Реакция получения полиэтилена: Процесс получения полиэтилена и полипропилена. химия Рудзитис 10 класс вопрос 4 параграф 42

Содержание

ХиМиК.ru — ПОЛИЭТИЛЕН — Химическая энциклопедия

ПОЛИЭТИЛЕН (петротен, алкатен, хостален LD, стафлен юнипол, карлон, хостален G, хей-жекс и др.) (—СН2СН2—)n, твердый белый полимер; термопласт. В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого давления, или низкой плотности, мол. м. 3·104-4·105 (полиэтилен вд) и полиэтилен низкого давления, или высокой плотности, мол. м. 5·104-106 (полиэтилен нд). Они отличаются друг от друга структурой макромолекул (наличием у полиэтилена вд длинноцепочечных ответвлений), а следовательно, и св-вами (см. табл.). Степень кристалличности 60% (полиэтилен вд) и 70-90% (полиэтилен нд). Полиэтилен обладает низкой газо- и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных в-в, наибольшей для углеводородов). Хим. стойкость зависит от мол. массы, ММР и плотности. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с р-рами любых солей, в т. ч. и солей-окислителей, карбоновыми, конц. соляной и плавиковой к-тами. Он разрушается 50%-ной HNO

3, а также жидкими и газообразными С12 и F2. Бром и иод через полиэтилен диффундируют. Полиэтилен не раств. в орг. р-рителях при комнатной т-ре и ограниченно набухает в них.

Полиэтилен стоек при нагр. в вакууме и атмосфере инертного газа; деструктируется при нагр. на воздухе уже при 80 °С. Под действием солнечной радиации, особенно УФ лучей, подвергается фотостарению (см. Старение полимеров). В качестве антиоксидантов полиэтилена наиб. эффективны ароматич. амины, фенолы, фосфиты, в качестве светостабилизаторов — сажа, производные бензофенонов. Полиэтилен практически безвреден; из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека в-ва.

Полиэтилен можно модифицировать: посредством хлорирования, сульфирования, бромирования, фторирования придать ему каучукоподобные св-ва, улучшить теплостойкость, хим. стойкость; сополимеризацией с др. олефинами, полярными мономерами повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность, адгезионные характеристики; смешением с др. полимерами или сополимерами улучшить теплостойкость, ударную вязкость и т.д. (см., напр., Поли-олефины хлорированные, Полиэтилен хлорсульфированныи).

В пром-сти полиэтилен получают полимеризацией этилена. Процесс при высоком давлении протекает по радикальному механизму под действием О2, пероксидов, напр. лау-рила или бензоила, или их смесей. При произ-ве полиэтилена в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180°С, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 °С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от кол-ва и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший этилен, расплав охлаждают до 180-190°С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 °С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.

Принципиальная схема произ-ва полиэтилена в автоклаве с перемешивающим устройством отличается тем, что инициатор в парафиновом масле подается спец. насосом высокого давления непосредственно в реактор. Процесс проводят при 250 °С и давлении 150 МПа; среднее время пребывания этилена в реакторе 30 с; степень превращения ок. 20%.

Процесс при низком давлении осуществляют в условиях гетерог. или гомог. катализа (о механизме см. Координационно-ионная полимеризация). Технол. схема получения полиэтилена нд в суспензии включает след. стадии: приготовление суспензии катализатора, напр. Ti(OR)

nCl4_n, нанесенного на MgCl2 или MgO, и р-ра активатора (напр., A1R3), полимеризацию этилена (70-95 °С, давление 1,5-3,3 МПа), удаление р-рителя, сушку и гранулирование полиэтилена. Степень превращения этилена 98%, концентрация полиэтилена в суспензии 45%; единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теп-лосъема до 60-75 тыс. т/год.

Процесс получения полиэтилена в р-ре (чаще в гексане) проводят при 160-250 °С, давлении 3,4-5,3 МПа, время контакта с катализатором 10-15 мин (кат.-СrO3 на силикагеле, Ti-Mg или др.). Полиэтилен из р-ра выделяют удалением р-рителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при т-ре, превышающей т-ру плавления полиэтилена (в воду переходят низкомол. фракции полиэтилена и нейтрализуются остатки катализатора). Преимущества метода перед суспензионным: исключение стадий отжима и сушки полимера, возможность утилизации теплоты полимеризации для испарения р-рителя, более легкое регулирование мол. массы полиэтилена.

Газофазную полимеризацию этилена проводят при 90-100 °С и давлении 2 МПа (кат.-хромсодержащее соед. на силикагеле). В ниж. части реактор имеет перфорир. решетку для равномерного распределения подаваемого этилена с целью создания кипящего слоя, в верхней — расширенную зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания осн. массы частиц образовавшегося полиэтилена.

Т. наз. линейный полиэтилен, полученный всеми способами полимеризации этилена при низком давлении, представляет собой сополимер этилена с высшими а-олефинами, напр, а-бутеном, а-гексеном, 4-метилпентеном (назв. «линейный» в данном случае условно, т. к. этот полиэтилен содержит боковые ответвления сомономера). Плотность полиэтилена регулируют кол-вом а-олефина. По св-вам он близок полиэтилену нд, но превосходит его по прочности и стойкости к растрескиванию.

Полиэтилен перерабатывают при 120-280 °С всеми известными методами, применяемыми для переработки термопластов (см. Полимерных материалов переработка).

Наиб. широко полиэтилен применяют для произ-ва пленок техн. и бытового назначения (см. Пленки полимерные). Из полиэтилена изготовляют емкости для хранения агрессивных сред, конст-рукц. детали, арматуру, вентиляц. установки, гальванич. ванны, струйные насосы, детали автомашин, протезы внутр. органов, электроизоляцию, высокопрочное волокно (см. По-лиолефиновые волокна), пенополиэтилен (см. Пенопласты), предметы домашнего обихода и др.

Мировое произ-во полиэтилена более 30 млн .т/год (1988). Крупномасштабное произ-во полиэтилена вд сокращается благодаря получению «линейного» полиэтилена при низком давлении.

Впервые полиэтилен получен в 1932 методом высокого давления в Великобритании, методом низкого давления-в 1953 в ФРГ.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977; Кристаллические полиоле-фины, т. 1 — Синтез, пер. с англ., М., 1979; Полиэтилен низкого давления, Л., 1980; Полиэтилен высокого давления. Научно-технические основы промышленного синтеза, Л., 1988; Bohm L., «Chem.-Ing. Techn.», 1984, Bd 56, №9, S. 674-84; Choi K. J., Ray W. H, «J. Macrom. Sci. Rev. Macrom. Chem. Phys.», 1985, v. 25, № 1, p. 1-56. C.C. Иванчев.

Суспензионный полиэтилен низкого давления (ПНД) 2022

Полиэтилен низкого давления получают в реакции полимеризации газообразного углеводорода этилена при пониженном давлении, сравнимом с атмосферным. Этот процесс может происходить только в присутствии различных катализаторов и других веществ, при чем различают несколько подвидов получаемого полимера в зависимости от применяемой технологии и качественного состава сопутствующей смеси. Одним из них и является суспензионный ПНД.

Суспензионный метод полимеризации

Катализаторы

ПНД суспензионного вида получают в смеси металлоорганических катализаторов, в качестве которых обычно используются комплексы с основой на солях титана либо алюминия.

ИНТЕРЕСНО! Для приготовления суспензии также иногда применяются соединения других металлов (молибдена, циркония, ванадия). Такая замена уменьшает активность катализатора и повышает себестоимость производства, поэтому в крупнотоннажном производстве не оправдана.

Реакция может проходить как гомогенный катализ, то есть в прямом взаимодействии этилена с катализатором. Но чаще проводится гетерогенный процесс при реагировании углеводорода с катализаторами, нанесенными на поверхность твердого вещества. Гетерогенный катализ проходит немного сложнее, но дает больший процент преобразования этилена. В нем используются:

  • Хлориды титана с нанесением их на оксид или хлориды магния,
  • Нанесенный на алюмосиликат оксид хрома,
  • Оксид никеля с твердой основой из активированного угля и др.

Производственный процесс

Сама технология полимеризации этилена суспензионным методом выглядит следующим образом:

  1. Каталитический комплекс перемешивается с жидким углеводородом,
  2. Устанавливается давление порядка от 3,5 до 4-х атм. при повышении температуры до 50-ти – 75-ти 0C,
  3. Через систему с суспензией пропускается этилен в газообразном состоянии,
  4. В процессе дальнейшего перемешивания образуется зернистый осадок из получившегося полимера.

Далее смесь еще некоторое время перемешивается, до достижения определенной высоты вязкости полученного осадка. Затем растворитель с продуктами дезактивации катализаторов удаляется, а образованный полимер сушится и прогоняется через экструдер для его грануляции.

ВНИМАНИЕ! Грануляция ПНД проходит в соответствии с принятыми нормами стандартов на внешний вид гранул: они должны быть одинаковой формы, размером не более чем 2-5 мм в диаметре, имеющими одинаковый ровный цвет. Превышение разрешенного процента отклонений переводит партию полиэтилена в другую группу сортности либо считается браком.

Основные свойства

Технические показатели

Для модификаций ПНД, получаемых суспензионным методом, характерны:

  • Плотность – 0,949-0,955 г/см3,
  • Текучесть расплава, измеренная за 10 минут – 0,1-10,0 г,
  • Предел текучести – 21,0 – 25,5 МПа,
  • Удлинение до разрыва – 200-800 %,
  • Температура, ниже которой материал становится хрупким – -80 – -150 0C,

Отличия от газофазного ПНД

Полиэтилен низкого давления может также производиться так называемым газофазным методом. В отличие от конечного продукта этой методики суспензионный ПНД обладает следующими свойствами:

  • Процент преобразования этилена в полимер в суспензии достигает 98%.
  • Он имеет более сильную структуру, поэтому более прочный на растяжение и может выдерживать большие нагрузки.
  • Более пластичен и стоек к растрескиванию.
  • Более однородный, без включения слабых зон и с равномерным распределением характеристик по всему объему.
  • Суспензионный ПНД может выпускаться как в виде базового продукта без добавок, так и в композициях со стабилизаторами и красителями, а газофазный – только в композиции со стабилизаторами вследствие химической нестабильности.
  • Может содержать в качестве остатков от продуктов реакции оксиды некоторых легких металлов и неагрессивные кислоты.

Правила хранения и транспортировки

Гранулы ПНД упаковываются в 4-5-слойные мешки весом 20-25 кг и контейнеры весом от 200 до 1000 кг. В упакованном виде они могут отлично храниться с гарантийным сроком до 7-ми лет, при соблюдении правил размещения на складах:

  • В закрытых помещениях без попадания прямых солнечных лучей,
  • В температурном режиме не более 25-ти 0C,
  • На расстоянии не меньше 1 метра от отопительно-нагревательных приборов,
  • При влажности окружающей среды от 40-ка до 80-ти %,
  • Под открытыми навесами – не более 10-ти суток.

ВАЖНО! Если упаковки с полиэтиленовыми гранулами хранились при температуре ниже 10-ти 0C, то перед вскрытием для начала каких-либо производственных действий они должны выдерживаться в отапливаемом помещении не меньше 12-ти — 15-ти часов.

Транспортировка гранулированного полиэтилена организуется любым видом крытого транспорта (авто, ж/д, водный). При этом он может перевозиться не только в мешках и контейнерах, но и насыпью в вагонах по согласованности с потребителем.

Использование

Методы переработки

Суспензионный полиэтилен ПНД может перерабатываться всеми методами, возможными для ПЭ-материалов, с получением очень качественных изделий разной формы, толщины и объемов:

  • Экструзионным методом как для получения рукавного материала различного профиля и толщины, так и плоскощелевым способом,
  • Литьем формовочных предметов (деталей),
  • Прессовкой плоских изделий и материалов большой площади,
  • Выдуванием емкостных предметов,
  • Напылением тонким слоем на уже имеющиеся поверхности.

Область применения

Применение суспензионных модификаций ПНД очень широко. Из них изготавливают:

  • Различной толщины пленки и листы,
  • Панели и плиты,
  • Напорные трубы и соединительные элементы трубопроводов (фитинги, муфты и т.п.),
  • Емкости объемами до 36-ти литров и более,
  • Электротехнические изделия,
  • Покрытия для бумаги, ткани и др.,
  • Различные другие малогабаритные и крупногабаритные предметы с толщиной стенок от 0,5 мм.

Полимеризация этилена в трубчатых и автоклавных реакторах

ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Температура полимеризации °С

Реакция полимеризации этилена относится к числу наиболее экзо- термичных реакций (теплота полимеризации 109 кДж/моль) [10, с. 38]. поэтому основной проблемой в производстве полиэтилена является отвод большого количества теплоты, выделяемой в процессе полиме­ризации. Возможность отвода теплоты определяет, в конечном счете,
конверсию этилена в полиэтилен. Отвод теплоты можно осуществить либо через стенку реактора с помощью теплоносителя, либо путем на­грева реакционной массы в реакторе. В зависимости от типа конструк­ции реактора эти способы отвода теплоты реализуются отдельно или совмещаются.

В реакторах трубчатого типа при большой длине и сравнительно малом диаметре труб площадь теплопередающей поверхности относи­тельно велика, поэтому через стенку может быть отведено до 35 % теп­лоты реакции [11]. В реакторах автоклавного типа площадь теплопере­дающей поверхности невелика, поэтому вся теплота отводится за счет нагрева холодного этилена, подаваемого в реактор.

Необходимость эффективного отвода теплоты обусловлена склон­ностью реакции полимеризации к самоускорению. Даже небольшое по­вышение температуры в условиях затрудненного отвода теплоты приво­дит к ускорению экзотермической реакции, что в свою очередь еще больше разогревает реакционную массу. Температура возрастает очень быстро и может привести к термическому разложению этилена. При вы­соком давлении и температуре выше 350 °С происходит взрывное разло­жение этилена с образованием метана, водорода и углерода. В момент взрыва давление в замкнутом объеме может достичь 390—580 МПа, а температура 727—927 °С.

Для предохранения оборудования от разрушения в случае разложе­ния реакторы, а также и другие аппараты (компрессоры, отделители) снабжены предохранительными Устройствами — разрывными мембрана­ми и быстродействующими клапанами, сбрасывающими реакционную массу в атмосферу или в специальные резервуары.

Другая особенность процесса полимеризации этилена связана с из­менением фазового состояния смеси этилен — полиэтилен. В зависимо­сти от температуры, давления и концентрации полиэтилена эта смесь в реакторе может быть гомогенной или расслаиваться на две фазы (см. гл. 3). Одна из них представляет собой раствор полиэтилена в этилене с малой вязкостью, другая — раствор этилена в расплавленном поли­этилене с высокой вязкостью. Для достижения оптимальных скоростей полимеризации реакцию следует проводить в гомогенных условиях. Кроме того, наличие высоковязкой фазы в реакторе может вызвать налипание ее на стенки реактора с образованием сплошной пленки, толщина которой тем больше, чем ниже скорость движения реакционной массы. Пленка затрудняет отвод теплоты. На рис. 2.8 показано, что обра­зование пленки толщиной 1 мм снижает коэффициент теплопередачи в промышленном реакторе трубчатого типа более чем вдвое [12].

Полимеризация этилена может проводиться в трубчатых и автоклав- пых реакторах. В промышленности широко используются реакторы обоих типов: около 55% ПЭВД выпускается в трубчатых реакторах, около 45 % — в автоклавных.

Рис. 2.8. Зависимость коэффициента теплонередачи К в реакторе от толщи­ны пленки h на стенке ■

Рис. 2.9. Трубчатый реактор

Трубчатый реактор (рис. 2.9) конструктивно представляет со­бой аппарат типа „труба в трубе». Он состоит из труб высокого дав­ления, последовательно соединен­ных при помощи фланцев. Трубы имеют внутренний диаметр (для различных установок) от 34 до 68 мм. Общая длина реактора составляет от нескольких сотен до тысячи и более метров. Трубы снабжены наружными рубашками, в которых циркулирует теплоноситель — горячая вода под давлением. По всей длине реактора имеются термопары, измеряющие температуру реакционной среды. В начале, в конце реактора, а также в нескольких точках по длине проводится измерение давления реакционной массы. В конце реактора установлен дросселирующий клапан, с помощью кото­рого поддерживается необходимое реакционное давление и осуществля­ется выгрузка реакционной массы из реактора.

Этилен+ини-к Горячая циатор | вода

Горячая Ьода

По принципу действия трубчатый реактор является аппаратом вы­теснения: режим движения реакционной массы в реакторе — турбулент­ный, поршневой. Полимеризация протекает при постоянно меняющихся по длине реактора параметрах — температуре, давлении, концентрации инициатора и образующегося полимера.

В реакторе можно выделить три участка. В первом — подогревате­ле — происходит разогрев этилена до температуры реакции. Образования полиэтилена на этом участке практически не происходит. Во втором участке — собственно зоне реакции — протекает полимеризация этилена, температура за счет экзотермии возрастает до максимальной, концентра­ция инициатора снижается к концу участка до нуля. В третьем участке реакционная масса, состоящая из полиэтилена и непрореагировавшего мономера, охлаждается. Охлаждение реакционной массы к концу реак­тора необходимо для того, чтобы при снижении давления температура ее не достигла температуры разложения этилена (дросселирование до дав­ления 25—30 МПа сопровождается выделением теплоты). Каждый учас­ток реактора имеет свой контур теплоносителя. На рис. 2.10 приведен температурный профиль полимеризации в трубчатом реакторе [13].

О 100 160 200 J00 380 400 480

L, M

Рис. 2.10. Температурный профиль полимеризации в трубчатом реакторе (внутрен­ний диаметр 35 мм, рабочее давление 200 МПа, смесь инициаторов) [13]:

Конверсия этилена в трубчатом реакторе определяется количеством теплоты, идущей на нагрев реакционной массы (т. е. практически разно­стью температур реакционной массы на входе в реакционную зону и на выходе из нее), и количеством р, мпа теплоты, отводимой чеоез стенку

‘ ~ Участок нагрева; II — участок реакции; III — участок охлаждения; 1 — темпера­тура теплоносителя

(которое определяется коэффициентом теплопередачи, площадью по­верхности теплообмена и разностью температур реакционной массы и теплоносителя). Для повышения конверсии можно снизить температуру начала реакции за счет применения инициаторов, распадающихся при срав­нительно низких температурах. Снижение температуры теплоносителя ограничивается опасностью высаждения полиэтилена на стенках реактора. С повышением линейной скорости этилена в реакторе растет коэффици­ент теплопередачи, но одновременно увеличивается и перепад давления в реакторе, что ухудшает свойства полиэтилена. Максимальная темпера­тура в реакторе не должна быть выше 320 °С.

Все указанные ограничения не позволяют достичь в однозонных трубчатых реакторах, где весь поток газа вводится в начало реактора, конверсии выше 15 %.

Чтобы улучшить теплоотвод из реактора, применяют пульсирующий режим поддержания давления — периодически (через 60-100 с) на ко­роткое время резко снижают давление на 20—30 МПа. При этом, за счет увеличения скорости газа, пленка полимера, образовавшаяся на стенках, срывается и выносится из реактора. Этот прием позволяет повысить устойчивость реакции для реакторов с низкой скоростью движения реак­ционной массы или реакторов, в которых полимеризация проходит в гетерогенной области.

Как показали проведенные измерения давления по длине реактора (рис. 2.11) в момент периодического сброса, при снижении давления в начале реактора на 20 МПа в конце реактора давление снижается на 30 МПа [14]. Такое значительное изменение давления в процессе реак­ции приводит к снижению производительности и ухудшению однородно­сти свойств полимера.

В современных установках, например установках типа „Полимир», благодаря выбранным оптимальным условиям (высокая скорость дви­жения реакционной массы, гомогенность среды) полимеризация про­водится без периодических сбросов давления. При этом достигается та же степень устойчивости, что и при работе со сбросами, но при более высокой конверсии и высоком качестве полиэтилена [2].

Существенного повышения конверсии (до 30-35%) можно достичь в трубчатом реакторе с несколькими вводами холодного этилена по дли­не. В этом случае только часть этилена (от 15 до 50%) проходит подогре­ватель и вводится в начало реактора, а остальной этилен охлаждается и вводится через специальные боковые вводы (обычно 2—4) в зоны после достижения максимальной температуры по длине реактора. Количество и температуру этилена, подаваемого в каждый боковой ввод, рассчиты­вают таким образом, чтобы в месте его смешения с основным потоком температура реакционной смеси была не ниже температуры начала реак­ции. В каждую из зон такого многозонного трубчатого реактора (рис. 2.12) вводится дополнительное количество инициатора. Современные

Производства ПЭВД с трубчатыми реакторами оснащены многозонными реакторами.

Широко применяется в производстве ПЭВД также реактор автоклав­ного типа с перемешивающим устройством. В настоящее время в про­мышленности используются автоклавные реакторы двух типов [15]: 1) удлиненный реактор со встроенным электродвигателем мешалки, работающим в среде этилена под рабочим давлением; отношение длины к диаметру 8—20; 2) компактный реактор с электродвигателем мешал­ки, вынесенным из реакционной зоны; отношение длины к диаметру 2-5. Объем реакторов первого типа (рис. 2.13, а) 0,2—1 м3, второго (рис. 2.13, б) — более 1 м3 [11].

Автоклавные реакторы работают под давлением 150-250 МПа и при температуре 150—280 °С.

Автоклавный реактор по принципу действия является аппаратом смешения — во всем объеме устанавливается одинаковая концентрация инициатора и полимера. Для автоклавов компактного типа характерен небольшой температурный градиент по высоте реактора. В удлиненных 40

2.12. Схема трубчатого реактора с боковыми вводами этилена, профиль темпе­ратуры и конверсия по длине реактора [8J:

В начало реактора С0 = 12,5

H 309

Подача этилена, т/ч *™ициат0р Давление, МПа

В 1-й боко — Во 2-й боко — В 3-й боко­вой ввод ковой ввод вой ввод G, = 7,8 Сг = 12,0 G3 = 13,6

H 285

Б — с вынесенным электродвигателем

Реакторах наблюдается более значительный градиент температуры по вы­соте, что сближает их с трубчатыми реакторами.

В отличие от трубчатых реакторов, в которых время пребывания для всех частиц одинаково, для автоклавных реакторов характерно широкое распределение отдельных частиц по времени пребывания, что обусловле­но интенсивным перемешиванием реакционной массы. Это оказывает влияние на полидисперсность и структуру получаемого полиэтилена.

Подача этилена и растворов инициаторов в реактор осуществляется через специальные вводы в одну или несколько точек по высоте. В удли­ненных автоклавных реакторах обязательно предусмотрен один из вво­дов этилена через камеру электродвигателя для охлаждения последнего. Для этой же цели служит и рубашка в верхней части реактора, в которую подается холодная вода. Автоклавные реакторы оснащены быстроход­ными мешалками (1000—1500 об/мин), которые обеспечивают интенсив­ное перемешивание реакционной массы.

Конструкции мешалок подробно рассмотрены в [7, с. 62].

Для первоначального разогрева реакторы оборудованы рубашками, куда подается теплоноситель — пар, горячий воздух, дымовые газы и т. д.

Реакторы снабжены несколькими термопарами для замера температуры реакционной массы, манометрами для измерения давления на входе в ре­актор, предохранительными разрывными мембранами, штуцерами для вывода полимера.

В автоклавных реакторах достигается меньшая конверсия, чем в трубчатых. Это обусловлено тем, что полимеризация в автоклавах про­текает в адиабатических условиях и конверсия определяется возмож­ностью отвода теплоты, затрачиваемой на разогрев реакционной смеси на выходе. Это соответствует 1 % конверсии на 12—13 °С разности темпе­ратур или общей конверсии до 20%.

Важным достижением в разработке технологии полимеризации эти­лена в автоклавном реакторе является проведение двухзонного процес­са. Это достигается установлением в реакторе перегородки, препятству­ющей перемещению реакционной смеси в осевом направлении. В каждую из зон можно подавать различные количества этилена и инициатора, под­держивая в них разную температуру и достигая разного среднего време­ни пребывания. Так, например, при давлении 150 МПа в верхней зоне поддерживается температура 180 °С, образующийся при этом полимер имеет высокую молекулярную массу. В нижней зоне устанавливается температура 280 °С и образуется полимер с низкой молекулярной массой. Смесь этих двух продуктов дает материал с полезными свойствами [6].

Известны также трехзонные реакторы [13]. На рис. 2.14 приведены схема, технологические параметры и температурный профиль такого реактора.

Сравнивая процесс полимеризации в трубчатых и автоклавных реак­торах, можно выделить следующие основные особенности технологии в каждом из них.

1. В трубчатых реакторах поддерживается более высокое давление (до 350 МПа), причем оно снижается по длине реактора, тогда как в ав­токлавах реакционное давление поддерживается постоянным.

2. В трубчатых реакторах наблюдается широкий температурный про­филь по длине, при этом максимальная температура достигает 320 С. В автоклавах температура поддерживается в узких пределах в каждой зоне в интервале 170-280 °С. = 235 t3 = 280

I, — ірет-бутил — I2 — грег-бутил — Ij — ди-трет-

Пернеодеканоат пербензоат бутилпероксид

Подача инициатора, кг/ч 10 1,4 о,5

Кислород— пероксиды, тогда как полимеризация в автоклавах прово­дится только под влиянием пероксидных инициаторов. Невозможность применения кислорода для инициирования полимеризации в автоклав­ных реакторах объясняется трудностями регулирования температуры в реакторе из-за запаздывания при дозировании кислорода.

6. Пуск автоклавного реактора затруднен и требует подачи избыточ­ного количества инициатора для предотвращения падения температуры при пуске.

Указанные особенности оказывают влияние на структуру и свойства полиэтилена, которые в зависимости от типа реактора несколько разли­чаются. Полиэтилен, полученный в трубчатом реакторе, имеет большую разветвленносгь и меньшую полидисперсность, чем полученный в авто­клавном реакторе. Этот полиэтилен более пригоден для производства| пленок, тогда как полиэтилен, полученный в автоклавном реакторе,’ находит широкое применение в производстве покрытий. Подробно зави­симость структуры и свойств полиэтилена от параметров полимеризации рассмотрена в гл. 7.

Направление интенсификации процесса полимеризации этилена. Основным условием при создании высокоэкономичных производств ПЭВД является повышение конверсии этилена. Это позволяет снизить энергозатраты на компримирование этилена. •

Рассмотрим некоторые технические решения, направленные на суще­ственное повышение конверсии, опубликованные в патентной литературе в последние годы.

Способ получения полиэтилена в трубчатом реакторе с внутренней тонкостенной трубой (рис. 2.15) (пат. 157859 Англия). Внутрь трубы высокого давления 2 коаксиально вставлена тонкостенная труба І, так что полимеризация проводится в кольцевом зазоре. Труба 1 рассчитана только на небольшой перепад давления и имеет поэтому сравнительно малую толщину стенки, обеспечивающую хороший теплоотвод. Этилен разогревается во внутренней полости трубы 1 до температуры начала реакции, смешивается с частью холодного этилена и вводится в кольце­вую реакционную зону 2, куда подается инициатор. Разогрев этилена осуществляется за счет теплоты реакции и это позволяет существенно повысить конверсию. По расчетам авторов, для приведенных в патенте условий (подача этилена 20 т/ч, длина реактора 564 м, давление реакции 245 МПа) конверсия увеличивается с 21,5 до 28,6%.

Процесс получения полиэтилена с конверсией не менее 28% в труб­чатом реакторе (пат. 4135044 США). Трубчатый реактор имеет 3—4 реак­ционные зоны, причем за каждой зоной реакции следует зона охлажде­ния. Диаметр труб реактора переменный — увеличивается от 31,2 до 50 мм, при этом каждая зона реакции имеет меньший диаметр, чем сле­дующая за ней зона охлаждения.

4

Повышение конверсии в однозонном трубчатом реакторе от 14 до 19%, а в двухзонном от 20 до 26,5 % достигается за счет повышения эф­фективности использования объема реактора (а. с. 929650 СССР). В со­ответствии с предложенным авторами способом полимеризации, ини­циируемой кислородом, в одно — или двухзонный реактор подается до­полнительно пероксид водорода в точки по длине реактора, располо­женные на расстоянии, эквивалентном времени пребывания реакционной

Теплоноситель

Этилен + полиэтилен

Рис. 2.15. Схема трубчатого реактора с внутренней тонкостенной трубой:

— внутренняя труба; 2 — труба высокого давления; 3 — рубашка для циркуля­ции теплоносителя; 4 — регулятор температуры

Смеси 5— 1U с (начиная от точки достижения максимальной температу­ры). Подача пероксида водорода позволяет в этих точках реактора создавать заданную концентрацию кислорода, образующегося при раз­ложении пероксида водорода до его смешения с реакционным по­током.

В а. с. 889667 СССР описан способ повышения конверсии в двух — зонном трубчатом реакторе при использовании инициатора кислорода. Инициатор — кислород в виде 4— 30%-го раствора в инертном газе вво­дится непосредственно в реактор, в несколько точек по длине, в кото­рых температура после достижения максимального значения снизилась не менее чем на 10 °С. Непосредственная подача кислорода в реактор позволяет увеличить быстродействие управления его температурным режимом и достичь конверсии 21-32%.

На смену классическим естественным материалам постепенно приходят новые синтетические – полимеры. Из всего многообразия которых, в наибольшей степени требованиям водопроводных систем отвечают полихлорвинил, полиэтилен

ПЭВД выпускают в виде гранул без добавок (базовые марки) и в виде компо­зиций иа основе базовых марок со стабилизаторами и другими добавками, в окра­шенном или неокрашенном виде — по ГОСТ …

Обозначение базовых марок ПЭВД состоит из названия материала „полиэти­лен» и восьми цифр. Первая цифра обозначает способ получения: 1 — процесс полимеризации прн высоком давлении с применением инициаторов радикального типа. Вторая …

Влияние условий реакции на гидрогенолиз полипропилена и полиэтилена в газообразные и жидкие алканы

Гидрогенолиз полипропилена (ПП) и полиэтилена (ПЭ) позволяет превратить эти пластики в более мелкие углеводороды при относительно низкой температуре. Среди переходных металлов, нанесенных на углерод (C), рутений (Ru) показал наибольшую эффективность, образуя смеси алканов C 1 –C 38 .Степень разветвленности продуктов зависит от положения скола С-С, которое можно регулировать давлением H 2 . Жидкие алканы получают при температуре ниже 225 °C и 200 °C из полипропилена и полиэтилена соответственно при давлении 30 бар. Распределение С и степень разветвленности продуктов остаются неизменными ниже полной конверсии исходного полимера. Увеличение давления H 2 способствует гидрогенолизу внутренних связей C–C, снижению образования метана (CH 4 ) и способствует линейным продуктам, а не разветвленным.Выход жидкости >57% был достигнут с ПЭ при оптимальных условиях. Выявлено влияние структуры исходного полиолефина, условий реакции и присутствия хлора на распределение продуктов и степень разветвления.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

Производство метана и этилена из пластика в окружающей среде

PLoS One. 2018; 13(8): e0200574.

, Концептуализация, Формальный анализ, Исследование, Методология, Управление проектом, Ресурсы, Проверка, Визуализация, Написание – первоначальный проект, Написание – обзор и редактирование, ¤ * , Концептуализация, Исследование, Методология, Ресурсы, Написание – обзор и редактирование, , Концептуализация, Исследование, Методология, Ресурсы, Надзор, Написание – обзор и редактирование, и, Концептуализация, Привлечение финансирования, Исследование, Методология, Администрирование проекта, Ресурсы, Надзор, Написание – обзор и редактирование *

Сара-Жанна Ройер

Дэниел К.Inouye Center for Microbial Oceanography: Research and Education, School of Ocean and Earth Science & Technology, Hawaii University at Manoa, Honolulu, Hawaii, United States of America

Sara Ferrón

Daniel K. Inouye Center for Microbial Oceanography: Research and Образование, Школа океанологии и наук о Земле и технологии, Гавайский университет в Маноа, Гонолулу, Гавайи, Соединенные Штаты Америки

Samuel T. Wilson

Daniel K. Inouye Центр микробной океанографии: исследования и образование, Школа океанологии и Науки о Земле и технологии, Гавайский университет в Маноа, Гонолулу, Гавайи, Соединенные Штаты Америки

Дэвид М.Karl

Даниэль К. Иноуе Центр микробной океанографии: исследования и образование, Школа океанологии и наук о Земле и технологий, Гавайский университет в Маноа, Гонолулу, Гавайи, Соединенные Штаты Америки

П. Пардха-Сарадхи, редактор

Даниэль К. Иноуе, Центр микробной океанографии: исследования и образование, Школа океанологии, наук о Земле и технологий, Гавайский университет в Маноа, Гонолулу, Гавайи, США

Университет Дели, ИНДИЯ

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

¤ Текущий адрес: Международный тихоокеанский исследовательский центр, Школа наук и технологий об океане и Земле, Гавайский университет в Маноа, Гонолулу, Гавайи, США

Поступила в редакцию 21 декабря 2017 г.; Принято 1 июля 2018 г.

Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Массовое производство пластмасс началось почти 70 лет назад, и ожидается, что объем производства удвоится в течение следующих двух десятилетий. Благодаря своей долговечности, стабильности и низкой стоимости пластмассы используются во многих областях, однако они оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Известно, что пластик при разложении выделяет различные химические вещества, что оказывает негативное влияние на биоту. Здесь мы показываем, что наиболее часто используемые пластмассы выделяют два парниковых газа, метан и этилен, при воздействии окружающего солнечного излучения.Полиэтилен, который является наиболее производимым и выбрасываемым синтетическим полимером в мире, является наиболее активным источником выбросов обоих газов. Мы показываем, что производство газовых примесей из первичного полиэтилена низкой плотности увеличивается со временем со скоростью в конце 212-дневной инкубации 5,8 нмоль г -1 d -1 метана, 14,5 нмоль г — 1 d -1 этилена, 3,9 нмоль г -1 d -1 этана и 9,7 нмоль г -1 d -1 пропилена.Экологически состаренные пластмассы, инкубированные в воде не менее 152 дней, также выделяли углеводородные газы. Кроме того, полиэтилен низкой плотности выделяет эти газы при инкубации на воздухе со скоростью в ~2 раза и ~76 раз выше, чем при инкубации в воде для метана и этилена соответственно. Наши результаты показывают, что пластик представляет собой ранее непризнанный источник вредных для климата газовых примесей, количество которых, как ожидается, будет увеличиваться по мере производства и накопления пластика в окружающей среде.

Введение

За последние 50 лет производство полимеров ускорилось с 2×10 6 метрических тонн (Мт) в год в 1950 году до 381×10 6 Мт в год в 2015 году, и ожидается, что оно удвоится в следующие 20 лет. лет [1].Общее мировое производство пластмасс на сегодняшний день оценивается в 8300×10 6 млн тонн, при этом полиэтилен является наиболее распространенным полимером [2,3], на долю которого приходится примерно 36% всех видов пластмасс [1]. В окружающей среде пластмассы уязвимы для процессов выветривания и деградации, вызванных такими факторами окружающей среды, как свет, тепло, влага, химическое окисление и биологическая активность, которые ответственны за физические и химические изменения в структуре полимера [4].

Полиэтилен, как и другие пластмассы, не является инертным и, как известно, выделяет добавки и другие продукты разложения в окружающую среду в течение всего срока службы.Например, добавка бисфенол-А, используемая при производстве многих пластиковых изделий [5], по мере старения пластмассы выщелачивается, а при высокотемпературном разложении (>202°С) образуются углеводородные газы [6]. Эти химические вещества различаются для разных типов пластика, и после выброса некоторые из них могут быть токсичными и оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье человека [7–9]. Процессы деградации не только влияют на химическую целостность пластика, но и в конечном итоге приводят к фрагментации полимера на более мелкие единицы, увеличивая площадь поверхности, подверженной воздействию элементов.

Большая часть пластика синтезируется из природных газов [10], и ожидается, что выщелачивание произойдет в процессе старения. Однако, насколько нам известно, ни в одном предыдущем исследовании не сообщалось о выбросах углеводородных газов из пластика в естественных условиях. Это исследование направлено на изучение этого явления и его потенциальных экологических последствий.

В ходе нашего исследования было изучено производство углеводородных газов из полиэтилена и других пластиков при температуре окружающей среды с упором на метан (CH 4 ), один из наиболее сильнодействующих атмосферных парниковых газов [11–13], и этилен (C 2 H 4 ), который вступает в реакцию с OH в атмосфере и увеличивает концентрацию монооксида углерода [14,15].Учитывая значительный рост производства пластика во всем мире, важно понимать масштабы выбросов CH 4 и C 2 H 4 от пластика. Кроме того, мы сообщаем о производительности этана (C 2 H 6 ), второго наиболее распространенного углеводорода в атмосфере после CH 4 , который, как известно, повышает уровень тропосферного озона и окиси углерода [14,16]. , и пропилен (C 3 H 6 ), также углеводородный загрязнитель атмосферы [17].Поскольку пластмассы бывают разного состава и морфологии, мы провели серию экспериментов по оценке газообразования в различных условиях окружающей среды. Мы показываем, что солнечное излучение инициирует образование этих газов для тестируемых полимеров.

Материалы и методы

Схема эксперимента

Было проведено множество экспериментов для оценки относительного вклада пластика в выбросы углеводородных газов. Чтобы оценить, выделяют ли различные виды пластика углеводородные газы в естественных условиях, а также масштабы этих выбросов, мы протестировали некоторые из наиболее распространенных пластиков, производимых во всем мире.После выбора категории пластика, выделяющей наибольшее количество углеводородных газов, мы проверили влияние изменения плотности и морфологии (например, гранулы, хлопья, порошок) на выбросы углеводородных газов. Факторы окружающей среды, включая солнечную радиацию, УФВ (ультрафиолет В; 280–320 нм) и историю воздействия солнечного излучения, варьировались в рамках этого исследования. Эти тесты проводились параллельно с двумя долгосрочными экспериментами по оценке эффекта старения в течение 212 дней с использованием первичных гранул и в течение 152 дней с использованием морского пластика из океана.Наконец, чтобы определить влияние среды на разложение пластика и выбросы газов, мы протестировали производство газов из пластика, инкубируемого либо в воздухе, либо в воде. Все эксперименты с солнечным излучением проводились на крыше C-MORE Hale, расположенной на Гавайях, на 21,3° с.ш., 157,9° з.д.

Производство углеводородного газа из пластмасс

Первоначальные испытания были проведены с использованием различных подложек, включая поликарбонат (PC), акрил (AC), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полистирол (PS), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэтилен низкой плотности (LDPE).Каждый тип пластика инкубировали в морской воде и подвергали воздействию солнечного излучения в течение нескольких дней, чтобы измерить выброс CH 4 и C 2 H 4 во время инкубации. Пластмассовые кусочки имели размеры 5,5 х 0,8 см, толщину 0,3 см и весили примерно 1,5 г. Каждый кусок пластика инкубировали отдельно в газонепроницаемых цилиндрических кварцевых флаконах объемом 30 мл (длина 9,6 см и диаметр 2,0 см), заполненных морской водой, отфильтрованной с использованием картриджа с размером пор 0,2 мкм. Морская вода была собрана на глубине 25 м на станции ALOHA, месте долгосрочного мониторинга, расположенном в 100 км к северу от Оаху (Гавайи) в субтропическом круговороте северной части Тихого океана (22.8° с.ш., 158.0° з.д.). Круиз был частью программы Hawaii Ocean Time-series (HOT) (http://hahana.soest.hawaii.edu/hot/) [18], и поскольку он проходил в международных водах, для отбора проб морской воды не требовалось специального разрешения. . В полевых исследованиях не участвовали исчезающие или охраняемые виды. Флаконы инкубировали в открытой неглубокой (глубиной ~15 см) водяной бане с температурой 26°С. Для каждого типа пластика флаконы в трех экземплярах подвергались воздействию окружающего солнечного излучения, а еще один набор флаконов в трех экземплярах инкубировался в темноте (путем обертывания флаконов алюминиевой фольгой) в течение шести и семи дней соответственно.Тройные кварцевые флаконы, заполненные фильтрованной морской водой, но без пластика, инкубировались в светлых и темных условиях в качестве контроля. PS испытывали в отдельном эксперименте с использованием тех же флаконов с кусочками треугольной формы (примерно 5,0 см по периметру), толщиной 0,3 см и весом около 0,2 г. Набор из трех флаконов без пластика служил контролем.

Влияние солнечного излучения и ультрафиолетового излучения на добычу углеводородного газа

Были проведены эксперименты для определения влияния старения и спектра излучения на добычу углеводородного газа.Для этих экспериментов мы использовали гранулы первичного ПЭНП (Marlex 1017, Chevron Phillips) диаметром приблизительно 5 мм и плотностью 0,917 г·см -3 . Повторные кварцевые флаконы объемом 30 мл (n = 4), содержащие примерно 0,2 г гранул ПЭНП в воде MilliQ, инкубировали на крыше C-MORE Hale, а наружные поверхности флаконов очищали и еженедельно встряхивали. Концентрации углеводородного газа измерялись примерно каждые две недели в течение 212-дневного периода. После каждого измерения внутреннюю и внешнюю поверхности флаконов очищали, флаконы наполняли свежей водой MilliQ, добавляли предварительно экспонированные гранулы LDPE и снова инкубировали.

Для определения влияния УФ-излучения на образование газообразного углеводорода три флакона, содержащие 3,0 г гранул ПЭНП, погруженные в воду MilliQ, инкубировались в течение семи дней либо в газонепроницаемых 40-мл флаконах Pyrex® (11,8 см в длину и 2,1 см в диаметре). ) или в кварцевых флаконах объемом 30 мл, после чего измеряли концентрации газов. Темная обработка состояла из первичных гранул LDPE с водой MilliQ во флаконах, обернутых алюминиевой фольгой. Бутылки Pyrex® были просканированы с помощью спектрофотометра и не пропускали УФ-В излучение (280–320 нм), что могло помочь в расшифровке важности более коротких длин волн для процессов фотодеградации.

Чтобы определить, продолжается ли выделение углеводородного газа после того, как пластик удален от солнечного света, три флакона, содержащие 3,0 г гранул ПЭНП, инкубировали в 40 мл флаконах с сывороткой в ​​темноте в течение 14 дней при 25°C. Гранулы LDPE подвергались воздействию света в течение 270 дней и 15 дней с контрольной обработкой первичных гранул, которые никогда не подвергались воздействию естественного света.

Влияние морфологии и плотности полимера

В дополнительном испытании для определения влияния морфологии полимера на производство углеводородного газа использовали шесть различных типов полиэтилена.Пять образцов представляли собой ПЭНП, три из которых были в форме гранул, а два других представляли собой порошок или хлопья. Оставшийся образец представлял собой линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) с плотностью, очень близкой к одной из обработок гранул LDPE. Для каждой обработки 0,4 г пластика инкубировали в газонепроницаемых кварцевых флаконах с водой MilliQ и подвергали воздействию солнечного излучения в течение восьми дней на крыше C-MORE Hale. Для всех экспериментов контрольная обработка (n = 3) состояла из флаконов с водой MilliQ, но без полиэтилена.

Производство углеводородных газов из экологического пластикового мусора

Помимо первичного пластика, на станции ALOHA был собран морской пластиковый мусор из океана. Кусочки пластика собирали с помощью специализированного трала «манта» [19], скользящего по поверхности океана в течение 30 мин. Собранный пластик (n = 4) очищали путем замачивания в 10% соляной кислоте в течение 2 часов и инкубировали в воде MilliQ на крыше C-MORE Hale в виде отдельных кусков (весом примерно 0,000 кг).2 г) сроком на 152 дня. Измерения концентрации газа проводились каждые две недели, после чего внутренние и внешние поверхности флаконов очищались, заполнялись водой MilliQ, добавлялся ранее экспонированный пластик и снова инкубировались. Флаконы с водой MilliQ и без пластика использовались в качестве контроля для каждой временной точки.

Выбросы углеводородных газов при воздействии на воздух ПЭНП на естественном солнечном свете

Чтобы определить, выделяют ли исходные гранулы ПЭНП также углеводороды при прямом воздействии на воздух, и различается ли эта продукция в темных условиях, предварительно взвесили количество первичных гранул ПЭНП (3 .0 г) помещали в кварцевые флаконы на 30 мл, которые продували воздухом с нулевым содержанием CH 4 в течение 20 секунд и немедленно закрывали. Флаконы либо подвергали воздействию полного солнечного света, либо заворачивали в алюминиевую фольгу. Дополнительный набор промытых флаконов (без гранул LDPE) для каждой обработки также инкубировали и использовали в качестве контрольных обработок. В каждый момент времени (1, 3, 9 и 17 дней) три образца от каждой обработки (контрольный, светлый и темный) отбирали и анализировали на концентрации CH 4 и C 2 H 4 в свободном пространстве.

Анализ пластика

Для определения типа пластика, собранного в океане, были получены спектры с использованием микрорамановской системы RXN (Kaiser Optical Systems Inc.), как описано ранее [20]. Лазерное возбуждение с длиной волны 785 нм и столик автоматизированного микроскопа Leica с шириной щели 50 мкм использовались для определения микро-рамановских спектров различных типов пластика. Образцы из окружающей среды сравнивали с известными пластиками, а спектры анализировали с помощью программного обеспечения GRAMS/AI™ Spectroscopy.

Анализ углеводородов

Концентрации растворенных газов определяли количественно с использованием системы продувки и улавливания [21], соединенной с газовым хроматографом (Agilent 7890A), оснащенным пламенно-ионизационным детектором. Известный объем образца переносили из флаконов в барботирующую камеру с использованием избыточного давления, обеспечиваемого гелием сверхвысокой чистоты (Airgas), и барботировали в течение 12 мин (100 мл мин -1 ). Поток элюирующего газа пропускали через осушитель Nafion и колонки Drierite® и Ascarite® для удаления паров воды и CO 2 , а затем подвергали криоловушке на петле для образцов, содержащей Poropak Q 80/100 (Sigma-Aldrich), и погружали в жидкость. азот.Затем ловушку нагревали в течение двух минут примерно до 90°C, а выделившийся газ вводили в аналитическую капиллярную колонку GS-CarbonPLOT размером 30 м x 0,32 мм (J&W Scientific) с температурной программой 38°C в течение 1,0 мин, 65°C. в течение 1,3 мин и 150 °С в течение 2,2 мин [22]. Калибровку проводили путем анализа стандартов сжатого газа, содержащих 10 ± 2% ppm CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H

6 в азоте ( Скотт-Маррин).Установленные объемы газового стандарта анализировали по той же методике, что и для анализа проб [23]. Экспериментальная точность этих измерений, основанная на коэффициенте вариации десяти повторных образцов, для всех газов не превышала 5%. Предел обнаружения, учитывая объем образца, обычно анализируемый для этих экспериментов, составлял приблизительно 0,15 нМ для всех газов. Уровень продукции CH

4 и C 2 H 4 в контрольных обработках (т.е. во флаконах, инкубированных в тех же условиях без пластика) составлял примерно 5%.

Статистический анализ

Стьюдентное распределение (t-критерий) использовали для определения различий между видами лечения с уровнем значимости P < 0,05.

Результаты

Предварительные эксперименты показали, что все протестированные типы полимеров (PC, AC, PP, PET, PS, HDPE и LDPE) производят измеримые количества CH 4 и C 2 H 4 при воздействии окружающее солнечное излучение (). Скорость производства варьировалась более чем на два порядка между различными типами пластика: от 10 до 4100 пмоль г -1 д -1 для CH 4 и от ~ 20 до 5100 пмоль г -1 д -1 для C 2 H 4 .Самые высокие показатели производительности для обоих газов были измерены для LDPE. Большинство образцов, хранившихся в темноте, не выделяли никакого газа, а те, которые производили, имели гораздо более низкую производительность, достигая 120 пмоль CH 4 g -1 d -1 и 60 пмоль C 2 H 4 г -1 D -1 D -1 для PS, и 50 PMOL CH 4 G -1 D -1 и 20 PMOL C 2 H 4 G -1 D -1 для ПЭТ и АС соответственно.Производство газа из всех других типов пластика, инкубированных в темноте, было либо ниже предела обнаружения прибора, либо незначительно отличалось от контрольной обработки (t-критерий, P>0,11).

Таблица 1

Средняя производительность CH 4 и C 2 H 4 из различных пластиков, инкубированных в воде при окружающем солнечном излучении (свет) и в темноте.

Спектры, полученные в результате рамановского анализа кусочков пластикового мусора, собранного в открытом океане, сравнивались со спектрами различных типов обычного пластика, полученного из коммерческих источников.Спектры соответствовали ПЭНП, и поэтому пластик, собранный в открытом океане, далее именовался «состаренным ПЭНП» (). Для обоих типов пластика кумулятивное количество углеводородных газов увеличивалось со временем, хотя относительный вклад образующихся газов был переменным (). Скорость образования углеводородного газа нормализована по весу, и для преобразования в площадь поверхности гранулы массой приблизительно 35 мг имели площадь поверхности в диапазоне от прибл. от 70 мм 2 до 315 мм 2 .Для гранул первичного ПЭНП суммарные выбросы газов за 212 дней составили 500, 1700, 340 и 1000 нмоль г -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 H и С 3 Н 6 соответственно (). Для состаренных пластиков кумулятивные выбросы газов за 152 дня составили 700, 700, 180 и 160 нмоль г -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 0 H 9000 3 H 6 соответственно ().Скорость образования газа увеличилась со временем для первичных гранул (), но была относительно постоянной для состаренного пластика (). За исключением CH 4 , нормализованные по массе показатели образования газа были ниже для состаренного пластика по сравнению с первичными гранулами. В этот период времени (декабрь 2016 г. – апрель 2017 г.) интенсивность ФАР в полдень, когда солнце находилось в зените, изменялась от 1496 до 1787 мкМ м -2 с -1 .

Производство газа из ПЭНП, подвергающегося воздействию окружающего солнечного излучения, и идентификация пластика, собранного в открытом океане.

Совокупное количество углеводородных газов, приведенное к массе и дебитам СН 4 , С 2 Н 4 , С 2 Н 6 и С 3 900 6 Н 6 & (C) чистые гранулы LDPE (0,2 г) и (B) и (D) кусочки пластика LDPE (0,2 г), собранные в открытом океане. Измерения проводились примерно с двухнедельными интервалами в течение инкубационного периода. Столбики погрешностей представляют распространение ошибки стандартного отклонения среднего значения для каждой временной точки.На панели (E) представлены микро-рамановские спектры состаренного ПЭНП, собранного в открытом океане (красный цвет), и первичного гранул ПЭНП (синий цвет).

Как показано в предыдущих экспериментах ( и ), LDPE выделяет большие количества CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H и морскую воду Вода MilliQ при воздействии солнечных лучей. Производительность CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE была выше (для аналогичных периодов инкубации), когда пластик подвергался воздействию солнечного света непосредственно на воздухе (), а не в воде ().При этом производительность обоих газов возрастала со временем и составляла от 0,11 до 0,44 нмоль CH 4 г -1 d -1 и от 0,32 до 96 нмоль C 2 H 4 г 1 d -1 после 17 дней инкубации (). Эти конечные скорости примерно в 2 и 76 раз выше, чем у CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE, инкубированных в воде MilliQ в течение 14 дней (рис. и ). В контрольной или темной обработках не наблюдалось заметного выделения каких-либо газов (данные не показаны).

Производительность CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE, подвергающихся воздействию солнечного света на воздухе.

Средняя производительность CH 4 (A) и C 2 H 4 (B) из первичных гранул LDPE, инкубированных на воздухе под окружающим солнечным излучением в течение 1, 3, 9 и 17 дней. Столбики погрешностей представляют собой стандартное отклонение для трех образцов. Эмиссия CH 4 при обработке в темноте была ниже предела обнаружения и меньше 0.3 нмоль г -1 d -1 для C 2 H 4 . Черная стрелка указывает скорость образования CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE, инкубированных в воде MilliQ в течение 14 дней ().

Выбросы углеводородных газов измерялись с использованием гранул первичного ПЭНП, подвергавшихся семидневному воздействию полного солнечного спектра (FULL; 280–700 нм) и солнечного излучения без УФ-В ((-)УФ-В; ​​320–700 нм; ). За исключением C 3 H 6 (t-критерий, P = 0.636), результаты показали значительные различия (критерий Стьюдента, P<0,002) между двумя видами лечения, при этом частота лечения (-)УФБ-излучением была последовательно ниже, что соответствовало 23%, 74% и 68% от ПОЛНОГО лечения СН. 4 , С 2 Н 4 и С 2 Н 6 соответственно. Все обработки в темноте показали скорость эмиссии менее 0,1 нмоль г -1 d -1 .

Влияние спектрального излучения на производство углеводородного газа из ПЭНП.

Уровни добычи углеводородных газов (CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H 6 9000 в темном месте) к полному солнечному излучению (280–700 нм) или к солнечному излучению, отфильтрованному для УФВ (320–700 нм).Столбики погрешностей представляют собой стандартное отклонение для трех образцов.

Гранулы LDPE, инкубированные в темноте после воздействия света, произвели измеримые количества углеводородных газов. Доля продукции CH 4 (0,11 нмоль г -1 d -1 ) и C 2 H 4 (0,52 нмоль г -1 d -1 900) была эквивалентна 5% продукции. и 40% соответственно от скоростей при инкубации осадка на свету (0,20 нмоль СН 4 г -1 д -1 и 1.3 нмоль C 2 H 4 г -1 d -1 ). Кроме того, состаренный в условиях окружающей среды ПЭНП-пластик, собранный в открытом океане и инкубированный в течение 14 дней в темноте при температуре наружного воздуха [18,5–32,5°C], также дал 0,37 ± 0,11, 0,14 ± 0,09, 0,21 ± 0,12 и 0,06 ± 0,03 нмоль. g -1 d -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 H 6, и C 6 H 3 соответственно. Гранулы, которые ранее подвергались воздействию естественного солнечного излучения в течение 270 дней и инкубировались при 25°C, были одними из самых высоких показателей производства всех газов с 0.23 ± 0,02, 0,41 ± 0,05, 2,6 ± 0,22 и 0,70 ± 0,09 нмоль G -1 D -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 H 6, и С 3 Н 6 соответственно. Эти результаты показывают, что однажды начавшись, производство углеводородных газов продолжается в темноте.

Морфология оказывает важное влияние на добычу углеводородного газа. Порошок ПЭНП продемонстрировал нормализованную по массе производительность CH 4 и C 2 H 4 , которая была в 488 и 132 раза выше, чем у гранул ПЭНП соответственно ().Все формы LDPE, за исключением LLDPE, давали измеримые количества углеводородных газов с CH 4 и C 2 H 4 производительностью в диапазоне от 0,08 до 55 нмоль CH 4 г -1 d -1 -1 и от 0,16 до 21 нмоль C 2 H 4 г -1 d -1 . Что касается гранул ПЭНП различной плотности, то между обработками наблюдались значительные различия в производстве CH 4 (критерий Стьюдента, P<0,03), с самыми низкими показателями для обработки с самой низкой плотностью и самыми высокими показателями для обработки с самой высокой плотностью.Никакой другой закономерности для других углеводородных газов с различной плотностью не наблюдалось. Интересно, что соотношение различных образующихся газов варьировалось в зависимости от плотности гранул ПЭНП. Например, отношение C 2 H 4 : CH 4 варьировалось от 1,3 до 4,4, а отношение C 2 H 4 :C 2 H 6 9000, что изменялось от 8,6 до 8,6 9000,5. процессы деградации были переменными для различных морфологий в этих экспериментальных условиях.

Таблица 2

Влияние морфологии и плотности полимера на образование углеводородного газа из полиэтилена.

Marflex Sigma 428043
Источник / Продукт # Полиэтилен Категория Морфология плотность (G см -3 ) CH 4
(NMOL G -1 D -1 )
C 2 H 4
(NMOL G -1 D -1 )
C 2 H 6
(NMOL G -1 D -1 )
C 3 H 6
(NMOL G -1 D -1 )
Sigma 42078 LLDPE Пеллеты 0.918 Н.С. Н.С. Н.С. Н.С.
Marflex 1017 ПВД Пеллеты 0,917 0,08 ± 0,02 0,35 ± 0,18 0,19 ± 0,03 0,29 ± 0,10
1122 ПВД Пеллеты 0,920 0,12 ± 0,02 0,16 ± 0,21 0,07 ± 0,03 0,18 ± 0,14
ПВД Пеллеты 0.926 0,31 ± 0,04 0,86 ± 0,09 0,10 ± 0,01 0,65 ± 0,06
Sigma 427799 ПВД Хлопья 0,906 2,2 ± 1,1 3,2 ± 1,9 1,3 ± 0,8 2,5 ± 1,3
Sigma 427772 ПВД порошок 0,920 55 ± 4 21 ± 2 13 ± 1 36 ± 5

Обсуждение

влияние состава пластмассы на производство углеводородного газа

Наши результаты показывают, что различные типы пластмасс, широко используемые и рассеянные в окружающей среде по всему миру, производят CH 4 и C 2 H 4 в условиях окружающей среды.Мы предполагаем, что относительное количество низкомолекулярных молекул углеводородного газа, высвобождаемых из пластиковых подложек, зависит от молекулярной структуры пластика, в том числе от степени разветвления, добавления пластификаторов, а также от производственного процесса. Например, среди протестированных пластиковых материалов LDPE произвел наибольшее количество CH 4 и C 2 H 4 , вероятно, из-за его более слабой структуры и более открытых углеводородных ветвей.Напротив, при более компактной структуре, более низкой проницаемости и меньшем количестве доступных активных центров разложение ПЭВП приводило к более низкой эмиссии.

Долгосрочные выбросы углеводородных газов из пластика

Выделение парниковых газов из первичного и старого пластика с течением времени указывает на то, что полимеры продолжают выделять газы в окружающую среду в течение неопределенного периода времени. Увеличение выделения углеводородных газов со временем из исходных окатышей мы связываем с фотодеградацией пластика, а также с образованием поверхностного слоя, отмеченного изломами, микротрещинами и ямками [24–26].Со временем эти дефекты увеличивают площадь поверхности, доступную для дальнейшего фотохимического разложения, и, следовательно, могут способствовать увеличению скорости образования газа. Также известно, что в конечном итоге образуются более мелкие частицы вторичного происхождения, называемые «микропластиками» [27, 28], которые могут еще больше ускорить образование газа. Исходная форма полимера также является потенциальным фактором, влияющим на изменчивость добычи углеводородов, поскольку изделия одинаковой массы, но разной формы имеют разное отношение площади поверхности к объему.Небольшие фрагменты не только имеют большее отношение поверхности к объему, чем более крупные предметы, но и имеют большую длину края по сравнению с их объемом [29]. Это предсказывает, что в окружающей среде по мере того, как пластиковые частицы разлагаются и становятся меньше, они также будут выделять больше углеводородных газов на единицу массы. Выброс газов из состарившегося пластика, собранного в океане (возраст неизвестен на момент начала эксперимента), указывает на то, что производство может продолжаться в течение всего срока службы пластика.Мы предполагаем, что более низкие темпы производства из экологически состаренного пластика, вероятно, связаны с наличием пластификаторов, которые замедляют фотодеградацию, противодействуя негативному воздействию УФ-излучения.

Факторы, влияющие на выбросы газов

Манипуляции со спектром излучения показали, что УФВ увеличивает образование углеводородных газов по сравнению с более длинными волнами, что согласуется с его ключевой ролью в процессах фотоокислительного разложения полиэтилена [26].Действительно, поток солнечных фотонов, особенно в УФ-части спектра, обеспечивает энергию активации, необходимую для инициирования деградации из-за разрыва связи и деполимеризации, что влияет на механические свойства материала [26,30,31]. Мы предполагаем, что в результате этого процесса образуются молекулы углеводородного газа, которые выбрасываются в окружающую среду. Хотя выделение углеводородных газов усиливается за счет фотодеградации в УФ-спектре, наши результаты показывают, что УФ-излучение не является существенным для инициирования или непрерывного производства углеводородов с течением времени.После инициирования солнечным излучением выброс газов продолжается в темноте со скоростью, которая зависит от предыдущего радиационного облучения.

Влияние морфологии и плотности полиэтилена на выбросы газов

В то время как производство углеводородных газов преобладало в ПЭНП, различные морфологии и плотности в продуктах ПЭНП привели к изменению относительных концентраций различных газов. ПЭНП в виде порошка с гораздо большей площадью поверхности, чем гранулы с той же плотностью и весом, производил наибольшее количество углеводородных газов.Наряду с морфологией и плотностью средняя молекулярная масса, которая варьируется в зависимости от длины полимерной цепи и, следовательно, количества открытых разветвленных молекул, также может быть фактором, контролирующим выбросы углеводородов. К сожалению, эта информация является частной и очень редко доступна у поставщиков. Кроме того, даже полиэтилен, который, как известно, является простейшим полиолефином, может образовывать различные конформационные структуры макромолекулярных цепей, которые в своем твердом состоянии принимают различные состояния межмолекулярного порядка [10].Эта неоднородность в одном и том же типе пластика может повлиять на скорость производства различных углеводородных газов и, следовательно, на их соотношение. Тем не менее, из-за неоднородности продуктов даже в пределах одного и того же типа пластика природа реакций неизвестна. Укорочение длинной полимерной цепи и ее расщепление на более мелкие звенья могут быть вызваны различными механизмами, такими как случайный разрыв цепи, разрыв концевой цепи, обрыв цепи или сшивание [28]. Эти реакции приведут к образованию углеводородных газов, в том числе представленных в этом исследовании.

Заключительные комментарии

Производство пластика в мире велико [1], и количество пластиковых отходов, образовавшихся в 2010 г. в 192 странах, составило 275×10 6 Мт, из которых по оценкам от 4,8×10 6 до 12,7×10 6 войти в океан [32]. К 2025 году количество пластиковых отходов, поступающих в морские системы, может увеличиться на порядок, если управление отходами не будет улучшено [32]. Поскольку полиэтилен является наиболее распространенным полимером, ожидается, что он станет наиболее распространенной формой пластикового загрязнения поверхностных вод океана во всем мире [33–35].Кроме того, по мере производства микропластика с большей площадью поверхности скорость производства углеводородного газа, вероятно, возрастет. Результаты этого исследования показывают, что производство углеводородного газа может продолжаться бесконечно в течение всего срока службы пластмасс. Количество пластикового материала в среде, подверженной воздействию прямых солнечных лучей, превышает количество пластика, погруженного в воду. Наши эксперименты показали, что выбросы углеводородных газов еще больше (до 2 раз выше для CH 4 и до 76 раз выше для C 2 H 4 ) в воздухе по сравнению с водой.Разница в скорости выделения пластика в воде по сравнению с пластиком, находящимся на воздухе, частично связана с температурой и накоплением тепла [36], в результате чего пластиковый материал достигает температуры выше, чем температура окружающей среды. Кроме того, пластик, подвергающийся воздействию воздуха, подвергается меньшему биообрастанию, чем в водной среде, из-за отсутствия жидкой среды, которая способствует оседанию микроорганизмов на пластиковой подложке, в результате чего больше поверхностей подвергается непосредственному воздействию солнечного излучения и больше способствует деформации, деградации и образованию углеводородов. .Таким образом, в теплом климате ожидается более высокая скорость образования углеводородов для пластика, подвергающегося воздействию воздуха, по сравнению с пластиком, находящимся в водной среде.

На данном этапе очень мало известно о вкладе пластика в бюджет CH 4 , C 2 H 4 и других углеводородных газов. В этом исследовании сообщается о первых измерениях производства углеводородов пластиком в условиях окружающей среды. Судя по темпам, измеренным в этом исследовании, и количеству пластика, производимого во всем мире, производство пластмасс CH 4 , вероятно, будет незначительным компонентом глобального бюджета CH 4 .Однако для других углеводородных газов с гораздо более низкими глобальными выбросами в атмосферу по сравнению с CH 4 производство из пластмасс может иметь большее экологическое и глобальное значение. Судьба этих газов также недостаточно определена, но поглотителями, вероятно, будут бактериальное окисление до двуокиси углерода, при этом часть этих газов выбрасывается в атмосферу. Учитывая текущую скорость, с которой пластик производится, используется и подвергается воздействию на суше, а также будущую тенденцию неправильного обращения с пластиковыми отходами, попадающими в морские системы [32], количество пластика, подвергающегося воздействию окружающей среды, вероятно, со временем будет увеличиваться, а также количество CH 4 и C 2 H 4 , выделенных из полимеров.Кроме того, разложение пластика в окружающей среде приводит к образованию микропластика с большей площадью поверхности, что может ускорить производство углеводородного газа. Из-за долговечности пластика и большого количества пластика, сохраняющегося в окружающей среде, вопросы, связанные с ролью пластика в глобальных бюджетах CH 4 и C 2 H 4 , должны быть приоритетными и решаться научным сообществом. .

Вспомогательная информация

Набор данных S1
Набор данных, используемый для рис.

(XLSX)

Благодарности

Мы благодарим Эрика Бэра, директора Центра многослойных полимерных систем (CLIPS) за консультацию по характеристикам полимеров, Анупама Мисру и Шива Шарму за использование оборудования для рамановской спектроскопии в Гавайском университете. , Лэнса Фуджиеки за помощь в метеорологических измерениях и Блейка Уоткинса за помощь в сборе пластика в море. Мы также благодарим LabQMC за выполнение анализа Брунауэра-Эммета-Теллера для определения площади поверхности наших образцов.

Заявление о финансировании

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом (C-MORE, DBI-0424599 для DMK и OCE-1260164 для Мэтью Дж. Чёрча и DMK), Фондом Саймонса (SCOPE Award ID 329108 для DMK), Премия Бальзана в области океанографии (присуждена DMK) и Инициатива по морской микробиологии Фонда Гордона и Бетти Мур (грант № 3794 для DMK). Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Доступность данных

Все соответствующие данные содержатся в документе и его файле вспомогательной информации.

Каталожные номера

3. PlasticsEurope. Пластмассы – Факты 2016. 2016; 10.1016/j.marpolbul.2013.01.015 [CrossRef]4. Геверт Б., Плассманн М.М., Маклеод М. Пути деградации пластиковых полимеров, плавающих в морской среде. Воздействие на экологические научные процессы. Королевское химическое общество; 2015; 17: 1513–1521. 10.1039/c5em00207a [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]5. Huang YQ, Wong CKC, Zheng JS, Bouwman H, Barra R, Wahlström B, et al.Бисфенол А (БФА) в Китае: обзор источников, уровней в окружающей среде и потенциального воздействия на здоровье человека. Окружающая среда Интерн. ООО «Эльзевир»; 2012; 42: 91–99. 10.1016/j.envint.2011.04.010 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]6. Бейлер CL, Хиршлер MM. Термическое разложение полимеров. Справочник SPE по технике противопожарной защиты. 2001. стр. 111–131. 10.1021/cm200949v [CrossRef] [Google Scholar]7. Teuten EL, Saquing JM, Knappe DRU, Barlaz MA, Jonsson S, Björn A, et al. Транспортировка и выброс химических веществ из пластмасс в окружающую среду и дикую природу.Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009; 364: 2027–45. 10.1098/рстб.2008.0284 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]8. Томпсон Р.С., Мур С.Дж., фон Саал Ф.С., Свон С.Х. Пластмассы, окружающая среда и здоровье человека: текущий консенсус и будущие тенденции. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009; 364: 2153–2166. 10.1098/рстб.2009.0053 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]9. Мур CJ. Синтетические полимеры в морской среде: быстрорастущая долгосрочная угроза. Окружающая среда Рез.2008; 108: 131–139. 10.1016/j.envres.2008.07.025 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Василе MD C. Справочник по полиолефинам. 2-е изд. ре. C. Василе, доктор медицинских наук, редактор. Нью-Йорк; 2000. [Google Scholar] 11. Сонуа М., Джексон Р.Б., Буске П., Поултер Б., Канаделл Дж.Г. Возрастающая роль метана в антропогенном изменении климата. Environ Res Lett. Издательство ИОП; 2016; 11: 1–5. 10.1088/1748-9326/11/12/120207 [CrossRef] [Google Scholar]12. Ригби М., Принн Р.Г., Фрейзер П.Дж., Симмондс П.Г., Лангенфельдс Р.Л., Хуанг Дж. и др.Возобновление роста атмосферного метана. Geophys Res Lett. 2008; 35: 2–7. 10.1029/2008GL036037 [CrossRef] [Google Scholar] 13. Dlugokencky EJ, Bruhwiler L, White JWC, Emmons LK, Novelli PC, Montzka S.A., et al. Наблюдательные ограничения на недавнее увеличение нагрузки Ch5 в атмосфере. Geophys Res Lett. 2009; 36: 1–5. 10.1029/2009GL039780 [CrossRef] [Google Scholar] 14. Айкин А.С., Герман Дж.Р., Майер Э.Дж., Маккуиллан С.Дж. Атмосферная химия этана и этилена. J Geophys Res Ocean. 1982; 87: 3105–3118. [Google Академия] 15.Ганта М., Фэйи Д., Субраманиам Б. Воздействие на окружающую среду производства этилена из различных видов сырья и источников энергии. Appl Petrochemical Res. 2014;4: 167–179. 10.1007/s13203-013-0029-7 [CrossRef] [Google Scholar] 16. Айдин М., Ферхулст К.Р., Зальцман Э.С., Баттл М.О., Монцка С.а., Блейк Д.Р. и соавт. Недавнее снижение выбросов этана и метана в результате сжигания ископаемого топлива из фирнового воздуха. Природа. 2011; 476: 198–201. 10.1038/природа10352 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

17. Отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата.МГЭИК (2014 г.) Изменение климата, 2014 г.: сводный отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в пятую оценку. Кембридж; 2014.

18. Карл Д.М., Лукас Р. Программа временных рядов океана на Гавайях (HOT): предыстория, обоснование и реализация в полевых условиях. Deep-Sea Res Part II Top Stud Oceanogr. 1996; 43: 129–156. 10.1016/0967-0645(96)00005-7 [CrossRef] [Google Scholar]19. Браун Д.М., Ченг Л. Новая сеть для взятия проб с поверхности океана. Mar Ecol Prog Сер. 1981; 5: 225–227. 10.3354/meps005225 [CrossRef] [Google Scholar] 20.Мисра А.К., Шарма С.К., Камемото Л., Зинин П.В., Ю К., Ху Н. и соавт. Новые подложки с микрополостями для улучшения рамановского сигнала от материалов субмикронного размера. Прил Спектроск. 2009; 63: 373–377. 10.1366/000370209787598988 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Тилбрук Б.Д., Карл Д.М. Источники, распределение и поглотители метана от прибрежных вод Калифорнии до олиготрофного круговорота в северной части Тихого океана. Мар хим. 1995; 49: 51–64. 10.1016/0304-4203(94)00058-L [CrossRef] [Google Scholar]22. Репета Д.Дж., Феррон С., Соса О.А., Джонсон К.Г., Репета Л.Д., Акер М. и др.Парадокс морского метана объясняется бактериальной деградацией растворенного органического вещества. Нат Геоски. 2016;9: 884–887. 10.1038/ngeo2837 [CrossRef] [Google Scholar]23. Уилсон С.Т., Феррон С., Карл Д.М. Межгодовая изменчивость метана и закиси азота в субтропическом круговороте северной части Тихого океана. Geophys Res Lett. 2017; 9885–9892. 10.1002/2017GL074458 [CrossRef] [Google Scholar]24. Таварес А.С., Гульмине Дж.В., Лепиенски С.М., Акселруд Л. Влияние ускоренного старения на поверхностные механические свойства полиэтилена.Полим Деград Стаб. 2003; 81: 367–373. 10.1016/S0141-3910(03)00108-3 [CrossRef] [Google Scholar]25. Куппер Л., Гульмине Дж. В., Янишек П. Р., Хайзе Х. М. Инфракрасная спектроскопия нарушенного полного отражения для микродоменного анализа образцов полиэтилена после ускоренного старения в камерах выветривания. Виб Спектроск. 2004; 34: 63–72. 10.1016/j.vibspec.2003.05.002 [CrossRef] [Google Scholar]26. Андрей АЛ. Микропластик в морской среде. Мар Поллут Бык. 2011; 62: 1596–1605. 10.1016/ж.марполбул.2011.05.030 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Браун М.А., Галлоуэй Т., Томпсон Р. Микропластик — новый загрязнитель, вызывающий потенциальную озабоченность? Integr Environ Assess Manag. 2007;3: 559–561. 10.1002/ieam.5630030412 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Артур С., Бейкер Дж., Бамфорд Х. Материалы международного исследовательского семинара по возникновению, влиянию и судьбе микропластикового морского мусора. Технический меморандум NOAA NOS-OR&R-30 Артур С., Бак Дж., Бэмфорд Х. (редакторы). 2009 г.; 530. [Google Scholar] 29.Райан ПГ. Влияют ли размер и плавучесть на перемещение плавающих обломков на большие расстояния? Environ Res Lett. 2015;10: 1–6. [Google Академия] 30. Raquez J-M, Bourgeois A, Heidi J, Degee P, Alexandre M, Dubois P. Влияние расширяемого графита и модифицированного полифосфата аммония на огнестойкие и механические свойства композитов древесной муки и полипропилена. J Appl Polym Sci. 2011; 122: 489–496. 10.1002/app [CrossRef] [Google Scholar] 31. Амин М.Б., Хамид Х.С., Хан Дж.Х. Фотоокислительная деградация полиэтиленовой тепличной пленки в суровых условиях.Джей Полим Инж. 1995; 14: 253–268. 10.1515/POLYENG.1995.14.4.253 [CrossRef] [Google Scholar]32. Jambeck JR, Geyer R, Wilcox C, Siegler TR, Perryman M, Andrady A, et al. Попадание пластиковых отходов с суши в океан. Наука. 2015; 347: 768–771. 10.1126/наука.1260352 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Frias JPGL, Otero V, Sobral P. Доказательства микропластика в образцах зоопланктона из португальских прибрежных вод. Мар Энвайрон Рез. 2014; 95: 89–95. 10.1016/j.marenvres.2014.01.001 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34.Идальго-Руз В., Гутоу Л., Томпсон Р.С., Тиль М. Микропластик в морской среде: обзор методов, используемых для идентификации и количественного определения. Технологии экологических наук. 2012; 46: 3060–3075. 10.1021/es2031505 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Reisser J, Shaw J, Wilcox C, Hardesty BD, Proietti M, Thums M, et al. Загрязнение моря пластиком в водах вокруг Австралии: характеристики, концентрации и пути распространения. ПЛОС Один. 2013;8: 1–11. 10.1371/journal.pone.0080466 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]36.Андрей АЛ. Выветривание полиэтилена (LDPE) и улучшенного фоторазлагаемого полиэтилена в морской среде. J Appl Polym Sci. 1990; 39: 363:370. [Google Scholar]

Динамическое моделирование и управление двухрядными промышленными реакторами для производства линейного полиэтилена низкой плотности

Работа реакторов исследовалась на двух уровнях. На первом уровне модель, описанная в разд. 2.3 используется для определения поведения реактора в дополнение к свойствам полимера, а второй уровень исследует производительность предлагаемой структуры управления с помощью модифицированной модели, представленной в разд.3. Рабочие условия и параметры модели представлены в таблице 4, которые связаны с типичными параметрами полиэтиленовых реакторов промышленного масштаба для получения марки HD-52518.

Таблица 4 Рабочие условия и численные значения физических и транспортных свойств реакционной смеси

Моделирование без обратной связи

Для оценки результатов предложенной модели в разд. 2.3 (с постоянным уровнем слоя и постоянной температурой рециркуляции), MFI каждого продукта сравнивается с реальными заводскими данными, как показано на рис.{- 3,28} .$$

(24)

Кроме того, на рис. 3 показано сравнение расчетных значений ММР и ГПХ. Отмеченные точки представляют результаты измерений ГПХ, а сплошная линия — расчетное ММР конечного продукта. Принимая во внимание это сравнение, можно увидеть, что существует хорошее согласие между двумя MWD. Эти результаты отражают достоверность модели.

Рис. 2

Сравнение фактического и расчетного MFI

Рис.3

Аппроксимация кривой ГПХ LLDP для конечного продукта

На рис. 4 поясняется переходное поведение реакторов с точки зрения изменений производительности полимера в обоих реакторах. Указано, что производительность достигает своих установившихся значений примерно через 20 часов. Эти значения составляют около 30 т/ч и 12 т/ч для первого и второго реакторов соответственно, что соответствует той же производительности, что и на промышленной установке.

Рис. 4

Динамика производительности двух реакторов в течение времени пребывания

Индекс полидисперсности, показывающий ширину молекулярно-массового распределения, определяется по [27]

$${\text{PDI}} = \frac{{\bar{M}_{w}}}{{\bar{M}_{n}}},$$

(25)

, где

$$\bar{M}_{n} = \frac{{\xi_{1}}}{{\xi_{0}}}\sum\limits_{k = 1}^{{N_ {s} }} {\overline{MW}} ,$$

(26)

$$\bar{M}_{w} = \frac{{\xi_{2}}}{{\xi_{1}}}\sum\limits_{k = 1}^{{N_{s}} } {\overline{MW}} ,$$

(27)

$$\overline{MW} = \sum\limits_{i = 1}^{{N_{m}}} {\varphi_{i}^{k} Mw_{i}} .$$

(28)

На рисунке 5 показано изменение индексов полидисперсности во времени, которые достигают конечного значения 2,17 и 2,3 для первого и второго реакторов соответственно. Молекулярно-массовые распределения для этих PDI показаны на рис. 6. Для определения молекулярно-массового распределения продукта используется двухпараметрическое распределение Шульца-Флори [28]:

Рис. 5

Эволюция индекса полидисперсности со временем

Рис.{k} }\) составляет общую массу полимера, полученную на активных центрах катализатора N s .

На рисунке 7 показаны изменения индекса текучести при плавлении во времени. Согласно этому рисунку, конечное значение MFI стабилизировалось на уровне 18 для первого реактора, что очень близко к фактическим заводским измерениям, и 17 для второго реактора, демонстрируя погрешность 7% по сравнению с фактическими измерениями.

Рис. 7

На следующих рисунках изучается динамическое поведение реакторов для изучения влияния изменений концентрации катализатора и концентрации мономера, которые являются основными возможными эффективными нагрузками системы.

Влияние увеличения количества катализатора на 25% на температуру обоих реакторов показано на рис. 8. Можно видеть, что увеличение количества катализатора приводит к увеличению скорости экзотермической реакции и, следовательно, температуры выйти на новые установившиеся значения.

Рис. 8

Влияние увеличения катализатора на 25% на температуру

Это увеличение количества катализатора также влияет на другие параметры реакторов, такие как концентрации мономеров.Изменения концентрации этилена представлены на рис. 9 для первого и второго реакторов. Как и ожидалось, увеличение скорости реакции приводит к снижению концентрации этилена.

Рис. 9

Влияние увеличения катализатора на 25% на концентрацию этилена

Также было исследовано влияние увеличения концентрации этилена на 50% на температуру и среднемассовую молекулярную массу реакторов. Как показано на рис. 10, это приведет к небольшому повышению температуры реакторов на короткий период времени из-за увеличения скорости реакции.Более того, температуры начинают снижаться до значений, меньших предыдущих установившихся значений. Изменения средневесовой молекулярной массы показаны на рис. 11. Видно, что средние молекулярные массы увеличиваются с увеличением концентрации этилена. Приведенные выше результаты определяют наиболее существенные возмущения процесса, от которых должна отклоняться разработанная система управления для поддержания оптимальных условий.

Рис. 10

Влияние увеличения концентрации этилена на 50% на температуру

Рис.11

Влияние увеличения концентрации этилена на 50% на среднюю молекулярную массу

На рисунке 12 показано влияние распределения активных центров катализатора на молекулярно-массовое распределение в первом и втором реакторах. Для обоих реакторов используются три различных соотношения активных центров, чтобы продемонстрировать, что MWD смещается в сторону больших молекулярных масс по мере увеличения этого отношения ( S 1 / S 2 ).

Рис. 12

Влияние распределения активного центра катализатора на молекулярно-массовое распределение в a первом реакторе, b втором реакторе

Моделирование с обратной связью

Для управления высотой слоя и температурой слоя каждого реактора модифицированная модель, предложенная в разд.3 (учитывая теплообменники и переменную высоту слоя), а структура управления с обратной связью разработана в соответствии с обычным алгоритмом ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциального) управления. ПИД-регуляторы часто являются лучшим выбором для промышленных систем управления из-за их простоты и проверенной применимости. При правильной настройке ПИД-регуляторы могут надежно справляться с неопределенностями и помехами. В данном исследовании настройка регуляторов осуществляется на основе процедуры Циглера-Николса с обратной связью.Этот алгоритм является одним из наиболее распространенных методов настройки ПИД-регуляторов, в котором коэффициент усиления пропорционального регулятора увеличивается до тех пор, пока в выходном сигнале не появятся незатухающие колебания. Параметры контроллера, такие как пропорциональный коэффициент усиления, время сброса и значение производной, рассчитываются исходя из предельного коэффициента усиления и периода установившихся колебаний. Следуя этой процедуре, достигается коэффициент четверти затухания волны. Следует отметить, что параметры, настроенные по методу Циглера-Николса, используются в качестве исходных значений, а точные значения, принятые в данной работе, являются результатом дальнейшей тонкой настройки.Параметры регуляторов приведены в таблице 5.

Таблица 5 Параметры регуляторов и характеристики реакции замкнутого контура на сброс нагрузки

В этом разделе представлено и проанализировано динамическое поведение процесса с замкнутым контуром, состоящего из двух последовательно соединенных реакторов и сопровождающих их теплообменников, в ответ на некоторые заданные возмущения. Чтобы наблюдать за работой предложенной конфигурации управления и применяемых ПИ-регуляторов, в процесс было введено несколько различных источников возмущений (изменения концентрации мономера, скорости подачи катализатора и температуры охлаждающей воды).Заданные значения температуры первого и второго реакторов и высоты их слоев составляют 360 К и 353 К, 700 см и 1400 см соответственно. На рисунке 13 показано влияние увеличения концентрации этилена на 25 % в сырье первого реактора на контролируемые и регулируемые параметры. Как видно из этих рисунков, контроллеры работали удовлетворительно, а температура и высота каждого слоя достигали желаемых значений без значительных отклонений или отклонений.

Рис. 13

Отклонения контролируемых и управляемых переменных для a высоты слоя первого реактора, b температуры, c высоты второго слоя реактора и d температуры из-за увеличения на 25% концентрация исходного этилена

На рисунке 14 показаны реакции температур первого и второго слоев на увеличение скорости подачи катализатора на 25 %.Этот рисунок показывает, что характеристические отклики регуляторов температуры являются приемлемыми и правильными в промышленном масштабе.

Рис. 14

Отклонения a первой и b второй температуры слоя от стационарного значения из-за увеличения скорости подачи катализатора на 25%

Кроме того, применяется ступенчатое изменение значения температуры охлаждающей воды на 10 °C, и реакции процесса с обратной связью представлены на рис. 15. Регуляторы температуры снова могут отклонить влияние этого возмущения и поддерживать температуры в своих заданных точках.Поскольку отклонения от заданных значений во время моделирования были незначительными, отклики высоты слоя для последних двух возмущений здесь не приводятся.

Рис. 15

Отклонения a первой и b второй температуры слоя от установившегося значения из-за ступенчатого изменения температуры охлаждающей воды на 10 °C

Окислительно-химическая переработка полиэтилена — Penn State

TY — JOUR

T1 — Окислительно-химическая переработка полиэтилена

AU — Remias, Joseph E.

AU — Pavlosky, Thomas A.

AU — Sen, Ayusman

PY — 2000

Y1 — 2000

N2 — Окислительно-химическая переработка полиэтилена в ряд продуктов короткоцепочечной двухосновной кислоты, т.е. , адипиновой и пимелиновой кислот. Эти продукты имеют большую экономическую ценность в качестве мономеров для производства нейлона или в качестве промышленных растворителей при преобразовании в диэфиры. Представлена ​​реакция различных полиэтиленов в описанных условиях.Независимо от исходного материала выходы глутаровой, адипиновой и пимелиновой кислот оставались постоянными с точностью ~ 0,1 ммоль. Однако количество произведенной янтарной кислоты не соответствовало между образцами. Кислот выше, чем у пимелиновой, в реакциях не обнаружено. Результаты для полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) показали, что сокращение времени реакции значительно снижает количество янтарной кислоты, образующейся при Реакции 4, производящей более чем на 10% меньше янтарной кислоты, чем при Реакции 1. Путем повышения температуры реакции и нагревания образца в два этапа, ПЭНП могут превращаться исключительно в янтарную, глутаровую, адипиновую и пимелиновую кислоты.Никаких побочных продуктов нитрования не наблюдалось, что свидетельствует о том, что система действительно является каталитической при использовании NO.

AB — Была представлена ​​окислительно-химическая переработка полиэтилена в ряд продуктов короткоцепочечных двухосновных кислот, т.е. янтарную, глутаровую, адипиновую и пимелиновую кислоты. Эти продукты имеют большую экономическую ценность в качестве мономеров для производства нейлона или в качестве промышленных растворителей при преобразовании в диэфиры. Представлена ​​реакция различных полиэтиленов в описанных условиях.Независимо от исходного материала выходы глутаровой, адипиновой и пимелиновой кислот оставались постоянными с точностью ~ 0,1 ммоль. Однако количество произведенной янтарной кислоты не соответствовало между образцами. Кислот выше, чем у пимелиновой, в реакциях не обнаружено. Результаты для полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) показали, что сокращение времени реакции значительно снижает количество янтарной кислоты, образующейся при Реакции 4, производящей более чем на 10% меньше янтарной кислоты, чем при Реакции 1. Путем повышения температуры реакции и нагревания образца в два этапа, ПЭНП могут превращаться исключительно в янтарную, глутаровую, адипиновую и пимелиновую кислоты.Никаких побочных продуктов нитрования не наблюдалось, что свидетельствует о том, что система действительно является каталитической при использовании NO.

UR – http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=0347722398&partnerID=8YFLogxK

UR – http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=0347722398&partnerID=8YFLogxK

M3 — Конференц-артикул

AN — SCOPUS: 0347722398

VL — 40

SP — 69

EP — 71

EP — 71

Jo — ACS Национальная встречающая заседающаяся Книга референов

JF — ACS Национальная заседающаяся встречная Книга тезисов

SN — 0065-7727

IS — 2

T2 — 220-е Национальное собрание ACS

Y2 — с 20 по 24 августа 2000 г.

ER —

Каким способом производится полиэтилен?

Автор вопроса: Др.Маверик Лангош
Оценка: 4,9/5 (48 голосов)

Полиэтилен получают либо путем модификации природного газа (смесь метана, этана и пропана), либо путем каталитического крекинга сырой нефти в бензин . В высокоочищенном виде он поступает прямо с нефтеперерабатывающего завода на отдельную установку полимеризации.

Как производится полиэтилен?

Полиэтилен производится реакцией нескольких молекул этилена в присутствии катализатора .В полимерной промышленности используется много катализаторов, и каждый год разрабатываются новые катализаторы. Различные катализаторы используются для создания полимеров с определенными свойствами даже в одном и том же реакторе.

Как производится полиэтилен из газообразного этилена?

Этилен на данный момент все еще является газом и нуждается в давлении и катализаторе, чтобы превратить его в полиэтилен, смолу. Процесс производства полиэтилена из этилена известен как полимеризация . … Полимеризация происходит, когда химическая реакция заставляет молекулы реагировать вместе, образуя полимерные цепи.

Как обрабатывается HDPE?

ПЭВП

изготавливается в контролируемых условиях путем интенсивного нагревания нефти . Этот процесс, также известный как «крекинг», помогает создавать газообразный этилен. Во время его производства молекулы газа будут присоединяться к полимерам, из которых затем будет производиться полиэтилен.

Что такое сырье HDPE?

В качестве сырья используются гранулы HDPE , изготовленные из первичных полиэтиленовых гранул и переработанного HDPE .

Найдено 26 похожих вопросов

Является ли полиолефин пластиком?

Полиолефины представляют собой семейство полиэтиленовых и полипропиленовых термопластов . Они производятся в основном из нефти и природного газа в процессе полимеризации этилена и пропилена соответственно. Их универсальность сделала их одним из самых популярных пластиков, используемых сегодня.

Где встречается полиэтилен?

Полиэтилен производится из этилена, и хотя этилен можно производить из возобновляемых ресурсов, в основном его получают из нефти или природного газа .

Какой газ вырабатывается пластиком?

В этом месяце группа исследователей из Гавайского университета опубликовала новаторское исследование, показывающее, что пластик при воздействии элементов выделяет метан и этилен — два мощных парниковых газа, которые могут усугубить изменение климата.

Является ли этилен пластиком?

Этилен, ключевой строительный блок из пластика и жизненно важный для обрабатывающей промышленности нашей страны, оказался в центре внимания из-за воздействия урагана Харви на его производственный процесс…. Используя в качестве сырья нефть или природный газ, нефтехимические заводы используют процесс крекинга для извлечения этилена.

Вреден ли полиэтилен?

Пластмассы № 1 Полиэтилентерефталат (PET или PETE) и № 2 Полиэтилен высокой плотности (HDPE) не только вредны для окружающей среды, но и могут быть потенциально токсичными для человека. подвергается воздействию ультрафиолета, тепла и со временем из-за естественного распада.

Безопасен ли полиэтилен для пищевых продуктов?

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)

Первичный ПЭВП — это безопасный пластик для контакта с пищевыми продуктами . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов санкционировало использование переработанного ПЭВП для контакта с пищевыми продуктами в каждом конкретном случае на протяжении более 20 лет. Смола HDPE производит пластик, устойчивый к коррозии и мало впитывающий влагу, что делает его подходящим для хранения напитков.

Где используется полиэтилен?

Полиэтилен низкой плотности

Температура плавления составляет приблизительно 110 °C (230 °F).В основном используется в упаковочной пленке , мусорных и продуктовых пакетах, сельскохозяйственной мульче, изоляции проводов и кабелей, пластиковых бутылках, игрушках и предметах домашнего обихода .

Термопластический материал?

Термопласт или термопластичный пластик — это пластиковый полимерный материал, который становится гибким или формуемым при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении . … Термопласты отличаются от термореактивных полимеров (или «реактопластов»), которые в процессе отверждения образуют необратимые химические связи.

Является ли этилен топливом?

Как вы увидите в этом исследовательском документе от 2008 года, он хорошо работает в качестве топлива , и есть один выдающийся факт, который стоит отметить в первую очередь. У этилена расход топлива на 30% больше, чем у бензина, а у бензина гораздо больше пробега, чем у этанола.

Является ли ПВХ термопластом?

Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из наиболее широко используемых термопластичных материалов , распространенных во многих отраслях промышленности.Трубы из ПВХ демонстрируют исключительное и стабильное качество с однородными свойствами, что делает их предпочтительным выбором для производителей и изготовителей. … Номинальное давление зависит от графика, размера трубы и температуры.

Выделяет ли пластик CO2?

К 2050 году производство пластика и его сжигание могут выбрасывать 2,8 гигатонны CO2 в год , что равносильно выбросам 615 угольных электростанций мощностью пятьсот мегаватт.Важно отметить, что эти ежегодные выбросы со временем будут накапливаться в атмосфере.

Из чего сделан пластик?

Пластмассы изготавливаются из природных материалов, таких как целлюлоза, уголь, природный газ, соль и сырая нефть , посредством процесса полимеризации или поликонденсации. Пластмассы получают из природных органических материалов, таких как целлюлоза, уголь, природный газ, соль и, конечно же, сырая нефть.

Как делают пластик Эду?

Пластмассы производятся из сырья, такого как природный газ, нефть или растения , которые перерабатываются в этан и пропан.Затем этан и пропан обрабатывают нагреванием в процессе, называемом «крекинг», который превращает их в этилен и пропилен. Эти материалы объединяются вместе для создания различных полимеров.

Экологичен ли полиэтилен?

Начнем с того, что полиэтилен — это очень безопасный пластик, не вызывающий законных опасений для окружающей среды или здоровья . … Хорошая новость в отношении полиэтилена заключается в том, что сам материал не оказывает негативного воздействия на нашу окружающую среду, если, конечно, он не замусорен.С ним совершенно безопасно обращаться, трогать и даже лизать.

Какие изделия из полиэтилена?

Полиэтилен

  • Пластиковые пакеты.
  • Контейнеры для хранения пищевых и других продуктов.
  • Бутылки для напитков.
  • Бутылочки для туалетных принадлежностей.
  • Топливные баки на транспортных средствах и садово-огородном энергетическом оборудовании.
  • Емкости для бытовой химии.
  • Емкости для хранения бензина.
  • Емкости для хранения моторного масла.

Что вы подразумеваете под полиэтиленом?

: полимер этилена особенно : любой из различных частично кристаллических легких термопластов (СН 2 СН 2 ) х устойчивых к химическим веществам и влаге, обладают хорошими изоляционными свойствами и используются особенно в упаковке и изоляция.

Является ли олефин пластиком?

Наиболее распространенный тип термопластов, полиолефины также являются одними из наиболее широко используемых типов пластика . … В процессе полимеризации олефины превращаются в высокомолекулярные углеводороды — полиолефины. Конечно, олефин, который вы полимеризуете, определяет, какой полиолефин вы получите.

Является ли полипропилен токсичным для человека?

Является ли полипропилен токсичным? Полипропилен обычно считается безопасным для использования , но вы все равно должны опасаться использования пластика чаще, чем это необходимо.Доказано, что химические вещества, содержащиеся в пластиковых изделиях, способствуют возникновению некоторых видов рака.

Какой тип пластика PE?

Что такое полиэтилен и для чего он используется? Полиэтилен представляет собой термопластичный полимер с переменной кристаллической структурой и широким спектром применения в зависимости от конкретного типа. Это один из наиболее широко производимых пластиков в мире: ежегодно во всем мире производятся десятки миллионов тонн.

Что такое термопласт, например?

Термопласт – это любой пластиковый материал, который плавится в мягкую, гибкую форму при температуре выше определенной температуры и затвердевает при охлаждении. … Общие примеры термопластов включают акрил , полиэстер, полипропилен, полистирол, нейлон и тефлон .

Полиуретан

по сравнению с полиэтиленом

Мир пластмасс включает в себя материалы, состоящие из самых разных химических составов и характеристик, что дает разработчикам продукции множество вариантов выбора.В зависимости от спецификаций вашего дизайна вы можете обнаружить, что некоторые материалы могут лучше подходить из-за их физических свойств и производственных процессов. Например, полиуретан и полиэтилен — это два разных типа пластмасс, которые обычно используются в самых разных областях. Тем не менее, один материал может предложить дизайнерам больше свободы дизайна и более высокие, более прочные свойства. В этом посте мы обсудим различия между полиуретаном и полиэтиленом и когда выбрать лучший материал для дизайна вашего продукта.

Как и АБС-пластик, полиэтилен (ПЭ) — это материал, широко используемый во многих потребительских товарах. Этот гибкий материал создан благодаря очень простой химической структуре, состоящей из атомов водорода и атомов углерода. В зависимости от предпочтительной плотности полиэтилен может иметь линейную или разветвленную структуру, также известную как полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Хотя оба материала имеют одинаковый химический состав, каждый из них обладает очень разными физическими свойствами.HDPE прочный и жесткий, а LDPE более мягкий и гибкий. Например, HDPE обычно можно найти в игрушках, мусорных баках и водосточных трубах, тогда как LDPE часто можно найти в одноразовых перчатках, сумках и пластиковой упаковке, и это лишь некоторые из них.

Полиуретаны образуются в результате химической реакции между полиолом и диизоцианатом. Несмотря на сложную химическую структуру, этот уникальный материал позволяет инженерам адаптировать химический состав уретана к конкретным требованиям конструкции. Полиуретаны могут быть изготовлены по индивидуальному заказу, чтобы быть мягкими и гибкими в качестве подушки для чего-то столь же твердого и жесткого, как металл.Благодаря своей адаптируемости полиуретаны можно найти в самых разных областях: от подошвы вашей обуви до ваших любимых электронных устройств.

Хотя полиэтилен и полиуретаны относятся к одному и тому же семейству пластмасс, оба материала различаются по свойствам, типам продуктов и производственным процессам. Начиная с химической структуры, полиэтилен относится к типу термопластов, а полиуретаны — к термореактивным. Термопласты, как правило, представляют собой продукты, полученные литьем под давлением, которые можно расплавить и преобразовать.С другой стороны, реактопласты изготавливаются методом литья или реакционного литья под давлением (RIM). В отличие от термопластов, реактопласты лучше работают при высоких температурах, сохраняя при этом свою постоянную форму. Для получения дополнительной информации о термореактивных материалах по сравнению с термопластами нажмите здесь.

Из-за своих химических и производственных различий термореактивные полиуретаны обычно обладают более прочными физическими свойствами, чем два распространенных типа полиэтилена. Ниже приведена таблица, помогающая разобраться в различиях между термореактивным полиуретаном и термопластичным полиэтиленом:

Полиэтилен   Полиуретан  
  • Доступны твердые вещества и пены
  • Может быть изготовлена ​​по индивидуальному заказу в соответствии с конкретными проектными требованиями
  • Может быть достигнута ограниченная твердость
  • Повышенная износостойкость; Способен выдерживать различные температуры от -80°F до 300°F
  • Может соединяться с различными подкомпонентами в процессе формования
  • Может быть сделан проводящим с использованием технического углерода

В зависимости от ваших требований к дизайну, полиуретан и полиэтилен могут использоваться в широком ассортименте продуктов и/или компонентов.Тем не менее, термореактивные полиуретаны могут производить более прочные и надежные изделия, способные противостоять большинству условий окружающей среды. По этой причине термореактивные полиуретаны часто предпочтительнее для применений, требующих очень специфических физических свойств для лучшей производительности. Полиэтилен, тем более, лучше всего подходит для продуктов, которые практически не имеют значения в требованиях к износу. При выборе между обоими материалами важно учитывать требования приложения и производственный процесс, чтобы производить эффективные продукты в соответствии с вашими потребностями в дизайне.Чтобы помочь сузить выбор материалов, заполните наш инструмент проектирования здесь или загрузите наш лист технических данных по материалам ниже:

Научные принципы: полимеры

Научные принципы: полимеры

Область применения полимеров настолько обширна, а сферы применения настолько разнообразны, что важно понимать, как производятся и используются полимеры. Поскольку за место на рынке борются более 60 000 различных пластиков, знание этой важной области может действительно обогатить наше понимание этого удивительного материала.Компании производят более 30 миллионов тонн пластика каждый год и тратят большие суммы на исследования, разработки и более эффективные методы переработки. Ниже мы познакомимся с некоторыми научными принципами, связанными с производством и переработкой этих материалов, полученных из ископаемого топлива, известных как полимеры.

Реакции полимеризации

Химическая реакция, в которой молекулы с высокой молекулярной массой образуются из мономеров, известна как полимеризация. Существует два основных типа полимеризации: цепная реакция (или присоединение) и ступенчатая реакция (или конденсация) полимеризация .

Полимеризация с цепной реакцией

Одним из наиболее распространенных типов полимерных реакций является цепная реакция (присоединение) полимеризации. Этот тип полимеризации представляет собой трехстадийный процесс с участием двух химических соединений. Первый, известный просто как мономер, можно рассматривать как одно звено полимерной цепи. Первоначально он существует в виде простых единиц. Почти во всех случаях мономеры имеют по крайней мере одну углерод-углеродную двойную связь. Этилен является одним из примеров мономера, используемого для получения обычного полимера.


Другим химическим реагентом является катализатор. В полимеризации с цепной реакцией катализатором может быть свободнорадикальный пероксид, добавленный в относительно низких концентрациях. Свободный радикал — это химический компонент, содержащий свободный электрон, образующий ковалентную связь с электроном другой молекулы. Образование свободного радикала из органического пероксида показано ниже:

В этой химической реакции из одной молекулы R 2 O 2 образовались два свободных радикала.Теперь, когда все химические компоненты идентифицированы, мы можем приступить к рассмотрению процесса полимеризации.

Шаг 1: Инициация

Первый этап процесса полимеризации с цепной реакцией, инициирование, происходит, когда свободнорадикальный катализатор реагирует с углеродным мономером с двойной связью, начиная полимерную цепь. Двойная углеродная связь разрывается, мономер связывается со свободным радикалом, и в этой реакции свободный электрон переносится на внешний атом углерода.

Шаг 2. Распространение

Следующий этап процесса, размножение, представляет собой повторяющуюся операцию, в ходе которой формируется физическая цепь полимера. Двойная связь последовательных мономеров открывается, когда мономер вступает в реакцию с реакционноспособной полимерной цепью. Свободный электрон последовательно передается по цепи к внешнему атому углерода.


Эта реакция может протекать непрерывно, потому что энергия в химической системе снижается по мере роста цепи.С термодинамической точки зрения сумма энергий полимера меньше суммы энергий отдельных мономеров. Проще говоря, одинарные связи в полимерной цепи более стабильны, чем двойные связи мономера.

Шаг 3: Завершение

Обрыв происходит, когда другой свободный радикал (R-O . ), оставшийся от первоначального расщепления органического пероксида, встречает конец растущей цепи. Этот свободный радикал обрывает цепь, связываясь с последним CH 2 . компонент полимерной цепи. В результате этой реакции образуется полная полимерная цепь. Прекращение также может произойти, когда две незавершенные цепи соединяются вместе. Оба типа оконечной нагрузки показаны на диаграмме ниже. Возможны и другие виды расторжения.



Эта экзотермическая реакция протекает очень быстро, образуя отдельные цепи полиэтилена часто менее чем за 0,1 секунды. Созданные полимеры имеют относительно высокую молекулярную массу. Вдоль основной цепи нередко возникают ответвления или перекрестные связи с другими цепями.

Ступенчатая полимеризация

Ступенчатая полимеризация (конденсация) является еще одним распространенным типом полимеризации. Этот метод полимеризации обычно дает полимеры с более низкой молекулярной массой, чем цепные реакции, и требует более высоких температур. В отличие от аддитивной полимеризации, в ступенчатых реакциях участвуют два разных типа бифункциональных мономеров или концевых групп, которые реагируют друг с другом, образуя цепь. Конденсационная полимеризация также дает низкомолекулярный побочный продукт (вода, HCl и т.). Ниже приведен пример образования нейлона 66, распространенного полимерного материала для одежды, включающего по одному из двух мономеров, гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, которые реагируют с образованием димер нейлона 66.


В этот момент полимер мог расти в любом направлении, связываясь с другой молекулой гексаметилендиамина или адипиновой кислоты, или с другим димером. По мере роста цепи молекулы с короткой цепью называются олигомерами. Теоретически этот реакционный процесс может продолжаться до тех пор, пока не перестанут быть доступны дополнительные мономеры и реакционноспособные концевые группы.Однако этот процесс относительно медленный и может занять до нескольких часов или дней. Обычно в этом процессе образуются линейные цепи, которые вытянуты без каких-либо поперечных связей или разветвлений, если только не добавлен трехфункциональный мономер.

Химическая структура полимера

Мономеры в полимере могут быть расположены по-разному. Как указано выше, как аддитивные, так и конденсационные полимеры могут быть линейными, разветвленными или сшитыми. Линейный полимеры состоят из одной длинной непрерывной цепи без каких-либо лишних придатков или прикреплений.Разветвленные полимеры имеют цепочечную структуру, которая состоит из одной основной цепи молекул с отходящими от нее более мелкими молекулярными цепочками. Разветвленная цепная структура имеет тенденцию к снижению степени кристалличности и плотности полимера. Сшивка в полимерах происходит, когда между отдельными молекулами полимерной цепи образуются первичные валентные связи.

Цепи только с одним типом мономера известны как гомополимеры. Если задействованы два или более мономера разного типа, полученный сополимер может иметь несколько конфигурации или расположения мономеров вдоль цепи.Четыре основные конфигурации изображены ниже:


Рис. 1: Конфигурации сополимера .

Физическая структура полимера

Сегменты полимерных молекул могут существовать в двух различных физических структурах. Они могут быть как в кристаллическом, так и в аморфные формы. Кристаллические полимеры возможны только при регулярной химической структуре (например, гомополимеры или чередующиеся сополимеры), а цепи обладают высокоупорядоченным расположением своих сегментов.Кристалличность в полимерах предпочтительнее в симметричных полимерных цепях, однако она никогда не бывает 100%. Эти полукристаллические полимеры имеют довольно типичный путь разжижения, сохраняя свое твердое состояние до тех пор, пока не достигнут температуры плавления при Т м .

Аморфные полимеры не имеют порядка. Молекулярные сегменты в аморфных полимерах или аморфные домены полукристаллических полимеров расположены случайным образом и запутаны. Аморфные полимеры не имеют определяемого T m из-за их случайности.При низких температурах, ниже их температуры стеклования (T g ), сегменты неподвижны, а образец часто хрупкий. При увеличении температуры до T g молекулярные сегменты могут начать двигаться. Выше T г подвижность достаточна (если нет кристаллов), чтобы полимер мог течь в виде высоковязкой жидкости. Вязкость уменьшается с повышением температуры и уменьшением молекулярной массы. Также может быть эластичный ответ, если запутывания не могут выровняться со скоростью приложения силы (как в глупой замазке).Этот материал затем описывается как вязкоупругий. В полукристаллическом полимере молекулярному потоку препятствуют части молекул в кристаллах до тех пор, пока температура не превысит T m . В этот момент образуется вязкоупругий материал. Эти эффекты легче всего увидеть на графике зависимости объема от температуры.


Рис. 2: График зависимости удельного объема от температуры.

Члены семейства полимеров

Полимеры можно разделить на две разные группы в зависимости от их поведения при нагревании.Полимеры с линейными молекулами, вероятно, термопласт. Это вещества, которые размягчаются при нагревании и могут быть переработаны и переработаны. Они могут быть полукристаллическими или аморфными. Другая группа полимеров известна как термореактивные. Это вещества, которые не размягчаются под воздействием тепла и давления и не могут быть переработаны или переработаны. Они должны быть переработаны, использованы в качестве наполнителей или сожжены, чтобы удалить их из окружающей среды.

Термопласты

Термопласты обычно представляют собой углеродсодержащие полимеры, синтезированные путем аддитивной или конденсационной полимеризации.Этот процесс формирует сильные ковалентные связи внутри цепей и более слабые вторичные связи Ван-дер-Ваальса между цепями. Обычно эти вторичные силы можно легко преодолеть с помощью тепловой энергии, что делает термопласты пригодными для формования при высоких температурах. Термопласты также сохранят свою вновь преобразованную форму после охлаждения. Несколько распространенных применений термопластов включают: детали для обычных бытовых приборов, бутылки, кабельные изоляторы, ленты, чаши блендеров и миксеров, медицинские шприцы, кружки, текстиль, упаковку и изоляцию.

Реактопласты

Реактопласты имеют те же связи Ван-дер-Ваальса, что и термопласты. Они также имеют более сильную связь с другими цепями. Сильные ковалентные связи химически удерживают вместе различные цепи в термореактивном материале. Цепи могут быть непосредственно связаны друг с другом или связаны через другие молекулы. Эта «сшивка» между цепями позволяет материалу сопротивляться размягчению при нагревании. Таким образом, термореактивным материалам необходимо придать новую форму, если они предназначены для повторного использования, или они могут служить порошкообразными наполнителями.Хотя термореактивные полимеры трудно реформировать, они имеют много явных преимуществ в области инженерного проектирования, в том числе:

  1. Высокая термическая стабильность и изоляционные свойства.
  2. Высокая жесткость и стабильность размеров.
  3. Сопротивление ползучести и деформации под нагрузкой.
  4. Легкий.

Несколько распространенных применений термореактивных материалов включают эпоксидные смолы (клеи), детали кузова автомобилей, клеи для фанеры и древесностружечных плит, а также в качестве матрицы для композитов в корпусах лодок и резервуарах.

Переработка полимеров

Существует пять основных процессов изготовления полимерных изделий или деталей. Это включает; литье под давлением, компрессионное формование, трансферное формование, выдувное формование и экструзия. Компрессионное формование и трансферное формование используются в основном для термореактивных пластмасс. Литье под давлением, экструзия и выдувное формование используются в основном для термопластов.

Литье под давлением

Этот очень распространенный процесс формования пластмасс включает четыре этапа:

  1. Порошок или гранулированный полимер нагревают до жидкого состояния.
  2. Под давлением жидкий полимер нагнетается в форму через отверстие, называемое литником. Ворота контролируют поток материала.
  3. Материал под давлением удерживается в форме до тех пор, пока он не затвердеет.
  4. Пресс-форма открывается, и деталь удаляется выталкивающими штифтами.

Преимущества литья под давлением включают быструю обработку, малое количество отходов и простоту автоматизации. Формованные детали включают гребни, основания зубных щеток, ведра, фитинги для труб и детали моделей самолетов.


Рис. 3: Схема литья под давлением.

Прессование под давлением

Этот тип литья был одним из первых, который использовался для формования пластмасс. Он включает четыре шага:

  1. Предварительно сформированные заготовки, порошки или гранулы помещаются в нижнюю часть нагретой формы или штампа.
  2. Другая половина пресс-формы опускается и прикладывается давление.
  3. Материал размягчается под воздействием тепла и давления, растекаясь и заполняя форму.Излишки выдавливаются из формы. Если термореактивный материал, сшивание происходит в форме.
  4. Пресс-форма открывается, и деталь извлекается.

Для термопластов форма охлаждается перед удалением, чтобы деталь не потеряла свою форму. Термореактивные материалы можно выбрасывать, пока они горячие и после завершения отверждения. Этот процесс медленный, но материал движется только на небольшое расстояние к форме и не проходит через ворота или направляющие. Из каждой формы изготавливается только одна деталь.

Трансферное формование

Этот процесс является модификацией компрессионного формования. Он используется в основном для производства термореактивных пластмасс. Его шаги:

  1. Частично полимеризованный материал помещают в нагретую камеру.
  2. Плунжер нагнетает текучий материал в формы.
  3. Материал течет через литники, направляющие и заслонки.
  4. Температура и давление внутри формы выше, чем в нагретой камере, что приводит к образованию поперечных связей.
  5. Пластик отверждается, затвердевает, форма открывается, и деталь извлекается.

Затраты на пресс-формы высоки, и в литниках и направляющих скапливается много брака, но можно точно изготавливать сложные детали различной толщины.

Выдувное формование

Выдувное формование производит бутылки, круглые светильники, баки, автомобильные бензобаки и бочки. Это включает в себя:

  1. Трубка из мягкого пластика экструдированная
  2. Трубка зажимается с одного конца и надувается для заполнения формы.
  3. Твердая пластмассовая оболочка удаляется из формы.

Этот процесс является быстрым и относительно недорогим.

Экструзия

Этот процесс позволяет изготавливать детали постоянного поперечного сечения, такие как трубы и стержни. Расплавленный полимер проходит через головку для получения окончательной формы. Он включает четыре шага:

  1. Гранулы полимера смешаны с красителем и добавками.
  2. Материал нагревается до необходимой пластичности.
  3. Материал продавливается через матрицу.
  4. Материал охлаждается.

Экструдер имеет бункер для подачи полимера и добавок, цилиндр со шнеком непрерывной подачи, нагревательный элемент и держатель матрицы. Адаптер на конце экструдера, нагнетающий воздух через отверстие в горячий полимер, выдавливаемый через кольцевую головку, производит пластиковые пакеты и пленки.


Рис. 4: Схема экструдера. Таблица 1: Сравнение методов обработки полимеров для термопластов и реактопластов.1 9 , имеет короткое время цикла и широчайший выбор материалов.
Процесс Термопласт (TP) или термореактивный материал (TS) Преимущества Недостатки
Литье под давлением TP имеет наиболее точный контроль формы, TS Он имеет высокие капитальные затраты, подходит только для большого количества деталей и имеет высокое давление в пресс-форме (20 000 фунтов на квадратный дюйм).
Компрессионное формование TS Он имеет более низкое давление в пресс-форме (1000 фунтов на кв. дюйм), минимально повреждает армирующие волокна (в композитах) и позволяет изготавливать большие детали. Он требует больше труда, более длительный цикл, чем литье под давлением, имеет меньшую гибкость формы, чем литье под давлением, и каждая загрузка загружается вручную.
Трансферное формование TS Подходит для герметизации металлических деталей и электронных схем. На каждую деталь приходится немного брака, и каждый заряд загружается вручную.
Выдувное формование TP Может изготавливать полые детали (особенно бутылки), вытяжка улучшает механические свойства, имеет быстрый цикл и не требует больших трудозатрат. Он не имеет прямого контроля толщины стенки, не может формовать мелкие детали с высокой точностью и требует полимера с высокой прочностью расплава.
Экструзия TP Используется для пленок, оберток или длинных непрерывных деталей (например, труб). Для сохранения стабильности его необходимо охлаждать ниже температуры стеклования.

Переработка: вызов сегодня, награда завтра

Обзор

Потребительские отходы в Соединенных Штатах представляют собой проблему для всех.Твердые отходы можно разделить на следующие категории:

  • металлы — алюминий, сталь и т.д.
  • стекло — прозрачное, цветное и т.д.
  • бумага — газетная бумага, картон и т.п.
  • натуральные полимеры — кожа, трава, листья, хлопок и т.д.
  • синтетические полимеры — синтетические каучуки, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид и др.

Сегодня потребители используют больше продуктов и, следовательно, производят больше твердых отходов.Со временем мы обнаруживаем, что у нас остается все меньше места для таких отходов. Восемьдесят процентов всех твердых бытовых отходов захораниваются на свалках. Сегодня действующих свалок на одну треть меньше, чем 18 500 десять лет назад, что делает захоронение гораздо более дорогим.

Плата за чаевые, взимаемая с мусоровоза за сброс партии твердых отходов, регулярно увеличивается. Муниципалитеты ввели ограничения и/или запретили запуск новых свалок в пределах своих границ.Например, 50% твердых отходов Нью-Джерси вывозятся за пределы штата для захоронения на свалках.

Количество синтетических полимеров в весе твердых отходов будет продолжать расти по мере роста использования пластмасс, как прогнозируется ниже.

Таблица 2: Массовое процентное содержание пластиковых отходов в Америке.
Год Всего отходов Процент пластмасс
1960 76 миллионов тонн 2.7%
1984 133 млн тонн 7,2% 9.2%
142 млн. Тонн 142%
3
2000 159 млн. Тонн 9,8% (Проектируется)

Пластмассы составляют от 14 до 22% объема твердых отходов. Одним из возможных решений этой проблемы является переработка. В 1990 г. от 1 до 2 % пластика, 29 % алюминия, 25 % бумаги, 7 % стекла и 3 % резины и стали были переработаны в качестве бытовых отходов.Очевидно, что ответом может стать увеличение количества перерабатываемого пластика. Тем не менее, основным препятствием при повторном использовании пластмасс является то, что переработка добавляет историю нагрева, ухудшает свойства и затрудняет повторное использование для одного и того же применения. Например, 58-граммовая 2-литровая бутылка для напитков из полиэтилентерефталата (ПЭТ) состоит из 48 г ПЭТФ, а остальное — основание чашки из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), бумажная этикетка, клей и крышка из формованного полипропилена (ПП). Основание чашки, этикетка, клей и колпачок являются загрязняющими веществами при переработке ПЭТ.

В ответ на проблему загрязняющих веществ при переработке пластмасс, пластмассовые изделия разрабатываются «удобными для повторного использования». Продукты производятся с возможностью вторичной переработки в качестве жизнеспособного средства утилизации. По крайней мере, одна компания разработала 2-литровую бутылку для напитков, полностью изготовленную из ПЭТ, для рентабельной переработки. Что касается повторного использования переработанного пластика, многие организации пересматривают использование переработанного пластика. Например, пластиковые шарики используются для удаления краски с самолетов методом «пескоструйной обработки».Раньше использовались жесткие, неэкологичные химические растворители. Использование переработанного пластика ограничено только воображением дизайнеров и конечных пользователей пластика.

Еще одной причиной отказа от пластика является сохранение энергии. Энергетическая ценность полиэтилена (ПЭ) составляет 100 % эквивалентной массы мазута №2. Полистирол (ПС) составляет 75 %, а поливинилхлорид (ПВХ) и ПЭТ — около 50 %. С энергетической ценностью фунта топочного мазута № 2 в 20 000 Б.T.U., засыпка пластмасс приводит к пустой трате энергии. Некоторые страны, в частности Япония, используют энергетическую ценность пластика и бумаги для сжигания отходов в энергию.

Еще одним фактором в уравнении утилизации является экономическая тенденция увеличения платы за мусор на свалках. В северо-восточных штатах плата за чаевые постепенно увеличивалась, но в западных штатах плата оставалась низкой из-за субсидий местных органов власти на свалки. По мере того, как стоимость захоронения твердых отходов увеличивается, растет и стимул к переработке.Когда стоимость засыпки превышает стоимость переработки, рециркуляция будет практической альтернативой засыпке.

Эти факторы привели к определенным рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США. В порядке от наибольшего к наименьшему EPA рекомендует: сокращение источников, переработка, термическое восстановление (сжигание) и захоронение отходов. Каждый из них не лишен своих проблем. Сокращение источников требует изменения дизайна упаковки и/или использования меньшего количества, более легких или более экологически безопасных материалов.Компромисс может означать уменьшение упаковки пищевых продуктов с возможностью более высокого уровня порчи продуктов. Пластмассы станет меньше, но больше еды будет выбрасываться в виде твердых отходов. Какой бы метод утилизации ни был выбран, выбор сложен. Каковы бы ни были затраты, потребитель их понесет.

Переработка различных пластмасс

ПЭТФ (полиэтилентерефталат)

В 1989 году миллиард фунтов первичного ПЭТ был использован для изготовления бутылок для напитков, из которых около 20% было переработано.Из переработанного количества 50% было использовано для заполнения волокном и обвязки. Переработчики утверждают, что производят высококачественный гранулированный ПЭТ со степенью чистоты 99%. Он продается по цене от 35 до 60% от стоимости первичного ПЭТФ.

Основные виды повторного использования ПЭТ включают листы, волокна, пленки и экструзии. При химической обработке переработанный продукт может быть преобразован в сырье для производства ненасыщенных полиэфирные смолы. При использовании достаточного количества энергии переработанный продукт может быть деполимеризован в этиленгликоль и терефталевую кислоту, а затем реполимеризован в первичный ПЭТФ.

HDPE (полиэтилен высокой плотности)

Из пластиков, которые могут быть переработаны, жесткий полиэтиленовый контейнер чаще всего можно найти на свалке. Менее 5% контейнеров из HDPE обрабатываются или обрабатываются таким образом, чтобы их можно было легко переработать. Первичный ПЭВП используется в непрозрачных бытовых и промышленных контейнерах, используемых для упаковки моторного масла, моющих средств, молока, отбеливателей и сельскохозяйственных химикатов.

Существует большой потенциал для использования переработанного ПЭВП в базовых стаканах, дренажных трубах, цветочных горшках, пластиковых пиломатериалах, мусорных баках, автомобильных брызговиках, кухонных сливных досках, ящиках для бутылок с напитками и поддонах.Большая часть переработанного ПЭВП представляет собой цветной непрозрачный материал, доступный во множестве оттенков.

LDPE (полиэтилен низкой плотности)

LDPE перерабатывается гигантскими поставщиками смолы и торговыми предприятиями либо путем сжигания в качестве топлива для получения энергии, либо путем повторного использования в мешках для мусора. Переработка мешков для мусора – это большой бизнес. Цвет их не критичен, поэтому ремолы идут в черные, коричневые и в меньшей степени зеленые и желтые мешки.

ПВХ (поливинилхлорид)

Существует много споров относительно переработки и повторного использования ПВХ из-за проблем со здоровьем и безопасностью.При сжигании ПВХ часто ставится вопрос о воздействии на мусоросжигательную печь и качество воздуха. Федеральное управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) приказало своим сотрудникам подготовить отчеты о воздействии на окружающую среду, охватывающие роль ПВХ в мусорных свалках и сжигании. При горении ПВХ выделяются токсичные диоксины, фураны и хлористый водород. Эти пары являются канцерогенными, мутагенными и тератогенными. Это одна из причин, по которой ПВХ должен быть идентифицирован и удален из любых пластиковых отходов, подлежащих переработке.

В настоящее время ПВХ используется в таре для пищевых продуктов и алкогольных напитков с одобрения FDA. Будущее ПВХ находится в руках производителей пластмасс, которые должны решить проблему токсического воздействия сжигания ПВХ. Интересно отметить, что на долю ПВХ приходится менее 1% отходов, захораниваемых на свалках. При правильной переработке ПВХ проблемы токсичных выбросов сводятся к минимуму. Различные переработчики смогли восстановить ПВХ без проблем со здоровьем. Использование переработанного ПВХ включает аквариумные трубки, дренажные трубы, фитинги, напольную плитку и непищевые бутылки.Когда ПВХ смешивают с другими пластиковыми отходами, он используется для производства пластиковых пиломатериалов.

ПС (полистирол)

PS и ее производители уже несколько лет являются мишенью для экологов. Производители и переработчики прилагают все усилия, чтобы переработка полистирола стала такой же распространенной, как переработка бумаги и металлов. Одна компания, Rubbermaid, тестирует регенерированный полистирол в подносах для обслуживания и других бытовых предметах. Amoco, еще одна крупная корпорация, в настоящее время использует метод преобразования отходов полистирола, включая остатки пищи, в масло, которое можно повторно очистить.

Будущее

Переработка является жизнеспособной альтернативой всем другим способам обращения с потребительскими пластиковыми отходами. В ответ на проблему смешанных пластиковых отходов в пластмассовой промышленности была разработана и принята система кодирования. Код представляет собой цифровую и буквенную систему. Это относится к бутылкам объемом более 16 унций и другим емкостям объемом более 8 унций. Число отображается в символе переработки с 3 изогнутыми стрелками с аббревиатурой пластика под символом.

Западноевропейские компании, особенно немецкие фирмы Hoechst и Bayer, с успехом вышли на рынок перерабатываемого пластика. Используя высокотехнологичный подход, они разрабатывают новые методы разделения и обработки смешанных пластиковых отходов.

Потенциальное использование переработанных материалов включает пластиковые пиломатериалы. Переработанный пластик смешивают с древесными волокнами и перерабатывают в заменитель пиломатериалов. Древесные волокна превратились бы в мусорную свалку, если бы их не использовали повторно. Конечный продукт называется биопастой.Ожидается, что в конечном итоге это станет многомиллионным предприятием. Исследования и разработки продолжают улучшать этот продукт.

Переработка — это экономичный способ обращения с потребительскими пластиковыми отходами. Необходимо продолжать исследования по снижению стоимости переработки. Переработка пластика не достигнет уровня программ переработки бумаги и некоторых металлов, пока не будут внедрены более дешевые и автоматические методы переработки. К счастью, решения этих проблем не выходят за рамки наших технологий или нашего разума.Ниже приведена диаграмма, в которой перечислены различные типы пластмасс и их использование до и после их переработки.

Таблица 3: Основные пластмассовые смолы и их применение
Код смолы Название смолы Общее применение Примеры переработанных продуктов
Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТФ) Бутылки для безалкогольных напитков, банки с арахисовым маслом, бутылки для заправки салатов, банки для полоскания рта Бутылки для жидкого мыла, обвязка, наполнитель для зимних пальто, доски для серфинга, кисти, пух на теннисных мячах, бутылки из-под безалкогольных напитков, пленка
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) Контейнеры для молока, воды и сока, пакеты для продуктов, игрушки, бутылки для жидких моющих средств Стаканы на основе безалкогольных напитков, цветочные горшки, дренажные трубы, знаки, сиденья для стадионов, мусорные баки, урны для вторичной переработки, конусы дорожных барьеров, вкладыши для сумок для гольфа, игрушки
Поливинилхлорид или винил (ПВХ-V) Прозрачная упаковка для пищевых продуктов, бутылки для шампуня Коврики, трубы, шланги, брызговики
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) Пакеты для хлеба, пакеты для замороженных продуктов, продуктовые пакеты Вкладыши для мусорных баков, пакеты для продуктов, универсальные пакеты
Полипропилен (ПП) Бутылки из-под кетчупа, контейнеры для йогурта, маргарин, баночки, флаконы из-под лекарств Ступени люков, ведра для краски, ящики для хранения видеокассет, скребки для льда, лотки для фаст-фуда, колеса газонокосилок, детали автомобильных аккумуляторов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.