А.И. Потапов, А.Г. Палаев, О.А. Зюбо, О.Н. Глущенко

Применение УЗ-технологий для ускорения процесса разложения полиэтиленовых пакетов.

 

Северо-Западный государственный заочный технический университет

Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

 

Использование ультразвуковых технологий (УЗ-технологий) в выпускной квалификационной работе по специальности «Инженерная защита окружающей среды» позволяет студенту приобрести навыки научно-исследовательской работы. Ниже представлен  пример применения УЗ-технологий при выполнении экспериментального раздела выпускной квалификационной работы.

Упаковочные материалы (пленки, пакеты, пластиковая тара, одноразовая посуда и др.) это немаловажная и неотъемлемая часть самого товара, процесс упаковки используется сегодня абсолютно во всех областях жизнедеятельности человека. Упаковочные материалы обычно изготовлены  из полиэтилена и полипропилена. При всех очевидных достоинствах упаковочных материалов (защита от внешних воздействий,  возможность видеть продукцию, упаковочные пакеты с логотипом поставщика, способны долгое время служить ему своеобразным зрительным рекламным знаком и т. д.). Самый большой недостаток упаковочных материалов – то, что они не подвергаются процессам биологического разложения. Фактически время разложения пластикового пакета может длиться до 1000 лет.

Не так давно была  разработана  добавка для разложения полимеров d2w, она представляет собой мастербатч и обеспечивает разложение полиэтиленов и полипропиленов через заданный рецептурой период времени (от нескольких месяцев до нескольких лет) на углекислый газ и воду. Механизм разложения с помощью добавки d2w следующий: сначала происходит процесс окисления, вызванный воздействием света, тепла и механических нагрузок; затем – процесс биоразложения полимера микроорганизмами. Материалы с добавкой успешно прошли испытание на соответствие ASTM 6954 - Инструкции по экспозиции и тестированию пластиков, разрушающихся в окружающей среде комбинацией окисления и биоразложения (Standard Guide for Exposing and Testing Plastics that Degrade in the Environment by a Combination of Oxidation and Biodegradation).

Испытания проводились по методу ускоренного старения в течение 150 - 200 часов при воздействии высокой влажности, температуры воздуха около 30С и УФ-излучения. Увеличение скорости разложения обусловлено воздействием концентрированного источника УФ-излучения. Источником УФ-излучения является либо естественное солнечное освещение, либо применение ртутной лампы, обеспечивающей эффект «двух солнц». Такие испытания проводятся, в частности, на установке, называемой Bandol wheel (Колесо Бандол), которая позволяет создавать различные комбинации воздействия разрушающих факторов, имитирующих влияние всевозможных погодных условий.

Таким образом, выделим главные преимущества материалов с добавкой d2w:

Экологические преимущества:

- Минимальные потребление энергии и выброс СО₂ при производстве.

- Минимальное загрязнение воды и воздуха при разрушении.

- Минимальное использование земли.

- Одним из конечных продуктов разложения является углекислый газ в отличие от биополимеров на растительной основе, которые выделяют метан. Метан в 21 раз превосходит углекислый газ по своему влиянию на «парниковый» эффект.

Преимуществами полиолефинов с добавкой в процессе изготовления, переработки и использования упаковочных материалов являются:

- Возможность использования добавки с многотоннажными полимерами

- Материал сертифицирован на контакт с любыми пищевыми продуктами и идеально подходит даже для замороженных продуктов.

- Материал можно как компостировать, так и вторично перерабатывать в изделия.

Учитывая недостаточно высокие результаты скорости разложения и технологические сложности требуют  новых решений переработки полиэтиленов и полипропиленов.

На основе вышеизложенных данных нами были поведены многочисленные эксперименты на применение УЗ-технологий для ускорения процесса разложения полиэтиленовых пакетов.

Приборы и материалы, используемые в экспериментах:

- Ультразвуковой диспергатор УЗД200-0,3/22; УЗД1-0,063/22

-Ультразвуковая ванна УЗВ5-2/22, УЗВ5-2/22

- Пакеты молока производства компании EcoLean

- Пакеты молока из небиоразлагаемого материала

- Пакеты типа «майка», производства компании «Аста Пак» с добавлением добавки d2w.

Ход эксперимента 1

1. Вырезали по 8 образцов полиэтилена из каждого пакета участвовавшего в эксперименте и  взвесили их. Каждый испытуемый образец образцу поместили  в различные материальные среды:

- Образцы под номерами 1,2,3 поместили в воду

- На образцы под номерами 4,5,6 воздействовали ультрафиолетовое излучение и кислород воздуха

- Образцы под номерами 7,8,9 поместили в соленую воду

- Образцы под номерами 10,11,12 поместили в почву

- Образцы под номерами 13,14,15 поместили в почву под воздействием температуры

- Образцы под номерами 16,17,18 поместили в анаэробные условия

- На образцы под номерами 19,20,21 воздействовали ультразвуком

- Образцы под номерами 22,23,24-контрольные, не подвергались никакому воздействию

2. Спустя 3 недели, образцы вновь взвесили. Наиболее заметные отклонения в весе выявились у образцов с добавкой d2w. Тем не менее, эти отклонения  были незначительны, и было решено ускорить процесс разложения с помощью ультразвукового диспергатора узд1-0,063/22. Образцы, по некоторым направлениям, подверглись воздействию ультразвука в течение 10 мин. Опыт проводился в Научно-Исследовательском центре ультразвуковых технологий.

3. После воздействию ультразвука в течение 10 мин, стало очевидно, что при использовании ультразвукового излучения, образцы значительно (до 15 %) потеряли в весе, также под микроскопом  выявлена деструкция образцов.

На основании полученных в ходе одного из экспериментов данных, можно сделать вывод: использование ультразвука помогло ускорить процесс разложения полиэтиленовых образцов, используемых в данном эксперименте. С наилучшей стороны, по этому параметру, показал себя образец, с введенной оксобиоразлагаемой добавкой d2w.

В научно-исследовательском центре ультразвуковых технологий СЗТУ, на постоянной основе ведутся научно-исследовательские работы по широкому спектру использования ультразвука.

Ультразвуковые технологии, разработки НИЦУТ, широко используются в учебном процессе Северо-западного технического университета. Разработаны методические пособия, учебно-методические комплексы, лабораторные стенды, проводится производственная практика.