Технологии

Восстановление

Перспектива восстановления деструктированных или разрушенных материалов как и модификация материала смешением или сплавлением с другим полимером или добавлением усиливающего наполнителя, является практически осуществимой задачей, которая всегда будет иметь экономическую привлекательность, поскольку в мусор идут отходы, которые могут быть восстановлены. Добавление подходящего ударного модификатора улучшает пластичность и ударную вязкость большинства полимеров или их смесей, но это обычно сопровождается уменьшением модуля на растяжение и прочности на растяжение. Модификация материала таким способом влечет дополнительные расходы, но это может быть предпочтительней, чем отправление материала на свалку.

Корректирующая модификация ударных свойств была достигнута добавлением 5-10 %вес. эластомера СБС в сплав ПА-66-ПФО, подвергнутый четырем циклам переработки, который демонстрировал потерю ударной прочности вследствие деструкции ПБ. Эластомер увеличил ударную вязкость по Изоду с надрезом с 30 до 90 Дж/м. Подобные улучшения наблюдались в испытаниях с заостренным стержнем как при обычной температуре, так и при -30 °С. Методы ПЭМ и ДМА показали, что при низких уровнях (2-5 %вес.) модифицирующей добавки она сравнительно хорошо диспергировалась в фазу ПФО, но при высоких уровнях (10 %вес.) дисперсия была неравномерной и можно было видеть большие частички эластомера.

Хотя упрочнение каучуком сплавов ПА-66-ПФО обычно осуществляется добавлением модификаторов, находящихся в фазе ПФО, присутствие каучука в любой фазе приводит к составам с адекватной стойкостью к удару. Соответственно, модификация сплава посредством ударно-модифицированного ПА-66 может также играть роль эффективной стратегии восстановления. Подобным образом сплав, который был найден не отвечающим определенным требованиям из-за распада компатибилизатора, может быть восстановлен путем дополнительного смешения и компатибилизации с помощью, например, сополимеров стирола с малеиновым ангидридом.

Рециклинг промышленных полимерных смесей

Извлечение чистых полимеров из отходов является наиболее важной экономической предпосылкой для успешного рециклинга. Технологии разделения материалов продолжают поставлять наиболее ценный восстановленный материал, и они должны рассматриваться как предпочтительный вариант рециклинга. В настоящее время значительные усилия направлены на разделение и выделение чистых фракций из смешанных отходов; с этой целью используются сложные механические методы, такие как сольватация, флотация, а также электростатическая и воздушно-вихревая («гидроциклон») технологии. Тем не менее, существуют промышленное оборудование и процессы, в результате которых генерируются тесно перемешанные остатки, которые невозможно разделить с помощью указанных методов. Поэтому, если материал подлежит рециклингу, то рециклинг должен осуществляться с материалами в виде смесей. Процессы, производящие неразделяемые смеси, включают:

• совместное литье;
• поворотная форма и многокомпонентное литье под давлением;
• соэкструзия и ламинирование;
• сварка (фрикционный и термический методы);
• клеевые соединения и механическое сочленение.

Первые три из перечисленных выше процессов являются, фактически, процессами термоформования. Когда нет возможности изготовить многокомпонентную систему с помощью одних только процедур переработки в расплаве и вторичной сборки, включая сварку и механическое соединение, то результатом могут быть неразделимые смеси. Механическое измельчение, процессы физического разделения (а иногда и ручное разделение) могут оказаться эффективными в получении разумно очищенных, восстановимых материалов из таких смесей. Тем не менее, успешное разделение пока еще создает материалы, содержащие заметный уровень загрязнений (0-5 %вес).

Материалы и составы смесей, полученные в этих процессах, определяются критериями конструирования, а не совместимостью полимеров для целей последующего рециклинга. Положительной чертой отходов этого типа является хорошо определенный состав и содержание произведенных отходов; однако могут быть локальные и распространенные неоднородности состава, которые случайно варьируются, и которые очень трудно описать количественно. В некоторых случаях необходимо правильно определить полимеры в потоке отходов. Компьютеризованные экспресс-методы, основанные на инфракрасной спектроскопии, предоставляют наиболее надежное средство идентификации; однако до настоящего времени остается множество проблем с идентификацией смесей.

Тенденции и перспективы

Многие производства по всему миру начинают бороться с проблемами, связанными с рециклингом и способностью к рециклингу своей продукции. В частности, автомобильная промышленность является крупным потребителем полимерных смесей и сплавов и производителем деталей, включающих полимерные смеси. В настоящее время 75% автомобиля по весу утилизируется; однако большая часть отходов, не подлежащих восстановлению, - полимерные отходы. Текущее разрабатываемое европейское законодательство и решения, касающиеся вредных для окружающей среды автомобильных производств азиатских и североамериканских компаний, требуют, чтобы конструкция автомобиля предусматривала возможность рециклинга 85-90% деталей. Эти проекты представляют серьезный стимул для про¬изводителей и потребителей материалов к созданию рециклируемых смесей и спла¬вов, внедрению способов вторичной переработки полимеров и их неразделимых смесей и развитию рынков применений для рециклированных материалов.

Будет печально, если добытый с большим трудом успех создания высокофункциональных смесей и сплавов как первостепенных инженерных материалов будет нарушен рециклингом неполноценных материалов, не отвечающих специальным требованиям из-за отсутствия надлежащих мер предосторожности или контроля свойств при использовании или повторной переработке. Возможно, самой главной задачей при решении этих проблем является определение факторов, упрощающих рециклинг материала, и поддержание уверенности в том, что его можно осуществлять с соблюдением необходимых спецификаций.

Конструирование материалов и изделий, способных к рециклингу, должно стать неотъемлемой частью производственного процесса; однако разработка сплавов и смесей и использование многих полимеров в конкретном объекте должны рассматриваться в более широком контексте анализа жизненного цикла (АЖЦ). Этот инструмент, хотя его трудно использовать с полной точностью из-за проблемы получения достоверных данных, оценивает общее экономическое и экологическое воздействие изделий и процессов. АЖЦ, иногда называемый «от колыбели до могилы», оценивает жизненный цикл, начиная с производства сырья до регенерации энергии или до конечного захоронения на свалке. Рециклинг является лишь одним из элементов АЖЦ, но он часто упоминается, чтобы подчеркнуть экономическую и экологическую эффективность рециклированных материалов. Если экономическая выгода от способности к восстановлению материала или компонента определена, то стоимость материалов может отойти на второй план.

Рециклинг непосредственно в исходный объект может быть достигнут лишь небольшое число раз. Деградация материала - химическая и физическая - должна, в конечном счете, сделать продолжение рециклинга непрактичным, и лишь регенерация энергии или третичный рециклинг (деполимеризация до молекул сырья) остаются доступными вариантами. Однако к этому не стоит относиться негативно. Если имеются соответствующие, правильно управляемые мощности, то регенерация энергии должна рассматриваться как возможность максимального использования полезных свойств материала.