CC BY
2
УДК 678.5
Нуриаслямова А.Б.
магистрант 2 курса УУНиТ, г. Бирск, РФ
Научный руководитель: Козлова Г.Г.
к.х.н. доцент УУНиТ, г. Бирск, РФ
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХЛОПЬЕВ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА РОССИЙСКИХ ПОСТАВЩИКОВ
Аннотация
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)-один из наиболее широко используемых и востребованных упаковочных материалов. Поэтому он является одним из основных видов отходов, которые попадают в океан. Однако, использованные ПЭТФ-бутылки нельзя считать просто мусором, так как они подлежат вторичной переработке. Полиэтилентерефталат можно нагревать и формировать из него различные изделия. Это чистый, безвредный и практичный метод упаковки[2]. В сравнении с упаковкой из стекла и алюминия, у ПЭТФ ниже температура плавления, что делает его переработку более легкой и экологичной. В итоге, он становится экономичным продуктом замкнутого цикла.
Ключевые слова Хлопья ПЭТФ, вторичная переработка, очистка, сравнение.
Nuriaslyamova A.B.
2nd year master's student at UUNiT, Birsk, Russia Scientific supervisor: Kozlova G.G.
Associate Professor of UUNiT, Birsk, Russia
COMPARATIVE ANALYSIS OF POLYETHYLENE TEREPHTHALATE FLAKES FROM RUSSIAN SUPPLIERS
Annotation
Polyethylene Terephthalate (PET)-one of the most widely used and demanded packaging materials. Therefore, it is one of the main types of waste that ends up in the ocean. However, used PET bottles cannot be considered just garbage, as they are recyclable. Polyethylene terephthalate can be heated and various products can be formed from it. This is a clean, harmless and practical packaging method[2, с. 83]. In comparison with glass and aluminum packaging, PET has a lower melting point, which makes its recycling easier and more environmentally friendly. As a result, it becomes an economical product of a closed cycle.
Keywords
PET flakes, recycling, cleaning, comparison.
Введение. В работе проведен сравнительный анализ образцов ПЭТФ нескольких Российских поставщиков по следующим показателям: остаточная влажность, содержание остаточной щелочности, насыпная плотность, гранулометрический состав, содержание примесей, содержание светло-голубых и голубых хлопьев. Перед началом анализа на содержание примесей проведен экспресс анализ с помощью анализатора для пластиковых хлопьев FlekeScan.
Методы и принципы исследования. Остаточная влажность. Наличие влаги выше нормы может вызвать частичный гидролиз полимерных цепей ПЭТФ и негативно сказаться на физико-химических свойствах при последующей переработке[6, с. 18].
Содержание остаточной щелочности. При рН в пределах нормы обеспечивается хорошая стабильность полимерных цепей полиэтилентерефталата, предотвращается гидролиз и сохраняется механическая прочность материала. Измерение остаточной щёлочности хлопьев ПЭТФ основано на вымывании химических соединений с поверхности хлопьев ПЭТФ в дистиллированную воду с помощью ПАВ, что приводит к изменению рН. Измерение рН осуществляется потенциометрическим методом с помощью рН-метра.
Насыпная плотность. Средняя плотность хлопьев и их окружающей среды, то есть масса единицы объёма хлопьев в насыпном состоянии вместе с порами и пустотами [4, с. 39].Этот параметр важен, так как он влияет на эффективность использования пространства силоса, который является емкостью для хранения сыпучих материалов, и на производительность механизмов для загрузки и выгрузки материалов. Чем выше насыпная плотность, тем меньше пространства требуется для хранения материала и тем больше материала можно загрузить в силос. Однако если насыпная плотность слишком высока, это может вызвать проблемы при транспортировке материала и его хранении в силосе.
Гранулометрический состав. Размер хлопьев полиэтилентерефталата влияет на эффективность его переработки, так как различные виды оборудования могут работать с хлопьями определенных размеров [7, с.1]. Что бы определить гранулометрический состав хлопьев ПЭТФ, измеряется количество хлопьев, оставшихся на каждом из сит после того, как они пройдут через набор сит с разными размерами ячеек.
Содержание примесей.
Полиолефины. Отделение примесей полиолефина из хлопьев ПЭТФ флотационным методом основано на различии смачиваемости твёрдых частиц пробы водой с последующим высушиванием и количественным определением их содержания.
Цветные хлопья, металл, резина, древесина, бумага, ткань, стекло и камень. Сортировка хлопьев ПЭТФ от посторонних примесей и цветных хлопьев ПЭТФ.
Клей, пожелтевшие хлопья ПЭТФ и поливинилхлорид (ПВХ). Термическая обработка хлопьев ПЭТФ при температуре 220°С и последующая сортировка хлопьев ПЭТФ от хлопьев, изменивших свой цвет и форму[1, с. 58].
В исследовании использован анализитор для пластиковых хлопьев FlekeScan фирмы Sesotec. НекеБеап- это система для анализа пластиковых хлопьев (например, ПЭТФ-хлопьев), а также различных измельченных материалов. С помощью данного сканера проводиться экспресс анализ на наличие примесей (ПВХ, ПЭ, ПП, металлы, дерево, резина и т.д.) и цветной состав хлопьев.
ПЭТФ-флекса, прошедшая исследование на содержание примесей, поступает на очистку до необходимых параметров для подачи на следующую стадию технологической цепи.
Основные результаты. Результаты сравнительного анализа образцов ПЭТФ пяти Российских поставщиков до и после очистки представлены в таблицах 1-5.
Таблица 1
Результаты анализа хлопьев ПЭТФ исследуемых образцов по следующим показателям: остаточная
влажность, содержание остаточной щелочности, насыпная плотность, гранулометрический состав
Образец Норма Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5
до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки
1. Остаточная влажность, %, не более 1,5 1,71 0,60 2,73 0,61 0,68 0,36 1,32 0,50 1,34 0,74
2. Содержание остаточной щелочности, ед рН:
Образец Норма Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5
до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки
рН дистиллированной воды 5,4-6,6 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5
рН пробы - 7,6 6,7 6,9 7,7 6,9
Разница 1,0-1,5 2,1 1,3 1,4 2,2 1,4
3. Насыпная плотность, г / л 233-457 292 314 234 260 298
4.Гранулометрический состав, мм
более 12,5 мм, % 4 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 0,3 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1
от 2,0 до 12,5 мм, % - 98,4 99,7 97,4 99,2 97,2 99,0 98,6 99,1 97,9 99,4
от 0,5 до 2,0 мм, % 1 1,6 0,3 2,6 0,8 2,8 1,0 1,2 0,9 2,2 0,6
менее 0,5 мм, % 0,5 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1
Остаточная влажность в исходных образцах 1 и 2 превышает норму. Остаточная щелочность в исходных образцах 1 и 4 также превышает норму. Гранулометрический состав во всех исходных образцах при размере ячеек сит от 0,5 до 2,0 мм выше нормы.
По показателю насыпная плотность в исходных образцах все показатели в норме.
Таким образом, остаточная влажность, содержание остаточной щелочности, гранулометрический состав во всех исследуемых образцах превышает норму (особенно в образце №5).
Таблица 2
Результаты анализа хлопьев ПЭТФ образцов 1-3 по показателю Содержание примесей
Образец Норма Образец 1 Образец 2 Образец 3
до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки
5. Содержание примесей: Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec
Полиолефины, ppm 50 менее 3,0 менее 3,0 менее 3,0 менее 3,0 менее 3,0 менее 3,0
ПВХ, ppm 130 23 77 0 менее 1,5 0 2,8 0 менее 1,5 49 42,3 0 менее 1,5
Клей, ppm 1000 1241,3 792,5 5176,8 3780,0 313,5 182,0
Наклейки, ppm Отсутствие менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5
Металлы, ppm 25 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5
Бумага, дерево, ppm 300 0 менее 1,5 0 менее 1,5 10 5,3 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5
Пожелтевшие частицы, ppm 2500 75,3 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 1097,5 менее 1,5
Содержание неорганических примесей (камни,волокно), ррт 2*2мм 10 6,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 9,8 менее 1,5
Наличие мех примесей (пленка), ррт - менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5
Другие цвета, ppm 50 15019 менее 1,5 16566 менее 1,5 1220 менее 1,5 16566 менее 1,5 6083 менее 1,5 7370 менее 1,5
Таблица 3
Результаты анализа хлопьев ПЭТФ образцов 4 и 5 по показателю Содержание примесей
Образец Норма Образец 4 Образец 5
до очистки после очистки до очистки после очистки
5. Содержание примесей: Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec
Полиолефины,ppm 50 менее 3,0 менее 3,0 менее 3,0 менее 3,0
ПВХ, ppm 130 14 10,3 0 менее 1,5 20 34,8 0 менее 1,5
Клей, ppm 1000 672 481,5 1106,5 227,0
Наклейки, ppm Отсутствие менее 1,5 менее 1,5 12 менее 1,5
Металлы, ppm 25 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5
Бумага, дерево, ppm 300 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5 0 менее 1,5
Пожелтевшие частицы, ppm 2500 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5
Содержание неорганических примесей (камни, волокно), ррт 2*2мм 10 18 менее 1,5 9,5 менее 1,5
Наличие мех примесей (пленка), ррт - менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5 менее 1,5
Другие цвета, ppm 50 14479 менее 1,5 6123 менее 1,5 394 680 2419 менее 1,5
Из таблиц 2 и 3 видно, что полиолефины, наклейки, металлы и механические примеси в образцах 1 -5 не обнаружены. Поливинилхлорид присутствует во всех образцах в пределах нормы. Клей присутствует во всех образцах. В 1,2 и 5 образцах его содержание выше нормы. Дерево обнаружено во 2 образце, его содержание в пределах нормы. Пожелтевшие хлопья ПЭТФ обнаружены в 1 и 3 образце, их содержание в пределах нормы. Камни и волокно обнаружены во всех образцах кроме второго. В 4 образце их содержание выше нормы.
Таблица 4
Результаты анализа хлопьев ПЭТФ образцов 1-3 на показатель содержания светло-голубых и голубых хлопьев ПЭТФ
Образец Норма Образец 1 Образец 2 Образец 3
до очистки после очистки до очистки после очистки до очистки после очистки
6.Содержание цветных хлопьев, %: - Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec
светло-голубых, % не более 20,0 33,0307 24,4 21,3494 33,8808 28,7 23,3702 22,1240 33,9 28,2000
голубых, %
Прозрачных,% - 64,6508 76,2255 65,3041 79,4525 77,0870 70,4470
Черных,% - 0 0 0 0 0 0
синих, % - 0,8166 менее 0,05 0,7525 0,6932 менее 0,05 0,1114 0,181 менее 0,05 0,536
голубые матовые, ppm 0 0 0 0 0 3
темно коричневые, ppm - 0 0 10 0 0 0
светло-коричневые, ppm - 14120 16375 31 278 4472 6759
зеленые, ppm - 833 109 193 0 1485 283
серые, ppm - 0 0 0 0 0 0
красные, ppm - 0 0 0 0 0 0
розовые, ppm - 0 18 0 134 66 199
матовые белые, ppm - 56 64 163 47 60 126
желтые ,ppm - 10 0 823 0 0 0
Таблица 5
Результаты анализа хлопьев ПЭТФ образцов 4 и 5на показатель содержания светло-голубых и голубых хлопьев ПЭТФ
Образец Норма Образец 4 Образец 5
до очистки после очистки до очистки после очистки
б.Содержание цветных хлопьев, %: - Sesotec Sesotec Sesotec Sesotec
светло-голубых, % не более 20,0 31,7296 36,3 22,2530 23,6584 20,2 23,6977
голубых, %
Прозрачные,% - 66,5032 76,7657 75,1785 75,6454
Черные,% - 0 0 0 0
синие, % - 0,3193 менее 0,05 0,3692 1,1237 менее 0,05 0,4150
голубые матовые, ppm 35 0 66 0
темно коричневый, ppm - 36 19 0 0
светло-коричневый ppm - 13616 5865 209 2312
зеленый, ppm - 224 75 91 0
серый, ppm - 0 0 0 0
красный, ppm - 0 0 0 0
розовый, ppm - 267 43 5 62
матовый белый, ppm - 301 121 23 45
желтый,ppm - 0 0 0 0
Содержание светло-голубых и голубых хлопьев во всех исходных образцах выше нормы.
Таким образом, среди исследованных Российских поставщиков нет ни одного, чей материал полностью отвечает нормативным требованиям. Наиболее чистые ПЭТФ хлопья у третьего поставщика. Это требует доочистки ПЭТФ-флексы, включающей вибросита, аэродинамический сепаратор, секцию для сушки, силос для смешивания, металлосепаратор и оптический сортировщик.
После очистки в образцах отсутствуют все примеси, кроме клея, его количество значительно снизилось, однако во втором образце его содержание не соответствует нормам.
Заключение:
1.До очистки в образцах ПЭТФ-хлопьев всех анализируемых Российских поставщиков наблюдались отклонения по отдельным показателям, однако в третьем образце большее количество показателей соответствует нормативным требованиям, а в первом образце не соответствуют нормативным требованиям большинство показателей.
2.Низкое качество поступающих ПЭТФ-хлопьев требует их доочистки с использованием вибросит, аэродинамического сепаратора, металлосепаратора и оптического сортировщика.
3. После очистки образцов согласно имеющейся технологической схемы качество хлопьев ПЭТФ по большинству показателей соответствуют нормативным требованиям:
- остаточная влажность в норме и варьируется от 0,36-0,71%.
- гранулометрический состав в норме и варьируется от 0,3-1,0%.
- содержание примесей, а именно клея, в образцах 1,3,4,5 в норме и варьируется 182,0-792,5 ppm. Во втором образце содержание клея выше нормы и составляет 3780,0 ppm.
4.Усовершенствование технологического процесса позволит улучшить степень очистки хлопьев
ПЭТФ.
5.По текущему состоянию рынка вторичных ПЭТФ-хлопьев сохраняется стабильно растущий спрос на эту категорию продукции. С учетом улучшения качества продукта, можно предположить дальнейший рост объема рынка в долгосрочном периоде. Внутреннее производство вторичных ПЭТ-хлопьев в России показывает положительную динамику, что связано с увеличением потребления в этой области [9, с. 60].
Список использованной литературы:
1. Балыхин М. Г. Рециклинг упаковки и биоразлагаемые полимерные материалы: монография / М. Г. Балыхин, К.И., М. И. Губанова [и др.]. — Москва: МГУПП, 2022. — 352 с
2. Вторичное использование полимерных материалов / под. ред. Е.Г. Любешкиной - М.: Химия, 1985. -С. 81-96.
3. Гараев И. Х. Настольная книга терминов и понятий для специалистов полимерного направления: словарь терминов и понятий: словарь / И. Х. Гараев, А. М. Кочнев, Л. А. Зенитова [и др.]. — Казань: КНИТУ, 2016. — 408 с
4. Кононова, О. В. Строительные материалы: методические указания к выполнению лабораторных работ: методические указания / О. В. Кононова. — Йошкар-Ола: ПГТУ, 2009. — 52 с.
5. Коршунов М.М. Совершенствование технологии получения ПЭТФ-флекс как вторичного сырья для химических предприятий: дис. ... канд. хим. наук: 18.04.01. Тольятти., 2023.-84 с.
6. Один И.Н. Совершенствование технологического процесса механической переработки ПЭТ флексы для уменьшения примеси в готовой продукции: дис. ... канд. хим. наук: 18.04.01. Тольятти., 2021.-79 с.
7. Нуриаслямова А.Б. Сравнительный анализ хлопьев полиэтилентерефталата российских производителей// Аэтерна.-2024- № 557.- С.5-12.
8. Ровкина, Н. М. Химия и технология полимеров. Получение полимеров методами полимеризации. Лабораторный практикум: учебное пособие / Н. М. Ровкина, А. А. Ляпков. — Санкт-Петербург: Лань, 2022. — 252 с.
9. Ситникова Н. А. Рынок вторичных ПЭТ-хлопьев// ТБО: Твердые бытовые отходы. Москва. 2023. С. 5862.
10. Recyclingofpetbottles [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.compactor-runi.com/recycling-guides/recycling-pet-bottles, свободный. - (дата обращения: 29.01.2024).
© Нуриаслямова А.Б., 2024
