Вторичные гранулы ПНД: технология производства, цены и сферы применения материала

Содержание

1. Что такое ПНД
2. Характеристики вторичного полиэтилена низкого давления
3. Возможные дефекты регранулята из ПНД
4. Технология переработки отходов ПНД
5. Область применения регранулята ПНД
6. Цены на регранулят ПНД в России
7. Перспективы развития бизнеса по переработке ПНД

Вторичные гранулы ПНД – это материал, полученный из бывших в употреблении изделий методом термомеханической переработки. Стоимость его вторичной переработки в разы дешевле синтеза первичного полимера. Этим обосновывается его более низкая стоимость в сравнении с сырьем, полученным химическим путем из газообразного этилена.

В России технология переработки использованных изделий из ПНД бытового и промышленного назначения применяется, но не достигла желаемых оборотов. По этой причине направление считается перспективным для бизнеса. Рассмотрим особенности переработки, сферу применения и характеристики ПНД вторичного.

Что такое ПНД, отличие вторичного сырья от первичного

Полиэтилен низкого давления (ПНД, ПЭВП, HDPE (High Density Polyethylene) - термопластичный полимер, относящийся к классу полиолефинов. Формула ПНД: —CH2—CH2—CH2—CH2—. Первичный полимер отличается высокой плотностью, химической стойкостью, диэлектрическими, амортизационными и адгезионными свойствами. Плотность материала 0,94—0,96 г/см³, удлинение при разрыве 500—600%, упругость при изгибе 1200—2600 кгс/см², предельная текучесть 90—160 кгс/см².

Особые условия синтеза определяют название сырья. В первичном виде ПНД получают под давлением в пределах 3-4 атмосфер в присутствии металл-органического катализатора, в то время как ПВД синтезируют при 2000-3000 атмосферах. Под действием низкого давления и определенной температуры (80–90°С для суспензионной полимеризации, 150–180°С  для растворной полимеризации, 80–100°С  для газофазной полимеризации) молекулы этилена -H2C-CH2- соединяются между собой, образуя бесконечно длинные линейные полимерные цепи. Макромолекулы полиэтилена низкого давления практически не имеют боковых ответвлений, но характеризуются большой долей кристаллической фазы. Этим объясняется высокая плотность полимера.

Вторичный полимер ПНД перерабатывают в гранулят путем нагрева с последующей грануляцией и нарезкой на одинаковые элементы. Готовое сырье можно использовать в новых технологических циклах, но с определенными ограничениями. Материал, прошедший термомеханический рециклинг, также обладает хорошими диэлектрическими свойствами, адгезией и амортизацией. Плотность вторичного ПНД 0,9-0,93 г/см³, уровень кристаллизации 50-65%, показатель текучести расплава не менее 2,6 г/10 мин, зольность не более 15%, относительное удлинение при разрыве не менее 100 – 300%, насыпная плотность не менее 0,5 г/см³, влажность вторичного продукта не более 1-3%.

Характеристики вторичного полиэтилена низкого давления

Готовый гранулят ПНД должен соответствовать определенным требованиям. Не допускается фасовка неразрезанных стренг в упаковку. Максимальный линейный размер гранулы в любом направлении должен находиться в диапазоне 3-6 мм. Цвет однородный без посторонних вкраплений, отсутствие запаха - обязательные требования ко вторичному грануляту. 

• Высокая прочность. Для ПНД характерные высокие показатели прочности на разрыв, изгиб и растяжение. Данное свойство ценится при производстве пленочных материалов, труб, кабеля.
• Химическая стойкость. При контакте изделий из ПНД с химически активными веществами не возникает реакций. Данное свойство востребовано при производстве закрытой транспортировочной тары.
• Диэлектрические свойства. ПНД считается хорошим диэлектриком, потому из него тзготавливают изоляционную продукцию.
• Гибкость. При высокой плотности материал остается достаточно гибким. Это свойство используется при производстве различных упаковочных материалов, повторяющих форму продукции.
• Водонепроницаемость. Материал не впитывает и не пропускает воду, он хорошо защищает продукцию от влаги из внешней среды.

Важно учитывать, что для сохранения свойств первичного ПНД во вторичке должна четко соблюдаться технология рециклинга. В противном случае качество регранулята будет низким.

Возможные дефекты регранулята из ПНД

При рециклинге важно получить качественный гранулят, который подойдет для повторного производства изделий из ПНД. Его можно использовать в сочетании с первичным синтезированным полиэтиленом в заданных рецептурой пропорциях. О низком качестве говорят следующие виды брака:

• Пористость. В процессе плавление расплав перемешивается, из него удаляются газообразные продукты. При отсутствии дегазации в готовом материале могут присутствовать поры. Исправить дефект можно, добавив узел дегазации в гранулятор.
• Деструкция полимера. В процессе дробления и последующей термической обработки может наступить термомеханическая и окислительная деструкция. Происходит разрушение полимерных цепей под действием высокой температуры, атмосферного кислорода, солнечной радиации и механической силы. В области разрыва полимерных цепей возникают незакрытые валентности (радикалы), инициирующие диспропорциональной сшивки и дальнейшего дробления в этих местах при плавлении. Это отражается на качестве вторичных гранул ПНД. Решением проблемы станет применение комплексных концентратов-рециклизаторов (антиоксидантов, пластификаторов, термостабилизаторов и светостабилизаторов).

При разработке технологического цикла для получения вторичного гранулята стоит минимизировать количество плавлений и перемешиваний ПНД. Тогда качество будет на уровне первичного полиэтилена или незначительно ниже.

Технология переработки отходов ПНД

Для получения вторичного гранулята ПНД за основу берут вышедшие из употребления экструзионные, выдувные и литые изделия. К ним относится транспортировочная тара, трубы, отходы кабельного производства и б/у кабели, прочие аналогичные изделия.

Технология регрануляции включает следующие основные процессы:

• Сортировка. При получении вторичного сырья с полигонов необходима сортировка, поскольку в массе могут встречаться металлические, стеклянны, древесные, глинистые включения, примеси изделий из иных полимеров, например, ПП пленка. Если их не удалит на каждом из этапов очистки, качество готового регранулята будет значительно ниже. Для сортировки используют специальные сортировочные столы или конвейеры. В большинстве случаев сортировка выполняется вручную, но для удаления металлических фракций могут использоваться металодетекторы. Помимо полигонных отходов часто используются производственные – брак, литники. Они не требуют дополнительной сортировки и многократной мойки, процесс рециклинга стоит дешевле. Но найти поставщиков такого сырья сложнее.
• Дробление. Большинство изделий из ПНД имеет значительные линейные размеры. Для них целесообразно сначала провести дробление, после чего отправить на стадию мойки.  Дробление может выполняться в два этапа. На первом этапе шредеры выполняют грубое измельчение до крупной фракции. Затем массу перемещают в роторную дробилку для получения более мелкой фракции.
• Мойка. Измельченные изделия подвергают многоэтапной мойке. Для этого используют ванны флотации и фрикционную мойку, гидоциклон (редко применяют для ПНД). Во флотационных ваннах осуществляется мойка, последующее полоскание и разделение материалов с положительной и отрицательной плавучестью. Для удаления интенсивных загрязнений используется фрикционная мойка. Допускается применение нагретой воды и моющих средств для удаления жировых и мазутных загрязнений.
• Сушка. Чистый измельченный полимер отжимают в центрифугах или шнековых прессах. Для удаления остаточной влаги из ПНД используют специализированные дегидрирующие агрегаты – сушильные шкафы или бункерные сушилки. Примерное время сушки горячим воздухом составляет 1 час при температуре 900С.
• Агломерация. Этот этап не является обязательным. Существуют грануляторы, работающие с пушенкой, но их применение не всегда целесообразно. Потому в большинстве циклов рециклинга ПНД используются агломераторы, которые позволяют увеличить объемный вес  и повысить эффективность работы  гранулятора на следующем этапе.
• Грануляция. Агломерат (ушенку, дробленку) погружают в бункер гранулятора, где он плавится и переходит в вязкотекучее состояние. Расплавленный полимер продавливается через формующую головку, каналы которой формируют стренги. На выходе стренги калибруются и нарезаются ля получения гранул единого размера, осле чего охлаждаются. Длина одного фрагмента равна шагу калибровки, в среднем, составляет 2-4 мм.

Состав линии по переработке ПНД определяется исходным состоянием отходов. К примеру, толстостенные изделия (канистры, трубы) после мойки и сушки могут сразу отправляться на производство без грануляции. Если вторичный пластик получен с полигона, необходимо увеличить количество моечных узлов и установить систему каскадной фильтрации в грануляторе для удаления всех возможных частиц опилок, песка, металлической стружки. Возможна переработка загрязненного материала пиролизом, но сложность и стоимость рециклинга в этом случае повышается.

Область применения регранулята ПНД

Несмотря на популярность и дешевизну регранулята ПНД, на его использование наложены определенные ограничения. В частности, не рекомендуется вводить материал в состав сырья при производстве пищевой тары и упаковки, стерильных медицинских товаров.

Разрешенные для производства изделия из вторичного ПНД приведены в таблице.

Цены на регранулят ПНД в России

Стоимость регранулята на российском рынке колеблется в диапазоне от 30 до 100 р/кг на момент написания статьи. Цена зависит от нескольких факторов, которые производитель обязан указывать в сопроводительной документации:

• Источник. Могут использоваться трубы, канистры, фитинги, ящики, пленочные изделия, промышленный брак.
• Марка исходного сырья. При использовании полигонного сырья не всегда существует возможность уточнения марки исходного ПНД. Данный пункт подходит для промышленного чистого материала, полученного в результате пуско-наладочных процессов и отбраковки.
• Цвет. Вторичная масса может быть прозрачной или цветной. Прозрачная и белая гранула проще поддается окрашиванию.
• Предел текучести. Для определения предела текучести проводятся лабораторные испытания. Информация указывается в сопроводительной документации.
• Область применения. Отдельные производители указывают рекомендованную область применения, что дает возможность на этапе покупки определиться, подходит ли сырье.

При сравнительном анализе стоимости выявлено, что наиболее ценным является ПНД марок 273, 276 и 293. Менее ценны их смеси. Самым дешевым сырьем считается регранулят из бытовых/ полигонных отходов неясной марки.

Перспективы развития бизнеса по переработке ПНД

На сегодняшний день в России перерабатывается около 10% от все массы пластиковых отходов, на долю промышленной вторички приходится до 80%. Все остальное – бытовые отходы Переработкой ПНД занимаются не все производители вторичного гранулята. Некоторые из них занимаются рециклингом неполного цикла, когда из технологического процесса исключаются отдельные начальные (сортировка, мойка, дробление) или конечные (грануляция) этапы.

Работать с промышленной вторичкой проще, дешевле, удобнее для переработчиков. Потому она преобладает. Но именно бытовые отходы отрицательно влияют на экологическую обстановку в России и в мире. И данный вопрос все еще не решен в достаточном объеме.

Основываясь на этом, можно сделать вывоз о перспективности открытия собственного бизнеса по переработке вышедших из употребления изделий из ПНД. На начальном этапе следует найти поставщиков пластиковых отходов данного типа и наладить контакты с потенциальными покупателями сырья. После этого можно переходить к расчетам. От типа и состава исходных материалов зависит сложность, комплектация и стоимость линии рециклинга.