Технологии

Хорошо известно, что полистирол (пенополистирол) хорошо растворяется во многих растворителях. Однако многие из них, например, бензол, толуол, ксилол, сольвент и многие другие имеют низкий предел допустимой концентрации (ПДК, мг/м³) и высокую летучесть, что полностью исключает их применение в атмосфере рабочих помещений [3].
В настоящее время согласно патенту Украины № 9003 от 15.09.2005 г. в Физико-технологическом институте металлов и сплавов НАН Украины (г. Киев) найдено наиболее оптимальное решение о выборе живичного скипидара в качестве растворителя для отходов пенополистирола. Живичный скипидар имеет ПДК 300 мг/м³, т. е. находится на уровне широко известных и применяемых в быту растворителей: ацетона, бензина, керосина; а также применяется в фармацевтике и медицинских целях. Одновременно он хорошо растворяет отходы пенополистирола и, что особенно важно, имеет низкую летучесть и приятный запах соснового леса.

В процессах приготовления и использования растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре большое значение приобретает знание ряда характеристик этих процессов с целью их промышленного освоения. В связи с новизной полученных авторами изобретений о составах растворов и способах их применения технология приготовления этих растворов еще недостаточно внедрена в производство (проводятся опытно-промышленные испытания), и предложенные в этой статье характеристики будут способствовать такому внедрению.

В качестве исходных данных для получения и изучения этих характеристик являются плотность отходов пенополистирола (0,02 г/см³), а также взятые исходный объем и, соответственно, масса живичного скипидара для приготовления растворов. Для проведения исследований был применен герметично закрывающийся резиновой пробкой мерный цилиндр емкостью 50 мл 2 кл., ТУ Украины 14307481.005-95 с ценой деления 1 мл. В этот цилиндр наливали живичный скипидар (ГОСТ 1581-82) до отметки по нижнему мениску в объеме 30 мл. Массу цилиндра и пластмассовой подставки (тара) предварительно определили взвешиванием, затем взвешивали цилиндр с залитым в него живичным скипидаром.

Исследовали получение растворов следующих концентраций: 10–20–30–40%. Для полимеров 30- и 40-процентные концентрации являются очень высокими. Получать растворы более высокой концентрации не имеет смысла, так как такие растворы имеют еще более высокую вязкость, что делает их нетехнологичными (нетекучими) с целью применения в качестве связующего материала в формовочных смесях, клеях и лаках.

Зная массу живичного скипидара, рассчитывали величину добавки отходов пенополистирола для получения раствора заданной концентрации. Каждый раз после ввода в раствор расчетной добавки отходов пенополистирола по мерному цилиндру фиксировали объем раствора заданной концентрации. Все взвешивания проводились на электронных весах модели Э134 завода «Госметр» (г. С.-Петербург) с дискретностью отсчета 5 мг.

В таблице и представлены ряд характеристик процессов получения растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре в зависимости от их концентрации. Графически большинство из этих данных показано на рис. 2.

Если концентрация растворов нами предварительно задавалась (10–20–30–40%), то самые важные результаты — объемы растворов этих составов и концентрации — были получены из проведенных опытов. В дальнейшем, пользуясь исходными данными, расчетным путем получены остальные характеристики процессов приготовления растворов заданной концентрации.

Важно подчеркнуть, все эти данные получены наиболее рациональным путем, т.е. в одном эксперименте (в одном мерном цилиндре). Последовательность работ и измерений проводилась с каждым из растворов с возрастающей концентрацией 10–20–30–40%.

Из таблицы видно, как с увеличением концентрации раствора соответственно увеличивается его масса (Р, г) и объем (V, см³). При этом соответствующие данные приведены в таблице не только в метрических единицах, но и в процентах.

Если принять исходный объем скипидара за 100%, то по мере увеличения концентрации растворов этот объем увеличивается, и при 40%-ной концентрации он увеличивается более чем 1,5 раза. Полученные данные имеют важное практическое значение для создания промышленных процессов получения растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре. Они дают информацию, каким должен быть исходный объем живичного скипидара в зависимости от объема емкости для приготовления раствора требуемой концентрации. Например, такую емкость целесообразно установить на автомобиле по одновременному сбору и растворению полистирольных отходов, который объезжает пункты накопления этих отходов, такие службы в экспериментальном, а затем промышленном виде вскоре появятся в крупных городах. Затем раствор «скомпактированных» отходов будут сливать в тару (или менять емкость на автомобиле) и отправлять на завод переработки, а нерастворенные остатки утилизировать отдельно. Последняя операция относится к очистке отходов, а качание емкости при движении автомобиля (как способ перемешивания) усреднит раствор, разделяя тяжелые и легкие возможные загрязнения.

Из представленных данных видно, как в одном эксперименте можно получить целый набор плотностей упомянутых растворов в зависимости от концентрации. С ростом концентрации плотность растворов значительно увеличивается, находясь в интервале от плотности живичного скипидара до плотности полимера полистирола, достигая для растворов 40% концентрации 0,957 г/см³ при плотности полистирола 1,05 г/см³ (невспененного).

Объем отходов пенополистирола (V_пп, см³) для получения растворов соответствующей концентрации получен делением навески этих отходов на плотность отходов пенополистирола (0,02 г/см³). Объем отходов пенополистирола для получения 1 см³ раствора заданной концентрации (V_пп/V) получен делением объема отходов пенополистирола на объем раствора V.