Отходы пластмасс. Что с ними делать?

Одним из наиболее осязаемых результатов антропогенной деятельности является образование отходов, среди которых отходы пластмасс занимают особое место в силу своих уникальных свойств.

Пластмассы - это химическая продукция, состоящая из высокомолекулярных, длинно цепных полимеров. В мире их выпускается ежегодно 130 млн. тонн с годовым приростом 10%. Такая высокая популярность пластмасс объясняется их легкостью, экономичностью и набором ценнейших служебных свойств. Пластики являются серьезными конкурентами металлам, стеклу, керамике. Например, при изготовлении стеклянных бутылей требуется на 21% больше энергии, чем на пластмассовые.

Насчитывается около 150 видов пластиков. 30% из их - это смеси различных полимеров. Для достижения определенных свойств, лучшей переработки в полимеры вводят различные химические добавки, которых уже более 20, а ряд из них относятся к токсичным материалам. Это стабилизаторы, защищающие пластики от действия высоких температур, cолнечного света, красители, содержащие тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, бром, цинк), смазки, ингибиторы горения - антипирены, антистатики и пр. Выпуск добавок непрерывно возрастает. Если в 1980 г. их было произведено 4000 тонн, то к 2000 г. объем выпуска возрос уже до 7500 тонн, и все они будут введены в пластики. А со временем потребляемые пластики неизбежно переходят к отходы.

В наши дни, как никогда прежде, люди нашей планеты задумались над огромным засорением Земли непрерывно возрастающими отходами пластиков. Огромное количество пластиков используется для изготовления упаковки пищевых продуктов. После разового потребления тара выбрасывается, а пластик при этом практически не меняет своих свойств. Между тем, пластики весьма дороги - стоимость их колеблется от 1 до 30 и более долл. за кг. Выбрасываются устаревшие изделия - это корпуса телевизоров, компьютеров, стиральных машин, холодильников, мебель, ковры, автомобильные шины, трубы, изоляция, пленки и пр. В результате в муниципальных отходах промышленно развитых стран 18-30% по объему приходится на пластики, и это представляет собой большую проблему.

Опубликованы результаты исследований Токийского университета в журнале "Тechno-Japan" (1995, №4) о состоянии вод Тихого океана. В Японии выпускается в год 12, 6 млн. тонн пластиков, за год образуется 5 млн. тонн пластиков, 77% из которых промышленные. До недавнего времени в Японии почти 80% муниципальных отходов сжигалось с получением тепловой и электрической энергии, но отмечено, что из-за выделения огромного количества тепла и высокой температуры пламени мусоросжигательного устройства быстро выходят из строя.

При депонировании на полигонах вместе с пищевыми отходами пластики не разлагаются и наносят огромный вред почвам. Альтернативным способом является сжигание. Однако судя по результатам последних исследований ученых сжигания 10 основных видов многотоннажных отходов пластиков, установлено, что при их сгорании выделяется много дыма с частицами размером от 0,4 до 10 и более микрон. Часть из них проходит через фильтры системы газоочистки и развевается ветром по воздуху, в том числе и летучие оксиды металлов. При сгорании многих изделий - ковров, губок, пенопластов, упаковочных материалов, труб и др. - выделяются оксиды азота, серы, хлористый водород, при соединении которых с атмосферной влагой возникают кислотные дожди, губительные для зеленого мира. При сгорании пластиков образуется зола, содержащая тяжелые металлы, которые распыляются воздухом по большой территории.

Такая зола приносит большой вред при вдыхании, приводя к легочным отравлениям и раздражениям. Соединения тяжелых металлов используются в поливинилхлориде (ПВХ), каучуках, эластомерах, красителях. Они разносятся по большой территории с грунтовыми водами, попадая в растения, овощи, ягоды, злаки, а затем через цепи питания в организм человека, в результате чего наблюдаются нарушения деятельности печени, почек и др. органов. Например, установлено, что в 1985 году в почвы было внесено 5000 тонн хрома, 10 тонн кадмия, 1500 тонн свинца из выделений при сгорании пластиков, а плотность дыма при этом составляла от 14 до 35 мг/г.

Некоторые типы не подвергающихся рециклингу пластиков, утерявших свои свойства, целесообразно сжигать с получением тепловой энергии. Например, тепловая электростанция в г. Вулвергемптоне (Великобритания) впервые в мире работает не на природном газе или мазуте, а на отслуживших автомобильных покрышках. Реализовать этот уникальный проект, позволивший обеспечить электроэнергией 25 тыс. жилых домов, помогло Британское управление по утилизации не ископаемого топлива. В Великобритании же успешно осуществляют утилизацию свалочного газа (биогаза), заменяющего в качестве топлива каменный уголь.

Япония стала инициатором изготовления печей небольшой мощности без дымовых труб и отходящих газов, в которых по технологии пиролиза отходы можно превращать в углеводородное волокно, карбидокремниевые волокна (усы). Внедряются современные модернизированные печи с экологически чистыми технологиями сжигания с полным поглощением токсичных выбросов. Но не все пластмассы можно сжигать вследствие выделения супертоксичных галогенизированных дибензодиоксинов и дибензофуранов.

Использование бутылей из-под газированных напитков и других пищевых продуктов из полиэтилентерефталата (ПЭТФ)

Потребители пищевых продуктов в пластмассовой упаковке должны нести ответственность за последствия утилизации освободившейся тары, поскольку сжигание пластиков сопровождается выделением вредных для здоровья людей и окружающей среды продуктов, а депонирование на свалках пагубно сказывается на почве, так как такие отходы не разлагаются десятки лет.

Лучшим выходом был бы сбор и сдача бутылок на приемные пункты или специально выделенные места в обязательном порядке в чистом и промытом виде. Тем более, что в мире прослеживается тенденция замены энергоемкой, тяжелой, хрупкой, захламляющей осколками землю стеклотары на пластиковую под заполнение молоком, напитками, минеральной водой, растительным маслом и т.д.

Сбор, очистка бутылок и другой тары от остатков испорченных продуктов и грязи, а также сушка обходятся дорого, и рециклаты не могут стать конкурентоспособными с исходными пластиками, хотя теперь считают, что рецикловый пластик должен быть дешевле исходного чистого на 20% и более. Чем больше будет собрано отходов и чем они будут чище и качественее, тем по стоимости они будут ближе к исходным материалам.

В мире оживленно обсуждают возврат старых бутылей, промывки их горячей водой или каустиком и повторной заливки. Это намного бы уменьшило количество отходов, выбрасываемых на полигоны.

За рубежом широко практикуют сбор чистой пластиковой тары от каждого домовладения, из сельских местностей в виде уплотненных кип весом до 25 кг, с отделением бутылей от пробок, которые обычно изготовлены из ПЭВП или пропилена, этикеток. Бумажные этикетки хорошо удаляются горячей водой. Но в скором времени будут применять самоклеющиеся этикетки, легко снимаемые вручную, которые снова можно рециклировать. Этикетки из УПС и ПП уже наклеивают на емкости с подсолнечным маслом.

Переработка бутылей из ПЭТФ

Бутыли измельчают в ножевой дробилке до частиц размером 3-10 мм. Частицы грязи, хлопья следует промывать водой, каустической содой и сушить при 130 ºС. Промывную воду следует очищать и фильтровать и снова вводить в рецикл.

Высушенные частицы до остаточной влаги 0,02-0,05% перерабатывают на обычных литьевых машинах с червячной пластикацией, раздувных машинах при 260-280 ºС. При температуре выше 280 ºС ПЭТФ в расплаве начинает подвергаться деструкции, а повышенная влажность приводит к гидролизу эфирных групп, охрупчиванию. Литье осуществляют в форму с темпертрой 130-140 ºС, в этом случае получают изделия с высокой кристалличностью. В форме при 50 ºС получают изделия с аморфной структурой, с пониженной термостойкостью.

При разложении ПЭТФ-бутылей выделяются терефталевая кислота с температурой воспламенения 591 ºС (ПДК = 0,1 мг/м 3 ), ацетальдегид с температурой воспламенения 185 ºС (ПДК = 5 мг/м 3 ), оксид углерода (ПДК = 30 мг/м 3 ).

Применение исходного ПЭТФ

Его применяют в основном для получения волокон, в настоящее время пушистого для набивки сидений автомобилей, самолетов, диванов, для прядения волокна (лавсана) и одежды из него (курток), гимнастической обуви, ковров и др. В странах Азии, где нет хлопка, собирают каждую бутылку, бутылочный рециклат охотно импортируют по цене 60-70 центов за кг либо из подготовленного чистого рециклата ПЭТФ снова формуют с раздувом в контейнеры. Освоен способ формования многослойных, барьерных для СО2 бутылей с использованием 80% рециклового ПЭТФ в качестве среднего слоя, и такие бутыли уже появились на рынке, они одобрены FDA.

Цена на рециклаты в каждой стране различная. Например, в Австрии, Новой Зеландии кипа бутылей на 1,5-2,0 литра стоит 55 центов за кг, 15 центов стоит промывка, 10 центов – сушка и 15 центов – формование (итого около 1 доллара) (Данные из журнала Plast. Word, 1996, 54, №5, р.42, 44, 46). В Канаде каждая семья сдает в год по 2 кг тары, пакетов и пр. на 5 долл. В г. Сан-Хосе, шт. Калифорния, в 1994 году было собрано 200 тонн отходов пластиков по цене от 40 долл. за тонну (каждая компания платит по-разному). Подготовленные к переработке отходы стоят 0,75 долл за кг, а исходный ПЭТФ 1 долл. и выше. По договоренности с предприятиями рециклат сдают переработчикам для 20-50%-ной добавки к исходному. В США на сбор и доставку бутылей расходуется 30 центов за кг и 30-45 центов на сортировку и промывку (данные за 1996 .)

Что можно получать из ПЭТФ-бутылок?

Очищенный и измельченный ПЭТФ можно смешивать с другими полимерами и наполнителями, получать новые материалы со спектром новых свойств. Можно получать разработанный у нас в России литьевой ПЭТФ-КМ с 10% ПЭНП по ТУ-6-05-1984-85 и стеклонаполненный ПЭТФ-М-КС ТУ-6-19-07388-85.
Композиционный материал с отработанными отходами от компакт-дисков из поликарбоната фирмы "Мелодия". Смесь с 10-50% поликарбоната с ПЭТФ обладает улучшенной переработкой, повышенной термостойкостью, повышенным сопротивлением ударным нагрузкам.
Получать смеси ПЭТФ с ПА-6 с добавкой функционализированного кислотой или глицидиловым эфиром полиолефина.
Материал со свойствами древесины можно получать из бутылочных отходов ПЭТФ, 4-12% отходов поликарбоната с 0,5% вспенивающего агента, например, 5-фенилтетразола и отливать разные изделия при 240-260 ºС, температуре формы 16 ºС, со временем смыкания формы 60 сек., временем впрыска расплава 60 сек. Изделия или заготовки с плотностью 0,63 г/ cм 3 , как дерево, хорошо пилятся, сверлятся, скрепляется винтами, в них легко забиваются гвозди.
Смесь из (%): ПЭТФ-60, поликарбонат – 20, эластомер АБС – 20 – материал с выокой прочностью к ударным нагрузкам.
Смесь отходов ПЭТФ/ПЭВП в соотношении 3,5: 1 + 10% каучука -блок-сополимера стирол/ бутадиен/этилен SEBS, особенно модифицированного акриловой кислотой, имеет ударную вязкость (на образцах с надрезом) 65 кгсм/ см, у исходной смеси - 73 кгсм/ см. Можно получать негорючие, антистатичные, упрочненные различными волокнами (углеродным, арамидным, антрацитом и др.) материалы.
Благодаря усовершенствованной конструкции установки фирмы "Ерема" и гибкой технологии, из использованных бутылей ПЭТФ получают, минуя стадию грануляции, прозрачные блестящие листы. Используют экструдер со специальной геометрией сжимающего шнека, работающего по двакуумом, с фильтром в конце процесса, действующий по принципу обратной перемотки. Такие листы обходятся намного дешевле, чем по технологии с отдельной сушкой и грануляцией.
Получают и нетканое полотно из использованных бутылок на оборудовании, представляющем собой экструдер с шестеренчатым насосом перед соплом, к которому подводят воздух под давлением, и расплав распыляют на вращающийся коллектор-собиратель, на котором нити склеиваются в полотно. Чтобы получить нетканое полотно, сопоставимое по качеству с исходным, рециклат ПЭТФ смешивают с исходным. Таким образом используются и отходы текстильного производства полипропилена.

Стабилизация

Для улучшения качества изделий из вторичных ресурсов пластмасс в них необходимо вводить термо- и/ или светостабилизаторы. Пластики чувствительны к повторной переработке: экструзии, литью под давлением при высокой сдвиговой силе и температуре, к окислению расплава кислородом. Поэтому измельченные отходы ПЭТФ ли его смесей с другими пластиками необходимо стабилизировать. Например, хлопья ПЭТФ надо смешивать с термостабилизатором из 0,3%-ной смеси Irganox 1010 c Irgafos 168, антиоксидантами и со светостабилизатором, если отформованные изделия будут эксплуатироваться вне помещений, в атмосферных условиях. Помогают от деструкции на солнце, в условиях ветра и дождя светостабилизаторы Tinuvin-770, Chimassorb-944 (до 0,2%).

Применение рециклатов

Загрязненные отходы можно фильтровать на экструдере с короткой компрессией и удлиненной зоной течения и экструдировать профили для строительной отрасли, балки элементов гаражей, навесов сараев, обрешеток крыш и пр.

Можно формовать столы для пикника с дворовыми скамейками, скамейками для парков, звуко- (шумо) изоляционные плиты для привокзальных мест и автостанций, урны для сбора отходов , распушенное волокно для мягких набивок сидений, мебели. Для этого можно использовать устаревшие, загрязненные, выброшенные отходы пластиков.

Химический рециклинг ПЭТФ

Помимо материального рециклинга существует уже проверенный химический способ превращения устаревших, потерявших свои первоначальные свойства отходов в исходное сырье.

С помощью метанолиза, гидролиза, гликолиза при повышенных температурах снова получают диметилфталат, терефталевую кислоту, этиленгликоль и полиэфирполиоли для ПУ. В мире 17 фирм занимается химическим рециклингом с 1992 года. Продукты деструкции ПЭТФ из устаревших отходов широко используют снова в синтезе ПЭТФ, для получения пластификаторов, лаков, материалов для покрытий и др.

Рециклинг полиолефинов с помощью их смешения с исходными

Сотрудники Университета Венесуэлы сообщают, что с 1983 по 1989 гг. потребление пластиков в этой стране возросло со 188 тысяч до 346 тысяч тонн и это привело к возрастанию объема отходов. В стране решается вопрос с их размещением , так как сжигание связано с эмиссией опасных газов. Биоразлагаемые пластики в Венесуэле очень дороги. Поэтому исследована возможность смешения исходных пластиков с рециклатами полипропилена (ПП) с ПЭВП и ПЭНП с ПЭВП. Полимеры с различным соотношением смешивали в экструдере и гранулировали. Использовали ПП с плотностью 0,903 г/см 3 , ПЭНП с плотностью 0,925 г/cм 3 . Механические свойства смесей приведены в табл.1.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎