Методы утилизации бывших в употреблении изделий из композиционных полимерных материалов

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

необходимость разрушения матрицы (связующего), чтобы выделить армирующий наполнитель (волокно), с получением на выходе различных продуктов переработки.

(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 для ПКМ:

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

волокно. В этом направлении основными перспективными методами являются термокатализ, сольволиз и окисление в псевдоожиженном слое ( fluidized bed process – FBP).
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.

Внешний вид каталитического реактора и углеволокна, полученного в ходе переработки по технологии Adherent Technologies Inc.

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;

Условная схема утилизации ПКМ методом сольволиза

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

рамках
проекта EURECOMP объемом 1 (а) и 20 л (б)

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

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.

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 газа;
возможно повреждение волокна;
неравномерность прогрева рабочей зоны реактора, разложение связующего м.б. неполное;
утилизировать возможно только пластики с термостойкими наполнителями.

Схема процесса пиролиза армированных пластиков

Пиролиз:
низкотемпературный (от 300 до 500°С), продукты - волокно, масла и твердые вещества( продукты распада полимерного связующего);
среднетемпературный (от 500 до 800°С), продуктами которого являются волокно, масла и газы, в меньшей степени – твердые вещества;
высокотемпературный (от 800 до 1500°С), основные продукты – волокно и пиролизные газы, выход твердых веществ и масел незначителен.

+ высокий выход волокон при оптимизированном процессе;
+ использование теплоты от разложения п/с,
+ универсальность оборудования,
+ хорошая адгезия эпоксидного связующего к переработанным волокнам армированного пластик; + широкие возможности коммерческого применения.;
+ перспективный способ утилизации органопластиков.

наполнителей целесообразно использовать свой метод утилизации: для стеклопластиков – это пиролиз и в меньшей степени термокатализ; для углепластиков – это термокатализ, сольволиз и пиролиз; для органопластиков – это низко- и среднетемпературный пиролиз, возможно – термокатализ, но этот метод требует дальнейшего изучения.

.

Примечание. + – возможный метод утилизации;
+ + – хороший метод утилизации;
+ + + – рекомендуемый метод утилизации.

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.