 2011. No. 1. Pp. 16.
Received 13.09.2017.
