Замкнутый цикл ПВХ на экструзионных линиях для производства ПВХ-пластикатов Bausano

Механический рециклинг отходов ПВХ на оборудовании для экструзии ПВХ-пластикатов

Компания Bausano использует свои экструдеры, чтобы осуществлять механическй рециклинг смешанных отходов ПВХ, образующихся в строительной промышленности. Принцип замкнутого цикла применительно к цепочке создания стоимости ПВХ является весьма важной темой для нашей компании.
Замкнутый цикл ПВХ не является исключительным приоритетом только лишь компании Bausano: это первоочередная задача для всей Европы, не имеющая реальных альтернатив. Это обусловливает разворот всей производственно-сбытовой цепочки к замкнутому циклу ПВХ и способствует продвижению продукции, изготавливаемой из рециклированных материалов. Bausano отдает себе отчет в настоятельной необходимости и важности разработок экструзионных линий, способных повысить эффективность утилизации и циклического использования ПВХ.
Вторичная переработка и проектирование: таковы два ключевых стимула, которые легли в основу разработки компании Bausano: экологически инновационного и технически адаптируемого исследовательского проекта в производственном масштабе, посвященного механическому рециклингу отходов производства ПВХ.

Следует отметить, что существует два основных метода переработки ПВХ: механический и химический рециклинг. Процессы механического рециклинга включают сепарацию, измельчение и подачу измельченного продукта в оборудование для переработки, а именно в экструдер для промышленных отходов. С другой стороны, химический рециклинг основан на принципе обратного превращения пластика в компоненты сырья, для их повторного использования в процессах синтеза или других химических процессах. Механический рециклинг предпочтителен при наличии ПВХ с известным составом и возможностью отслеживания. В настоящее время это общеотраслевое решение является наиболее популярным и постоянно совершенствуется с целью получения более чистого сырья, а также новых продуктов/способов использования рециклированного материала.

Цели проекта и результаты, полученные при использовании экструдированных ПВХ-пластикатов

Процессу переработки подвергались смешанные постиндустриальные отходы жесткого/пластифицированного ПВХ, не поддающиеся сепарации в связи с наличием соэкструдированных профилей, например, уплотнителей для оконных и дверных коробок. Конечная цель - повторная экструзия для получения того же самого продукта либо других аналогичных продуктов.

Процесс получения соэкструдированных уплотнителей из экструдированных ПВХ-пластикатов

Жесткий/эластичный ПВХ (ПВХ-пластикат) образует большое количество отходов, например, отходы после замены материала или изменения цвета, дефектные профили, объем которых достигает примерно 12 процентов от выпускаемой продукции. В прошлом отходы этого типа никогда не подвергались какой-либо переработке и обычно вывозились на мусорные полигоны; при этом диапазон затрат на удаление отходов начинался от 2,0-2,5 евро/кг, а в некоторых случаях затраты были еще выше. Технологический вызов для Bausano и всей индустрии пластмасс заключался в следующем:  обеспечить переработку именно смешанных отходов, поскольку отходы производства, состоящие из однотипных материалов и поступающие с других производственных линий (такие как моноэкструдированные профили и формованные изделия), уже рекуперировались, смешивались с первичным ПВХ и запускались обратно в производственный процесс.
Цель была достигнута благодаря разработке процесса механического рециклинга, оптимизированного в зависимости от типа перерабатываемого лома. Данный процесс был направлен на получение продукции, обладающей эксплуатационными свойствами, сопоставимыми с характеристиками изделий, изготовленных исключительно из первичного сырья. Это обеспечит большое конкурентное преимущество при выводе такой продукции на рынок, потому что факт производства данных изделий на основе процесса рециклинга станет их добавленной ценностью.

Разработка рециклированных материалов и выявление возможных сфер их применения

В процессе предварительной проектной деятельности были проанализированы исходные материалы, а точнее компаунды из первичного жесткого и эластичного ПВХ, используемые в соэкструдированных профилях. Основная техническая проблема, подлежащая решению при разработке процесса рециклинга, связана с наличием значительной разницы в реологических профилях жесткого и эластичного ПВХ и, соответственно, большой разницы в температурах обработки. Поэтому необходимо найти диапазон технологических параметров, обеспечивающий эффективное смешение материалов двух типов без деградации полимеров под воздействием высоких температур. При разработке компаунда из рециклированных материалов, обладающего однотипными характеристиками, а именно его эксплуатационные качества и эстетический внешний вид должны были подходить для применения в целевых областях, компания Bausano преследовала следующие цели:

• Оптимизация процесса уменьшения размеров отходов
• Оптимизация состава смеси посредством подходящих добавок
• Оптимизация параметров экструзионного процесса для снижения термической деструкции, при оптимальном смешивании двух типов ПВХ.

Затем при помощи нашего лабораторного экструдера MD30 была экструдирована серия компаундов с различным составом - сначала в лабораторном масштабе, для изучения осуществимости и экструдируемости.
Затем составы и соответствующие технологические параметры, давшие наиболее многообещающие результаты, были воспроизведены в промышленном масштабе на нашем двухшнековом экструдере MD Nextmover для регрануляции ПВХ.
 
В отношении всех компаундов, произведенных как на лабораторном, так и на двухшнековом экструдерах, требовалось оценить однородность смешения, продемонстрировать техническую воспроизводимость процесса рециклинга в промышленном масштабе, определить его оптимальные рабочие параметры, а также технические характеристики изделия из полученного рециклированного материала.
Затем были определены некоторые потенциальные сферы применения компаундов, полученных в результате смешанного рециклинга, с возможным добавлением жесткого или эластичного исходного материала для получения степени твердости, необходимой в целевой области применения. Гранулы, экструдированные экструдером для переработки промышленных отходов, могут использоваться в трубах, профилях или в исходном соэкструдированном продукте, при производстве которого и образовались данные отходы.
Содержание рециклированного материала, используемого в производстве на основе первичного ПВХ, составляло свыше 60 процентов. Речь идет о нижнем пределе для переработанного пластика, используемого при выпуске продукции, которая сертифицируется в качестве «рециклированной» посредством непрерывного экструзионного процесса. Следует отметить, что с технической точки зрения такой процент представляет собой особо амбициозную цель, учитывая разнородность характеристик отходов ПВХ.
 
На заключительном этапе проекта все подобранные компоненты были физически изготовлены из разработанных рециклированных компаундов, чтобы сравнить их эксплуатационные характеристики с аналогичными образцами из первичного материала.

Соэкструдированные уплотнители из экструдированных ПВХ-пластикатов

Для изготовления твердой части соэкструдированного уплотнителя в соответствии с целевым показателем твердости (ShD) использовались компаунды, полученные из рециклатов с добавлением первичного жесткого ПВХ.
Уплотнители, которые были произведены в оптимальных условиях с точки зрения параметров экструзии и исходного компаунда, соответствуют минимальным требованиям к твердости и размерной стабильности, для обеспечения надлежащей посадки в предполагаемое гнездо при конечном использовании (речь идет о прокладках для ворот).
Поверхностная обработка сопоставима с обработкой компонента, произведенного из первичного ПВХ.

Одноэкструдированные стержни из экструдированных ПВХ-пластикатов

Чтобы произвести этот компонент в соответствии с  целевым показателем твердости (до 80 ShA), использовались компаунды из рециклатов с добавлением эластичного или жесткого ПВХ. Стержни, которые были произведены в оптимальных условиях с точки зрения параметров экструзии и исходного компаунда, соответствуют минимальным требованиям к твердости и размерной стабильности, для обеспечения надлежащей посадки в предполагаемое гнездо при конечном использовании. Более того, они обладают улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с соответствующим первичным материалом благодаря чуть более высокой средней твердости, которую удалось получить.
Трубчатый компонент должен обладать характеристиками, препятствующими его выходу из соответствующего гнезда под действием растягивающего усилия, вызванного либо напряжением листа, либо ветром.
Это может быть обусловлено как деформируемостью материала, входящего в состав данного компонента, так и его геометрией, поскольку речь идет о полом профиле. В этом случае был проведен специально разработанный тест с точным моделированием такого усилия. Эстетические характеристики неотличимы от качеств экструдированного трубчатого компонента из первичного ПВХ-пластиката.

Выводы и будущие разработки

Замкнутый цикл переработки ПВХ, разработанный компанией Bausano, позволяет, в первую очередь, получать конкретные данные исследований и проектные данные, которые могут применяться к нашим заказчикам. Если заказчики внедрят технологию рециклинга с использованием экструдера Bausano, то они, в свою очередь, получат множество преимуществ даже в наше время, характеризующееся «историческим» дефицитом сырья. Преимущества заключаются в следующем:

• Снижение негативного воздействия на окружающую среду за счет резкого сокращения отходов производства, отправляемых на мусорные полигоны, и частичной замены первичного сырья из невозобновляемых ископаемых ресурсов на вторичное сырье;
• значительная экономия средств: компания зафиксирует немедленное сокращение статьи расходов, связанных с осуществлявшимися ранее операциями по утилизации производственных отходов, а также со стоимостью и сложностью закупки сырья;
• возможность использования в процессе рециклинга ПВХ наших энергосберегающих систем для индукционного нагрева цилиндра обеспечивает дополнительную экономию средств и защиту окружающей среды;
• возможность мониторинга всех производственных параметров благодаря нашей системе IoT Industry 4.0 Orquestra.

Использование ПВХ, полученного в результате рециклинга с добавлением либо без добавления первичного ПВХ, для выпуска новых изделий, отличных от имеющихся в настоящее время, может рассматриваться как одно из направлений будущего развития, которое позволит расширить ассортимент продукции, предлагаемой компанией Bausano.