Получение Клеющих Составов Из Отходов Пенополистирола Как Способ Рециклинга И Компактирования Этих Отходов

Стрюченко А.А., Дорошенко В.С.

Получение клеющих составов из отходов пенополистирола как способ рециклинга и компактирования этих отходов.

Stryuchenkо A.А., Doroshenko V.S. 

Receipt of binders from wastes of expanded polystyrene (EPS)  

 

Descriptions of changes of volumes of components are got for planning of technology of recycling wastes of expanded polystyrene (EPS) by dissolution it in soft resin turpentine and the subsequent use, in particular, in a casting production, which  show very remarkable possibilities of his compaction. In a 1 unit (46•10-3 м3) of volume 40% solution 19,14 by volume units (880,5•10-3 м3) of wastes of expanded polystyrene (EPS) are placed, and in relation to initial 30•10-3 м3 solvent this volume of wastes anymore in 29,35 times.

Поиск рациональных путей утилизации отходов полимеров приобретает во всем мире все более серьезное экологическое значение. По данной проблеме издаются журналы, печатаются в различных других изданиях множество научных работ, проводятся международные конференции [1, 2].

Полимерный материал пенополистирол, который производится миллионами тонн, нашел в мировой практике широкое применение в качестве технической и бытовой тары, в т.ч. тары для пищевых продуктов, изделий для строительства и многих других целей, в частности, также применяется в литейном производстве при литье по газифицируемым моделям.

После использования пенополистирол не подлежит утилизации, так как он не  взаимодействует с водой, а также не подвергается биологическому разложению. Его нельзя сжигать подобно углю, дровам и т.п. в связи с тем, что при этом в процессе термодеструкции полимера полистирола в больших объемах выделяются очень токсичные газы. Поэтому пенополистирол накапливается в большом количестве в окружающей человека среде, создавая одну из важнейших для человечества экологических проблем.

Одним из наиболее рациональных и перспективных путей рециклинга, т.е., повторного использования отходов пенополистирола, является растворение этих отходов в органических углеводородных растворителях. Хорошо известно, что полистирол (пенополистирол) хорошо растворяется во многих растворителях. Однако, многие из них, например бензол, толуол, ксилол, сольвент и многие другие имеют низкий предел допустимой  концентрации, (ПДК, мг/м3) и высокую летучесть, что полностью исключает их применение в атмосфере рабочих помещений [3].

В настоящее время согласно выданному патенту Украины № 9003 от 15.09.2005 г. найдено наиболее оптимальное решение о выборе живичного скипидара с качестве растворителя для отходов пенополистирола. Живичный скипидар имеет ПДК 300 мг/м3, т.е. находится на уровне широко известных и применяемых в быту растворителей – ацетона, бензина, керосина, а также применяется в фармацевтике и медицинских целях. Одновременно он хорошо растворяет отходы пенополистирола и, что особенно важно, имеет низкую летучесть.

В процессах приготовления и использования растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре важное значение приобретает знание ряда характеристик этих процессов с целью их промышленного освоения. В связи с недавностью полученных авторами изобретений о составах растворов и способах их применения технология приготовления этих растворов еще не внедрена в производство, и предложенные в этой статье характеристики будут способствовать такому внедрению.

В качестве исходных данных для получения и изучения этих характеристик являются плотность отходов пенополистирола (0,02 г/см3), а также взятые исходный объем и соответственно масса живичного скипидара для приготовления растворов. Для проведения исследований был применен герметично закрывающийся резиновой пробкой мерный цилиндр емкостью 50 мл. 2 кл., ТУ  Украины 14307481.005-95 с ценой деления 1 мл. В этот цилиндр наливали живичный скипидар (ГОСТ 1581-82) до отметки по нижнему мениску в объеме 30 мл. Массу цилиндра и пластмассовой подставки (тара) предварительно определили взвешиванием, затем взвешивали цилиндр с залитым в него живичным скипидаром.

Исследовали получение растворов следующих концентраций – 10 % - 20 % - 30 % - 40 %. Для полимеров 30 % и 40 %-ные концентрации являются очень высокими. Получать растворы более высокой концентрации не имело смысла, так как такие растворы имеют еще более высокую вязкость, что делает их нетехнологичными (нетекучими) с целью применения в качестве связующего материала в формовочных смесях.

Зная массу живичного скипидара, нетрудно рассчитать величину добавки отходов пенополистирола для получения раствора заданной концентрации. Каждый раз после ввода в раствор расчетной добавки отходов пенополистирола  по мерному цилиндру фиксировали объем раствора заданной концентрации. Следует отметить, что все взвешивания проводились на электронных весах модели Э134 завода "Госметр" (г. С-Петербург) с дискретностью отсчета 5 мг.

В таблице представлены ряд характеристик процессов получения растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре в зависимости от их концентрации. Графически большинство из этих данных показано на рисунке.

Если концентрация растворов нами предварительно задавалась (10-20-30-40%), то самые важные результаты - объемы растворов заданного состава и концентрации – были получены из проведенных опытов. В дальнейшем, пользуясь исходными данными, расчетным путем получены остальные характеристики процессов приготовления растворов заданной концентрации.

Важно подчеркнуть, все эти данные получены наиболее рациональным путем, т.е. в одном эксперименте (в одном мерном цилиндре). Последовательность работ и измерений проводилась с каждым из растворов со все возрастающей концентрацией 10-20-30-40%.

 Так, из таблицы видно, как с увеличением концентрации раствора соответственно увеличивается его масса (Р, г) и объем (V, см3). При этом соответствующее данные приведены в таблице не только в метрических единицах, но и в процентах.

Если принять исходный объем скипидара за 100%, то по мере увеличения концентрации растворов этот объем увеличивается, и при 40%-ной концентрации он увеличивается более чем 1,5 раза. Полученные данные имеют важное  практическое значение для создания промышленных процессов получения растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре. Они дают информацию, каким должен быть исходный объем живичного скипидара в зависимости от объема емкости для приготовления раствора требуемой концентрации, например, такую емкость целесообразно установить на автомобиле по одновременному сбору и растворению полистирольных отходов, который объезжает пункты накопления таких отходов.

Из представленных данных видно, как в одном эксперименте можно получить целый набор плотностей упомянутых растворов в зависимости от концентрации. С ростом концентрации плотность растворов значительно увеличивается, находясь в интервале плотностей живичного скипидара и полимера полистирола, достигая для растворов 40% концентрации 0,957 г/см3 при  плотности полистирола 1,05 г/см3.

Объем отходов пенополистирола (Vпп, см3) для получения растворов соответствующей концентрации получены делением навески этих отходов на плотность отходов пенополистирола (0,02 г/см3). Объем отходов пенополистирола

 

 Таблица. Ряд характеристик процессов получения растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре в зависимости от их концентрации.

№

п/п

Наименование характеристик

Живичный скипидар

Концентрация, %

10

20

30

40

1.

Масса растворов Р,г

26,415

29,350

33,018

37,736

44,025

2

Увеличение массы растворов DР, %

100

111,11

124,99

142,85

166,66

3

Объем растворов V, см3

30

32,8

36,0

40,0

46,0

4

Увеличение объема растворов, DV, %

100

109,33

120,00

133,33

153,33

5

Плотность растворов g,  г/см3

0,88

0,894

0,917

0,943

0,957

6.

Масса отходов пенополистирола, Рпп,г

-

2,935

6,603

11,321

17,610

7

Объем отходов пенополистирола, Vпп, см3

-

146,75

330,15

566,05

880,5

8.

Объем отходов пенополистирола для получения. 1 см3 раствора,

(Vпп/V), см3

-

4,47

9,17

14,151

19,140

 

для получения 1 см3  раствора заданной концентрации (Vпп/V) получены делением объема отходов пенополистирола на объем раствора V.

Наиболее интересен с точки зрения высокой степени компактирования отходов пенополистирола и использования их в литейном производстве 40%-ный раствор. Он обладает достаточной текучестью для дозирования и смесеприготовления песчаных формовочных и стержневых смесей в традиционных действующих смесителях без изменения режима их эксплуатации.

Авторами настоящей работы предложены составы и способы приготовления таких смесей  с весьма высокими прочностными показателями, сравнимыми с гораздо (на порядок) более дорогими смоляными связующими [6]. Причем, на начальной стадии наиболее перспективно применение 40%-ного раствора в качестве добавки в пенополистирольные смеси в количестве до 2% по массе полистирола, чем достигается снижение потребления жидкого стекла в 2 раза, рост прочности смеси в подсушенном состоянии в 8-10 раз. Но при этом получаем тот положительный эффект, что эти смеси становятся легковыбиваемыми, при прогреве свыше 300°С они легко высыпаются из полостей отливки, выполненных песчаным стержнем. Таким образом, регулируя в пределах 1-2% указанной добавки, технолог-литейщик получает гамму легковыбиваемых смесей для различных условий литья (по массе отливки, стержня, виду сплава), конкурентных по прочности со смоляными.

А для проектирования технологии рециклинга пенополистирола путем растворения в живичном скипидаре полученные данные показывают весьма замечательные возможности его компактирования. По данным таблицы в 1 единице (46 см3) объема 40% раствора помещается 19,14 объемных единиц (880,5 см3) отходов пенополистирола, а по отношению к исходных 30 см3 растворителя этот объем отходов больше в 29,35 раз.

Контакт для вопросов dorosg@inbox.ru

Литература

1.     O. Shinskij, V. Doroshenko, A. Striuczenko, J. Ladarieva. Recykling polistyrenu piankowego // Recykling. (Miesiecznik ogolnopolski. Poznan) - 2008.- № 1 – С.28-29

2.     IV Международная конференция "Репласт-2007. Вторичная переработка пластмасс". г. Москва.

3.     Бедрик Б.Г., Чулов П.В., Калашников С.И. Растворители и составы для очистки машин и механизмов: Справочник. – М.: Химия, 1989.-176 с.

4.     Шинський О.Й., Терліковський Є.В., Стрюченко А.А., та ін. Декл. Пат. України № 9003 від 15.09.2005. Застосування живичного скипидару як розчинника для відходів пінополістиролу. Бюл. №9.

5.     Шинський О.Й., Найдек В.Л., Стрюченко А.А., та ін. Пат. України №77338. Полістирольне зв'язуюче для виготовлення ливарних форм та стержнів – опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

6.     Шинський О.И., Дорошенко В.С., Стрюченко А.А. Песчаные смеси на основе пенополистирола для литейных форм и стержней с повышенной сырой прочностью на сжатие. Литье-2008: Тез. докл.- К. Редакция журнала «Процессы литья», 2008. – С.193 - 194.