+7 (495) 787 55 99
Главная » Новости и статьи » Вклад полимерных добавок в экономику замкнутого цикла

Новости и статьи

Вклад полимерных добавок в экономику замкнутого цикла

В мировом сообществе и едва ли не во всех отраслях промышленности все громче звучит тема экономики замкнутого цикла. В особенности это касается индустрии пластмасс в связи с обострившимися проблемами полимерных отходов и их негативного влияния на окружающую среду. Одним из эффективных путей решения этих проблем является 100%-е использование вторичного полимерного сырья для производства новых материалов, близких по свойствам к первичным или даже не уступающих им по качеству. Существенный вклад в это важное для отрасли направление могут внести некоторые полимерные добавки, о которых рассказывается в этой статье. Но начать разговор имеет смысл, что называется, «с нуля», рассмотрев и те этапы производства вторичного гранулята, которые предшествуют непосредственному применению данных добавок.

Вклад полимерных добавок в экономику замкнутого цикла

Вторичная переработка полимеров и использование вторичного сырья – одно из наиболее динамично развивающихся направлений в мировой индустрии пластмасс. Для России оно является далеко не новым и, так же как и во всем мире, продолжает активно развиваться в связи с возрастанием интереса к получению более дешевых ресурсов, которыми являются вторичные полимеры. Последние директивы Европейского союза направлены на повышение целевых показателей по вторичной переработке полимерных отходов, чтобы максимально приблизить Европу к экономической модели замкнутого цикла. К 2025 г. Европейская комиссия планирует подвергнуть вторичной пере
работке минимум 55 % пластиковой упаковки, что в сумме составит около 10 млн т. Поэтому в ближайшие годы потребители будут видеть все больше и больше товаров, произведенных на основе вторичных полимерных материалов, в том числе и в России. Разумеется, есть ограничения, которые сдерживают более широкое использование полимерных отходов. Причин много: это и менее стабильные (по сравнению с исходными полимерами) их механические свойства, ухудшенные эстетические свойства (внешний вид, запах и т. д.); кроме того, для определенных видов продукции использование вторичного сырья вообще запрещено действующими санитарными или сертификационными нормами (например, для пищевой упаковки). Но и сфер, в которых применение вторичных полимеров более чем оправданно и даже необходимо, – множество (рис. 1). Изготовление гранулята из вторичного сырья можно разделить на несколько типичных этапов, описанных ниже. 

1. Этапы производства вторичного гранулята

1.1. Закупка или сбор вторичного сырья 

До недавнего времени российские предприниматели, заинтересованные в покупке вторичного сырья, сами создавали всю цепочку по его сбору или закупке, например у населения, торговых сетей, сортировочных или мусороперерабатывающих комплексов, полигонов и пр.). С 1 января 2019 г. вступили в силу изменения в Федеральном законе «Об отходах производства и потребления». Федеральный закон № 503-ФЗ ввел ряд существенных изменений в области правового регулирования экологической безопасности, обращения с отходами производства и потребления, а также сбора, транспортировки, обработки, сортировки, обезвреживания и захоронения твердых коммунальных отходов, к которым относятся многие использованные изделия из полимеров. Данным законом пересматриваются полномочия федеральных, региональных и местных властей в области обращения с отходами. В скором будущем мы ожидаем увидеть сбор и накопление отходов по группам и видам, как это осуществлено в ряде других стран, которые озаботились решением данного вопроса несколько десятилетий назад. Теперь у российских предпринимателей должна появить
ся возможность быстро и легко получить доступ к большому количеству уже собранного полимерного сырья.

1.2. Сортировка вторичного полимерного сырья

На данном этапе надо постараться не допустить смешивания различного вида полимерных отходов между собой (ПЭНП, ПЭВП, ЛПЭНП, ПП, ПВХ, ПЭТ и пр.). При этом желательно также осуществлять отделение чистого материала от загрязненного, а прозрачного – от цветного, чтобы затем гранулировать их по отдельности (прозрачная вторичная гранула – самый востребованный и дорогой продукт!). Это очень важный этап. Если, например, небольшое количество отходов ПВХ попадет в партию ПЭНП, то вся партия вторичного гранулята будет испорчена. Осуществить сортировку очень сложно и по той причине, что существуют многослойные упаковки, в которых присутствуют различные полимеры, например полиамид и полиэтилен. На данном этапе лучше сразу осуществить и отбраковку сырья, которое не имеет смысла перерабатывать из-за того, что, например, оно очень сильно загрязнено и его невозможно отмыть или имеет признаки деградации и из него не получится качественный вторичный гранулят.

1.3. Дробление и мойка вторичного полимерного сырья

Если с дроблением полимерных отходов обычно не возникает никаких проблем (это относительно простая механическая операция), то с мойкой часто возникают сложности. Важно осуществить этот процесс как можно более качественно. Некоторые моечные комплексы предусматривают несколько стадий мойки, в том числе мойку горячей водой и (или) с применением специальных моющих средств. Часто полимерное сырье имеет сложные загрязнения, которые непросто отмыть, а если они не отмоются, то останутся в регрануляте с известными негативными последствиями (снижение качества и, соответственно, стоимости).

1.4. Гранулирование

Результаты данного этапа, безусловно, во многом зависят от гранулирующего оборудования. При этом вовсе не обязательно, чтобы гранулятор был мощным и высокопроизводительным, гораздо важнее его конструктивные особенности и технологические режимы процесса. На одном и том же оборудовании, в зависимости от технологического режима гранулирования, можно изготовить как очень качественный, так и низкокачественный регранулят, причем из одного и того же исходного вторичного сырья. И на этом этапе, если можно так выразиться, мы подошли к заявленной теме данной статьи, т. е. к тому, как можно существенно улучшить свойства вторичного гранулята с помощью добавок и их суперконцентратов.

2. Использование добавок для улучшения свойств регранулятов

2.1. Антиоксиданты

Известно, что полимеры подвергаются реакции деградации в присутствии кислорода, при нагреве, при воздействии солнечного излучения (особенно в диапазоне УФ-спектра). Деградация и окисление может происходить на каждой стадии жизненного цикла полимерной продукции: • в процессе производства и на стадии хранения исходного полимера и компонентов;

• в процессе изготовления полимерного изделия;

• на стадии его эксплуатации в течение заданного срока службы.

Таким образом, получается, что вторичное полимерное сырье, из которого предполагается изготовить регранулят, уже находится на определенной стадии деградации и имеет – в большей или меньшей степени – следы окисления. И если из такого сырья получить вторичный гранулят, он будет еще более деградированным. Чтобы минимизировать (а еще лучше – свести к нулю) деградацию полимерного материала при гранулировании, можно на этом этапе ввести в его состав антиокислительную добавку Ampacet 100691, которая имеет в своем составе смесь первичных и вторичных антиоксидантов (АО). Первичные АО – это доноры водорода (Н) на основе фенолов, которые предлагают более доступный радикал Н+, чем полимерная цепочка R-H (их еще называют «мусорщиками радикалов»). Первичные АО будут работать как защита материала изделия в течение его срока службы. Вторичные АО (фосфиты и тиоэфиры) трансформируют гидропероксиды RO-OH в нерадикальные, неактивные и термически стабильные продукты. Эти АО будут работать в качестве защиты полимера в процессе переработки – гранулированием и последующей экструзией или, например, литьем под давлением. Вторичные АО являются идеальным дополнением к первичным АО, создавая синергетический эффект. Если использовать добавку 100691 в процессе гранулирования, то регранулят будет иметь высокое качество без видимого пожелтения и других внешних признаков «вторички». В дальнейшем продукция, полученная из этого вторичного гранулята, например, пленка, будет иметь меньше геликов, пригаров, вкраплений, а также характерного запаха, возникающего в том числе в процессе экструзии. Кроме того, механические свойства и внешний вид пленки, изготовленной из такого вторичного сырья, будут ненамного хуже, чем из «первички». Если же оснастить гранулятор дозатором для ввода АО 100691, то через этот же дозатор можно вводить и другие добавки (например, антиблок) или цветной суперконцентрат, окрашивая регранулят в любой желаемый цвет. Причем из такого вторичного гранулята, окрашенного на этапе его производства, можно получать изделие с равномерным распределением цвета, что особенно актуально для тонких пленок).

2.2. Специальная добавка для улучшения внешнего вида изделий из регранулята

Предположим, что нет возможности выпускать на собственном предприятии для собственных же нужд регранулят высокого качества с соблюдением всех этапов, описанных выше, и переработчик вынужден приобретать регранулят, имеющий следы деградации (характерного «грязного» серого или коричневого оттенка, с запахом, с большим количеством так называемых геликов, которое еще более увеличится увеличится при экструзии пленки). Имеется ли в этом случае возможность все-таки улучшить качество такого вторичного гранулята? Да, имеется – с помощью специальной добавки BLUE EDGE 226 от Ampacet (табл. 1), которая при добавлении к вторичному ПЭ или смеси вторичного и чистого ПЭ существенно улучшает эстетичность гибкой упаковки, повышая ее привлекательность для покупателя, а именно:

• устраняет желтый и коричневый оттенки, характерные для изделий из вторичного сырья;

• минимизирует образование геликов и прочих визуально различимых дефектов.

Разумеется, гели, которые уже присутствуют во «вторичке», не могут быть удалены, но образование новых геликов в процессе экструзии будет сведено к минимуму. Для испытаний, подтверждающих эти свойства BLUE EDGE 226, был взят вторичный гранулят ПЭ, который имел характерный желтоватый оттенок. Из смеси этого регранулята и гранулята первичного ПЭ, взятых в соотношении 50:50, была изготовлена пленка, которая имела характерный «оттенок шампанского» и, соответственно, высокие значения индекса желтизны и колориметрического параметра b* (рис. 2, а).

Использование добавки резко снижает индекс желтизны пленки (табл. 2 и рис. 3) и придает ей благородный голубоватый оттенок (см. рис. 2, б и в), как бы «оправдывая» свое название (BLUE EDGE).

Кроме того, введение добавки BLUE EDGE 226 в состав указанной смеси минимизирует образование геликов (рис. 4) и позволяет снизить потерю светлоты пленок в повторных циклах экструзии (рис. 5). 

Таким образом, применение BLUE EDGE 226 при использовании вторичного ПЭ позволяет:

• избавиться от «грязного» желтого или коричневого оттенка;

• придать изделию легкий голубой оттенок для более «свежего» и привлекательного внешнего вида;

• минимизировать образование геликов и прочих визуально различимых дефектов;

• повысить эстетические качества гибкой упаковки;

• использовать коммерчески доступный вторичный ПЭ без риска негативного влияния на внешний вид изделия;

• оказывать положительное влияние на экологические аспекты производства полимерной упаковки согласно принципам экономики замкнутого цикла.

2.3. Специальная добавка для устранения запаха

Итак, с помощью добавок 100691 и (или) BLUE EDGE 226 можно изготовить вторичный гранулят высокого качества, практически не уступающий по внешнему виду и другим потребительским свойствам «первичке», разве что у изделий из «вторички» будет характерный запах… Но и здесь есть решение – использование добавки Odor Scavenger 1000258-E, которая является мощным поглотителем и нейтрализатором самых разных неприятных запахов, не «выпуская» их из полимерного материала! Тем самым эта добавка позволяет значительно увеличить дозировку вторичного полимера в смеси с первичным без риска усиления неприятного запаха, что в значительной степени помогает снизить расходы на закупку материалов, поскольку стоимость «вторички» ниже, чем у «первички». Еще одним важным преимуществом Odor Scavenger 1000258-E является значительное сокращение выбросов в атмосферу парниковых газов. А если использовать эту добавку совместно с антиоксидантом 100691 и с добавкой BLUE EDGE 226, то и внешний вид изделия, и его механические характеристики практически не будут уступать изделиям из первичного полимера.

 
Схема проезда