Методы утилизации бывших в употреблении изделий из композиционных полимерных материалов

1.

Доклад по теме:
“Методы утилизации бывших в
употреблении изделий из композиционных
полимерных материалов”
Кузнецовой Дарьи
МП-24

2.

Методы утилизации изделий из ПКМ
Способы утилизации
Захоронение на полигонах ТКО:
+
экономически выгоден в момент
утилизации, прост в исполнении;
- загрязнение окружающей среды;
- теряются ценные ресурсы;
- в обозримом будущем
возможность создания полигонов
будет исчерпана.
Вторичная переработка:
+
сокращение удаляемых и сжигаемых
отходов;
+
сокращение расхода энергии и
первичного сырья, сохранение
дорогостоящих материалов;
+ решения вопроса со свалками,
полигонами, занимающими большие
территории.
Выгодно с точки зрения и экономики, и
экологии
НО
Требуется разработка, развитие и внедрение
таких технологий

3.

Методы утилизации ПКМ, реализуемые за рубежом
Все способы утилизации армированных ПКМ объединяет
необходимость разрушения матрицы (связующего), чтобы
выделить армирующий наполнитель (волокно), с получением
на выходе различных продуктов переработки.

4.

Физические методы утилизации
Механические: измельчение, дробление и перетирание.
Основной продукт - рециклат (продукт утилизации ПКМ) различной степени измельчения.
+сравнительная простота технологического оформления;
+ универсальность – применим для любых ПКМ и полимеров;
+ одновременная переработка волокон и полимерного связующего, а также отсутствие вредных
выбросов и испарений.
- высокая энергоемкость;
- сложность регулирования размеров измельченных пластиков;
- снижение механических свойств измельченных
армированных пластиков;
- не обезвреженное полимерное связующее;
- ограниченное вторичное применение
переработанных материалов.
Схемы механических измельчителей д
ля ПКМ:

5.

Физические методы утилизации
Радиационный: основан на разрушении (деструкции) полимерной матрицы под действием
высокоэнергетического излучения.
+ универсальность и энергоэффективность;
+ не изменяет физические характеристики наполнителя;
- избыточная радиационная нагрузку на человека и окружающую среду;
- возможность утилизации в основном отходов тонкослойных ПКМ.
Условная схема принципа действия
радиационного метода на ПКМ

6.

Химические методы утилизации
Основаны на деполимеризации полимерного связующего, продуктом на выходе является волокно.
В этом направлении основными перспективными методами являются термокатализ, сольволиз и
окисление в псевдоожиженном слое ( fluidized bed process – FBP).
Внешний вид каталитического реактора и углеволокна, п
олученного в ходе переработки по технологии Adherent Te
chnologies Inc.
Термокатализ
+ низкое энергопотребление;
+ высокая селективность процесса по полимерным
связующим (90–98%);
+ сохранение свойств армированного наполнителя.
- сложность контроля процесса переработки;
- высокая токсичность применяемых реагентов;
- сложность технологического оборудования из-за
необходимости вести процесс при высоких
давлениях (до 3,5 МПа, в отдельных случаях – до
29 МПа);
- селективность реагентов для деполимеризации
связующего.

7.

Химические методы утилизации
Сольволиз состоит из химической переработки ПКМ с использованием растворителей по
отношению к полимерной матрице. Сольволиз может быть реализован с использованием широкого
диапазона растворителей, температур, давлений и катализаторов.
Высокотемпературный. Среда щелочная
+ необходимы более низкие Т чем при термолизе;
+ позволяет удалить до 90 % смолы, в результате чего образуются восстановленное волокно и жидкая
фракция (химическое вещество), состав которой имеет потенциальную коммерческую ценность;
- в зависимости от условий проведения процесса - сложное и дорогостоящее техническое исполнение;
Сольволиз низкотемпературный: при Т ниже 200
°C при атмосферном давлении, с использованием
катализаторов, добавок, интенсивного
перемешивания.
Среда: кислотная (азотная, серная и уксусная
кислоты)
+ лучше контролируются происходящие реакции;
- опасность к-тных р-лей для здоровья человека и
окружающей среды.
!Наполнитель д.б. химически инертен к реагентам
Условная схема утилизации ПКМ методом сольволиза

8.

Технологии химической переработки углепластиков в Японии
Рис. Вид сольволизных реакторов, созданных в рамках
проекта EURECOMP объемом 1 (а) и 20 л (б)

9.

Химические методы утилизации
Окисление в псевдоожиженном слое, разработанное в Ноттингемском университете под
названием fluidized bed process (FBP).
С помощью данного процесса можно справиться с различными загрязнителями ПКМ – любые
органические материалы (полимеры, краски, пены) окисляются, а металлы (металлическая
проволока, крепеж и вставки) остаются в псевдоожиженном слое.
Схема процесса «окисление в псевдоожиженном слое»
с циклоном

10.

Термические методы утилизации
Деполимеризация и статистическая фрагментация цепей, как правило, два механизма деградации
полимеров.
Термическая деградация полимеров может следовать тремя основными путями: устранением
побочных групп, случайным расщеплением и деполимеризацией
Сжигание
– процесс ликвидации ПКМ. Единственный продукт, который может быть использован в
.
этом процессе, - тепло. Однако на практике организовать эффективный процесс сжигания ПКМ
трудно.
Метод газификации: процесс заключается в
деструкции ПКМ с получением синтез-газа, который
используется для вырабатывания тепловой и
электрической энергии.
Минусы схожи с минусами процесса сжигания:
заключаются в загрязнении атмосферы при
вероятности выбросов и разрушении наиболее
ценных составляющих ПКМ.

11.

Термические методы утилизации
Процесс пиролиза проводится при отсутствии кислорода, часто в среде инертного газа – азота.
Нагрев при помощи СВЧ-излучения, токов высокой частоты, электрической дуги или комбинированными
способами с применением теплоносителей.
- процесс требует больших усилий по очистке от
+ высокий выход волокон при оптимизированном
. газа;
процессе;
- возможно повреждение волокна;
+ использование теплоты от разложения п/с,
- неравномерность прогрева рабочей зоны реактора, + универсальность оборудования,
разложение связующего м.б. неполное;
+ хорошая адгезия эпоксидного связующего к
- утилизировать возможно только пластики с переработанным волокнам армированного пластик; +
термостойкими наполнителями. широкие возможности коммерческого применения.;
Пиролиз:
1. низкотемпературный (от 300 до 500°С), продукты + перспективный способ утилизации
органопластиков.
- волокно, масла и твердые вещества( продукты
распада полимерного связующего);
2. среднетемпературный (от 500 до 800°С),
Схема процесса пиролиза армированных пластиков
продуктами которого являются волокно, масла и
газы, в меньшей степени – твердые вещества;
3. высокотемпературный (от 800 до 1500°С),
основные продукты – волокно и пиролизные газы,
выход твердых веществ и масел незначителен.

12.

.
Рекомендации по переработке армированных ПКМ
В области утилизации ПКМ для каждого типа
наполнителей целесообразно использовать свой метод
Примечание. + – возможный метод утилизации;
утилизации: для стеклопластиков – это пиролиз и в
+ + – хороший метод утилизации;
меньшей степени термокатализ; для углепластиков – это
+ + + – рекомендуемый метод утилизации.
термокатализ, сольволиз и пиролиз; для органопластиков –
это низко- и среднетемпературный пиролиз, возможно –
термокатализ, но этот метод требует дальнейшего
изучения.
Критерии оценки методов утилизации ПКМ:
1 – сохранение свойств наполнителя на уровне не
менее 80%;
2 – возможность использования продуктов распада
полимерного связующего;
3 – экологическая безопасность технологии;
4 – энергоэффективность технологии;
5 – возможность вторичного использования
продуктов утилизации.

13.

.
Зарубежные компании, занимающиеся переработкой армированных непрерывными
волокнами ПКМ

14.

.
Зарубежные компании, запускающие производство по переработке ПКМ

15.

Спасибо за внимание!