Зарегистрированных посетителей: 10490

"Инновационная технология вторичной переработки ПЭТ"

С полными текстами всех статей вы можете ознакомиться на страницах журнала
Р. Бауер, TECHNOKOMM (г. Гмюнден, Австрия)

То, что в 2012 г. впервые было обнародовано в форме заявки на патент, на первый взгляд представлялось невероятным. Речь шла о технологии вторичной переработки использованных бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТ), исключающей необходимость в твердотельной полимеризации и позволяющей производить материал, не уступающий первичному ПЭТ, а по некоторым оценкам, даже превосходящий.

Высококачественный гранулированный компаунд ПЭТ (внизу), полученный из хлопьев вторичного ПЭТ (вверху слева) с добавкой модификатора (вверху справа) на линии, ядром которой является двухшнековый конический экструдер (фото: автор)

Альтернативой твердотельной полимеризации (SSP: Solid State Polymerization) стало введение химического модификатора на основе силоксановых соединений в хлопья ПЭТ в их расплавленном состоянии или в порошкообразной форме непосредственно на перерабатывающем экструдере. В процессе пластикации, он как полимерная клейковина, взаимодействует главным образом с короткоцепными продуктами деструкции с последующей рекомбинацией.

Производимый таким образом модифицированный ПЭТ может служить высококачественной альтернативой первичному материалу (см. фото у  заголовка статьи).

Отправной точкой для разработанной за последние годы этой удивительной и инновационной технологии вторичной переработки ПЭТ стали результаты научно-исследовательских работ, которые выполнили более 30 лет назад в  университетах бывшего Советского Союза грузинские химики Георгий Джавахишвили и Леван Дадиани совместно с их русским коллегой Виктором Булгаковым, которые в 2006 г. получили патент на эту технологию. Центральное место в исследованиях ученых заняло изучение взаимодействия между различными кремнийорганическими полимерами и поли эфиром. При этом внимание ученых было сфокусировано на полисилоксанах, полисилазанах и полисиланах.

Результатом проведенных работ стало открытие, суть которого сводится к тому, что силановые соединения (прежде всего, полигидросилоксан) в комбинации с пластификаторами (например, диоктилфталатом, динонилфталатом или дибутилсебацинатом) могут вступать во взаимодействие с молекулами сложных полиэфиров.

В результате этого процесса короткоцепные молекулы, образующиеся как продукты деструкции во всех процессах переработки, могут рекомбинировать до длины исходных макромолекулярных цепей и даже превосходить ее. В дополнение к удлинению молекулярных цепей модификатор активирует образование поперечных связей, которые противодействуют характерной для ПЭТ склонности к кристаллизации.

Для достижения этих эффектов достаточно ввести всего лишь 4–5% масс. модификатора. Полученный с применением новой технологии модифицированный вторичный ПЭТ получил обозначение M-ПЭT.

От традиционного вторичного ПЭТ он отличается, прежде всего, более высокой стойкостью к окислительной или гидролизной деструкции, более высоким модулем упругости, повышенной прочностью и теплостойкостью. Газопроницаемость материала, имеющая определяющее значение для использования в производстве бутылок для напитков, находится на уровне, сопоставимом с  первичным ПЭТ. Наконец, производство M-ПЭT происходит без образования продуктов распада, поэтому этот вторичный материал получил разрешение на использование в контакте с продуктами питания и может применяться в качестве альтернативы первичному ПЭТ в производстве всех изготавливаемых из него изделий.

Технологический процесс модификации исходноо материала прост. Если прежде, т. е. до 2002 г., когда была подана заявка на патент, модификатор приходилось добавлять к ПЭТ-хлопьям в реакционном смесителе и после этого производить смешивание в течение 50–100 мин при температуре около 130 градусов C в целях равномерного распределения и желирования ПЭТ-хлопьев, то в настоящее время модификатор можно в дозированном количестве вводить в жидкой форме или в виде гранулята непосредственно в материальный цилиндр промышленного экструдера.

От лаборатории к промышленному использованию


Время от момента подачи заявки на патент до его выдачи в 2006 г. (патент DE 60208241T2, 24.08.2006) было использовано для получения необходимых для международного использования сертификатов на результаты испытаний и разрешений на использование в производстве упаковки для продуктов питания, а также для создания экструзионной линии в целях промышленного производства продукции. За первую часть этой работы отвечала компания PTP Plastic Technologies & Products B. V. (г. Амстердам), являющаяся одновременно штаб-квартирой и холдингом группы компаний. Право на промышленное использование описываемой технологии принадлежит основанной в 2006 г. чешской компании Plastic Technologies & Products s.r.o. (PTP).

На ее заводе в  г. Йилове-у Праги (Jilove u Prahy) собственно и была смонтирована экструзионная линия, с помощью которой новая технология из лабораторных условий была переведена в промышленные масштабы и дополнительно оптимизирована в несколько стадий. Основным компонентом этой линии, разработанной австрий- ской компанией Maschinen- und Anlagenbau Schulz GmbH (MAS), является экструдер с двумя вращающимися в одном направлении коническими шнеками – условно «конический экструдер» (фото 1 и рис. 1).

Оптимизация технологического процесса

Организация промышленного производства сначала осуществлялась с применением оборудования одной из германских компаний, основным компонентом которого стал двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении параллельными шнеками диаметром 75 мм.

Экструдер был соединен с закрытым насосом для подачи расплава, фильтрующей системой и подводным гранулирующим устройством. Мартин Урбан (Martin Urban), руководитель отдела прикладных технологий компании PTP, так вспоминает начало работы: «После пускового этапа мы приступили к оптимизации технологического процесса, но столкнулись с определенными трудностями. В частности, нам не удавалось в полной мере использовать производительность экструдера с параллельными шнеками без ухудшения качества материала.

Результаты проведенных исследований показали, что причина заключается в первую очередь в относительно высоких напряжениях сдвига, действующих на расплав внутри сравнительно длинного материального цилиндра с быстро вращающимися параллельными шнеками. В целях уменьшения степени повреждения расплава под действием сдвиговых напряжений и связанной с этим деструкции полимера, мы были вынуждены снизить частоту вращения шнеков. В результате производительность уменьшилась с максимально возможных 1200 кг/ч до 750 кг/ч. Только за счет этого нам удалось поддерживать постоянную температуру расплава ниже 280 °C на выходе экструдера и одновременно снизить так называемый ацетатальдегидный показатель AA».



Далее Мартин Урбан отметил: «В ходе поиска возможностей улучшения технологического процесса к нам на помощь пришел случай. Это произошло во время одного из посещений выставки, где мы познакомились с австрийской компанией MAS и с их новой экструзионной системой, созданной на основе двухшнекового экструдера с  сонаправленными коническими шнеками. Ее преимущества сразу же показались нам убедительными. Важным отличием этого конического экструдера от экструдера с параллельными шнеками является то, что объем входной зоны материального цилиндра значительно больше, чем на выходе. Поэтому увеличенные по объему зоны загрузки и пластикации обеспечивают возможность повышения степени заполнения межвиткового пространства шнеков и соответствующее повышение производительности даже при относительно низкой частоте вращения шнеков и, соответственно, при низких напряжениях сдвига, действующих на материал.

Дополнительными преимуществами являются относительно небольшая длина экструдера типа MAS и, как следствие, уменьшено время пребывания материал в материальном цилиндре, а также возможность монтажа на сравнительно небольшой производственной площади всей экструзионной линии, включающей оборудование для сушки и  гранулирования материала».

Еще одним преимуществом конического экструдера является подсоединение дегазационной системы к той части цилиндра, которая имеет увеличенные размеры поперечного сечения и соответственно характеризуется более значительной площадью его контакта с материалом (см. рис. 1), чем в случае экструдера с параллельными шнеками. Это является важным фактором, способствующим повышению качества вторичного материала.

Ожидания полностью оправдались

За время эксплуатации конический экструдер полностью оправдал связанные с ним ожидания, что подтверждается приведенными в  таблице результатами сравнительных испытаний. В настоящее время на экструзионной линии компании PTP, созданной на основе экструдера MAS (фото 2), ежемесячно выпускается от 700 до 1000 т модифицированного ПЭТ (M-ПЭT), что составляет около 60 % от общего количества получаемого в Чехии вторичного ПЭТ.

В наиболее полном исполнении линия по переработке вторичного ПЭТ в гранулированный М-ПЭТ (в том числе с модифицированными добавками) включает в себя двухшнековый конический экструдер MAS, фильтрующую систему, одношнековый экструдеркомпаундер и подводный гранулятор (рис. 2).

Большие потенциальные возможности

Помимо экструзионной линии в Чехии, запущены еще две оснащенные экструдерами типа MAS линии для вторичной переработки ПЭТ на новом предприятии компании РТР в Калифорнии (США). Запланировано также создание новых производств в Европе. Компания рассчитывает на большие потенциальные возможности применения технологии химической модификации при вторичной переработке различных полимерных материалов. Как показывают результаты экспериментов, за счет такого подхода становится принципиально возможным прочное соединение ранее считавшихся несовместимыми материалов, примером которого служит соединение ПЭТ и полипропилена при изготовлении трубопроводов.

The Innovative Technology of PET Recycling
R. Bauer
A feature which was made public for the first time in a patent application
in 2002 would appear to be incredible at first glance. It is a recycling
process for PET bottles, the end product of which is equivalent to primary
PET , even better in some respects but without having to use an SSP
(Solid State Polymerization) process. The alternative is to add a
chemical modification agent on the basis of silicone compounds to the
PET flakes in liquid form or as powder directly at the extruder.
During
plastication it acts as a polymer
adhesive primarily on the shorthain decomposition products and recombines them. The M-PET (modified
PET) produced in this way represents a high quality alternative to the original material.
The modification process results from the fundamental work
performed by three chemists in Georgia and Russia who were awarded the patent in 2006.

Источник: журнал "Полимерные материалы" 2013/N5




Журнал

В следующем номере

    Тема номера: ПЕРЕДОВЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ
  • Fakuma-2017: новые шаги на пути повышения экономичности, точности и производительности литья под давлением
  • Fakuma-2017: «умные» решения для гибко автоматизированного производства
  • Fakuma-2017: возможности соинжекционного литья
  • Fakuma-2017: «умные» технологии литья под давлением
  • Читать полностью

Популярные запросы

Контакты

Адрес редакции:
105066, Москва, Токмаков пер., д. 16, стр. 2

Редакция:
+7 (499) 267-40-10
E-mail: victor-gonchar@mail.ru

Отдел подписки:
Прямая линия: 8 (800) 200-11-12
бесплатный звонок из любого региона России
E-mail: podpiska@vedomost.ru

Отдел рекламы:
Прямая линия:
+7 (499) 267-40-10, +7 (499) 267-40-15
E-mail: reklama@vedomost.ru

Вопросы работы портала:
E-mail: support@polymerbranch.com

Рейтинг@Mail.ru
Rambler's Top100
Логин или E-mail
Пароль (Забыли пароль?)
Запомнить
Если Вы ещё не зарегистрированы в системе, Вам необходимо зарегистрироваться
Введите E-mail:
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.

Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.

В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.

Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.

Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты. Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».

Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.

Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.

Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.

Принимаю условия соглашения
Sun, 19 Nov 2017 21:09:19