Способ подготовки к переработке полимерных отходов

Способ подготовки к переработке полимерных отходов

Реферат

Изобретение относится к области переработки полимерных отходов и, более конкретно, к способу подготовки окрашенных (цветных) отходов к дальнейшей переработке с целью их обесцвечивания путем обработки жидким или сверхкритическим диоксидом углерода. Изобретение может найти применение при производстве различных изделий из вторичных полимеров.

Известно использование жидкого или сверхкритического диоксида углерода в качестве экстрагента для извлечения различных видов нежелательных примесей, например, для извлечения дихлордиэтилсульфида из проб почвы (патент РФ 2119160), для очистки крахмала (заявка США № 20030049366), или для экстрагирования целевых продуктов, например, красителей из различного рода растительного сырья (см., например, патенты РФ: №№ 2102417; 2163612), однако не известно использование жидкого или сверхкритического диоксида углерода в качестве экстрагента для обесцвечивания каких-либо окрашенных синтетических полимерных материалов, в частности, полимерных отходов.

В последнее время в связи с увеличением использования полимерных материалов резко возрастает количество вторичных полимеров (отходов производства и потребления полимеров и полимерных изделий). При этом объемы их вторичной переработки значительно отстают от объемов накопления полимерных отходов из-за того, что большая часть вторичных полимеров не может конкурировать с первичными по критериям «цена/качество». Это приводит к резкому возрастанию степени загрязнения окружающей среды не деструктирующими (биологически не разлагаемыми) в естественных условиях полимерными отходами. Как следствие, возрастает значение технологий, позволяющих использовать вторичные полимерные материалы для получения изделий высокого качества, которые могут конкурировать с изделиями из первичных материалов. При решении этой сложной проблемы немаловажное значение имеет качественная предварительная подготовка отходов к дальнейшей переработке, в частности, возможность получения неокрашенных вторичных полимеров.

Подготовка полимерных отходов к переработке в изделия подразделяется на несколько стадий: сортировка отходов по типу полимеров, их промывка и сушка, измельчение, грануляция, смешение с различными добавками (антиоксидантами, светостабилизаторами, красителями, наполнителями). При необходимости в стадию сортировки по типу полимерных отходов включают их разделение по цветам. В дальнейшем обработанные полимерные отходы можно перерабатывать методом прессования, литьем под давлением, экструзией, вакуум-, термоформованием [Пластикс, 2002, № 3, с.37]. Например, известен способ объемной переработки отходов термопластичных полимеров с целью их утилизации, включающий прессование при 70-200°С и давлении 0,1013-1,5536 МПа с использованием автоклава и получением изделий заданной формы (заявка США № 2002327086). При этой переработке цвет изделий зависит от цвета исходных отходов.

Наиболее близким к заявляемому способу подготовки полимерных отходов к переработке является способ, включающий сортировку по цвету, сорту и степени загрязнения отходов перед измельчением (заявка РФ 2002106847, опубл. 20.12.2003). Такая подготовка включает трудоемкий этап предварительной сортировки материалов по цвету. Кроме того, рассортированный материал при дальнейшей переработке привязан к определенной окраске, что ограничивает возможность получения изделий с желаемым цветом и препятствует возможности добавления отходов к соответствующим первичным полимерным материалам.

Задачей заявляемого изобретения является достижение нового технического результата, заключающегося в разработке нового способа подготовки полимерных отходов к переработке, позволяющего получать неокрашенные полимерные отходы с использованием экологически безопасной технологии. Получаемые обесцвеченные отходы можно было бы перерабатывать в изделия, не имеющие окраски, или в изделия с желаемым цветом при введении красителя. Обесцвеченные отходы также можно было бы использовать при получении композиционных материалов, а обесцвеченные отходы одного типа полимера смешивать с первичным полимером того же типа с целью его удешевления.

Задача решается тем, что разработан новый способ подготовки к переработке вторичных полимерных отходов, заключающийся в том, что окрашенные отходы обрабатывают жидким или сверхкритическим диоксидом углерода при давлении в интервале от 60 до 600 атм, при температуре от 15 до 200°С и при продолжительности обработки от 1 до 4 часов. В качестве отходов термопластов используют отходы по крайней мере одного термопласта из ряда: полиэтилентерефталат (ПЭТФ), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС), полиэтилен высокого или низкого давления (ПЭВД или ПЭНД).

В частности, можно использовать отходы, имеющие одинаковую окраску любого цвета, или отходы, имеющие различную окраску по цветовой гамме.

Используемые отходы, в частности, могут быть предварительно измельченными, преимущественно в виде гранул или «чипсов», или не измельченные в виде небольших изделий.

Полученные после подготовки к переработке отходы предназначены для получения изделий литьем под давлением, вальцеванием, прессованием или как добавка к композиционным материалам, или для смешивания с первичными полимерами.

Реализация нового способа подготовки к переработке полимерных отходов стала возможной благодаря тому, что сочетание параметров процесса - давление, температура, продолжительность, обеспечивает обесцвечивание отходов, независимо от того, какого они цвета и какой термопласт они включают в свой состав. При этом не происходит выравнивания окраски, а полное обесцвечивание каждого из введенных в процесс подготовки фрагмента отходов.

Отсутствие цветовой окраски полученных после подготовки к переработке отходов позволяет использовать их как добавку к первичным термопластам.

В отличие от известного способа, подготовку к переработке вторичных полимеров проводят путем их обработки жидким или сверхкритическим диоксидом углерода, что позволяет получить обесцвеченные отходы и тем самым исключить этап их сортировки по цвету. Далее обесцвеченные отходы могут быть переработаны в изделие любого заданного цвета или введены в состав композиционных материалов, или добавлены к первичным полимерам. В этом заключается достижение нового технического результата и решение поставленной задачи.

При реализации изобретения использовали отходы различного типа полимеров - по крайней мере одного полимера из ряда: ПЭТФ, ПВХ, ПС, ПЭВД или ПЭНД или смесь перечисленных полимеров в любом сочетании между собой и окрашенные в любом цвете цветовой гаммы (красном, оранжевом, желтом, зеленом, голубом, синем, фиолетовом), или смесовыми красителями в коричневые или другие цвета. Для создания условий реализации процесса обесцвечивания отходов использовали автоклав, где подбирали соответствующие параметры процесса - давление, температуру, необходимые для образования жидкого или сверхкритического СО₂. В связи с тем, что продолжительность обработки отходов зависит от типа полимера, введенного в него красителя, размера частиц отходов, от условий обработки (температуры и давления), при реализации процесса в каждом конкретном случае его параметры определяли экспериментальным путем.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами:

Пример 1. Гранулы вторичного ПЭТФ коричневого цвета без предварительного очищения или промывки помещают в автоклав. Затем закрывают автоклав, нагревают до 15°С, накачивают СО₂, до давления 60 атм и выдерживают вторичный ПЭТФ в созданных условиях 4 часа. Открывают автоклав и извлекают обесцвеченные отходы.

Пример 2. Обесцвечивание вторичного ПЭТФ проводят аналогично примеру 1, но вместо гранул используют «чипсы» вторичного ПЭТФ красного цвета. Обработку осуществляют при 20°С, давлении 100 атм в течение 3.5 часов. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 3. Обесцвечивание заготовок ПЭТФ зеленого цвета, используемых при дальнейшем изготовлении бутылок методом раздува (промышленный брак при получении бутылок), проводят аналогично примеру 1, но обработку осуществляют при 32°С, давлении 200 атм и в течение 3 часов. Извлекают из автоклава обесцвеченные заготовки.

Пример 4. Обесцвечивание «чипсов» вторичного ПЭТФ, окрашенных в различные цвета, проводят аналогично примеру 3, но обработку осуществляют при 200°С, давлении 75 атм и в течение 1.5 часа. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 5. Обесцвечивание гранул вторичного ПВХ, окрашенных в желтый цвет, проводят аналогично примеру 1, но обработку осуществляют при давлении 75 атм в течение 1,5 часа. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 6. Обесцвечивание «чипсов» вторичного ПВХ, окрашенных в оранжевый цвет, проводят аналогично примеру 5, но обработку осуществляют при давлении 600 атм, температуре 80°С в течение 1 часа. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 7. Разноцветные гранулы вторичного ПВХ обесцвечивают аналогично примеру 6, но обработку осуществляют при давлении 200 атм, температуре 90°С в течение 1 часа. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 8. Обесцвечивание гранул вторичного ПЭНД, окрашенных в голубой цвет, проводят в условиях примера 7, но обработку осуществляют при температуре 100°С в течение 3 часов. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 9. Обесцвечивание разноцветных «чипсов» вторичного ПЭНД проводят в условиях примера 8, но обработку осуществляют в течение 4 часов. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 10. Гранулы вторичного ПЭВД фиолетового цвета обесцвечивают в условиях примера 6. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 11. Гранулы вторичного ПС голубого цвета обесцвечивают в условиях примера 8. Извлекают из автоклава обесцвеченные отходы.

Пример 12. Обесцвечивание разноцветных «чипсов» вторичного ПС проводят в условиях примера 2.

Пример 13. Обесцвечивание гранул смеси вторичных полимеров проводят в условиях примера 8.

1. Способ подготовки к переработке полимерных отходов термопластов, заключающийся в том, что окрашенные отходы обрабатывают жидким или сверхкритическим диоксидом углерода при давлении в интервале от 60 до 600 атм, температуре в интервале от 15 до 200°С и при продолжительности обработки от 1 до 4 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходами термопластов являются отходы по крайней мере одного термопласта из ряда: полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен высокого или низкого давления.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют отходы, имеющие одинаковую окраску любого цвета, или отходы, имеющие различную окраску по цветовой гамме.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют отходы, предварительно измельченные преимущественно в виде гранул или "чипсов", или не измельченные в виде небольших изделий.

5. Способ по одному из пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что полученные после подготовки к переработке отходы предназначены для получения изделий литьем под давлением, вальцеванием, прессованием или как добавка к композиционным материалам или для смешивания с первичными полимерами.