VALORIFICAREA MATERIALELOR

PLASTICE PRIN REPRELUCRARE

Dezvoltarea continua a productiei si consumului de materiale plastice a determinat, asa cum s-a aratat, o crestere considerabila a cantitatilor de materiale secundare de acest tip. Acestea din urma se caracterizeaza printr-un continut energetic ridicat si capacitate mare de poluare a mediului ambiant, factori care justifica preocuparile intense pentru valorificare lor.

Pentru a se ajunge la o evaluare corecta a posibilitatilor practice si economice de valorificare a SMP1, este necesar sa se ia in consideratie sursele acestora, natura chimica a polimerilor ce stau la baza lor, deosebirile dintre diferitele tipuri de produse din MP1, toti acesti factori contribuind la alegerea procedeelor de valorificare si domeniilor de utilizare a produselor care incorporeaza SMP1 sau sunt fabricate exclusiv din acestea.

Atunci cand se iau in discutie caile de valorificare a SMP1, trebuie avut in vedere atat cele rezultate in instalatiile de sinteza a polimerilor destinati prelucrarii de MP1 si cele rezultate in instalatiile de prelucrare-formare MP1, cat si pe cele sub forma de produse uzate din MP1.

In cele ce urmeaza, vor fi tratate pe larg caile de valorificare a materialelor ssecundare formate in instalatiile de prelucrare-formare a MP1 si cele sub forma de produse utilizate din MP1.

VALORIFICAREA MATERIALELOR PLASTICE SECUNDARE FORMATE IN PROCESELE DE PRELUCRARE

Caracteristicile polimerilor, ca si necesitatile din practica utilizarii acestora, au determinat introducerea in domeniul prelucrarii MP1 aproape a tuturor procedeelor cunoscute pentru alte materiale.

La prelucrarea MP1 prin aceste procedee in afara de produsele finite se formeaza si o cantitate apreciabila de SMP1 ale caror principale surse pot fi considerate SMP tehnologice si rebuturile.

Materialele polimerice secundare tehnologice se considera toate materialele rezultate la prelucrarea MP1, inerente procedeului in stadiul respectiv, tehnologiei si constructiei instalatiei si care nu pot fi evitate, chiar in conditii perfecte de lucru. Ca exemplu de astfel de SMP1 mentionam:

• culeele, materialul din canalul de injectie si bavurile formate la prelucrarea prin injectie;

• bavurile formate la prelucrare prin presare, suflare si turnare;

• materialele rezultate la decuparea produselor fabricate prin termoformare sau alte procedee secundare de prelucrare, confectie etc.

Rebuturile sunt materialele formate ca rezultat al unor conditii necorespunzatoare de lucru, defectiuni ale instalatiei sau variatii in structura materiei prime si compozitiei amestecului supus prelucrarii.

Ambele aceste tipuri de materiale, colectate si pastrate in conditii adecvate, se caracterizeaza printr-o structura unitara si lipsa contaminarii. Drept urmare, cea mai adecvata cale de valorificare a lor se considera a fi recircularea directa in instalatii de prelucrare.

Dar in instalatii de prelucrare a MP1 mai rezulta si alte tipuri de SMP1 cum ar fi:

• maturatura provenita de la spargera sacilor in care se transporta polimerul sau amestecul ce urmeaza a fi prelucrat (cel mai adesea sub forma de granule);

• corzi sau baghete din procesul de granulare si refuzul de la site de sortare a granulelor;

• filme, placi, epruvete distruse etc., rezultate in urma pregatirii si incercarii epruvetelor in cadrul controlului de calitate;

• materale rezultate la pornirea si oprirea instalatiilor de prelucrare sau de la curatirea utilajelor.

Aceste SMP1 se caracterizeaza, de obicei, printr-un grad mai mare sau mai mic de degradare si grade variate de contaminare. Pentru valorificarea lor poate fi luata in considerare si recircularea in procesul de prelucrare dar, cel mai adesea SMP1 de acast tip sunt colectate si vandute unor intreprinderi specializate in recircularea MP1 sau pentru alte cai de valorificare.

In prezent, toti prelucratorii de MP1 sunt preocupati de reducerea productiei de SMP1 formate in propriile intreprinderi. Dar cu toate perfectionarile aduse instalatiilor de prelucrare, chiar in conditiile eliminarii totale a SMP1 rezultate ca urmare a unor conditii neadecvate de lucru, fiecare tehnologie este caracterizata de o anumita cantitate de astfel de materiale. In functie de tehnologia de prelucrare folosita si de produsul fabricat, ponderea SMP1 formate variaza intre 3-60% din cantitatea totala de MP1 introduse in proces. O parte din acestea sunt recirculate direct in procesul de prelucrare, iar restul sunt vandute intreprinderilor specializate in recircularea MP1, sau pur si simplu, aruncate. Prelucratorii de MP1 fac eforturi considerabile in vederea reducerii ponderii SMP1 nerecirculabile, prin cresterea proportiei de astfel de materiale recirculabile in procesele proprii de prelucrare.

Se apreciaza ca proportia de SMP1t formate in instalatiile de prelucrare a MP1 (extrudare, injectie, suflare etc.) va putea fi redusa in viitor, ca urmare a unor perfectionari aduse utilajelor de prelucrare si un control mai riguros al proceselor, bazat pe date noi privind reologia topiturilor de polimeri.

Recurgerea la recircularea directa in propriile instalatii de prelucrare a SMP1, sau vinderea lor catre alti beneficiari depinde in principal de :

• procedeele de prelucrare folosite;

• gradul de integrare pe verticala si pe orizontala a intreprinderii;

• capacitatea de prelucrare a intreprinderii.

In general, se considera ca pot fi recirculate direct in proces, fara dificultati deosebite, SMP1, cu structura unitara, nedegradate si necontaminate. Fac exceptie SMP1t care au in compozitia lor PVC-U a caror recirculare este mai greu de realizat si blocurile mari (formate in principal in cazul prelucrarii prin extrudere si prin injectie) pentru a caror pregatire in vederea recircularii sunt necesare utilaje de mare gabarit si putere de antrenare apreciabila.

Este de preferat, ca recircularea SMP1t sa se faca chiar in timpul prelucrarii MP1 respectiv, putandu-se astfel asigura amestecarea materialului reticulat cu materialul nou si alimentarea amestecului obtinut direct la utilajul de prelucrare.

Posibilitatea utilizarii la maxim, in instalatiile de prelucrare, a SMP1t depinde de marimea intreprinderii si spatiul de depozitare de care dispune aceasta, costul echipamentului de recirculare, numarul de tipuri de MP1 prelucate si varietatea lor coloristica, diversitatea procedeelor de prelucrare utilizate si gama produselor fabricate. In plus, recircularea unor SMP1t pune probleme deosebite cum ar fi:

• MP1 avand la baza PVC-U se reprelucreaza greu datorita stabilitatii lor termice reduse;

• Foliile orientate si fibrele din PA, PETP sau PO sunt voluminoase la depozitare si prezinta dificultati laaglomerare;

• PS expandat este voluminos si necesita un echipament special pentru a-l aduce la o forma acceptata de utilajele de prelucrare;

• Unele SMP1t (PA, PC, ABS etc.) absorb umiditate, acestea avand efecte negative asupra caracteristicilor polimerului prelucrat. Drept urmare se impune o uscare a SMP1t avand la baza astfel de polimeri.

Pentru a rezolva aceste probleme, SMP1t se supun unor operatii adecvate de pregatire (maruntire, macinare fina, aglomerare, aditivare, uscare, granulare etc.).

Unii prelucratori de MP1, din ratiuni care le apartin, nu doresc sa-si complice cu utilaje necesare recircularii SMP1t. Pentru acestia a luat nastere o industrie speciala, care preia SMP1t, le prelucreaza si in final le transforma in MP1 pe care le revand intreprinderilor de prelucrare, sau altor beneficiari. Serviciile oferite de aceste intreprinderi au in vedere: maruntirea sau macinarea fina, aglomerarea, granularea, uscarea etc.

In intreprinderile de prelucrare, SMP1t apar atat in procesele de transformare primara (stadiul 1 de prelucrare) cat si in cele de prelucrare secundara (stadiul 2). Se pot recircula direct numai SMP1t formate in procesele de transformare primara, cele de la transformarea ssecundara sunt, de obicei, vandute celor care asigura primul stadiu de prelucrare.

Indiferent de tehnologiile folosite sau stadiul de transformare, toate intreprinderile de prelucrare a MP1 arunca 1-2% din cantitatea de SMP1t formate. In intreprinderile mai mici, proportia de SMP1t aruncate este mai ridicata (6-10%). SMP1t aruncate se prezinta cel mai adesea sub forma de blocuri, maturatura cu grad mare de impurificare, material rezultat la curatirea utilajelor de prelucrare sau cu grad mare de degradare.

MODIFICAREA CARACTERISTICILOR MATERIALELOR PLASTICE IN CURSUL PRELUCRARII

Cele mai raspandite procedee de prelucrare a MP1 au la baza procese termomecanice. Sub actiunea combinata a energiei termice si a fortelor mecanice se asigura transformarea MP1 in semifabricate sau produse finite, dar concomitent cu aceasta, in amestecul supus prelucrarii au loc si o serie de reactii chimice.

Dintre acestea, importanta deosebita prezinta cele de reticulare si reactiile de degradare a compusilor macromoleculari care stau la baza amestecurilor supuse prelucrarii.

Reactiile de reticulare sunt caacteristice polimerilor termoreactivi si au loc la prelucrarea MP1 care au la baza compusii macromoleculari de acest tip.

Exista insa si cazuri de procese de prelucrare in care se urmareste realizarea reticularii si la alti polimeri decat cei termoreactivi (PE, PVC), dar assemenea situatii sunt mai rare in industria de MP1.

Prin reticularea polimerilor sub actiunea caldurii, sau a unor agenti de reticulare, se asigura modificari chimice ireversibile care determina formarea de produse insolubile si infuzabile, iar materialul odata format nu mai poate fi adus din nou in stare fluid-vascoasa pentru a putea fi prelucrat.

Degradarea polimerilor in cursul prelucrarii termomecanice a MP1 constituie rezultatul conditiilor ssevare de lucru, principalii factori care pot contribui la acest proces fiind solicitarile mecanice (degradare mecanica) si termice (degradare termica), la care se adauga actiunea apei (degradare hidrolitica) si a oxigenului (degradare termooxidativa). Toate procesele de degradare care au loc in timpul prelucrarii MP1 pot fi activate catalitic, fie sub actiunea diferitelor substante ramase in polimer din faza de sinteza sau introduse special in amestecul supus prelucrarii, fie autocatalitic, cand chiar fragmentele de distructie pot activa in continuare scindarea lanturilor macromoleculare.

Solicitarile la care sunt supusi polimerii in cursul prelucrarii sunt diferite in functie de tehnologia de lucru utilizata, dar, in majoritatea cazurilor, procesele de degradare pe care acestia le sufera constituie rezultatul actiunii combinate (solicitari mecanice, termice etc.) cu efect marit in comparatie cu actiunea separata a fiecareia dintre acestea.

Se considera (tabelul 1.1) ca solicitarea mecanica este predominanta la prelucrarea MP1 in stare amorf-sticloasa ca si la formarea prin injectie si extrudere (la gradientii de forfecare peste 10³sˉ¹). Solicitarea termica puternica este caracteristica tehnologiilor de prelucrare prin presare, formare rotationala, turnare etc., in timp ce la valtuire si calandrare procesele de degradare ce au loc se datoresc aproape exclusiv actiunii oxigenului atmosferic.

Tabelul 1.1. Tipul solicitarilor in functie de procedeul de prelucrare

Prelucrarea termomecanica a MP1 termoplastice determina o serie de modificari in structura polimerilor ce stau la baza lor. Aceste modificari sunt mai greu de observat dupa primul proces de prelucrare, aceasta atat datorita masurilorce se iau pentru reducerea lor la minim (alegerea adecvata a compozitiei amestecului, stabilirea unor conditii optime de lucru etc.), cat si lipsei unui standard de referinta. Situatia se schimba atunci cand se pune problema reprelucrarii (recircularii) MP1 intru-cat modificarile ce au loc se accentueaza, iar ca standard de referinta se poate folosi produsul obtinut de la prima operatie de prelucrare.

Exista numeroase studii privind comportarea la prelucrarea repetata a diferitelor tipuri de MP1. Unele dintre acestea se refera la prelucrarea polimerilor in stare amorf-sticloasa sau cristalina, dar majoritatea lor privesc prelucrarea MP1 in stari fluid-vascoase.

Daca se analizeaza in ansamblu influenta prelucrarii repetate asupra principalelor caracteristici ale diferitilor polimeri termoplastici se constata urmatoarele:

• in timpul prelucrarii au loc procese de degradare a lanturilor moleculare cu formare de macroradicali capabili sa participe la reactii de recombinare, disproportionare si transfer;

• degradarea este mai redusa, respectiv numarul posibil de recirculari ale materialului creste, daca se reduce intensitatea si in special durata solicitarilor mecanice si termice;

• scindarea lanturilor macromoleculare, urmata de recombinarea macroradicalilor determina modificarea distributiei masei molare a polimerilor supusi prelucrarii. Se observa o crestere a proportiei de fractiuni cu masa molara mica si aparitia de fractiuni cu masa molara mare, acastea din urma ca rezultat al recombinarii unor macroradicali cu grad de polimerizare ridicat;

• cresterea proportiei de catene ramificate ca urmare a reactiilor de transfer in lant;

• reticularea lanturilor macromoleculare, respectiv cresterea fractiunii de gel, fapt datorat recombinarii macroradicalilor de pe catena;

• inchiderea la culoare si pierderea transparentei polimerilor;

• modificarea caracteristicilor reologice (tabelul 1.2) si a celor fizico-mecanice ale polimerilor (tabelul 1.3). Pentru acestea din urma se constata ca atat timp cat scaderea masei molare nu depaseste limita valorii caracteristice compusilor macromoleculari, modificarile inregistrate sunt putin insemnate. Din aceasta constatare se desprinde concluzia ca, urmarirea caracteristicilor fizico-mecanice nu poate constitui o metoda suficient de concludenta pentru a stabili modificarile care au loc ca rezultat al prelucrarii repetate a polimerilor.

Datele din literatura referitoare la rezultatul prelucrarilor repetate asupra caracteristcilor structurale, reologice si fizico-mecanice ale diferitilor polimeri termoplastici trebuie luate ca informatii si nu ca valori absolute, intru-cat ele sunt functie de particularitatile polimerului, tipul de utilaj folosit si caracteristicile constructive ale acestuia, conditiile de lucru si alti factori.

Tabelul 1.2. Variatia indicelui de fluiditate la prelucrarea repetata prin injectie pentru diferiti polimeri termoplastici

POSIBILITATI DE RECIRCULAREA MATERIALELOR SECUNDARE REZULTATE LA PRELUCRAREA MATERIALELOR PLASTICE

Atunci cand se discuta posibilitatile de reintroducere in circuitul de productie a SMP1t trebuie sa avem in vedere, in primul rand, structura polimerilor care stau la baza acestora si modificarile pe care ei le sufera in timpul formarii.

In cazul MP1 care au la baza polimeri termoreactivi, acestia sufera modificari chimice importante ireversibile, ei devin rigizi, infuzibili si insolubili, iar materialul odata format nu mai poate fi adus din nou in stare fluid-vascoasa pentru a fi reprelucrat. SMP formate la prelucrarea acestui tip de MP1 sunt rareori recirculate direct in procesul de productie si atunci numai in scopuri cu totul speciale.

In ceea ce priveste SMP rezultate la prelucrarea pulberilor de formare pe baza de rasini fenolformaldehidice s-a incercat recircularea acestora ca componenta a masei de presare, incluzandu-le in procesul de formare.

Rasina continuta in SMP se deosebeste de cea din pulberea de formare initiala prin gradul sau de polimerizare, care variaza in functie de stadiul de reticulare ( A, B sau C) la care s-a ajuns in timpul prelucrarii. Atat timp cand in rasina ce sta la baza SMP exista inca destule grupe metilolice libere (rasina se gaseste sub forma de rezol sau rezitol), materialul poate sa se inmoaie atunci cand este incalzit la temperaturi de peste 100°C. Continutul de grupe metilolice libere din rasina cuprinsa in SMP depinde de temperatura de lucru si de durata procesului de formare; cu cat valoarea acestor parametrii este mai mare cu atat reticularea rasinii este mai completa (se atinge stadiul de rezit). Daca intru-n amestec de rasina fenolformaldehidica, faina de lemn si alte adaosuri auxiliare se introduc SMP foarte fin macinate, iar compozitia se supune unei amestecari pe cald la valt, atunci o parte din rasina continuta in SMP, respectiv cea sub forma de rezol sau rezitol, poate fi solvita de rasina nou introdusa, restul infuzibil comportandu-se ca material de umplutura.

Tabelul 1.3 Variatia principalelor proprietati fizico-mecanice la prelucrarea repetata prin injectie pentru diferiti polimeri termoplastici