Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола
Обзор разновидностей новых технологий переработки отходов пенополистирола, разработанных в Физико-технологическом институте металлов и сплавов (ФТИМС) НАН Украины, включает два направления: растворение и термокомпактирование. Утилизация этих отходов состоит в применении их в виде связующих для литей...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159747 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола / В.С. Дорошенко, В.О. Шинский, О.А. Тихонова // Металл и литье Украины. — 2014. — № 10. — С. 34-41. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-159747 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1597472019-10-14T01:25:33Z Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола Дорошенко, В.С. Шинский, В.О. Тихонова, О.А. Обзор разновидностей новых технологий переработки отходов пенополистирола, разработанных в Физико-технологическом институте металлов и сплавов (ФТИМС) НАН Украины, включает два направления: растворение и термокомпактирование. Утилизация этих отходов состоит в применении их в виде связующих для литейных форм, композитных изделий с зернистыми неорганическими компонентами или лакокрасочной продукции. Живичный скипидар служит как растворителем, так и пластификатором полученного материала. Быстрое растворение гранулированных отходов позволяет готовить краски по месту применения. Огляд різновидів нових технологій переробки відходів пінополістиролу, розроблених ФТІМС НАН України, включає два напрямки: розчинення і термокомпактування. Утилізація цих відходів складається в застосуванні їх у вигляді в’яжучих для ливарних форм, композитних виробів з зернистими неорганічними компонентами або лакофарбової продукції. Живичний скипідар служить як розчинником, так і пластифікатором отриманого матеріалу. Швидке розчинення гранульованих відходів дозволяє готувати фарби за місцем застосування. There was done overview of varieties of new technologies for processing waste polystyrene developed by PTIMA NAS of Ukraine includes two areas: dissolution and thermocompaction. Disposal of these wastes is as applying them as binders for foundry molds, composite products with granular inorganic components or paint products. Gum turpentine used as solvent, and plasticizer material obtained. Rapid dissolution of granular waste allows you to cook paint at the place of use. 2014 Article Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола / В.С. Дорошенко, В.О. Шинский, О.А. Тихонова // Металл и литье Украины. — 2014. — № 10. — С. 34-41. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159747 621.74.045.072.2:669.054.8 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Обзор разновидностей новых технологий переработки отходов пенополистирола, разработанных в Физико-технологическом институте металлов и сплавов (ФТИМС) НАН Украины, включает два направления: растворение и термокомпактирование. Утилизация этих отходов состоит в применении их в виде связующих для литейных форм, композитных изделий с зернистыми неорганическими компонентами или лакокрасочной продукции. Живичный скипидар служит как растворителем, так и пластификатором полученного материала. Быстрое растворение гранулированных отходов позволяет готовить краски по месту применения. |
| format |
Article |
| author |
Дорошенко, В.С. Шинский, В.О. Тихонова, О.А. |
| spellingShingle |
Дорошенко, В.С. Шинский, В.О. Тихонова, О.А. Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола Металл и литье Украины |
| author_facet |
Дорошенко, В.С. Шинский, В.О. Тихонова, О.А. |
| author_sort |
Дорошенко, В.С. |
| title |
Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола |
| title_short |
Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола |
| title_full |
Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола |
| title_fullStr |
Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола |
| title_full_unstemmed |
Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола |
| title_sort |
утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159747 |
| citation_txt |
Утилизация бытовых и производственных техногенных отходов пенополистирола / В.С. Дорошенко, В.О. Шинский, О.А. Тихонова // Металл и литье Украины. — 2014. — № 10. — С. 34-41. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT dorošenkovs utilizaciâbytovyhiproizvodstvennyhtehnogennyhothodovpenopolistirola AT šinskijvo utilizaciâbytovyhiproizvodstvennyhtehnogennyhothodovpenopolistirola AT tihonovaoa utilizaciâbytovyhiproizvodstvennyhtehnogennyhothodovpenopolistirola |
| first_indexed |
2025-07-14T12:20:32Z |
| last_indexed |
2025-07-14T12:20:32Z |
| _version_ |
1837624860672524288 |
| fulltext |
34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
Модели из ППС для получения металлических отливок: корпуса электродвигателя (а); рабочих колес (б); шнека (в)Рис. 1
форме жидким металлом при получении литой ме-
таллопродукции повышенной точности. Примеры
таких моделей с габаритными размерами 0,4-1,0 м
показаны на рис. 1. Фактически материал ППС мож-
но встретить во многих сферах современной жизни.
Трудности утилизации отходов ППС определя-
ются свойствами как самого материала, так и по-
лимера полистирола, из которого этот материал
состоит. Прежде всего, ППС характеризуется очень
низкой плотностью (0,015-0,035 г/см3), которая при-
мерно в 50 раз ниже плотности полимера полисти-
рола (1,050-1,065 г/см3), что при малой массе дает
очень большой объем и создает множество неу-
добств при его утилизации. Кроме того, полистирол
по своим свойствам не взаимодействует с водой и не
подвержен биологическому разложению. Его нельзя
сжигать подобно углю, дровам и т. п., так как при тер-
модеструкции полистирола выделяются токсичные
газы. Все эти обстоятельства приводят к тому, что в
окружающей человека среде прогрессивно накапли-
ваются огромные по объему отходы ППС.
В промышленности полистирол получают по-
лимеризацией стирола при повышенной темпера-
туре блочным, эмульсионным или суспензионным
И
спользование материалов, отходы которых при-
годны для утилизации (от латинского utilis – по-
лезный), становится неотъемлемой частью про-
изводственного процесса с целью максималь-
ного использования полезных свойств материала.
Поиск рациональных путей утилизации отходов по-
лимеров приобретает во всем мире все более се-
рьезное экологическое значение. По этой проблеме
во многих странах издаются специализированные
журналы, проводятся международные конференции,
публикуется информация в периодических изданиях
экологической тематики и т. п., поскольку она являет-
ся одной из актуальных мировых проблем промыш-
ленности и физико-химии полимеров.
Особое положение среди полимеров занимает
пенополистирол (ППС). Твердая пена полистирола
обладает уникальными свойствами, сочетающими
легкость, изоляционные свойства, гибкость и пре-
красную возможность обработки. Эти свойства ис-
пользуют для производства теплоизоляции в строи-
тельстве (70 %), в потребительской и пищевой упа-
ковке (25 %), применяют в литейном производстве
главным образом для литья по газифицируемым
моделям (ЛГМ), которые замещаются в литейной
УДК 621.74.045.072.2:669.054.8
В. С. Дорошенко, В. О. Шинский, О. А. Тихонова
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Утилизация бытовых и производственных техногенных
отходов пенополистирола
Обзор разновидностей новых технологий переработки отходов пенополистирола, разработанных в Физико-
технологическом институте металлов и сплавов (ФТИМС) НАН Украины, включает два направления: растворение
и термокомпактирование. Утилизация этих отходов состоит в применении их в виде связующих для литейных
форм, композитных изделий с зернистыми неорганическими компонентами или лакокрасочной продукции.
Живичный скипидар служит как растворителем, так и пластификатором полученного материала. Быстрое
растворение гранулированных отходов позволяет готовить краски по месту применения.
Ключевые слова: пенополистирол, утилизация отходов, литейное производство, скипидар, композиционные
материалы, термокомпактирование
вба
35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
полнителя, в частности, кварцевого песка. В лабора-
торных условиях были получены растворы и 50%-й
концентрации, однако низкая вязкость затрудняла их
дальнейшее использование.
Для данного технологического процесса предло-
жена комплектация оборудования при организации
его в качестве отдельного производственного участ-
ка. Важно отметить, что растворение отходов ППС в
живичном скипидаре одновременно с процессом по-
лучения жидкого технологического продукта являет-
ся одним из способов их компактирования, что имеет
важное технико-экономическое и экологическое зна-
чение [5]. Так, если готовить 40%-й раствор отходов
пенополистирола в 100 л живичного скипидара, то
объем этого раствора увеличивается примерно на
50 л при растворении около 3 м3 отходов ППС, то
есть жидкость по объему «поглощает» этих отходов
в 60 раз больше, чем растет ее объем.
Применение в литейном производстве. Техно-
логия приготовления формовочных и стержне-
вых смесей с применением в качестве связующего
40%-х растворов ППС [5]. 40%-е растворы облада-
ют оптимальной концентрацией, относительной вяз-
костью и текучестью, но в песчаных смесях имеют
невысокую связующую способность. Эти растворы
по прочности на сжатие песчаных смесей в сыром
состоянии (0,01 МПа и ниже) аналогичны связующей
способности ранее применявшихся для литейных
форм пищевых растительных масел, крепителя ЧГУ
(раствора сплава жирных кислот растительных и та-
лового масел с канифолью в уайт-спирите) и др. По-
этому для освобождения полуформы или стержня из
оснастки такие смеси требуют применения драйеров.
Это существенно усложняет и удорожает процесс
формовки. Такие смеси получают технологически не-
обходимую прочность только после их термической
обработки на драйерах в сушильных камерах. Так,
формовочная смесь с 2-3 % полимера после нагре-
вания при 120 °С в течение 60 мин. имела прочность
на разрыв 1,78-1,92 МПа.
Технология приготовления формовочных и
стержневых смесей на основе применения 40%-
ных растворов с повышенной сырой прочностью
на сжатие [7]. Оптимальные условия применения
такой смеси достигаются тем, что в такую смесь на-
ряду с 40%-ным раствором вводят 1,0-1,5 % жидкого
стекла, а саму смесь перед освобождением из ос-
настки продувают СО2 (до 1 мин). При этом проч-
ность смеси на сжатие в сыром состоянии увели-
чивается на порядок с 0,03-0,05 до 0,40-0,60 кг/см2.
По такой технологии изготовления форм и стержней
полученная сырая прочность является технологи-
чески достаточной, и необходимость применения
драйеров отпадает. На рис. 2 показаны образцы и
литейный стержень из этой смеси.
Технология приготовления легко выбиваемых
жидкостекольно-полистирольных формовочных
смесей взамен трудновыбиваемых жидкостеколь-
ных смесей. Среди многих видов связующих мате-
риалов, используемых для приготовления формо-
вочных и стержневых смесей, жидкое стекло стоит
на втором месте по применению после огнеупорных
методами. Это весьма объемный, сложный, дорого-
стоящий и крупнотоннажный технологический про-
цесс синтеза. Стоимость конечного продукта, как и
вообще полимеров, довольно высока, хотя поли-
стирол является одним из самых распространенных
полимеров в мире, занимая 4-е место после поли-
этилена, поливинилхлорида и полипропилена. Не-
сколько лет тому назад мировой рынок полистирола
оценивался в 14 млн т в год.
В ФТИМС НАН Украины научной школой проф.
Шинского О. И. проведены исследования по двум на-
правлениям многоцелевой утилизации отходов ППС:
- разработка ряда технологий применения этих
отходов на основе растворения их в живичном ски-
пидаре [1];
- разработка ряда технологий на основе термо-
компактирования этих отходов [2].
Авторы статьи отмечают значительный вклад в
организацию этих исследований, публикацию и па-
тентование новых технических решений А. А. Стрю-
ченко, который долгое время был ответственным ис-
полнителем по этой теме.
Рассмотрим первое направление.
Утилизация отходов ППС при растворении
их в живичном скипидаре.
В качестве краткого итогового обзора ниже пред-
ставлен ряд разработанных и предложенных для
использования в промышленности технологий, осно-
ванных на применении растворов отходов ППС в жи-
вичном скипидаре. У живичного скипидара предель-
но-допустимая концентрация (ПДК) равна 300 мг/м3,
то есть находится на уровне широко известных и при-
меняемых в быту растворителей – бензина, керосина,
уайт-спирита, что позволило разработать технологии
с безопасными санитарными условиями труда. Жи-
вичный скипидар широко применяется в медицине и
ветеринарии, как растворитель лаков и красок, а так-
же в химической промышленности.
Технология приготовления в производствен-
ных условиях растворов отходов ППС в живичном
скипидаре [3, 4]. В основе данного процесса разра-
ботана технологическая схема получения раство-
ров отходов ППС в живичном скипидаре с целью
их последующего многоцелевого использования в
ряде отраслей промышленности. Схема включа-
ет приемный бункер для отходов ППС, устройство
для измельчения этих отходов, весовой дозатор и
герметичный реактор с мешалкой для ускорения
растворения ППС и получения однородного по кон-
центрации раствора. Установлено, что независимо
от концентрации раствора наблюдается явление
седиментации мелких загрязнений отходов ППС,
которые могут быть удалены через нижнее сливное
отверстие в реакторе.
Реактор позволяет приготовить раствор любой
концентрации вплоть до 40 %. Как показали экспе-
рименты, при такой весьма высокой для растворов
полимеров концентрации, возможно при последу-
ющем его использовании получить при перемеши-
вании равномерное распределение этого раствора
в качестве связующего для частиц дисперсного на-
36 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
Образцы для испытаний смеси на сжатие и на раз-
рыв, литейные стержни из смеси для литейного производства
Рис. 2.
глин. Его вводят в смесь в количестве 5-7 % [8]. Как
неорганическое связующее в формовочных сме-
сях, жидкое стекло имеет ряд несомненных преиму-
ществ – огромные возможности сырьевой базы, де-
шевизна, доступность, экологическая безвредность
и др. Однако серьезным недостатком этих смесей
является плохая выбиваемость при удалении отли-
вок из форм, что повышает трудоемкость процесса
выбивки, ухудшает условия труда и экологическую
безопасность производства. Теме улучшения выби-
ваемости смесей с жидким стеклом посвящены мно-
гочисленные исследования [9-13].
Наши разработки позволили решить проблему вы-
биваемости жидкостекольных смесей. Кардинальное
решение достигнуто путем ввода в них совместно с
жидким стеклом 40%-го раствора отходов ППС в жи-
вичном скипидаре не как добавки, а в качестве равно-
правного связующего компонента. Один из типовых
составов жидкостекольно-полистирольных формо-
вочных смесей (%мас.): кварцевый песок – 95, жидкое
стекло – 3, полистирол – 2 в виде указанного раствора.
Прочность такой смеси на сжатие после продувки СО2
в течение 1 мин. столь высока, что превышает возмож-
ности ее определения на стандартном рычажном при-
боре, то есть значительно выше 1,25 кгс/см2, а проч-
ность смеси по-сырому на разрыв равна 0,04 МПа.
При оптимизации составов этих смесей с жидко-
стекольно-полистирольным связующим в качестве
характеристики выбиваемости была принята проч-
ность образцов на разрыв в зависимости от темпе-
ратуры нагрева. При этом установлено, что после
высушивания при оптимальной температуре 150 °С
прочность смеси значительно увеличивается –
с 0,04 до 0,57 МПа, то есть почти в 15 раз. При даль-
нейшем повышении температуры нагрева наблюда-
ется резкое уменьшение прочности на разрыв, что
обусловлено процессами деструкции полистирола,
которые начинаются при 200 °С. Так, если при 170 °С
прочность смеси на разрыв только заметно умень-
шается с 0,57 до 0,45 МПа, то при 200 °С она резко
снижается до 0,14 МПа. А при 250 и 300 °С смесь
практически полностью разупрочняется и легко рас-
сыпается, что дает основание на применение ее для
легковыбиваемых высокоточных форм и стержней.
Таким образом, применение жидкостекольно-поли-
стирольных формовочных смесей взамен жидкосте-
кольных позволяет получить такие два преимущества:
содержание жидкого стекла в смеси можно уменьшить
примерно в 2 раза, что уже способствует улучшению
ее выбиваемости; наличие в формовочной смеси (в
сочетании с жидким стеклом) полистирола с присущей
ему деформацией расширения при высоких темпе-
ратурах ослабляет манжеты и пленки обезвоженного
щелочного силиката по границам контактов и вокруг
кварцевых зерен песка. Это в сумме обеспечивает
высокую выбиваемость таких смесей, значительно об-
легчает их регенерацию и повторное использование в
формовочных процессах, что в целом улучшает эколо-
гические показатели производства.
Химическая промышленность производства
пластмасс. Технология получения пластифициро-
ванного полимера полистирола из отходов ППС [14].
Получаемый в промышленности атактический, то
есть аморфный полимер полистирол по своим фи-
зическим свойствам представляет собой достаточно
твердый материал плотностью 1,05-1,065 г/см3 и тем-
пературой стеклования Тс ≈ 80 °С. В таком состоянии
его трудно использовать в композициях для получе-
ния пластмассовых изделий. Поэтому в производ-
ственных условиях его подвергают технологической
операции пластификации с целью понижения темпе-
ратуры стеклования Тс и приобретения полимером
свойств эластичности и пластичности, необходимых
для последующей переработки. Пластификация по-
лимеров в промышленности – это крупнотоннажный
и трудоемкий технологический процесс, так как в по-
лимер надо ввести довольно значительное по массе
количество пластификатора – до 30-40 %. В качестве
пластификаторов чаще всего служат низкомолеку-
лярные углеводороды, которые должны быть совме-
стимы с полимером и обладать низкой летучестью.
А. А. Стрюченко [14] предложено получать поли-
мер полистирол из отходов ППС, что имеет не только
важное экологическое значение, так как направлено
на уменьшение не подлежащих переработке отхо-
дов, но также серьезное техническое решение, по-
скольку речь идет о получении полимера полистиро-
ла из растворов отходов ППС в живичном скипидаре
в уже пластифицированном состоянии. Таким обра-
зом, живичный скипидар используется не только для
растворения полистирола, но также одновременно
является его пластификатором. Поэтому выделение
полистирола из такого рода растворов позволяет по-
лучить этот полимер в уже пластифицированном со-
стоянии, то есть пригодном для его использования
в композициях материалов для получения пластмас-
совых изделий.
В лабораторных условиях пластифицированный
полистирол получали путем приготовления 40%-х
растворов отходов ППС в живичном скипидаре с
последующим удалением излишков растворителя
путем отстаивания раствора в чашке Петри на воз-
духе при комнатной температуре [15]. В производ-
ственных условиях для этой цели обычно применя-
ют вакуумные испарители. В результате испарения
живичного скипидара масса взятой навески раство-
ра заметно уменьшалась. Анализ данных кинети-
ки потери массы раствора при удалении живичного
37МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
скипидара и роста концентрации полистирола пока-
зали, что наиболее существенные потери массы рас-
твора и растворителя происходят в первые 2-3 суток.
В дальнейшем эти показатели заметно уменьшаются
и спустя 17 суток становятся несущественными, что
говорит о том, что раствор «химически удерживает»
от испарения скипидар и длительное время находит-
ся в пластичном состоянии. Такие же исследования
проведены для сопоставления с другим растворите-
лем – этилацетатом. Подобно живичному скипидару
этилацетат также хорошо растворяет ППС, однако у
него высокая летучесть, что не позволяет ему слу-
жить пластификатором полистирола.
Сравнение кинетики потерь массы 40 %-х раство-
ров с живичным скипидаром, имеющим среди многих
известных растворителей низкую летучесть, и рас-
творов с этилацетатом, имеющим высокую летучесть,
позволяет получить неоспоримое подтверждение в
пользу живичного скипидара как пластификатора по-
листирола [14]. Об этом свидетельствует то количе-
ство растворителя, которое остается в полистероле
после выстаивания на воздухе в течение 15-17 суток.
Если за это время в полистироле с живичным ски-
пидаром остается 31,5 % живичного скипидара, то
в полистироле с этилацетатом в сравнимых услови-
ях – только 10,7 % этилацетата, практически в 3 раза
меньше, что показывает непригодность этилацетата
в качестве пластификатора полимера полистирола в
отличие от живичного скипидара.
Строительство. Технология получения поли-
стироловых покрытий для решения проблем гидро-
изоляции. Одним из ценных свойств полимера поли-
стирола является его гидрофобность, то есть он не
смачивается и не взаимодействует с водой. Кроме
того, он не подвержен биологическому разложению
во времени. Поэтому получение и применение таких
покрытий поможет решить многие проблемы гидро-
изоляции в строительстве. Широкое традиционное
использование ППС для упаковки пищевых продук-
тов позволяет рекомендовать применение таких по-
листироловых покрытий для гидроизоляции помеще-
ний, связанных с пищевыми продуктами.
Технология получения прочного, водостойкого
и декоративного полистиролового покрытия по
дереву. Получение и применение водостойкого по-
листиролового покрытия по дереву представляет
значительный практический интерес. Такое покры-
тие опробовано для различных деревянных изделий,
работающих в условиях контакта с влажной средой –
наружные двери домов, деревянные предметы дач-
ной постройки, переплеты окон и т. п. С различны-
ми красителями можно получить широкую гамму по
цвету водостойких полистироловых покрытий – от
прозрачного покрытия до покрытия практически лю-
бого цвета. На рис. 3, а показаны раствор из отходов
ППС в стеклянной емкости и его капля на стекле, на
рис. 3, б – образцы цветного и прозрачного поли-
стиролового покрытия по дереву. На рис. 3 по капле
видна достаточно высокая жидкотекучесть раствора,
регулируемая процентным содержанием компонен-
тов в зависимости от условий использования в каче-
стве покрытия или связующего, а также видно, что
прозрачные полистироловые покрытия полностью
сохраняют фактуру подложки, покрывая поверхность
прочной тонкой глянцевой пленкой.
Технология получения прочного и водостойкого
полистиролового покрытия декоративного назна-
чения для гончарных изделий в быту. Гончарные
изделия в виде кувшинов, ваз и других изделий, по-
сле придания глине формы обжигают в печах при
высокой температуре (1200-1300 °С). В результа-
те усадочных процессов при обжиге такие изделия
характеризуются повышенной пористостью. Это
иногда приводит к «выпотеванию» залитой в изде-
лие жидкости. Для предотвращения такого нежела-
тельного явления наружную поверхность изделия
рекомендуется покрыть водостойким полимерным
покрытием. Для этой цели пригодны 20-30%-е рас-
творы отходов пенополистирола в живичном ски-
пидаре. Наличие пористости гончарного изделия
способствует сцеплению покрытия с подложкой. Та-
кое покрытие после его высушивания при невысо-
кой температуре (50-60 °С) в течение непродолжи-
тельного времени (2-3 ч) становится гарантировано
Образцы: раствора из отходов ППС в стеклянной емкости и его капля на стекле (а); цветного и прозрачного по-
листиролового покрытия по дереву (б)
Рис. 3
ба
38 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
водонепроницаемым. Оно может быть высушено
также при выстаивании на воздухе, однако в тече-
ние более длительного времени. Применение таких
покрытий повышает художественную и потреби-
тельскую ценность изготовленных из глины изде-
лий, их поверхность приобретает блеск, а окраска
становится ярче.
Лакокрасочные материалы для живописи. При-
менение 25-30%-х растворов отходов ППС в жи-
вичном скипидаре в качестве нового полисти-
рольного картинного лака. В настоящее время в
качестве картинных лаков в живописи применяются
составы на основе мягких натуральных смол (ма-
стикс, даммара и др.). Эти импортные смолы из эк-
зотичных растений труднодоступны, дефицитны и
дороги. Лаковая пленка из этих смол имеет слабую
стойкость в условиях контакта с атмосферной вла-
гой, она хрупкая, мягкая, быстро стареет, треска-
ется, имеет пониженную эластичность. Технология
приготовления лаков на основе натуральных смол
трудоемка и продолжительна по времени.
Лаковые покрытия на основе синтетического по-
листирола [16] лишены этих недостатков. Заключе-
ние экспертов (художников-реставраторов и масте-
ров живописи) по результатам испытаний подтверж-
дает преимущества разработанных нами лаков с
точки зрения повышения качества и долговечности
произведений живописи.
Применение 10-15%-х растворов отходов ППС в
живичном скипидаре в качестве лакового покрытия
на уже загрунтованное полотно для написания кар-
тин. Новый полистироловый лак низкой концентра-
ции хорошо ложится на уже загрунтованное эмульси-
ей полотно. Такое полотно становится эластичным,
оно не трескается, не тянет краску, не жухнет, что
важно для долговечности живописи и применимо для
реставрационных работ.
Утилизация отходов ППС
путем термокомпактирования
Хотя работы по данному направлению прове-
дены в последние 3 года и находятся в начальной
стадии, тем не менее, перспективы этих работ в на-
правлении технологического использования свойств
термокомпактированных отходов ППС весьма зна-
чительны для создания новых полимерных ком-
пактных материалов. Получены первые варианты
технологии термокомпактирования, разработаны
технологические схемы производственных участков
с замкнутым циклом работ (включая изготовление
композитных изделий на основе полистирола).
Так, разработана и предложена к внедрению
принципиальная технологическая схема производ-
ственного участка с замкнутым циклом для получе-
ния термокомпактированных отходов ППС в виде
гранул. Схема включает емкость для отходов ППС,
весы, дробилку для измельчения до необходимого
(заданного) размера гранул, ленточный конвейер,
печь с температурой нагрева не ниже 160 °С, ем-
кость для сбора готового продукта, в случае необ-
ходимости – сита для фракционирования гранул,
средства для их расфасовки и складирования.
Выполнены лабораторные исследования по техно-
логии получения и испытания на сжатие образцов из
полимерных композиционных материалов. На рис. 4, а
показаны образцы для испытания на прочность из тер-
мокомпактированных пенополистирола и пенополи-
стирола с наполнителем, на рис. 4, б – 3 столбчатых
образца размерами 25х25 мм до и после испытаний, а
также 2 пластинки разной толщины для изучения струк-
туры излома. На первом фото видно изменение вели-
чины зерна после термокомпактирования ППС в ав-
токлаве, на втором – частицы керамики со слоями по-
листирола образуют единый адгезионно-когезионный
комплекс. Термокомпактированные зернистые отходы
ППС без затруднений перемешиваются с частицами
наполнителя и, обладая термопластичными свойства-
ми полимера полистирола, служили связующим при
создании новых полимерных композиционных матери-
алов [17]. В качестве наполнителя таких материалов
применялись твердые минеральные отходы фарфо-
рофаянсовых производств, кварцевый песок, гидрат
алюминия Al(OH)3. При этом стремились сочетать
крупнотоннажные отходы различных отечественных
производств, складируемые в отвалах в значительном
количестве с загрязнением окружающей среды и суще-
ственными затратами по их хранению.
Столбчатые образцы для испытаний (рис. 4) по-
лучали в металлической оснастке с нагревом ее
и наполнителя в электрическом сушильном шка-
фу СНОЛ 67/350 при температуре 170-180 °С. Ис-
пытание образцов на сжатие проводили на пере-
носном прессе с максимальной нагрузкой 1594 кг.
Отходы фарфорофаянсового производства имели
следующий фракционный состав: 0,16...0,20 мм –
20 %; 0,27...0,63 мм – 30; 1...2 мм – 50. При этом
Образцы для: испытания на прочность по табл. 1 (а); изучения поверхности излома столбчатых и пластинчатых
образцов композитного материала различной толщины (б)
Рис. 4
39МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
исследовали зависимость прочности на сжатие от
соотношения по объему связующего и наполните-
ля: 70/30, 50/50, 40/60, где в числителе объем свя-
зующего, а в знаменателе объем наполнителя (%).
Полученные результаты сведены в таблицу. Из нее
видно, что ростом количества наполнителя можно в
значительной мере увеличивать прочность на сжа-
тие композиционного материала. Полученные дан-
ные служат основанием для замены значительно бо-
лее дорогого полистирола, получаемого заводским
путем, на гранулированные отходы ППС в термоком-
пактированном состоянии (рис. 5, а). Их можно про-
изводить с крупностью, сравнимой с гранулами для
производства литейных моделей или декоративных
изделий интерьера, а также использовать в перспек-
тивном производстве облицовочных и утеплитель-
ных материалов различной прочности, декоративной
окраски и фактуры поверхности, на 100 % состояще-
го из отходов (рис. 5, б). Примером применения поли-
мерно-минерального композитного материала может
служить проект производства тротуарной и облицо-
вочной плитки и других подобных изделий
В связи с обострением проблемы экономии энер-
гоносителей в Украине одним из важных решений
энергосбережения служит утепление домов и зданий.
Для этого применяют фасадную облицовочную плит-
ку с несущим и утепляющим слоями – теплая плитка
и вентилируемые утепленные фасады (полифасады),
для которых удачно подходят разработанные компо-
зитные и лакокрасочные отечественные материалы,
одновременно решая вопросы утепления, облицов-
ки и утилизации отходов. Теплые плитки состоят из
двух слоев: первого (противоударного и декоратив-
ного) – композитный материал толщиной 8-15 мм,
армированный крошкой различной крупности; второй
(отвечающий за утепление) – пенопласт 25 плотно-
сти толщиной до 50 мм (рис. 6). Эти слои невозможно
оторвать друг от друга. Теплые плитки экономят до
Состав и прочность на сжатие композитных материалов
Материал наполнителя Соотношение объемов
связующее/наполнитель, %
Разрушающая
нагрузка, кг
Прочность
на сжатие, кг/см2
Образец без наполнителя 100 950 187,75
Минеральный наполнитель из отходов
фарфорофаянсового производства
70/30
50/50
40/60
1109
1425
1346
219,17
281,62
266,00
Кварцевый песок 70/30 1425 281,62
Гидроксид алюминия Al(OH)3 50/50 1584* 313,04*
* Образец при максимальной нагрузке не разрушился
Образцы: гранул подвспененного ППС для изготовления моделей рядом с термокомпактируемыми отходами ППС
(а); композитного материала с различным соотношением компонентов, включая красители (б).
Рис. 5
ба
а б в
Образцы различной конструкции теплых плиток (а, б) и вариант системы их укладки на фасаде здания (в)Рис. 6
40 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
60 % энергии и создают привлекательный дизайн зда-
ния, могут выпускаться с различной геометрией, ма-
товыми под природный камень или идеально глянце-
выми под мрамор, гранит различных расцветок и фак-
туры поверхности, одновременно утепляя, защищая и
облицовывая стены. Данная малозатратная техноло-
гия создает солидный вид капитального сооружения,
построенного из природного камня.
Проведенные исследования создали основу для
целого ряда разновидностей новых технологий про-
изводства пластмассовых и композитных изделий,
в том числе бытового назначения на основе ис-
пользования отходов ППС в термокомпактирован-
ном состоянии. Перспективно совершенствование
технологий получения полимерных красок на осно-
ве рассмотренных растворов (в том числе из гра-
нулированных термокомпактированных отходов) в
различной комбинации с красителями, зернистыми
и волокнистыми фазами для внутренних и наруж-
ных работ по бетону, штукатурке, дереву, кирпичу,
стеклу. Они способны высыхать и твердеть как при
положительных, так и при отрицательных темпе-
ратурах. Такие поверхности можно мыть водой, ги-
1. Пат. 9003 UA, МПК С08J3/02, В22С1/16. Применение в качестве растворителя отходов пенополистирола живичного
скипидара / О. И. Шинский и др. – Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9.
2. Исследование процессов термокомпактирования отходов пенополистирола / О. И. Шинский, О. А. Тихонова, А. А.
Стрюченко, В. С. Дорошенко // Твердые бытовые отходы. – 2011. – № 4 – С. 48-50.
3. Шинский О. И., Ладарева Ю. Ю., Стрюченко А. А. Новый связующий материал на основе отходов пенополистирола //
Процессы литья. – 2007. – № 4. – С. 58-60.
4. Пат. 77338 UA, МПК В22С9/10. Полистирольное вяжущее для изготовления литейных форм и стержней / О. Й. Шин-
ский, В. Л. Найдек, А. А. Стрюченко и др. – Опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11.
5. Шинский О. И., Стрюченко А. А., Дорошенко В. С. Получение связующих из отходов пенополистирола для литейных
форм и стержней и изучение ряда характеристик этих процессов // Процессы литья. – 2009. – № 1. – С. 48-51.
6. Пат. 77105 UA, МПК В22С9/10. Смесь для литейных форм и стержней / О. И. Шинский, В. Л. Найдек, А. А. Стрюченко
и др. – Опубл.16.10.2006, Бюл. № 10.
7. Пат. № 88670 UA, МПК В22С9/10, 22С1/16. Способ получения формовочных смесей со связующим из отходов пенопо-
листирола / О. И. Шинский, В. Л. Найдек, А. А. Стрюченко и др. – Опубл. 10.11.2009, Бюл. № 21.
8. Формовочные материалы и смеси / С. П. Дорошенко, В. П. Авдокушин, К. Русин, И. Мацашек. – К.: Вища школа,
1990. – 415 с.
9. Сулханов М. Н., Жуковский С. С. Стержневые смеси с улучшенной выбиваемостью для стальных отливок // Литейное
производство. – 1986. – № 7. – С. 9-10.
10. Лясс А. М., Валисовский Н. В. Пути улучшения выбиваемости смеси с жидким стеклом // Сб. Труды ЦНИИТМАШ. Фор-
мовочные смеси и технология их применения. – 1961. – № 24. – С. 82-89.
11. Якунин Ю. Н., Курочин П. Д., Спасский В. В. Классификация добавок, улучшающих выбиваемости жидкостекольных
смесей // Литейное производство. – 1973. – № 4. – С. 43-45.
12. Рыжков Н. В., Сычев Н. С. Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей // Сб. Машиностроение. - К.: - 1963. –
№ 5 (23). – С. 47-51.
13. Субботин Н. А., Васин Ю. Н. Выбиваемость смеси с жидким стеклом // Литейное производство. – 1961. – № 12. – С. 5-6.
14. Шинский О. И., Стрюченко А. О. Пластифицированный полимер полистирол из отходов пенополистирола. Исследо-
вание процесса получения // Химическая промышленность Украины. – 2011. – № 3. – С. 80-84.
15. Новая технология рециркуляции пенополистирола // Тара и упаковка. – 1998. – № 1. – С. 67.
16. Пат. № 82856 UA, МПК В44D7/00. Полістирольний картинний лак для живопису / О. Й. Шинський, А. А. Стрюченко та
ін. – Опубл. 27.08.2013, Бюл. № 16.
17. Пат. № 82838 UA, МПК С08J 11/04. Спосіб одержання полімерного композиційного матеріалу / О. Й. Шинський,
А. А. Стрюченко, В. С. Дорошенко, І. О. Шинський, П. В. Русаков. – Опубл. 12.08.2013, Бюл. № 15.
ЛИТЕРАТУРА
дрофобные краски не боятся атмосферных воздей-
ствий и пригодны для окраски фасадов зданий.
Экономически выгодно и технологически доступно
получение полистирольного лака с применением в ка-
честве растворителя живичного скипидара. Такой рас-
твор не требует добавления пластификатора, данный
растворитель является не только растворителем, но и
одновременно является пластификатором полимера
полистирола. Ввиду высокой пористости отходов ППС
их растворение происходит очень быстро, что способ-
ствует высокой продуктивности технологии приготовле-
ния лака, в том числе по месту его применения, замеши-
ванием из гранулированных отходов подобно быстрому
приготовлению цементных растворов из готовой сыпу-
чей композиции, расфасованной в бумажные мешки.
Перспективно использование в литейных цехах тех-
нологии получения легковыбиваемых жидкостеколь-
ных формовочных смесей с молотыми отходами ППС
в термокомпактированном состоянии, а также техно-
логии приготовления асфальт-полимер-бетона путем
использования термокомпактированных отходов ППС
в качестве вяжущего ингредиента в этих составах для
автодорожного и аэродромного строительства.
41МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014
Огляд різновидів нових технологій переробки відходів пінополістиролу, розроблених ФТІМС НАН України, включає два
напрямки: розчинення і термокомпактування. Утилізація цих відходів складається в застосуванні їх у вигляді в’яжучих
для ливарних форм, композитних виробів з зернистими неорганічними компонентами або лакофарбової продукції.
Живичний скипідар служить як розчинником, так і пластифікатором отриманого матеріалу. Швидке розчинення
гранульованих відходів дозволяє готувати фарби за місцем застосування.
Дорошенко В. С., Шинський В. О., Тихонова О. А
Утилізація побутових і виробничих техногенних відходів пінополістиролуАнотація
Ключові слова
пінополістирол, утилізація відходів, ливарне виробництво, скипидар, композиційні
матеріали, термокомпактування
Doroshenko V., Shinsky V., Tikhonova O.
Disposal of household and industrial anthropogenic styrofoam wasteSummary
There was done overview of varieties of new technologies for processing waste polystyrene developed by PTIMA NAS of
Ukraine includes two areas: dissolution and thermocompaction. Disposal of these wastes is as applying them as binders for
foundry molds, composite products with granular inorganic components or paint products. Gum turpentine used as solvent,
and plasticizer material obtained. Rapid dissolution of granular waste allows you to cook paint at the place of use.
polystyrene, recycling, foundry, turpentine, composite materials, thermocompactionKeywords
Поступила 06.10.14
Предлагаем разместить в нашем журнале рекламу
Вашей продукции или рекламный материал
о Вашем предприятии
Расценки на размещение рекламы
(цены приведены в гривнах с учетом налога на рекламу)
2, 3 страницы обложки страница внутри журнала
цветная 1400 цветная 1050
черно-белая 700 черно-белая 500
1/2 страницы формата А4 1/2 страницы формата А4
цветная 900 цветная 800
черно-белая 500 черно-белая 450
1/4 страницы формата А4 1/4 страницы формата А4
цветная 550 цветная 300
черно-белая 300 черно-белая 200
При повторном размещении рекламы – скидка 15 %
|