Переработка одноразовых шприцов (стр. 7 из 18)
Различия в склонности полимерных материалов к деструкции определяются различиями в химическом строении, и, в частности, присутствием деструкционно-чувствительных компонентов. Прогрессирующая деструкция усиливается или (сенсибилизируется неполимерными включениями, в том числе примесями металлов различного происхождения и фотоактивными красителями и пигментам. Химические изменения сопровождаются изменением внешнего вида полимера пожелтение, потеря глянцевитости или прозрачности, поверхностное растрескивание и нежелательным изменением механических свойств (среди которых удлинение при разрыве, прочность при растяжении, ударная прочность). Для ликвидации химических и физических напряжений на различных этапах своей жизни полимерные материалы нуждаются в стабилизации. Используемые стабилизаторы классифицированы в соответствии с основными механизмами их функционирования [12].
Связь между строением стабилизатора и его общей эффективностью определена для всех классов основных стабилизаторов, применяемых либо в виде отдельных добавок, либо (намного чаще) в виде физических смесей, защищающих полимеры с помощью различных механизмов действия [15].
1.8.2 Пластификаторы
Добавки, улучшающие перерабатываемость и эластичность полимерных материалов, или растягивающие полимер за счет уменьшения вязкости расплава или температуры стеклования и модуля упругости без изменения его химической формулы, называются внешними пластификаторами, наполнителями или технологическими маслами.
В качестве "внешних" пластификаторов используются различные органические соединения. Они присоединяются к макромолекулам физическими (Ван-дер-ваальсовыми) силами и включают вещества с температурой кипения свыше 300 °С. Среди них такие соединения, как ди-2-этилгексилфталат, ди-2этилгексиладипат, олигомеры дикарбоновых кислот с молекулярной массой до 3500, сложные эфиры тримеллитовой кислоты, эпоксидированные жирные кислоты или органические фосфаты, например, три-2-этилгексилфосфат или 2-этилгексилдифенилфосфат. Большинство фосфатов действуют как пламегасящие агенты, причем некоторые из них, одновременно подавляют дым [12].
Неизвлекаемые пластификаторы - это, в основном, сополимеры с существенно более низкой температурой стеклования, например, полиэтиленсовинилацетат с содержанием приблизительно 45% винилацетата, тройной полимер этиленвинилацетат-монооксид углерода или хлорированный ПЭ используются как "внутренние" пластификаторы в полимерных изделиях, предназначенных для применения в медицине. Сочетание внутренних и внешних пластификаторов может обеспечить оптимальный баланс свойств [11].
2. Технологическая часть
2.1 Описание технологического процесса вторичной переработки одноразовых шприцев и последующего изготовления гранул
Термопласты могут быть подвергнуты многократному расплавлению, что объясняется их молекулярным строением. Таким образом, их вторичное использование не влечет за собой особых проблем.
Предприятия, занимающиеся переработкой полимеров, давно знакомы с понятием вторичного использования, поскольку появление отходов связанных с технологией производства, в процессе изготовления изделий из полимеров неизбежно. Отходы измельчаются таким образом, чтобы избежать загрязнения и при наличии соответствующих условий, определенная их часть добавляется в первичное полимерное сырье.
Производство шприцев за короткое время достигло десятков миллионов штук в год. Полиэтилен и полипропилен, применяемый для их изготовления, практически не подвергается каким-либо структурным изменениям за короткий период эксплуатации, и представляет собой, таким образом, прекрасное сырье для вторичной переработки
Экструзионная линия по переработке одноразовых шприцев состоит из следующих стадий:
транспортировка отходов со слада к месту дробления;
транспортировка отходов по конвейерной ленте со встроенным металлодетектором;
передача отходов на ножевую дробилку мокрого размола;
процесс отмывания измельченных отходов в моечном лотке и одновременное отделение материала от посторонних примесей;
центробежная и термическая сушка материала;
очистка воды. Использованная вода фильтруется от посторонних включений и грязи и используется вновь;
полимерная масса подается на экструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколько партий;
процесс пластикации на экструдере;
нарезка стренгов на гранулы [4].
Технологическая схема получения гранул из отходов смеси полимеров изображена на рисунке 2.1
1-ножевая дробилка для мокрого размола; 2 - промывочный лоток; 3-центробежная и термическая сушилка; 4 - смеситель силосного типа; 5-экструдер; 6-ванна охлаждения; 7-сушилка.
Рисунок 2.1 - Технологическая схема получения гранул из медицинских шприцев
Прием вторсырья осуществляется в специальном помещении с хорошей вентиляцией. Поступаемые отходы вываливаются на сортировочный стол, представляющий собой решетку коробом внизу, предназначенным для мелкого мусора (песок, металлы и др.), крупные части отсортировываются вручную. Затем одноразовые шприцы взвешиваются, так как покупаются по весу, и упаковываются в передвижной контейнер, который передает на ножевую дробилку. Если отходы сильно загрязнены, рекомендуется проводить мокрый размол - в процессе измельчения подавать воду, смывающую загрязняющие полимерный материал частицы. Ножевая дробилка - это универсальный станок для измельчения "мягких и твердых" полимерных отходов. Размер частиц измельченного материала составляет от 6,5мм до 7,5мм.
После этого измельченный материал поступает в устройство, где происходит его мойка и разделение. Полимерная масса медленно проходит через промывочный лоток, перемещаясь в нем с помощью вращающихся на валу лопастей. Горячая вода, температурой 60-80°С, под давлением подается в ванну моющей машины, все тщательно перемешивается. Затем определенное время взвеси дают отстояться. В это время тяжелые примеси оседают на дне, а полипропилен и полиэтилен всплывает на поверхность, так как это самые легкие полимеры (не считая вспененных), имеют плотность 0,89 - 0,92 г/см3 [17,18].
Грязь и частицы полимеров, плотность которых превосходит плотность воды, опускаются на дно, откуда время от времени удаляются. Фракция полимера снимается с поверхности воды и передается с помощью разгрузочного шнека на сушильную установку с одновременным предварительным обезвоживанием.
Вода, задействованная в процессе очистки отходов, фильтруется от посторонних включений и грязи и используется вновь. Циркуляция позволяет существенно снизить расход "технологической" воды.
Полимерная масса подается на экструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколько партий.
Очищенный регранулят поступает в бункер-накопитель, откуда пневмотранспортной сушилкой одновременно подсушивается и перемещается в бункер-накопитель экструдера.
Материал, проходя по цилиндру, уплотняется, расплавляется и гомогенизируется. Корректировку температурных режимов производят в процессе работы в зависимости от свойств сырья.
Для устранения воздуха, газа и летучих веществ материальный цилиндр оснащен прорезами. Выйдя из цилиндра, расплав поступает в зону грануляции. Здесь материал продавливается через головку экструдера с отверстиями, и в виде жгутов (диаметр 2 мм, количество 70 штук), которые сразу после выхода из головки режутся специальным устройством на гранулы, которые падают в воду. Далее гранулы сушатся в сушилке, остывают и попадают в бункер-накопитель и идут на упаковку в мешки [4].
2.2 Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов
В качестве вторичного сырья в данной дипломной работе используются одноразовые шприцы, после их использования. Поскольку шприц состоит на 50% из полиэтилена и на 50% полипропилена, то исходное сырье рассматривается как композиция так как в процесс переработки не входит отделение полипропиленовых частей от полиэтиленовых.
2.3 Описание основного технологического оборудования
Линия переработки отходов состоит из:
ножевая дробильная установка (1 шт),
промывочный лоток,
циклон для очистки воды,
загрузочный бункер,
экструдер,
сушилка.
Если используется разноцветное исходное сырье, то его подвергают окрашиванию в единый цвет. Используют любые красители, цвет зависит от заказчика. Как правило, гранулы окрашивают в цвета более темные, чем первоначальное сырье [17].
2.3.1 Дробильная установка
Механизм разрушения полимерных материалов принципиально отличается от процессов, протекающих при измельчении низкомолекулярных соединений, так как энергия разрушения полимеров расходуется главным образом на механические потери. Это относится как к пластмассам, так и в еще большей степени к резинам, то есть материалам, способным к значительным обратным деформациям. Поэтому оптимальные условия для измельчения данного вида отходов возникают при высоких скоростях деформирования. Разрушению также способствует снижение температуры, при которой материал становится стеклообразным и, следовательно, более хрупким [10].