В этом номере журнала «Индустрия упаковки» речь пойдет о методах переработки отходов из полистирола (ПС), в основном, технологических. Это не случайно. ПС сегодня занимает третье место в производстве упаковочных изделий. За последнее время его потребление резко возросло, что связано с увеличением спроса на развесной товар, особенно, в сфере мясной продукции. В супермаркетах практически вся мясная продукция упаковывается в ПС-лотки различных форм и составов, начиная от вспененного ПС и заканчивая многослойными лотками с адсорбционным слоем.

Сегодня отработанные упаковки из ПС в России чаще всего подлежат захоронению и сжиганию. Если ПС сжечь, то при достаточном количестве воздуха, например, в мусоросжигательных печах, ПС как чистый углеводород образует только углекислый газ и воду. Примеси ПС обычно остаются в золе. Что касается захоронения на свалках, то ПС ведет себя нейтрально некоторое время, не меняется, не разлагается, но в дальнейшем происходят необратимые реакции деструкции с образованием мономерсодержащих веществ, которые достаточно вредны не только в грунтовых водах и почве, но и в воздухе, поскольку могут стать канцерогенными для организма человека.

Во многих странах потеря такого ценного сырья, как ПС, сведена к минимуму. Существуют технологии по получению мономера по принципу каталитического пиролиза, а также по вторичной переработке изношенных упаковок. Но даже на технологических линиях для получения упаковок образуются отходы, например, обрезки кромок при экструзии, остатки при вырубке термоформованием, литники при литье под давлением, брак. Их доля может составлять до 50%. Поэтому переработка отходов, особенно, технологических является наиболее существенной.

В литературе встречаются противоречивые данные по этому полимеру. С одной стороны, ПС – это полимер, который легко перерабатывается всеми известными методами для термопластов, поскольку обладает хорошей стабильностью и широкой областью переработки. С другой стороны, повторная переработка, например, блочного ПС практически не возможна из-за значительной хрупкости получаемых изделий и низкой пластичности. Кроме этого блочный ПС склонен к механодеструкции при низких температурах и незначительных сдвиговых воздействиях, что, в свою очередь, сильно ухудшает свойства готовых изделий из вторичных материалов. Основываясь на этих фактах, попробуем разобраться в вопросе повторной переработки ПС для создания безотходного производства.

Безотходное производство

Этот термин все чаще стал «на слуху». Какой смысл выбрасывать вторичное сырье, если его можно использовать, получая определенный процент прибыли?

1. Вспененный ПС.

Производство вспененной полистирольной ленты для формования пищевых лотков может стать безотходным. Для этого технологическая линия должна включать дополнительные устройства: аппарат для сбора обрезков листа, измельчитель (например, роторная мельница), гранулятор.

Вырубка полистирольной ленты в виде сетки упаковывается в передвижной контейнер и транспортируется к роторной мельнице. После измельчения до 4-5 мм частички вспененного ПС вакуумным загрузчиком подаются в загрузочную воронку регранулятора (обычно производительность 80 кг/час). Пыль, которая образуется при работе мельницы, собирается в специальный рукавный фильтр.

Регранулятор имеет конический шнек, улучшающий качество переработки, и зону дегазации, из которой все образующиеся газообразные компоненты материала через местный отсос отводятся в атмосферу на расслаивание (температура переработки примерно 180оС). Выдавленный расплав ПС нарезается в гранулы торцевым ножом, а затем гранулы охлаждаются водой в первичном контуре теплообменника. Частицы ПС размером до 200 мк обычно собираются в мешки или сразу добавляются в производственный цикл к первичному ПС в зависимости от производительности линии. Характеристики вторичного сырья: содержание вспенивающего агента – менее 1%, содержание влаги – менее 0,2%.

Необходимо помнить, что при создании упаковок пищевого назначения требуется добавлять до 20% вторичного сырья к исходному сырью, а для непищевых упаковок можно добавлять больше. Следует только учитывать влияние вторичного сырья на конечные свойства упаковочного изделия, поскольку оно может повлиять как на механические свойства, так и на барьерные свойства и миграции вредных компонентов в продукт.

В Германии разработана технология для переработки пенополистирола, которая содержит аппарат для уменьшения объема полимера за счет нагрева до 110оС. Затем аналогичная операция проводится под давлением 1,3 МПа. После этого объем полимера уменьшается до 60%. Вторым этапом технологии является измельчение и грануляция. Эта технология гораздо дороже, чем предыдущая, однако очень эффективна для переработки не только технологических, но и бытовых отходов.

2. Блочный ПС.

Данный полимер необходимо перед повторной переработкой совмещать с ударопрочным ПС (обычно в соотношении 70/30) или сополимерами ПС. Этот метод не новый, и сегодня, конечно, существуют прогрессивные модификаторы, которые позволяют получать изделия непищевого назначения не хуже, чем из первичного материала.

Такие приемы необходимы для устранения достаточно большого недостатка полимера – старения, особенно в области переработки. Старение ПС имеет свою специфику, что наглядно проявляется в ударопрочных материалах, которые содержат в своей структуре еще и каучук. Несмотря на то, что каучук старится в условиях технологического режима, была установлена неизменность свойств ударопрочного ПС после пятикратной переработки.

При деструкции материала могут происходить следующие изменения: 

• повышается содержание мономера; 
• понижается молекулярная масса полимера; 
• изменяется цвет материала (мутнеет, желтеет); 
• при наличии каучуковой фазы в полимере может протекать процесс сшивания.

Схемы для вторичной переработки блочного, ударопрочного ПС и вспененного ПС идентичны. Исключение составляет гранулятор, который имеет другую конструкцию шнека и температурные области.

В связи с тем, что потребление ПС в России увеличивается, интерес к переработке этого полимера в ближайшем будущем возрастет многократно. Разрабатываются новые технологии, расширяется сырьевая база полимеров, а, самое главное, решается ключевая проблема современности – защита окружающей среды.