Полимерлі қүм плиткаларын өндіруде пластикалық қалдықтарды пайдалану

Аңдатпа

Зерттеу аймақтың экологиялық жағдайының нашарлауының алдын алуға, тұрмыстық пластикалық қалдықтардың жиналу көлемін азайтуға және өндіріске енгізу үшін жаңа, экономикалық тиімді технологияны құруға бағытталған. Халықтың тығыздығы томен және елді мекендердің бір-бірінен едәуір қашықтықта орналасуымен қалдықтарды кешенді өңдеу бойынша ірі кәсіпорындар қүру материалдық тұрғыдан бизнес пен мемлекеттік құрылымдар үшін мүмкін емес міндет болып табылады. Осыған байланысты Қазақстан халқы қалдықтарының аз көлемінің негізінде рециклингтің арзан технологиялық схемасын іздеу орынды болып табылады. Алынған рециклинг өнімі бұдан әрі синтетикалық талшықтар, тоқыма, қаптама материалдары, Құрылыс бұйымдарын өндіруде шикізат ретінде пайдаланылуы мүмкін. Пластикалық тұтыну қалдықтарына негізделген шикізат нарығының қазіргі жағдайына талдау жүргізілді. Патенттік іздеу негізінде шағын кәсіпкерлік үшін тұрмыстық пластикалық қалдықтарды қайта өңдеудің тиімді әдісі анықталды. Пластикалық тұтыну қалдықтарына негізделген шикізатты алудың технологиялық схемасы негізделген. Тұрмыстық пластикалық қалдықтарды халық шаруашылығына арналған өнімдерге қайта өңдеу технологиясы жасалды. Зерттеулердің алынған нәтижелері жергілікті тұтыну қалдықтарынан пластикті қайта өңдеудің тиімді және рентабельді жүйесін әзірлеуге мүмкіндік береді және өңірлерде шағын және орта бизнестің дамуына ықпал етеді.

Kipicne

Бул зерттеуді Казахстан Республикасы Білім жэне гылым министрлігінің Fылым комитпетпі царжыландырды.

Іске асыру мерзімі 12 ай 2020-2022 жылдарга арналган гылыми жэне (немесе) гылыми-техникалъщ жобалар бойынша гранттъщ царжыландыру.

Жоба тацырыбы: Турмыстъщ пластикалъщ цалдыцтарды пайдалану сірқылы тротуар плиткаларын жасау технологиясын инновациялъщ цолдану.

Жобаныц ЖТН-і AP - 08956247.

Бүгінгі таңда қазіргі әлемді пластиксіз елестету мүмкін емес. Бұл материал біздің өмірімізге сенімді түрде еніп, бізді арзан әрі ыңғайлы етіп сатып алды. Пластикалық ыдыс бұрыннан ығыстырады шыны. Мысалы, дүкен сөрелерінде пластикалық бөтелкелердегі минералды су мен газдалған сусындар әйнекке қарағанда әлдеқайда жиі кездеседі және олар арзанырақ. Дегенмен, айқын артықшылықтарға қарамастан, пластик қоршаған ортаға және тиісінше, адам денсаулығына қауіп төндіреді. Пластикалық бөтелкені лақтыратын адамдар қоршаған ортаға қандай зиян тигізетіні туралы аз ойлайды. Ал пластикалық бөтелкелер өздігінен жоғалып кетпейді. Олар зиянды токсиндерді шығарады, ыдырау кезінде топырақты, суды, өсімдіктер мен жануарларды уландырады. Пластикалық бөтелкенің (ПЭТ бөтелкесінің) ыдырау кезеңі үш жүз жылдан астам уақытқа созылуы мүмкін. Сондай-ақ, оларды улы химиялық қоспаның шығарылуына байланысты өртеуге болмайды. Бұл үшін біздің елімізде арнайы жабдық жоқ. Жалғыз және сенімді әдіс-мұның бәрін жинап, қайта өңдеу [1, 25-28].

Пластикалық қалдықтардың түрлерін анықтаудан бастайық. Статистикаға сәйкес, қарапайым қоқыстың шамамен 50% - ы полимерлер. Бұл полимерлердің үштен бірінен көбі полиэтилен, пластиктің ең танымал түрі (1-сурет). Жалпы, пластикалық қалдықтар әр түрлі қаптамадан, ПЭТ бөтелкелерінен және полигонда пайдалану мерзімінің аяқталуы нәтижесінде немесе ақау себебінен тікелей зауыттан пайда болған техниканың пластмасса бөлшектерінен тұрады [2, 564-568].

Сурет 1 - Полиэтиленнен жасалған қалдықтар

Полиэтилентерефталат (РЕТ), сонымен қатар лавсан, термопластикалық полиэстер, полиэстер класының ең көп таралған өкілі, әр түрлі бренд атауларымен танымал. ПЭТ-тара полиэтилентерефталаттан жасалған, оны Ұлыбританияда Dupont компаниясы 1941 жылы патенттеген, тек 70-ші жылдардың басында ғана алғашқы пластикалық бөтелке пайда болды [3, 45-46].

Пластикалық бөтелкелерден бастайық. Бөтелкелер шыны ыдысқа қарағанда бірқатар маңызды артықшылықтарға ие:

1. тасымалдауды жеңілдететін жеңіл салмақ;
2. газдалған суды қүюға қолайлы мөлдірлік;
3. пластикті кез-келген түске бояу мүмкіндігі, көптеген коммерциялық пайдалану жағдайларын жасайды;
4. тасымалдау кезінде "күресу" ықтималдығын төмендететін сынғыштықтың болмауы [4, 36-38].

Алайда, бәрі де бүлыңғыр емес. ПЭТ контейнері ультрафиолет пен оттегін ішке өткізеді, ал көмірқышқыл газы пластикалық қабырғалардан өтеді. Бүл" төмен тосқауыл функциясы " деп аталады, бүл кейбір тағамдарды, мысалы, сыраны сақтау жағдайларын нашарлатады. Еуропалық нормаларға сәйкес, бүл сусынды пластикалық бөтелкелерде екі аптаға дейін сақтауға болады (Ресейде, Қазақстанда және басқа да бірқатар елдерде бүл мерзім үш-төрт айға дейін үзартылған). Қалай болғанда да, ПЭТ бөтелкелері - бүл өте қажет материал, оны қолданғаннан кейін тастау керек [5, 23-24].

Қаптама туралы айтатын болсақ - қалдықтардың тағы бір маңызды түрі - оның барлық артықшылықтары үшін пластикалық қаптаманың үлкен кемшілігі бар - оның ыдырау мерзімі 100 жылдан асады. Технологияның пластикалық бөлшектері туралы да айтуға болады.

Өнімдерді қалыптау кезінде полимермен болатын өзгерістердің сипатына байланысты пластмассалар термопластарға (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол негізіндегі термопластика) және реактопластарға (фенол-формальдегид, полиэфир, эпоксид және карбамид шайырларына негізделген ең көп таралған реактопластар; реактопласттарда әдетте толтырғыштың көп мөлшері бар-шыны талшық, күйе, бор және т.б.). Термопластар бүйымдарды қалыптағаннан кейін қайта өңдеу қабілетін сақтайды. Реактопластарды бүйымдарға қайта өңдеу қайтымсыз химиялық реакциямен жүреді, нәтижесінде балқымайтын және ерімейтін материал пайда болады (тігілген полимерлер деп аталады) [6,3-4].

Қазіргі уақытта өнеркәсіптік өңдеуге тартылған пластмасса қалдықтарының басым бөлігі термопласт санатына жатады.

Реактопласт қалдықтарын белгілі бір мөлшерде (үсақталғаннан кейін) қалыптау массаларына қосуға немесе инертті толтырғыштар ретінде пайдалануға болады (атап айтқанда, термопластикаға толтырғыш ретінде енгізуге болады) [7, 25- 28].

Термопласт қалдықтары негізінен технологиялық өлшемдерге сәйкес жіктеледі, бүл қалдықтарды қайта пайдалану мүмкіндіктері туралы қорытынды жасауға мүмкіндік береді.

Мүндай өлшемдерге пластмасса қалдықтарының пайда болу көзі (өндіріс немесе түтыну қалдықтары), сондай-ақ олардың принциптік сипаттамалары жатады: ластану, түрі, түрі және нысаны 1-кестеде келтірілген [8, 17-18].

Кесте 1 - Пластикалық қалдықтардың жіктелуі

Пластмасса қалдықтарын қайта пайдалануға және қайта өңдеуге тарту кезінде пластмассаны сәйкестендіру маңызды.

Пластмасса қалдықтарын түрлері бойынша бөлуді жеңілдету үшін көптеген елдерде Пластмасса бүйымдарын өндіру кезінде пайдаланылған шикізаттың түрін және оны пайдаланудың ықтимал бағыттарын белгілейтін олардың таңбалануы жүзеге асырылады.

Таңбалау болмаған жағдайда сіз қарапайым, бірақ өте дәл сәйкестендіру әдістерін қолдана аласыз, мысалы, атыс әдістері (пластмасса үлгілерін жағуды қоса) [9, 35-38].

Өндіріс қалдықтарына мақсатты түрде өндірілмейтін, бірақ түпкілікті өнімді жасау кезінде жанама өнімдер ретінде пайда болатын өнімдер кіруі керек. Әрбір өндіріс технологиялық қалдықтардың өзіндік түрімен сипатталады.

Зерттеу әдістері

Шикізатты алдын ала өңдеу. Бірінші кезеңде таңдалған және сүрыпталған пластмассалар ұсақталды. Қатты және жүмсақ полимерлердің 50/50 қатынасы болған жөн. Erep бастапқы шикізат өндіріс қалдықтары болса және олар белгілі бір марканың немесе полимерлер тобының полимері болса, онда мүндай шикізаттан алынған полимерлі құм массасы сапада жоғалуы мүмкін.

Мысалы, полиэтилендер теріс температурада өзін жақсы ұстайды, ал өнімде жылтырды алу оңай, бірақ "қатты" полимерлер күн қызған кезде қаттылық пен күш қосады.

Полимерлі құм плиткалары неғұрлым жақсы болса, полимерлер мен құм біркелкі араласады. Пластикалық қалдықтарды алдын-ала тазартудың қажеті жоқ. Жалғыз зиянкестер машина майы болуы мүмкін. Бірақ оның мөлшері, әдетте, шамалы, плитканың сапасына эсер етпейді, егер ол дақ пайда болса, қайта өңдеу кезінде жоғалады. Қалған қоспалар күйіп кетеді. Болашақта полимерлі құм қоспасынан жасалған құрылыс материалдары майларға жэне басқа да химиялық өнімдерге төзімді. Сондай-ақ, металл қоспалардан, фольгадан аулақ болу керек [10, 40-42].

Полимерлі құм массасын дайындау. Алғашқы ұнтақтаудан кейін пластикалық қалдықтар экструзия машинасына түседі, онда олар жылу астында араласады. Полимер қалдықтарының құрылымында полиэтилен жэне полипропилен пленкалары үлкен орын алады. Олар экструзия машинасына үсақтамай қосылады.

Ашытқы қамырының консистенциясы бар алынған полимерлі құм массасын оператор экструзия түйінінен шыққан кезде алып тастайды жэне қолмен допты (100 мм-ге дейін агломерат) салқындату үшін суға тастайды. Судан алынған, толығымен салқындатылмаған, бірақ қазірдің өзінде қатайтылған агломерат салқындаған кезде тез кебеді.

Полимерлі құм массасын алу жэне плиткаларды қалыптау. Плиткаларды өндірудің бүл кезеңі соңғы болып табылады. Құм, полимерлер мен бояғыштарды араластыру жылу араластырғыш Агрегатта (балқыту-қыздыру агрегаты) жүреді. Қоспаның массасын APN-де тұрақты ұстап тұру маңызды, өйткені дайын масса тұтынылады. Ұсақталған полимерлі құм массасы шығарылатын өнімге байланысты эр түрлі пропорцияда қүм мен бояғыштармен араласады. Плиткалар үшін, мысалы, бүл 24/75/1 қатынасы, ал төселген плиткалар үшін 29/70/1 болуы мүмкін [11, 55-56].

Құм мен полимерлердің қатынасы өнімділікке де эсер етеді-қүрамында құм көп, ол үзақ уақыт қызады.

Жоғары сапалы қоспаны алу өте маңызды-құм бөлшектері полимерлермен, бос орындарсыз толығымен жабылуы керек. Бұған біліктің ерекше дизайны қол жеткізеді. Білікке арналған пышақтар білік айналған кезде массаның жылжу жылдамдығы үш қыздыру аймағында эр түрлі болады, бүл полимердің толық балқуын жэне толтырғышпен сапалы араластыруды қамтамасыз етеді.

Осылайша, шығарылған температурасы шамамен 170-190°с болатын полимерлі құм массасы жэне тығыз тұшпара қамырының консистенциясы клапан ашылғаннан кейін машинадан шығарылады. Оператор қажетті мөлшерді пышақпен кесіп, таразыға салып, қажетті мөлшерді (шамамен 2 кг) алып, қалыпты қалақпен қалыпқа салады. Жылжымалы төменгі плитасы бар пресске орнатылған қалып басқаша салқындатылады.

Жоғарғы бөлігінде температура шамамен 800°С, ал төменгі бөлігінде 45 ° C немесе плиткаларды тез қалыптастыру үшін мүмкіндігінше салқындатылады (30-50 сек).

Бұл полимерлі құм плиткаларының сыртқы жағында жылтыр жасау үшін жасалады, полимер толтырғыштың арасындағы тесіктерді толтырып, жоғары қарай сығылады. Біркелкі емес салқындату плитканың иілуіне экелмеуі үшін, ол салқындату үстеліне қойылып, түпкілікті қалыпқа дейін жүктемемен басылады [12, 25-28].

Полимерлі құм плиткаларының күңгірт бетін алу үшін жоғарғы пішінді төменгі пішінді салқындату жеткілікті. Бұл полимерлі қүм төсемдерін өндіру үшін қолданылады. Бояғыш қосылмауы мүмкін жэне өнім бетон сияқты сүр түске боялған.

Полимерлі қүм плиткалары - заманауи төсеу материалы. Оны өндірудің негізі- құм, бояғыштар мен полимерлердің қоспасы.

Полимерлі құм плиткалар ын құрайтын компоненттер оның техникалық сипаттамаларын анықтайды: құм механикалық беріктікке кепілдік береді, полимерлер компоненттер арасындағы байланысты қамтамасыз етеді. Қоспа 130 атм қысыммен басылады. Масса қатайғаннан кейін ол айтарлықтай жүктемелерге төтеп бере алады (350 кг/см² дейін). 1-1, 5% бояғыш полимерлі құм плиткаларына тұрақты түс береді.

Полимерлі құм плиткаларының техникалық сипаттамалары 2-кестеде келтірілген.

Бұл материалдың айқын артықшылықтары келесі қасиеттерді қамтуы керек:

Плиткалардың жоғары беріктік сипаттамалары. Полимерлі құм плиткасы өте берік материал: плитка жоғары соққыға төзімді, тасымалдау, орнату жэне биіктіктен құлау кезінде бүзылмайды.

Үлкен пайдалану мерзімі тақтайшалар. Полимерлі қүм плиткаларының қызмет ету мерзімі-кем дегенде 50 жыл. Бұл табиги плиткалардың қызмет ету мерзімімен салыстыруға болады, бірақ бетон мен басқа материалдардан жасалған плиткалардың қызмет ету мерзімінен элдеқайда жоғары [13, 47-48].

Кесте 2 - Полимерлі құм плиткаларының техникалық сипаттамалары

Плиткалардың қауіпсіздігі. Полимерлі құм плиткалары полимерлі қүрылыс материалдарының өрт қауіпсіздігі талаптарына сәйкес келеді. Мемлекеттік санитарлық-эпидемиологиялық ережелер мен ережелерге сәйкес келеді. Плитка электр тогын өткізбейді немесе тартпайды, жалын таратпайды. Салыстырмалы түрде жеңіл. Полимерлі құмды плиткалар табиғиға үқсайды, ал екі есе жеңіл. Кәдімгі тақтайшаның салмағы шамамен 3 кг құрайды. Полимерлі құм плиткаларының салмағы 1,5-1,7 кг құрайды.

Студенттермен бірге зертханалық жағдайда бірқатар эксперименттер жүргізгеннен кейін біз пластик пен құмның оңтайлы арақатынасын анықтай алдық.

Сәтті зертханалық сынақтардан кейін біз үлгілерді өндіріске жақын жерде жасадық. 2-5 суреттерде зертханалық жағдайда жасалған процесс кезеңдері көрсетілген.

Сурет 2 - №1 үлгі

Сурет 3 - №2 үлгі

Сурет 4 - №3 үлгі Сурет 5 - Зертханада жасалган эксперимент

Температураның төмендеуіне төзімділік. Полимерлі плитка - бұл температура температурасына төзімді және барлық қасиеттерін -65-тен +200 ° C аралығында сақтайтын материал. Материал температураның күрт ауытқуына және ауа-райының өзгеруіне жол береді, ол ультрафиолет, кеңістік және жылу сәулеленуіне төзімді [14, 25-28].

Плиткалардың темен құны. Агрессивті ортаға төзімді. Жоғары су өткізбейтін қасиеттер зең саңырауқұлақтарының пайда болуын жоққа шығарады және қышқыл жаңбырдың әсерін бейтараптайды, беткі қабатын тазалау оңай.

Плиткалардың түс өзгеруіне төзімділігі. Полимерлі құм плиткаларын өндіруде Байерден (Германия) бояу қолданылады, ал тақтайшаның өзі бүкіл массаға боялады. Демек, күннің әсерінен бастапқы түс ұзақ уақыт сөнбейді. Түстерге кепілдік - кем дегенде 30 жыл. Кез-келген түс болуы мүмкін.

Түстердің біртектілігі. Жақсартылған жабдық пен бояу технологиясының арқасында плитка бүкіл қызмет ету мерзімінде біркелкі түсті сақтайды.

Зерттеу нәтижелері

1. Пластмассалар (пластмасса) немесе полимерлер және олардан жасалған бұйымдар адам қызметінің барлық саласында кең қолданылады. Пластмассаларды өндіру және пайдалану ғылыми-техникалық прогрестің көріністерінің бірі болып табылады, өйткені бұл көптеген бұйымдардың өндірістік шығындарын, пайдалану шығындарын азайтуға, сапасын жақсартуға және сыртқы түрін жақсартуға көмектеседі. Пластмассадан жасалған бүйымдардың салмағы аз, үлкен өлшемді құрылымдарды орнату кезінде көлік шығындары мен еңбек шығындарын азайтуға мүмкіндік береді. Пластмассалардың физикалық-химиялық және механикалық қасиеттері, сонымен қатар экономикалық артықшылықтары олардың экономиканы химияландырудағы маңызды рөлін анықтайды. Полимерлі материалдар әртүрлі дәстүрлі материалдарды (металдар, шыны, қағаз, картон, былғары) ауыстырады.
2. Түтынудың өсуі пластмасса қалдықтарының өсуін жоғарылатады, нәтижесінде өзендер, теңіздер мен жер мұхиттарының улы ластануы орын алады. Мұның бәрі басқа ластану көздерімен бірге ғаламдық экологиялық күйреуге алып келеді. Ал егер шұғыл шаралар қабылданбаса, онда жақын арада сүтқоректілер, балықтар мен құстардың көп бөлігі өлім алдында тұруы мүмкін.
3. Пластикалық қалдықтарды өңдеудің қарастырылған әдістерінің ішінде пластикалық қалдықтарды термиялық жою әдісін атап өту керек. Бұл кәдеге жарату әдісі Қазақстан үшін ең қолайлы және перспективалы болып табылады. Сонымен бірге, Еуропада оны тиімді қолданып, жетілдіріп отырғанын айта кеткен жөн. Пиролиз әдісі Еуропада қабылданған қалдықтарды басқару қауіпсіздігі стандарттары мен талаптарына сәйкес келеді. Термиялық жою қондырғылары барлық түрдегі органикалық қалдықтарды қайта өңдеу мүмкіндігі тұрғысынан әмбебап болып табылады. Әдіс экономикалық тұрғыдан тиімді, өйткені пластикті қайта өңдеу бағалы отын шикізатын береді, оны әрі қарай пайдалану керек және тиісінше сату керек. Осылайша, пиролиз дегеніміз - бұл пластикалық қалдықтарды қайта өңдеудің үнемді және экологиялық таза тәсілі арасындағы ымыраға келу. Бүл ІРЕС-тің термиялық жою қондырғыларының өзіндік өндірісін ұйымдастырудың негізі болды. Әдістің негізгі ерекшелігі - қаржылық қол жетімділік, орналастыру мен пайдаланудың қарапайымдылығы.
4. Полимерлі құмды плиткалар заманауи төсеу материалы болып табылады. Оны өндірудің негізі құм, бояғыштар мен полимерлердің қоспасы болып табылады. Полимерлі қүм плиткаларын құрайтын компоненттер оның техникалық сипаттамаларын анықтайды: белгіленген пайыздар компоненттер арасындағы байланысты қамтамасыз етеді. Қоспа 130 атм қысыммен басылады. Масса қатып қалғаннан кейін ол айтарлықтай жүктемелерге төтеп бере алады (350 кг / см² дейін). 1-1,5% бояғыш полимерлі қүм плиткаларына берік түс береді
5. 1 м² полимерлі құм плиткаларын өндіру құны 1000,64 теңгені құрады. Нарықтық құны - 1200 теңге.
6. Жобаның өтелімділігі 6-8 айды құрайды, соның негізінде тәулігіне 120 м² өнім шығарылады, құны 1200 тг / м².

Қорытынды

Полимерлі құм плиткаларын өндірудің жаңа технологиясын қолдану қоршаған ортаны қорғау шараларының кешенінде қоршаған ортаның пластикалық қалдықтармен ластануымен күресу үшін, сондай-ақ пластикалық қалдықтарды қайта өңдеу саласында шағын жэне орта бизнесті дамыту үшін қолданыла алады.

Әдебиеттер

1. Тростянская Е. Б., Бабаевский А. Г. Пластические массы. - M.: Пластиковые отходы, 1992. - 351с.
2. Кнунянц И. Л. Химическая энциклопедия. - M.: Большая Российская энциклопедия, 1992, С. 564 - 639.
3. Каргина В.А Энциклопедия полимеров. - M.: Советская энциклопедия, 1974.-235 с.
4. Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения. - M.: Высшая школа, 1992. -512 с.
5. Мягков М.И., Алексеев Г.М., Ольшанецкий В.А. Твердые бытовые отходы города. - Л.: Стройиздат, 1978. - 167с.
6. Гаврилова О.В., Свергузова С.В. Экология образование, наука и промышленность. - Белгород: Материалы Междунар. науч.-метод, конф, 2002 - 5 с.
7. Филова В.А. Вредные химические вещества. Неорганические соединения. - Л.: Химия, 1988. - 158 с.
8. Быстров Г. А., Гальперин В.M., Титов Б.П. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. - Л.: Химия, 1982. С. 178 - 214.
9. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. - M.: Издательско-торговый дом Гранд, 2002г. -59с.
10. Шершнев Е.С., Ларионов В.Г., Куркин П.Ю. Компостирование органического мусора. - M.: Экология и промышленность России, 1999. - С. 40-42.
11. И. Арустамов Э.А. Природопользование. - M.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2004г.-43с.
12. Лукасик В. А. Разработка технологии переработки высокомолекулярных отходов. - M.: Высшая школа, 1998. - 298 с.
13. Николаев В.А., Васютина Л.Ф. Утилизация отходов: комплексный подход к проблеме. Твердые бытовые отходы. - M.: Отраслевые ведомости, 2007. - С. 47-48.
14. Любешкиной Е.Г. Вторичное использование полимерных материалов. - M.: Химия, 1995. -51с.