УТИЛИЗАЦИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ СТРУКТУРЫ ОТХОДОВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АКРИЛА
RECYCLING MULTILAYER STRUCTURE OF ACRYLIC PRODUCTS WASTES

Изобретение относится к технологии получения акрила для последующего его использования из обрезков и кусков акрила, усиленного связующим (полиэфирной смолой) и стекловолокном.
В XXI веке из-за воздействия мусора на окружающую среду и экологию планеты проблема утилизация пластиковых отходов стала очень актуальной. С ростом объемов выпуска полимерных изделий увеличивается и количество отходов пластмассы. При этом захоронение полимерных отходов на свалках становится все более непопулярным под прессом национальных законодательств и общественного протеста.
Таким образом, для вторичного использования утилизированных пластмасс достаточно стимулов: экологический аспект, спрос потребителей, требования законодательства и низкая стоимость. Поскольку в результате использования полимерных материалов их физико-механические свойства практически не меняются, то возможна их вторичная переработка.
Акрил – это разновидность термопластичного полимера на основе производных акриловой кислоты. Для полного его биоразложения потребуется сотни лет, поэтому его переработка имеет такое большое значение.
Этот тип вторичного сырья образуется в процессе фрезеровки и гибки листового акрила, производственного брака, акрилового лома, пришедших в негодность изделий из акрила (ванн, вывесок, киосков, автозаправок, светящихся рекламных конструкций, автомобильного тюнинга, светорассеивателей в устройствах задней подсветки мониторов, ЖК-дисплеев, проекционных экранов и пр.).
Акрил в международной номенклатуре обозначается как PMMA (полиметилметакрилат). Другими синонимами акрила являются «метакрилат», «акриловое стекло», «органическое стекло», PLEXIGLAS для продуктов из акрилового стекла, продаваемых в Европе, Азии, Африке и Австралии, и ACRYLITE для соответствующих продуктов на американском континенте.
Акрил хорошо поддается обработке: резке, сверлению, склеиванию, его можно гнуть, формовать, полировать и фрезеровать, окрашивать и гравировать. Акрил имеет отличное сцепление со всеми видами самоклеящихся виниловых пленок.
Свойства акрила:
• плотность — 1,19 г/см3 (почти в 2,5 раза легче обычного стекла и на 17% легче жесткого ПВХ);
• рабочий диапазон температур колеблется от -40°С до +80°С;
• ударная прочность в 5 раз больше, чем у обычного стекла;
• имеет хорошую стойкость к старению, т.е. механические свойства и светопропускание акрила практически не изменяются с течением времени под воздействием ультрафиолетовых лучей и атмосферного воздействия (не требует дополнительной защиты от УФ-излучения);
• светопропускание составляет до 92% видимого света (больше, чем у любого другого полимерного материала);
• при длительной наружной эксплуатации возможно изменение цвета цветного акрила (это зависит от конкретного цвета и производителя).
Большим преимуществом акрила по сравнению с другими пластиками является то, что его возможно утилизировать без эмиссии вредных веществ.
С 70-х годов ХХ века большое распространение получили ванны из акрила.
Толщина акрила в этом случае варьируется от пяти до шести миллиметров. Он обладает очень хорошими эксплуатационными свойствами. Он не выгорает под действием солнечных лучей, устойчив к царапинам и повреждениям, к воздействию влаги и микроорганизмов и имеет небольшой удельный вес.
Технология изготовления акриловых ванн описана, например, в патенте РФ № 2304512, B29C 51/14, опубл .20.08.2007. Изделия из полиметилметакрилата (РММА) изготавливают из листового материала методом литья или методом экструзии. Акрил очень чувствителен к механическим повреждениям, несмотря на прочность самого материала. Особенно опасны в этих случаях падения на его поверхность тяжелых предметов. Такие действия практически постоянно приводят к появлению трещин и сколов. Для получения необходимого изделия акриловые листы сначала подвергают термоформованию. Затем полученную форму укрепляют путем нанесения слоя стеклопластика на основе полиэфирной смолы и слоя стекловолокна. В процессе реакции полимеризации на акриловой форме образуется прочный укрепляющий слой стеклопластика, который способствует надежному сохранению формы полученного изделия.
Аналогичная технология приведена в заявке Германии № 19814266, A47K3/02; C08F291/00; C08J7/04, опубл. 07.10.1999. Изделие из акрила армируют стекловолокном и не содержащим асбеста полимерным материалом толщиной 1,5-10 мм, который прочно связан с акрилом. На заднюю часть акрила распыляют смолу, которая затвердевает с образованием полимера.
Сложность переработки отслуживших свой срок акриловых ванн, так же, как и обрезков и кусков акрила, являюшихся отходами, например, при изготовлении акриловых ванн, вывесок и пр. является то, что они для прочности снизу армируются, например, полиэфирной смолой, смешанной со стекловолокном, которые отвердевают. В результате получается конструкция, в которой реализован широко распространенный в технике принцип сэндвича. Несущий слой отвечает за механическую прочность, устойчивость и стабильность формы изделия, а лицевой – за привлекательный внешний вид и комфорт пользователей. Но так как для повторного использования требуется акрил высокой чистоты, необходимо отделить акрил от стекловолокна и полиэфирной смолы.
Известен способ переработки изделия из акрила, содержащего стекловолокно (Международная заявка № 9628292, B29B17/02, опубл. 19.09.1996). Акриловый слой подвергается воздействию силы сдвига при резании с такой силой, что акриловый слой по существу отсоединяется от слоя стекловолокна. В результате получается смесь дисперсного акрилового полимера, которая не содержит стекловолокно. А смесь стекловолокна, полиэстера и остаточного стеклопластика образуют материал, который можно повторно использовать в качестве армирующего материала для других изделий. Таким способом крайне трудно получить чистый акрил, т.к. полученный в результате материал содержит мелкодисперсный стеклокомпозит с остатками стекловолокна. Способ отделения акрила от полиэфирной смолы и стекловолокна путем нагревания обрезков акрила имеет преимущество по сравнению с механическим, что будет показано ниже.
Прототипом заявляемого способа является патент Великобритании № 2499392, B29B17/02; B29K105/06; B29K67/00, опубл. 26.10.16. Описан способ утилизации многослойной структуры, включающей подложку из акрилового полимера и покрытие, представляющего собой стеклопластик (смесь стекловолокна и полиэфирной смолы). Обычно покрытие напыляют на подложку из акрилового полимера в процессе изготовления ванны для ее упрочнения. Эта многослойная структура подвергается гранулированию. При этом гранулы содержат акрил и покрытие. Затем на гранулы с помощью вытяжного вентилятора или циклона направляют поток воздуха для отделения более легкой фракции (частиц покрытия). На этом этапе наружные частницы покрытия отделяются от гранул. Далее смесь вибрационным конвейером подают на вибрирующий стол, где вновь она обдувается вентиляторами. Описан также вариант, в котором после гранулятора гранулы попадают во вращающийся барабан, соединенный с вытяжным вентилятором. Удаленные частицы покрытия не подлежат утилизации, а гранулы упаковывают в мешки для их последующего использования.
Недостатками данного способа является то, что многослойная структура содержит не только акрил, но и стекловолокно, полиэфирную смолу и защитную пленку, которая в большинстве случаев присутствует в ломе отходов из акрила. Поэтому гранулы на первом этапе будут содержать не только акрил как таковой, но и его покрытие - стекловолокно, полиэфирную смолу, а также защитную пленку. Получить чистый акрил для последующего его использования таким способом не представляется возможным.
Техническим результатом заявленного изобретения является способ получения акрила из отходов, содержащих стекловолокно и полиэфирную смолу для повторного его использования.
Технический результат достигается тем, что при утилизации многослойной структуры отходов изделий из акрила, содержащей подложку из акрила с покрытием из стекловолокна и полиэфирной стирол содержащей смолы, сначала многослойную структуру нагревают до 170-180°С с последующим охлаждением до температуры окружающей среды, после чего измельчают и подают на вибрационное сито для отделения акрила от остатков стеклопластика и полиэфирной смолы. При этом первоначально с подложки из акрила удаляют защитную пленку, а в качестве полиэфирной стирол содержащей смолы используют ПН-1.
Осуществление изобретения достигается следующим образом.
На первом этапе вручную удаляют защитную пленку с многослойной структуры, которая представляет собой подложку из акрила (отходы изделий из акрила), усиленную стекловолокном и стирол содержащей полиэфирной смолой, например, ПН-1. Далее отходы акрила помещают в устройство загрузки, например, вагонетку или на конвейерную ленту. Устройство для загрузки направляют в туннельную печь, через которую оно проходит в течение 30-40 минут.
Температура в печи составляет не более 170-180°С, т.к. повышение температуры может повлечь за собой деструкцию полимера (акрила).
За время нахождения в печи стирол содержащая полиэфирная смола претерпевает процесс термической деструкции: при температурах свыше 200°С стирол содержащая полиэфирная смола, частично разлагается с выделением мономера – стирола, при этом стекловолокно не изменяет структуру, т.к. для его разложения требуется температура выше 300‎°С. Под воздействием температуры полиэфирная смола, разлагаясь, утрачивает адгезию с акрилом. Образующийся при этом стирол удаляется из печи и адсорбируется сорбентами, например, активированным углем.
После выхода из печи материал подвергается охлаждению (например, с помощью вентиляторов) до температуры окружающей среды. Далее полученную массу подвергают измельчению в щековой дробилке, после чего полученная смесь многослойной структуры поступает в грохот, который представляет собой вибрационное сито, в котором происходит отделение акрила от остатков стекловолокна и полиэфирной смолы.
Поскольку фракции стекловолокна и остатков полиэфирной смолы меньше по размеру, чем фракции акрила, они через просеивающие поверхности с калиброванными отверстиями оседают в аккумулирующем их бункере. В последующем их можно будет использовать как наполнители, например, для бетона. Стеклопластик можно тоже использовать, а именно, смешать с полиэфирной смолой и прессовать из смеси какие-либо изделия. На вибрационном сите остается акрил, который можно далее использовать для различных целей.
Проведенные испытания доказали возможность последующего использования полученного акрила.
Таким образом достигнут заявленный результат: разработан способ получения акрила из отходов, содержащих акрил, стекловолокно и полиэфирную смолу, для его повторного использования.