Технология переработки полимерных отходов в строительные материалы

Буренина Ольга Николаевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник при решении проблемы утилизации полимерных отходов требуется найти не только оптимальные составы материалов, но и разработать технологию рециклинга с минимальными затратами на оборудование, сырье и энергоносители.

Цель работы – разработка технологии переработки полимерных отходов в материалы строительного назначения с использованием нетрадиционных технологических решений.

В качестве объектов исследования были выбраны глинистое сырье Ой-Бесского месторождения РС (Якутия), отходы полиэтиленовой пленки, отходы ПЭТФ-тары и отходы вулканизированных резино-технических изделий из резиновой смеси на основе масло-бензостойкой резины В-14 из бутадиен-нитрильного каучука (РТИ).

Исследования проводились на цилиндрических образцах высотой и диаметром 50 мм. Технологическая схема изготовления образцов состоит из следующих этапов: подготовка сырья (сбор, измельчение), подготовка составов (дозировка и смешение компонентов, увлажнение составов), прессование, сушка и термообработка. Предлагаемый в работе технологический подход основан на использовании в качестве связующего на этапе прессования глинистого сырья и предусматривает изготовление изделий методом полусухого прессования и дальнейшей термообработкой в свободном состоянии при температурах плавления полиэтилена, расплав которого будет обеспечивать необходимый уровень физикомеханических свойств уже готового изделия. Добавки измельченных ПЭТФ-тары и резин выступали в композите в качестве заполнителей, что позволило вовлечь в переработку больший ассортимент отходов. Как показывает анализ литературных данных аналоги предлагаемой технологии малотоннажного производства строительных материалов из отходов полиэтиленов в России и за рубежом отсутствуют.

Ранее разработаны составы и технология переработки отходов полиэтиленовой пленки в мелкоштучные строительные материалы [2]. Установлены оптимальные технологические режимы: формовочная влажность 8 масс.%, температура обработки 180°С, время термообработки 480 мин. Разработанная технологическая схема принята базовой для переработки смесей отходов – полиэтилена и полиэти-лентерефталата, полиэтилена и РТИ. С целью определения оптимальных составов было исследовано влияние содержания смесей отходов полимеров в композите на прочность при сжатии. Варьировалось содержание полимерной смеси – отходов полиэтилена и ПЭТФ, полиэтилена и резины от 10-20 масс.%, при этом содержание ПЭТФ в смеси составляло 10-20 масс.%, а резины – 5-15 масс.%. Установлено, что увеличение количества вводимых смесей отходов полиэтилена и ПЭТФ, полиэтилена и резины приводит к снижению значений прочности при сжатии с 12,5 МПа до 7,9 МПа и с 15,4 до 7,6 МПа соответственно. Та же зависимость наблюдается при увеличении количества вводимых отходов ПЭТФ и резины в смесь (рис.1, 2.). Тем не менее образцы с наименьшим значением прочности при сжатии (7,6 МПа) соответствуют керамическому кирпичу марки 75 и могут использоваться для возведения стен различных жилых и производственных помещений.

Рис.1. Зависимость прочности при сжатии образцов от содержания смеси отходов ПЭ и ПЭТФ

Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии образцов от содержания смеси отходов ПЭ и РТИ

В табл. 1 представлены основные физико-механические характеристики разработанных материалов и известных аналогов. Анализ представленных данных показал, что по показателям плотности, прочности при сжатии и водопоглощению разработанные композиционные материалы близки к рядовому керамическому кирпичу, однако превосходят его по показателям теплопроводности в 1,5-2 раза, что особенно важно для использования их в качестве стеновых материалов. Полученные результаты позволили разработать технологию изготовления композиционных строительных материалов, схема которой представлена на рис. 3.

Выводы: использование разработанной технологии производства композиционных строительных материалов из местного сырья, реализуемой на доступном и дешевом оборудовании, позволит снизить энергоемкость, упростить и сократить технологический цикл изготовления изделий, значительно снизить себестоимость производства и получить изделия с требуемым уровнем физико-механических характеристик для использования их в качестве стеновых при строительстве жилых и производственных зданий.

Таблица 1. Физико-механические свойства материалов

Рис. 3. Технологическая схема изготовления строительных композиционных материалов из отходов полимеров и глинистого сырья