Переработка и поиск решения проблемы утилизации отходов производства флексополимерных пластин

В статье авторы пытаются найти пути решения проблемы переработки отходов производства флексополимерных пластин.

Ключевые слова: флексополимер, флексография, отходы, пластины, пластик.

Флексография широко используется в качестве быстрого и экономичного способа печати как простых, так и достаточно сложных однокрасочных и многокрасочных изображений на самых разнообразных материалах и изделиях: бумаге, картоне, пластмассе, гофрированном картоне, полимерных материалах и изделиях, металлической фольге и многих других.

Цифровая технология изготовления флексографских форм основана на создании и использовании цифрового файла, представляющего собой электронную версию печатной формы для записи информации непосредственно на формную пластину. Это позволяет сократить технологический процесс изготовления печатной формы. Изготовление печатных форм с использованием цифровых технологий уже заняло прочные позиции во флексографской печати [1].

Утилизация полимерных материалов — проблема, которая до сих пор не решена. Только 30 % полимерных отходов перерабатывается в качестве потенциальных источников химических веществ и энергии. По оценкам, в Бразилии ежегодно потребляется 1150 тысяч тонн пластика, но только 17,5 % повторно вводится в производственную цепочку в качестве исходного материала. В России ежегодно потребляется около 700 тысяч тонн этого полимера. Большая часть производится внутри страны, еще около 100 тысяч импортируется. В 2018 году производство и потребление вторичного ПЭТ составило приблизительно 150 тысяч тонн (относительно небольшими объемами экспорта и импорта пренебрежем для грубой оценки). То есть перерабатывается уже свыше 20 % от общего объема потребления. Согласно исследованию Фонда Эллен МакАртур, в Мировой океан ежегодно попадают от 5 до 13 миллионов тонн пластика, и к 2050 году океан будет содержать больше пластика по весу, чем рыбы.

В связи с ростом потребления пластика основная задача — не отставать от утилизации отходов. Химическая переработка путем термической или каталитической конверсии признана идеальным подходом, который может значительно снизить чистую стоимость утилизации промышленных пластиковых отходов. Также работает простое механическое смешивание.

В индустрии флексографских печатных форм используется большое количество фотополимеризованных материалов. Они используются в качестве листов, которые защищают чистую поверхность пластин. Свойства фотополимерных пластин во многом зависят от условий обработки и состава материала.

Большое количество отходов от открытых печатных форм накапливается на типографских предприятиях в виде ненужных форм. Такие отходы в настоящее время либо сжигаются, либо после воздействия ультрафиолетового излучения размещаются на свалках [2].

Несмотря на большой спрос на промышленное использование этих материалов, в литературе нет соответствующих публикаций, касающихся вторичного использования или последующего потребления флексографских печатных форм. Однако известно, что повторно используемый бутадиен-стирольный каучук при добавлении к другой смоле в небольших количествах ведет себя как наполнитель, увеличивая жесткость и делая материал более хрупким. Физические и механические свойства смешанного бутадиен-стирольного каучука чувствительны к небольшим изменениям количества отдельных компонентов. Сополимеры этиленвинилацетата представляют собой хорошие аналоги для смесей с ненасыщенными эластомерами.

В магистерской диссертации Кордейро [3] были проанализированы методы переработки отходов на основе смесей цельных фотополимеров (ЦФП)/этиленвинилацетата (ЭВА) и цельных фотополимеров (ЦФП)/полипропилена (ПП). Механические, термические и химические свойства, а также морфология образцов оценивалась с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

180 °C с получением порошка с размером частиц менее 0,5 мм. Частицы сушили до постоянной массы при температуре 90 °C перед приготовлением для использования в смесях.

Смеси были приготовлены путем добавления пластинок высушенного микронизированного полимера к ЦФП или ПП с различными процентными долями в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1

Параметры обработки, такие как температура и скорость вращения шпинделя, были отрегулированы в соответствии с составом смеси и оставались постоянными для каждой смеси. Вращение шпинделя составляло от 80 до 120 об/мин. Температура варьировалась от 140 °C до 155 °C с шагом 5 °C по четырем зонам нагрева. Экструдированные смеси гранулировали и использовали для изготовления формованных испытательных зондов в формовочной машине HIMACO LH модель 150–80 (80 тонн) при 180 °C.

Стойкость к химическому воздействию определялась с использованием стандарта ASTM D543, и суммарно отображена в Таблице 2. Отсюда видно, что все материалы увеличивают массу после погружения в использованные реагенты с процентным содержанием от 0,03 % до 66,3 %.

Таблица 2

Отсюда видно, что неорганические реагенты имеют наименьшее взаимодействие со смесями; материалы ЭВА получили наибольший процент после контакта с сильными кислотами (азотной и серной). Смеси больше взаимодействуют с органическими реагентами, чем с неорганическими. Кроме того, материалы ЭВА выдерживают наибольшее увеличение массового процента после обработки. Толуол — единственный органический реагент, который имеет важное взаимодействие со смесями полипропилена. Очевидно, что различия в основном связаны с функциональностью ЭВА с незначительным влиянием количества переработанных пластин, используемых в смесях.

В целом, смеси обладают высокой стойкостью к химическим веществам, о чем свидетельствует слабое взаимодействие с большинством реагентов. После 24 часов обработки не было обнаружено никаких визуальных или оптических изменений в смесях, которые указывали бы на химическое воздействие.

Таким образом можно сделать вывод, что на механические свойства ПП и ЭВА мало влияет добавление фотополимерных пластин в качестве обычного наполнителя. Никаких различий в химической функциональности с помощью Фурье спектроскопии не обнаружено, однако температура разложения была изменена. Влияние на тепловые переходы матричных смол указывает на их смешиваемость с переработанными фотополимерными пластинами, особенно с ЭВА, как показывает более однородная микроскопическая структура. Химическая стойкость смесей высокая для большинства тестируемых реагентов, особенно неорганических. ЭВА пострадала больше всего, не получив серьезных визуальных повреждений. Как правило, такие фотополимерные пластины можно переработать, добавив их к обычным смолам, таким как полипропилен и этиленвинилацетат. Такие смеси можно легко приготовить обычными методами обработки.

Литература:

2. U. S. Patent № 5,552,261 // RECYCLING THE RECORDING LAYER OF FLEXOGRAPHIC PRINTNG PLATES, Ursula A. Kraska, Weiterstadt, Udo Weikart, Obernburg; Reimund Simon, Bierstein, all of Germany, Date of Patent: Sep. 3, 1996.

3. Cordeiro, C. C. MSc Thesis, Universidade do Extremo Sul Catarinense: 1v. Criciuma: Brazil, 2008; 110 p.