Переработка полиэтилена: технологии, оборудование, нюансы

Процесс переработки

Утилизация пластика на предприятиях требует наличия сырья и специальной техники, состоит из нескольких этапов:

1. Изделия сортируют, выбирают посторонний мусор, примеси, распределяют по цвету и размеру.
2. Сырье промывают и высушивают на центрифуге и в термической сушке при необходимости.
3. При помощи шредера или дробилки очищенную массу измельчают.
4. Отделяют посторонние примеси в виде песка, металлов, инородных частиц гидроциклонами и ваннами флотации. Здесь же убирают полиэтилентерефталат, который должен перерабатываться отдельно, так как обладает иными свойствами.
5. Очищенный и отсортированный материал пирогенизируется на особых видах оборудования.

Предприятию понадобится несколько машин:

• агломератор — для переработки полиэтиленовых пакетов и пленки;
• экструдер — понадобится для получения уникального материала низкого давления;
• гранулятор — осуществляет производство гранул из отходов полиэтилена;
• конвейеры и пневмотранспортеры — автоматизируют и ускоряют процесс.

Полученное в результате такой переработки сырье используется повторно. Гранулы отличаются по качеству. Особо ценится высший и первый сорт, из которого производят литые изделия, пленку. Второсортная продукция имеет серый цвет, используется в строительстве и для изготовления бытовых товаров.

Изделия из полиэтилена

Типы ПЭ

Полиэтилен изготавливается путем укрупнения молекул углеводорода этилена. Процесс полимеризации может проходить при совершенно различных условиях: температура, давление, сопутствующие реакции вещества дают разные полимерные модификации с широким диапазоном характеристик:

• Полиэтилен «высокого давления» (ПВД) имеет небольшую плотность, относится к наиболее мягким пластикам и применяется для изготовления более гибких и эластичных изделий. Изделия из него получаются с наиболее гладкими и блестящими поверхностями, имеющие высокий коэффициент прозрачности.
• Полиэтилен «низкого давления» (ПНД) гораздо более плотный и твердый. Применяется для изготовления наиболее прочных изделий, выдерживающих большие нагрузки.
• Линейный ПЭ объединяет в себе прочность ПНД и эластичность ПВД, что необходимо в производстве целого ряда продукции и особенно находит применение в изготовлении пленок.
• Сверхмолекулярный полиэтилен обладает уникальными свойствами прочности и стойкости перед различными физическими и химическими воздействиями.

ВАЖНО! Вопреки убеждениям о невозможности эксплуатации полиэтилена при высоких температурах из-за его термопластичности, некоторые его виды свободно используются для изготовления отопительных труб и горячего водоснабжения. Это термостойкий и так называемый «сшитый» (сверхмолекулярный) виды полиэтилена, имеющие структуру, близкую к кристаллической решетке особо твердых веществ

Виды продукции

Ассортимент полиэтиленовой продукции поражает своей широтой и «всеохватностью»:

1. Пленки для упаковки, гидроизоляции, постройки теплиц (замена стекла), изготовления непромокающей одежды (плащи, перчатки) и т.п.:
   • Гладкие,
2. Пузырчатые,
3. Стрейчевые,
4. Термоусаживаемые,
5. Скотч.
6. Емкости разного назначения – от пластиковой бутылки и пищевого контейнера до канистр и баков объемом до 200 литров.
7. Трубы напорные либо безнапорные диаметром от 10-ти до 1600 мм с разной толщиной стенок:
   • Водопроводные,
8. Газовые,
9. Канализационные,
10. Дренажные,
11. Отопительные.
12. Посуда как одноразовая, так и для более длительного использования, а также цветочные горшки и т.п.
13. Игрушки детские и елочные, сувенирная продукция.
14. Электроизоляционные оболочки и пластины.
15. Антикоррозийные покрытия для металлических труб, емкостей и других изделий.
16. Амортизаторы для механической защиты предметов при транспортировке, защиты закапываемых в землю трубопроводов от сезонных и сейсмических сдвигов пород и др.
17. Вспененные материалы для теплоизоляционных оболочек, подложек, прокладок при строительстве зданий, приборо-и автомобилестроении.
18. Корпуса для разных приборов, аппаратов, лодок и т.п.
19. Инженерные конструкции, предметы благоустройства придомовых и детских площадок.
20. Накопители для экологически опасных веществ и для отходоперабатывающих полигонов.
21. Медицинские аппараты и протезные элементы.
22. Сухой термоклей в виде полиэтиленового порошка.

Обзор видов по плотности

На сегодняшний день существует большое количество видов полиэтилена. Так, на рынке вы сможете найти экструдированный, низкомолекулярный, пузырчатый, рулонный, высокопрочный и высокомодульный материал

Соответственно, при выборе полиэтилена свое пристальное внимание необходимо обращать на маркировку

Для удобства пользователя производителями принята классификация соединения по нескольким категориям. Рассмотрим отличительные характеристики и особенности каждой из них.

Высокой

Для производства полиэтилена высокой плотности требуется соблюдение ряда обязательных условий. В частности, температура воздуха должна находиться в диапазоне от 200 до 260 градусов по Цельсию, давление не должно превышать показателя в 300 МПа. Кроме того, обязательно наличие катализатора, функцию которого может выполнять кислород или органический пероксид. Сама по себе процедура производства осуществляется в автоклавном или трубчатом реакторе.

Низкой

Условия, необходимые для получения полиэтилена низкой плотности, должны быть таковыми:

• показатели температуры – 120-150 градусов по Цельсию;
• уровень давления – 0,1-2 МПа;
• присутствие катализатора, например, катализаторов Циглера-Натта.

В итоге процесса полимеризации образуется материал, который допускает охлаждение до -80 градусов по Цельсию.

Средней

Полиэтилен средней плотности изготавливается при температуре в 100-120 градусов по Цельсию. Давление при этом должно находиться на уровне 3-4 МПа, а в качестве катализатора реакции рекомендуется использовать смесь TiCl4 и AlR3. Следует иметь в виду, что итоговое соединение будет образовываться в виде хлопьев.

Таким образом, существующие разновидности полиэтилена различаются как по своим свойствам и характеристикам, так и по способам получения.

Рециклинг: пиролиз и гранулы

Рассказывая, как можно переработать отходы пленки полиэтилена и других пластиковых изделий, следует упомянуть две технологии рециклинга: пиролиз и гранулирование. Они применяются в РФ для повторного использования данного материала и значительно отличаются друг от друга.

Какого мусора больше всего в океане?

ПластикДругое

Производство гранул

Утилизация пленки может быть осуществлена посредством гранулирования, поскольку данный способ позволяет использовать вторсырье для изготовления новой продукции. Основой метода является обработка материала с последующим добавлением ПВД/ПНД. Это позволяет получить сырье с нужными свойствами.

Технология переработки полиэтилена в гранулы предполагает выполнение следующих действий:

1. Сбор с последующей сортировкой и очисткой сырья.
2. Высушивание материала и его переплавка.
3. Грануляция.

В результате этих процедур из пластика удаляются примеси, что дает возможность получить материал в гранулах, который можно использовать повторно.

Пиролиз

Несколько меньшее распространение получила технология переработки посредством пиролиза, поскольку он требует более совершенного и мощного оборудования. Этот способ позволяет получить жидкие и газообразные энергоносители, дающие возможность использовать сырье повторно.

Мнение эксперта

Александра Ю.

Задумываясь о проблемах экологии, важно не только сортировать, но и уменьшать потребление. Суть метода заключается в нагреве материала до 600 градусов без доступа к кислороду, в результате чего образуются зола и газ

Первая используется для печей, а второй является синтетическим топливом для ДВС

Суть метода заключается в нагреве материала до 600 градусов без доступа к кислороду, в результате чего образуются зола и газ. Первая используется для печей, а второй является синтетическим топливом для ДВС.

В процессе такой обработки выделяется довольно много ядовитых веществ, для нейтрализации которых требуется специализированное оснащение. В связи с этим грануляция получила более широкое распространение.

Технологические принципы гранулирования

Гранулятор полиэтилена работает как экструдер. Полимер непрерывно перемещается вращающимся шнеком через несколько обогреваемых зон с разными температурами, расплавляется под действием сил трения и тепла. Расплав дегазируется, гомогенизируется, сжимается, нагнетается в формующую обогреваемую фильеру и продавливается через ее отверстия в виде жгутов заданного диаметра. Для предотвращения слипания жгуты орошаются водой и рубятся вращающимися ножами на отрезки установленной длины – гранулы.

Горячие гранулы охлаждаются водой в кольцевом патрубке, перемещаются в вертикальную центрифугу для отжима воды, затем – на вибросито, в сушильную камеру, и, через магнитный сепаратор и шлюзовый затвор, транспортируются сжатым воздухом в расфасовочные устройства.

Технологические параметры гранулирования (температура по зонам гранулятора, скорость вращения шнека, степень сжатия, режим охлаждения) устанавливаются в зависимости от вида и физико-механических свойств полиэтилена: плотности, температур фазовых переходов, показателя текучести расплава. Температурные режимы гранулирования для разных марок полиэтилена сильно различаются: в загрузочной воронке поддерживается температура в диапазоне 60-115 °С, в зоне формующей фильеры – 180-260 °С.

Гранулирование превращает объемный порошок полимера в плотные и прочные образования, однородные по составу, свойствам, с одинаковыми формой и размерами. При гранулировании контролируются качество и однородность гранул (форма, прочность, насыпная масса) и выход кондиционной фракции.

Технология производства гранул + видео как делают

По сути, технология производства гранул из полимеров очень простая – в дробилке рассортированное сырье измельчается, после чего масса нагревается и выдавливается из отверстия, благодаря чему получаются «нити», которые затем сразу же погружаются в воду, где они охлаждаются. И на последней стадии уже остывшие нити разрезаются скоростными ножами на гранулы.

Видео как делают:

Кроме стационарных линий, существуют также мобильные или мини-установки по переработке пластика. Все агрегаты находятся в специальном контейнере, соединены между собой всеми необходимыми контактами еще на заводе-изготовителе. Для того чтобы установка работала, к месту ее расположения необходимо только подвести электричество, воду и канализацию для слива жидких отходов.

Переработка ПВХ-продукции проводится также на отдельном специальном оборудовании. Линия состоит из следующих агрегатов – дробилка, смеситель с двумя стадиями – холодный-горячий, с помощью которого перемешиваются пвх-композиции, и гранулятор, в состав которого входят экструдер, гранулятор и вибросито.

Почему-то у многих сложилось мнение, что полиэтилен пригоден лишь для изготовления упаковочной продукции. На самом деле это не так. Полиэтилен применяется в разных сферах жизнедеятельности человека и является универсальным материалом. Переработка полиэтилена может проводиться несколько раз. Выгодным занятием является закупка полиэтиленовых отходов. Компании по покупке вторсырья тесно сотрудничают с предприятиями. В пополнении сырьевой базы активно участвует и население.

Основой для всех видов полиэтилена служит один химический мономер. Тем не менее, готовая продукция по своим качествам и свойствам сильно отличается друг от друга. Причина кроется в том, что макромолекулы имеют различные геометрические формы и способность к образованию кристаллов.

Есть три вида полиэтилена, которые отличаются способом полимеризации.

Полиэтилен высокого давления производится при температуре 180° С и давлении 1500-3000 атмосфер. Такой способ производства позволяет получить продукт низкой плотности, достаточно мягкий и эластичный. В полиэтиленах высокого давления содержатся разветвленные макромолекулы.

Полиэтилен среднего давления получают при температуре 120-150 °С и давлении 30-40 атмосфер. Для процесса требуется разбавитель и металлооксидные катализаторы.

Полиэтилен низкого давления получают при полимеризации с помощью органического растворителя. Температура должна быть меньше 80° С, а давление – низким, около 5 атмосфер. В качестве катализатора используется металлорганический комплекс. В процессах задействован ионный механизм.

Полиэтилен, полученный при помощи низкого либо среднего давления, имеет линейное строение молекул, высокую степень кристаллизации, является жестким материалом.
Полиэтилен – морозоустойчивый материал, может использоваться и при температуре до -60° С. Есть марки, сохраняющие полезные свойства при еще более низкой температуре. Предельный углеводород, он не поддается влиянию агрессивной среды и органических жидкостей.

В промышленности полиэтилены выпускаются в виде гранул, листов и блоков. Далее методом литья под очень высоким давлением, так называемой экструзии – размягченные полимеры выдавливаются через сопла машины шпица, и дальнейшего выдувания из материала изготавливаются разные изделия.

Полиэтилен предназначен для производства бесшовных труб, изоляции электропроводов и пленки, которая широко применяется для упаковки продукции. Из этого материала изготавливаются также перегородки, парники для сельского хозяйства, ведра, тазы, бутылки.

Полиэтилен обладает диэлектрическими свойствами, что обуславливает его применение в качестве изоляционного материала для кабелей в телевидении, радиолокации, телефонных линиях связи

Именно по этим причинам так важно повторно перерабатывать полиэтилен

Производство гранул из отходов полиэтилена — это один из самых выгодных с точки рентабельности и экологии бизнес. Вторичные гранулы ПВД или ПНД позволяют удешевить производство новых товаров, не ухудшая их качество. Многие изделия, изготовленные из вторичного сырья, ничем не уступают по качеству товарам, изготовленным из сырья первичного.

Вторичная гранула ПВД

Производство товаров из гранул

Переработанный полиэтилен используется в качестве вторичной добавки для производства других товаров или в качестве основного сырья. Вторичная продукция, изготавливаемая из полиэтиленовых гранул продукция уступает по характеристикам первичной. У вторичных товаров ниже характеристики по прочности, поэтому гранулы чаще используются в качестве добавки для производства первичной продукции. Среди вторичной продукции выделяются: пленки, трубы (безнапорные), наполнители.

Факторы, от которых зависит качество вторичного материала

На характеристики вторичного сырья влияет ряд факторов, связанных с переработкой сырья. Попадание не вытесненного из печи кислорода в гранулы снижает плотность и прочность сырья, что не позволяет широко его использовать во вторичном производстве. Недостаточная очистка сырья на первых этапах переработки приводит к сохранению и развитию посторонних примесей, отрицательно влияющих на характеристики материала.

Для исключения негативных факторов, образующихся при нарушении технологии переработки, в переработанное сырье включают добавки. За счет этого удается достичь повышения прочности или эластичности вторичного сырья. В качестве добавок выступают: порошки, каучук, эластомеры.

Этапы работ

Для производства готовых изделий полиэтиленовые гранулы вместе с расплавленным сырьем подвергаются одной из двух форм обработки: экструзии или литью под давлением. При экструзии сырье в расплавленном состоянии вместе с гранулами проходит через формовку требуемого сечения. Таким способом производится несколько видов продукции: оконные рамы, трубы, профили. При литье под давлением расплав с гранулами заливается в форму, где при термическом охлаждении застывает.

Оборудование линий гранулирования

Гранулирование полиэтилена – многостадийный высокоавтоматизированный процесс: подготовка сырья, смещение компонентов, собственно гранулирование и расфасовка готового продукта

Аппаратурное оформление линий грануляции может различаться в соответствии с назначением и видом перерабатываемого сырья. Технологическая цепочка может состоять из одного или нескольких экструдеров-грануляторов (с зонами дегазации или без них), устройств для резки, вакуумных загрузчиков непрерывного действия, насосов с фильтрами для расплава, вибросит, ванн охлаждения, транспортеров, бункеров для подачи сырья, мельниц.

Наиболее распространенные модели экструдеров для линий грануляции – с четырьмя зонами нагрева. Для интенсификации процесса используют восьми секционные аппараты или аппараты с несколькими вертикальными шнеками.

Приемные устройства грануляторов полиэтилена могут быть оборудованы обогреваемыми или охлаждаемыми загрузочными воронками с магнитными сепараторами и мешалками для предотвращения образования сводов.

Гранулирование позволяет получать композиции полиэтилена с различными добавками (красителями, пластификаторами, осветлителями, восками для придания блеска) высокой степени однородности для переработки в изделия конкретного назначения.

Использование вторичной гранулы в производстве готовых изделий

Если соблюдать технологию переработки, использовать качественное оборудование и ответственно подходить к процессу сортировки, вторичная гранула практически не уступает по качеству первичной.

При изготовлении конечной продукции она может частично или полностью заменять синтезированный полиэтилен.

Компоненты

В производстве используется вторичная гранула ПНД, ПВД, ЛПВД, а также смесевые составы.

В качестве добавок могут использоваться:

• порошок PEX;
• полипропилен;
• каучуки и другие эластомеры.

Технологические процессы

Производство включает в себя такие процессы:

1. Экструзия. Технология заключается в продавливании расплава через формующую головку, задающую сечение готовой продукции. Этим методом получают оконные профили, пленки, трубу, другие изделия мерной и немерной длины.
2. Литье под давлением. Технология заключается в заливке расплава в форму с последующим охлаждением и позволяет получать серийную штучную продукцию. Оборудование – термопластавтомат — способно лить полые, вспененные и армированные изделия сложной конфигурации.

Какие изделия можно получить из вторсырья?

В таблице показано, какие изделия и добавки создаются из разных видов вторичного полиэтилена:

Вид отходов	Готовые изделия
Пленка ПВД из промышленных и коммерческих источников	Упаковочные материалы
Пленка ПВД, собранная путем сортировки бытовых отходов	Гранулы для литья
Стретч	Гранулы, добавляемые в другие виды сырья в качестве модификатора
Выдувная тара для пищевых продуктов и бытовой химии	Безнапорные трубы
Толстостенные канистры и бочки	Безнапорные трубы, древесно-полимерные композиты, геомембраны.
Многослойные пленки	Добавки в другие виды сырья
Кабельная изоляция	Наполнители для гранул ПВД и ПНД
Пленка сельскохозяйственного назначения	Гранулы для добавления в литьевые изделия и новую пленку

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

4.1. Испытания продукции проводят на объединенной пробе, приготовленной согласно п.4.2

Разброс значений показателя текучести расплава вычисляют по результатам анализа точечных проб, отобранных согласно п.4.2. Масса точечной пробы для определения показателя текучести расплава должна быть не менее 20 г.

4.2. Определение массовой доли гранул размером менее 2 мм, свыше 5 до 8 мм и слипшихся. Метод заключается в разделении пробы продукта на фракции путем просеивания через набор сит и взвешивании гранул размером менее 2 мм, свыше 5 до 8 мм и слипшихся.

4.2.1. Аппаратура

• Весы общего назначения с наибольшим пределом взвешивания 500 г или 1 кг 3 или 4-го класса точности по ГОСТ 24104;
• Лупа типа ЛИ-10поГОСТ 25706;
• Штангенциркуль типов ШЦ-1, ШЦТ-1 по ГОСТ 166;
• Штампованные сита завода «физприбор» с отверстиями диаметром 5 мм и с щелевидными отверстиями размером 2,0х20 мм.

4.2.2 Проведение испытания и обработка результатов

(100±1) г продукта отбирают от объединенной пробы и помещают на верхнее сито с круглыми отверстиями. Просеивают ручным способом при 100-120 движениях в минуту и размахе колебаний сит около 10 см. Время встряхивания — 2 мин. Гранулы, оставшиеся на верхнем сите и прошедшие через нижнее сито,объединяютивзвешивают.

За результат анализа принимают массовую долю отсеянных гранул в процентах.

Погрешность измерений при массовой доле гранул от 2 до 8% размером менее 2 мм, свыше 5 до 8 мм и слипшихся с доверительной вероятностью 0,95 не превышает 0,1%.

Допускается визуальный метод определения массовой доли гранул размером менее2мм,свыше5до8ммислипшихся.

На лист белой бумаги размером 400х400 мм отбирают от объединенной пробы (100±1) г продукта. Затем по 20-30 г гранул распределяют однослойно, просматривают, отбирая все гранулы размером менее 2 мм, свыше 5 до 8 мм, слипшиеся, и взвешивают. Осмотр проводят визуально под лампой мощностью 100 Втнарасстоянии250мм.

Размер гранул устанавливают при помощи десятикратной измерительной лупы, штангенциркуля или визуально сопоставлением с гранулами, размер которых установлен.

За результат анализа принимают массовую долю отобранных гранул.

При возникновении разногласий в оценке размера гранул определение проводят методом просеивания.

4.3. Показатель текучести расплава определяют по ГОСТ 11645 при температуре (230±0,5) °С и массе груза 2,16 кг на экструзионном пластометре с внутренним диаметром капилляра (2,095±0,005) мм. Время выдержки материала в нагретом приборе (4,5±0,5) мин.

Определение разброса значений показателя текучести расплава в пределах партии

Разброс значений показателя текучести расплава в процентах вычисляют по формуле, предварительно рассчитав среднее арифметическое значение показателя текучести:

4.4. Насыпную плотность определяют по ГОСТ 11035.1, ГОСТ 11035.2.

4.5. Количество включений определяют по ГОСТ 27748, разд.2. Не допускаются включения размером свыше 2 мм, а также металлические включения.

4.5.1. Аппаратура:

• Весы лабораторные общего назначения с наибольшим пределом взвешивания 500 или 1000 г 3 или 4-го класса точности по ГОСТ 24104.
• Лупа типа ЛИ-10 по ГОСТ 25706.

4.5.2. Проведение испытания

(200±1) г объединенной пробы осматривают, как указано в п.5.3.2, отбирая все гранулы, имеющие посторонние включения, загрязнения, вкрапления другого цвета размером более 0,3 мм (0,2 мм — для пленочных марок полиэтилена). Просматривают пробу5мин.

Отобранные гранулы классифицируют по размерам включений в соответствии с таблицей 3

Таблица 3

Группа	Максимальный размер включений, мм
1	0,3 до 0,5 включ.
2	0,5 до 1,0 включ.
3	1,0 до 2,0 включ.

Нижний предел размера включений 1-й группы для пленочных марок полиэтилена, предназначенных для изоляции проводов, должен быть 0,2 мм.

Включения размером свыше 2 мм, а также металлические включения не допускаются.

Размер включений определяют при помощи десятикратной измерительной лупы или сопоставлением с гранулами, имеющими включения, размеры которых соответствуют трем указанным группам.

4.5.3 Обработка результатов

Количество включений (В) в штуках вычисляют по формуле:

В = В₁ + 3В₂ + 10В₃,

где В_1,2,3 – количество включений 1,2 и 3 групп.

Погрешность измерений количества включений при содержании включений 1-2, 3-5, 6-10 и 11-20 с доверительной вероятностью 0,95 составляет соответственно 0 — минус 1,0 — минус 2, 0 — минус 3, 0 — минус 5.

4.6. Массовую долю золы определяют по ГОСТ 15973.

4.7. Определение предела текучести по ГОСТ 11645.

Куда сдавать ПЭ отходы?

Отходы полиэтилена можно разделить на 3 группы:

• бытовые — это всевозможные пакеты, пластмассовые флаконы, канистры, оставшиеся после ремонта обрезки полимерных труб и т.п.
• промышленные — некондиция и отходы производства изделий из ПЭ;
• коммерческие — упаковочные материалы, невозвратная или поврежденная полиэтиленовая тара, канистры, емкости, бочки и т.п.

Все перечисленные виды отходов подлежат вторичной переработке, поэтому их охотно принимают организации по сбору и сортировке вторсырья. При наличии большого количества отходов ПЭ возможен самовывоз мусора за счет перерабатывающей компании.

Пункты приема отходов полиэтилена сегодня есть во всех крупных городах России. На территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области сдать стрейч-пленку, отходы ПНД и ПВД можно в компанию «Корона» по адресу: Санкт-Петербург, улица Новоселов, дом 6. Жители столицы могут стать полиэтилен по выгодной цене по адресу: Москва, улица Дорожная, дом 3А, корпус 4Б.