Окрашивание вторично перерабатываемых полимеров

Окрашивание вторично перерабатываемых полимеров

Вторичная переработка материалов осуществляется на протяжении многих столетий. Анализ древних американских каменных орудий труда установил, что вторичная переработка материалов была известна уже тогда. Например, сломанный каменный наконечник стрелы превращали в скребок для чистки шкур животных. В начале прошлого века люди шили одежду из мешковины. Одежда, переходящая по наследству младшим братьям и сестрам, также является одним из видов вторичного использования материалов. Металлические кузова автомобилей, изношенное сельскохозяйственное оборудование, жестяные банки, медные провода, свинцовые аккумуляторы вторично перерабатываются для получения металла. Одно время старьевщики делали регулярные обходы городов и деревень для сбора металлов, стекла, макулатуры, тряпья и костей. Полимеры как материалы появились сравнительно недавно. Ввиду многочисленности их видов и взаимной несовместимости, их вторичная переработка представляет большие трудности, чем переработка традиционных материалов.

Сбор использованных полимеров

В настоящее время для большинства людей вторичная переработка (рециклинг) полимеров заключается лишь в сборе и накоплении использованных полимерных изделий, хотя на самом деле последующая переработка требует гораздо больших усилий. Вторичной переработке подвергаются полимерные детали автомобилей, приборов, компьютеров, принтеров и напольных покрытий. Детали автомобилей представляют наибольшую сложность при переработке, так как содержат полимеры различного химического строения.

Среди всех материалов, подвергающихся вторичной переработке, наибольшее значение имеют алюминиевые и жестяные банки, стеклотара, макулатура и пластиковые бутылки; последние изготовлены обычно из полиэтилентерефталата (ПЭТФ, ПЭТ) или полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Собирают, однако, и другие виды полимеров. Сортировкой полимеров занимается население, сборщики и переработчики.

Процесс вторичной переработки полимеров

Сырье для вторичной переработки полимеров поступает от компаний, специализирующихся на сборе полимеров в специальных контейнерах. При поступлении на перерабатывающие предприятия содержимое контейнеров попадает на транспортер, сортируется и измельчается. Рабочие, контролирующие транспортировку, удаляют не подлежащие переработке изделия, а также сортируют полимеры по цвету.

После измельчения полимеры поступают в моечную машину, где полимеры освобождаются от ярлыков, этикеток и остатков содержимого. Затем полимеры сортируются в емкостях с водой: полимеры с меньшей плотностью всплывают, а с большей плотностью осаждаются. Следующая операция — сушка. После сушки полимеры помещаются в контейнеры, экструдируются или гранулируются. При необходимости перед экструзией в них добавляют колоранты или добавки.

Автоматизированная электронная сортировка полимеров используется еще в незначительной степени, но, вероятно, в скором времени необходимость ручной сортировки будет исключена.

Использование вторично переработанных полимеров

Для эффективного использования вторично переработанных полимеров предпочтительно иметь дело со специализированными компаниями по сбору вторичного сырья. Наиболее подходящие по цвету изделия, полученные путем вторичной переработки полимеров, могут стоить достаточно дорого. Чтобы снизить стоимость до приемлемого уровня, возможно, придется использовать более дешевые корректирующие колоранты. Бесцветные полимеры, естественно, требуют большего количества колорантов для их окрашивания.

Другими свойствами вторично переработанных полимеров, помимо соответствующей окраски, являются сопротивление росту трещин при напряжении, упругость и вязкость. Полимеры, использовавшиеся в качестве молочных бутылок, обладают низкой прочностью, низкой вязкостью и сравнительно высокой упругостью. Если эти свойства будут негативно сказываться на свойствах переработанного изделия, необходимо указать, что в перерабатываемом сырье не требуется большого количества молочных бутылок. Другое дело — бутылки из ПЭВД, имеющие высокую трещиностойкость и высокую вязкость.

После выбора наиболее подходящих образцов вторично перерабатываемых полимеров о#т различных поставщиков, необходимо выбрать наиболее экономичный корректирующий окрашивающий концентрат для достижения наиболее подходящего цвета переработанного изделия. С этой целью необходимо из 100%-ного вторичного полимера изготовить эталонный образец в виде диска или получить образец отливки от поставщика. При изготовлении эталонного образца следует использовать рекомендованную производителем пропорцию исходного полимера и корректирующего колоранта. Можно использовать также плоские эталонные образцы накрасок исходных полимеров от производителей окрашивающих концентратов. Если это не представляется возможным, следует расплющить экструдированные или отлитые образцы и изготовить из них плоские образцы.

Следующим этапом является измерение цвета всех образцов с использованием спектрофотометра или колориметра и представление полученных результатов в цветовых координатах L, a, b или L, С, Н. Большинство современных спектрофотометров имеют программу для построения результатов измерения цвета в колориметрических координатах. Если же такая программа отсутствует, придется вручную строить колориметрические графики на листе бумаги. Ось а (или С) надо расположить горизонтально, а ось b (или H) — вертикально. Затем построить отдельный график для каждого вторично переработанного полимера и использовать результаты измерений цветового эталона и образцов, полученных из 100%-ного переработанного полимера в различных отношениях с корректирующими колорантами. Выбрать область значений, которая будет отделять один образец от другого; убедиться, что график содержит результаты измерений всех образцов. Теперь провести линию от вторично переработанного полимера к каждому из исходных образцов, окрашенному корректирующими колорантами. Линия, проходящая либо через, либо вблизи цветового эталона, укажет наилучший колорант для корректировки цвета вторично перерабатываемого полимера. Линия, проведенная перпендикулярно в направлении цветового эталона, пересечет первую линию приблизительно в точке, соответствующей составу смеси для коррекции цвета вторично перерабатываемого полимера.

Теперь, после того как выбран колорант и его содержание во вторично перерабатываемом полимере, можно приступать к процессу окрашивания. Вначале нужно смешать в нужной пропорции вторично перерабатываемый полимер и колорант. Затем добавить 10% смеси к исходному полимеру и сделать пробную отливку. Измерить цвет этой отливки. Если он окажется подходящим — повторить действия с использованием 20% смеси и увеличивать окрашенный вторично перерабатываемый полимер до тех пор, пока эти добавки не станут негативно отражаться на цвете отливки. Если же при желаемом содержании вторично перерабатываемого полимера подходящего цвета не удастся добиться — добавить колорант. При изготовлении многослойных изделий, добавить больше колоранта в наружный слой. Если же и это не поможет — сделать наружный слой из 100%-ного исходного окрашенного полимера.

Вторичная переработка полиэтилентерефталата

В большинстве случаев, вторично перерабатываемые полимеры вначале проходят сортировку для их отделения от инородных продуктов, под которыми понимают грязь, бумагу, клей, металл, другие полимеры и даже тот же самый полимер, имеющий другую окраску. Среди вторично перерабатываемых полимеров наибольшее значение имеет ПЭТФ, поскольку большинство безалкогольных напитков разливается в бутылки, изготовленные из ПЭТФ.

В 1995 г. объем производства ПЭТФ в США достиг 3,8 млрд фунтов, причем вторично перерабатываемый ПЭТФ составлял 50%, а в 10 штатах, в которых установлена залоговая стоимость тары, — более чем 75%. Вторичная переработка ПЭТФ начинается со сбора бутылок на пунктах сдачи, в местах распития напитков или от компаний, специализирующихся на сборе вторичного сырья. Независимо от источника получения, собранное сырье проходят первичную сортировку — ручную или автоматизированную — для отделения ПЭТФ сырья от металлических банок, полиэтиленовых молочных бутылок и упаковки моющих средств. При автоматизированной сортировке используют специальные камеры и источники света, реагирующие на форму, материал и (или) цвет. Затем бутылки из ПЭТФ измельчаются и упаковываются для повышения плотности материала.

Поступив на перерабатывающее предприятие, вторичный ПЭТФ подвергается более тщательной сортировке. Измельченные бутылки еще раз измельчаются, отмываются от этикеток, сушатся и поступают на автоматизированную сортировку, где окрашенный ПЭТФ материал отделяется от неокрашенного. Отделение ПЭТФ от ПЭВД происходит в емкостях, наполненных водой. Плотность ПЭВД немного ниже плотности воды, в то время как плотность ПЭТФ в 1,35 раз выше. Поэтому ПЭВД всплывает на поверхность воды и удаляется. Затем ПЭТФ материал в виде хлопьев сушат, проверяют на наличие окраски и загрязнения и складируют. В таком виде ПЭТФ может использоваться в качестве наполнителя, например, при производстве напольных покрытий. Хлопья зеленого цвета могут быть использованы для производства обвязочного шпагата и в качестве наполнителя при производстве листовых материалов. Неокрашенный ПЭТФ обычно гранулируется и затем перерабатывается для получения изделий, не контактирующих с продуктами питания (например, контейнеров для хранения моющих средств или химикатов), литьем под давлением или раздувным формованием. Во вторично переработанный ПЭТФ часто добавляют наполнители для повышения ударостойкости, например, при производстве деталей для автомобильной промышленности.

Если вторично переработанный ПЭТФ предполагается использовать для производства изделий, контактирующих с продуктами питания, необходимы дополнительные операции. Хлопья могут быть подвергнуты гликолизу для разложения полимера до уровня мономера, либо метанолизу — до уровня терефталиевой кислоты и гликоля. Полученные вещества очищаются, причем после метанолиза окрашенный материал обесцвечивается, а затем смешиваются с исходным сырьем и повторно полимеризуются. Последние достижения в области механической мойки позволили получать материал, который может контактировать с продуктами питания в соответствии с циркулярами Администрации США по контролю над продуктами питания и лекарствами.

Процесс вторичной переработки ПЭТФ часто включает нагрев и обработку различными химикатами, что может вызвать появление процессов разложения полимера, проявляющиеся в виде пожелтения материала. Поэтому при вторичной переработке ПЭТФ нужно всегда следить за цветом материала. Иногда на стадии гранулирования ко вторично переработанному ПЭТФ добавляют синий колорант для нейтрализации желтоватого оттенка. При изготовлении прозрачных упаковок такой материал будет выглядеть более привлекательно.

286
Комментарии (0)
  • Желаете ознакомиться с остальными комментариями или оставить свой? в сеть, чтобы получить полный доступ к функционалу Профессионалов.ru! Еще не участник сети?