Сведения об авторах

Перероблення бракованих рулонів шпалер з рeцинклінгом целюлози та лакофарбових покрить

 

 Курта С. А., Воронич О. Л.,  Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Курта М. С., Університет Південної Флориди, Тампа, США

Вступ
Шпалери складаються з флізелінової або целюлозної (паперової) основи, покритої полімерною (ПВХ та ін.) плівкою, яка містить інші компоненти, а саме пластифікатори, наповнювачі, пігменти і барвники. На шпалерному виробництві накопичується велика кількість бракованих рулонів: від 5 до 12 % продукції є некондиційною. Утилізування її спалюванням утруднене, оскільки  ПВХ, який є погано горючим матеріалом, утворює токсичні речовини, такі як хлороводень, фосген і діоксини. 

 

На першій стадії горіння проходить деструкція, і дегідрохлорування ПВХ супроводжується відщепленням хлороводню з утворенням полієнів ПВХ. На другій стадії відбувається горіння поліенів, а також ряд  побічних реакцій, при яких утворюються небажані побічні продукти, такі як ацетилен, бензол, кокс та багато інших.  

        

Найбільшу небезпеку при спаленні ПВХ становлять хлорзаміщені дібензо-парадіоксини та дібензофурани, що утворюються при неповному (особливо  низькотемпературному) згорянні.

 

Діоксини є надзвичайно небезпечними токсикантами, тому утилізування шпалер спалюванням є нерентабельним та неприпустимим з екологічної точки зору. Перероблення шпалер  та використання їх як макулатури також утруднені через велику кількість домішок на поверхні паперу або флізеліну. Для використання таких відходів необхідно відділити паперово-целюлозну чи флізелінову основу від покриття.

 

Хімічні та термохімічні способи обробляння паперових відходів з полімерним покриттям дозволяють забезпечити високу ступінь чистоти регенерованих волокон, але вимагають значної витрати реактивів, істотно забруднюють стічні води і виключають можливість утилізування матеріалів покриття. Ці способи базуються на введенні в масу спеціальних хімічних реагентів, що розчиняють матеріал покриття або сприяють його відокремленню від основи.

 

Ефективність обробляння значно підвищується, якщо відходи попередньо подрібнюють «сухим» способом. Попереднє «сухе» подрібнення дозволяє істотно скоротити витрату води, енергії і хімікатів, спростити технологічний процес видалення плівки, уможливлює її подальше використання. Однак такий процес все ж економічно неефективний для переробляння відходів шпалер, які містять до 40–60 % полімерного покриття.

 

Експериментальна частина
Автори розробили спосіб переробляння цих відходів з двома етапами подрібнення. На першому етапі відходи шпалер проходять рубальну дробарку (рис. 1), на другому — плоско-ножову або молоткову (рис. 2) з відшаруванням  целюлозної волокнистої основи (паперу або флізеліну) від лакофарбового покриття. Далі в повітряному потоці  з допомогою спеціально сконструйованих циклона та матерчатого фільтра відбувається  сепарація — виділення двох фракцій: лакофарбового покриття та паперу або флізеліну.

Рис. 1.  Промислова дробарка рубального типу, що застосовували на першому етапі подрібнення

Рис. 2. Промислова дробарка барабанного типу, що застосовували на другому етапі подрібнення

 

Результати та обговорення
В результаті здійснення цього процесу з відходів шпалер можна одержати 50–95 % паперу або флізеліну, а також 5–50 % твердих лакофарбових відходів. Целюлозу можна використати для виготовлення паперу, пресованих брикетів для опалення приміщень, а також у будівельній промисловості. Лакофарбові відходи придатні як наповнювач для полімерних композицій та будівельних матеріалів.

 

Відходи, що на першому етапі пройшли рубальну дробарку, фракціонували для визначення розміру частинок, що утворилися (рис. 3). На цьому етапі целюлоза не відшаровується від полімерного покриття, а більшість частинок паперу з полімерним лакофарбовим покриттям мають площу 15–100 см².

 

 

                                                                                          а                                                                б

 Рис. 3. Відходи рулонів шпалер, подрібнені на промисловій рубальній дробарці:

а — червоні шпалери з 60 % ПВХ покриттям; б — світлі шпалери з 40 % ПВХ покриттям

 

Після першого етапу відходи подрібнювали на барабанній дробарці. Для визначення ефективності розділення відходи фракціонували на чотирьох ситах: D > 1 мм (D — діаметр отвору);  S = 20 х 2 мм (S — площа отвору); S = 25  х  2 мм;   D > 7 мм. Таким чином одержували п'ять фракцій. Фракція з найбільшим розміром частинок (> 7 мм) складалася з відділених волокон целюлози (рис. 4), а з найменшим розміром (< 1 мм) — з шматочків полімерного покриття.

 

 

Рис. 4. Волокна целюлози, відділені на промисловій дробарці барабанного типу

 

Три проміжні фракції містили суміш шматочків паперу різного розміру неправильної форми, не відшарованих і відшарованих від покриття. При переробленні шпалер зі світлим покриттям частка найкрупнішої фракції, де містяться волокна целюлози, була меншою за цю ж фракцію червоних відходів. Однак ступінь відділення від полімеру волокон із світлих шпалер була більшою і якість волокон значно кращою.

 

Після розсіву подрібнених таким чином шпалер у фракції, що переважно складається з целюлозних або флізелінових волокон, уміст целюлози сягає 45–60  % по масі та 70–90 % по об'єму (рис. 5, 6).

 

Рис. 5. Діаграма розподілу по масі частинок шпалер, подрібнених на дробарці барабанного типу

 

 

Рис. 6.  Діаграма розподілу по об'єму частинок шпалер, подрібнених на барабанній дробарці

 

Висновки
Запропонований спосіб має такі переваги:
— високий ступінь розділення подрібнених відходів шпалер та однорідність фракцій, що їх складають;
— відсутність шкідливих газових і пилових викидів в атмосферу та скидів стічних вод у водні об'єкти;
— універсальність (можна застосовувати для перероблення відходів целюлозно-паперового виробництва, макулатури та бракованих рулонів шпалер з лакофарбовим (полiмерним) покриттям);
— комплексність (у рамках одного сучасного промислового комплексу можна переробити 100 % бракованих шпалер з одержанням до 50–95 % целюлози,  що забезпечує екологічну безпеку виробництва в цілому та економить 50–60 % деревини та іншої природної сировини);
— одержання вторинних матеріалів (целюлозу можна використати для виготовлення технічного паперу, пакувального картону, флізеліну, паливних брикетів і пелет, а також як структурний наповнювач для вироблення безазбестового шиферу; лакофарбові відходи придатні як наповнювач для будівельних та полімерних композиційних матеріалів).

 

           Waste Wallpaper Processing: Recycling of Cellulose and Lacquer Coatings

 

Kurta S. A., Voronych O. L., Vasyl Stefanyk Precarpathian National University, Ivano-Frankivsk, Ukraine

Kurta M. S., University of South Florida, Tampa, USA

 

The technology of recycling of defective rolls of polymer coated wallpaper is developed. It includes two stages of waste shredding: 1) with chopper-disk; 2) with drum crusher. The third stage is separation of two fractions (cellulose fiber and polymer) in the air flow through the cyclone and fabric filter.

 

As a result of this process we can get 50–95 % of pure cellulose and 5–50 % of solid polymer waste. Cellulose can be used for production of technical paper, packaging carton, fuel briquettes and pellets, structural filler for asbestos-free slate. Polymer waste can be used as filler for construction and polymer composite materials.

 

 

Сведения об авторах
Курта Сергій Андрійович, канд. техн. наук, проф., зав. кафедри органічної та аналітичної хімії, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76025, Україна. Тел. +38 (03422) 2-21-40, факс +38 (03422) 3-15-74, моб. +38 (050) 968-51-63. E-mail₁,  e-mail₂
Воронич Олександра Любомирівна, аспірантка, кафедра органічної та аналітичної хімії, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76025, Україна
Курта М. С., аспірант, факультет механіки та аерокосмічної інженерії, Університет Південної Флоріди, Тампа, США