Поролон вторичного вспенивания: оборудование для производства и применение

За последние десятилетия появилось несколько новаторских разработок в сфере утилизации и вторичного использования поролона.

Материал представляет собой вспененный пенополиуретан (ППУ) и имеет широкую сферу применения.

По данным европейских экспертов, доля поролона составляет около 5 % в общей массе полимерных отходов, поэтому его переработка считается одним из наиболее перспективных направлений бизнеса.

Источники отходов и методы переработки

Основными источниками поролона вторичного вспенивания считаются:

• в производственном секторе — обрезки и некондиционный материал;
• в сфере потребления — отходы теплоизолирующих материалов, упаковки, автомобильных деталей, постельных принадлежностей, подложек под ковровые покрытия.

Из всех разработок последних лет наибольшее распространение получили регенерация энергии, химическая и механическая переработка.

Регенерация энергии

По энергоемкости ППУ значительно превосходит древесину и бумагу.

Его можно сравнить с углем, а тепло от сжигания направить на получение электроэнергии или коммунальные нужды.

Этот способ подходит для уничтожения смешанных бытовых отходов с долей поролона до 20 %.

При этом ППУ не вызывает повышения зольности и выделения вредных газов. Сжигание проводят в цементных печах и пиролизных установках.

Химический способ

Деполимеризацию, или разложение на составляющие с меньшей молекулярной массой, проводят двумя способами:

• гидролизом;
• гликолизом.

Полученные в результате вещества — полиолы — служат сырьем для жестких и полужестких полиуретанов.

Массовая доля вторичного продукта при производстве составляет до 90 %.

Химическая переработка обеспечивает расщепление макромолекул с полным разрушением поперечных сшивок, однако работает только с однородными отходами с известным составом.

Механическая переработка

Механический рециклинг подразумевает дробление отходов и получение поролона вторичного вспенивания (ПВВ). Крошка из фабричных обрезков служит наполнителем в производстве эластомеров с хорошо прогнозируемыми свойствами.

ПВВ имеет массу применений:

1. Мебель. Вторично вспененный поролон применяется для изготовления беспружинных матрасов. Из него делают бескаркасную мебель различных форм и размеров, а также рекламные подиумы.
2. Спорт. ПВВ является основой для матов и ограждений. В зависимости от назначения (гимнастические, борцовские, детские, атлетические) применяют продукт с различной плотностью.
3. Звукоизоляция. Помимо теплоизолирующих свойств материал отличается хорошим звукопоглощением. Из него делают виброизолирующие развязки для строительных конструкций, вентиляционного оборудования, акустические панели для обшивки стен зданий, кузовов автомобилей.
4. Медицина. Вторичный поролон применяют для изготовления ортопедических оснований, кушеток, ковриков для антисептической обработки.

В отличие от первых двух способов, подразумевающих наличие сложного и дорогостоящего промышленного оборудования, большие объемы вторичного сырья, механическая переработка может вестись в условиях небольшого цеха в качестве бизнес-проекта.

Свойства материала

Данные для таблицы взяты из рекламных материалов производителей.

Основное отличие вторично вспененного поролона от первичного – более высокая плотность. Это оказывает влияние на сферу применения.

К преимуществам первичного материала относят однородность по структуре и составу, более высокую прочность на разрыв.

Но с учетом того, что изделия из ПВВ работают исключительно на сжатие и имеют высокую износостойкость, спрос на материал оказывается высоким. Кроме того, вторичный поролон выдерживает удары, быстро восстанавливает свою форму после снятия нагрузки.

Дробилки для получения крошки

Для получения крошки используются дробилки разрывного и режущего действия.

Первые представляют собой машины с одним или двумя валами, на которых есть зубья или резцы. Это мощные агрегаты, используемые также для измельчения твердых полимеров.

Для дробления поролона подходят только те валы, где зубья имеют переменный шаг. Основное преимущество валковых дробилок — возможность загружать отходы большой ширины.

К недостаткам относят высокие энергозатраты на изготовление 1 кг крошки, а также дороговизну оборудования для производства.

Аппараты такого типа выбирают крупные производители ППУ и изделий из него для переработки отходов контурной резки и некондиции.

Универсальные ножевые измельчители пользуются большей популярностью, поскольку стоят дешевле и при этом имеют высокую производительность. Однако из-за небольших габаритов приемных отверстий перед дроблением широкие куски поролона приходится разрезать на полосы.

По конструкции дробилка представляет собой барабан, внутри которого вращается вал с ножами. Чаще всего установки имеют прямой привод и вращаются с частотой 1000 — 3000 об/мин.

На внутренней поверхности барабана закреплены ответные (неподвижные) ножи, а часть его представляет собой сменную калибрующую сетку, которая регулирует размер фракции.

При выборе необходимо учесть, что в каталогах  указана максимальная производительность дробилок, рассчитанная для идеальных условий эксплуатации. На практике на нее влияют габариты, плотность исходного сырья и квалификация оператора, выполняющего загрузку.

Для повышения производительности и удобства выгрузки готового сырья в конструкцию измельчителей вводят пневмотранспорт — рукав с вентилятором.

Он позволяет набивать сырье сразу в мешки или накопительный бункер для дальнейшей переработки.

В некоторых дробилках ножи и центробежный вентилятор пневмотранспорта насажены на один вал, что значительно снижает габариты конструкции.

Подобные конструкции, оснащенные двигателями 2,2 — 7,5 кВт, способны перерабатывать от 20 до 100 кг ППУ в час.

Технология производства и оборудование

Перерабатывающие предприятия чаще всего продают крошку производителям вторично вспененного поролона. Для производства готового продукта необходимы следующие компоненты:

• полиол — высокомолекулярные спирты с гидроксильнымчислом 50 — 500 и молекулярной массой 400 — 3000 г/моль, являются основой для полиуретановой композиции;
• изоцианат — отвердитель, инициатор полимеризации;
• вода — вспенивающее вещество, пузырьки углекислого газа выделяются в результате ее реакции с изоцианатом.

Для стабилизации текучести смеси и времени полимеризации необходимо подобрать полиол с нужной молекулярной массой и изоцианат с соответствующей реакционной способностью.

Большинство производителей этих химических реактивов продают двухкомпонентные системы, готовые к смешиванию.

Для промышленного производства ПВВ они поставляются в бочках по 220 л.

Технология производства состоит из следующих этапов:

1. Смешивание. Крошка подается в премиксер. Там происходит ее смешивание с полиолом (до полного смачивания поверхностей). При этом исходное сырье должно быть сухим. В миксер вторичного смешивания вводятся изоцианат и вспомогательные компоненты.
2. Формовка. Смесь заливается в опалубку. Для предотвращения прилипания поверхности, контактирующие со смесью, покрывают полиэтиленовой пленкой. Полиуретан не прилипает к этому материалу.
3. Полимеризация. После заливки смесь подпрессовывается до заданного объема и выстаивается. В это время происходит полимеризация жидких компонентов. На некоторых производствах готовый блок дополнительно выстаивается в течение суток после распалубки.
4. Производство конечной продукции. Готовый блок распускают на плиты, листы, подвергают контурной резке, вырубке.

Видео по теме

На видео показаны устройство и принцип работы дробилки для поролона:

Заключение

Несмотря на то, что исследования и практическая работа в сфере производства вторично вспененного поролона ведутся уже более десяти лет, некоторые технологические ресурсы этого материала освоены не до конца.

Например, большинству производителей удалось добиться того, что ПВВ выдерживает больше циклов нагрузки, чем первичный ППУ, но далеко не все смогли наладить выпуск изделий с ровной и гладкой поверхностью.