Переработка отходов пластмасс. Экологические аспекты производства изделий из пластмасс

Отходы образуются при переработке полимеров и изготовлении из них изделий — это технологические отходы, частично возвращаемые в процесс. То, что остается после использования пластиковых изделий — различных пленок (парниковых, строительных и т.п.), тары, бытовой и крупнооптовой упаковки — это бытовые и промышленные отходы.

Технологические отходы, подвергаются термическому воздействию в расплаве, а затем при дроблении и агломерации — еще и интенсивным механическим воздействиям. В массе полимера интенсивно протекают процессы термо- и механодеструкции с потерей ряда физико-механических свойств и при многократной переработке могут отрицательно влиять на свойства изделия. Так, при возврате в основной процесс, как обычно, 10-30% отходов проходит до 5 циклов экструзии и дробления.

Бытовые и промышленные отходы не только перерабатываются несколько раз при высокой температуре, но также подвергаются и длительному воздействию прямого солнечного света, кислорода и влаги воздуха. Парниковые пленки могут также контактировать с ядохимикатами, пестицидами, ионами железа, способствующими деструкции полимера. В результате в массе полимера накапливается большое количество активных соединений, ускоряющих распад полимерных цепей.

Подход к вторичной переработке таких разных отходов, соответственно, должен быть разным, учитывающим предысторию полимера.

В зависимости от состава, степени загрязнения, токсичности различают следующие виды полимерных отходов (рис.50):

Рисунок 50 – Виды полимерных отходов

Различают полимерные отходы – возвратные (некондиционная продукция, брак, литники и т.п.) и безвозвратные, содержащие загрязнения, продукты деструкции, определяющие невозможность дальнейшей переработки указанного вида отходов.

В настоящее время существуют несколько подходов к решению экологических проблем, связанных с долговечностью полимерных отходов (рис.51):

Рисунок 51 – Варианты решений проблемы полимерных отходов

Процесс рециклинга полимерных отходов специфичен для различных видов полимеров и изделий из них, наиболее типичные схемы переработки вторичного полимерного сырья представлены в Таблице 2.

Таблица 2 – Схемы рециклинга полимерных отходов

Практически на каждом предприятии по производству изделий из пластмасс возникает большое количество технологических (возвратных) полимерных отходов, требующих утилизации. Типовая технологическая цепочка для дробления и регрануляции термопластичных отходов представлена на рис.52

Технологическая цепочка переработки отходов

- Вакуумзагрузчик

- Дробилка ножевая тихоходная RAPID

- Экструдер ЧП 20х20 MIX (разработка кафедры ОРПП)

- Ванна охлаждения (разработка кафедры ОРПП), устройство подводного гранулирования

- Резак ножевой стренговый (разработка кафедры ОРПП)

Рисунок 52- Технологическая цепочка переработки отходов

Альтернативой проблемы образования долговечных отходов пластмасс является разработка биоразлагаемых полимеров.

Основные направления получения биоразлагаемых полимеров :

• синтез полиэфиров на основе гидроксикарбоновых (молочной, масляной) или дикарбоновых кислот, однако пока они намного дороже традиционных пластмасс;

• пластмассы на основе воспроизводимых природных полимеров (крахмал, целлюлоза, хитозан, протеин), сырьевая база таких полимеров, можно сказать, не ограничена, но технология и свойства получаемых полимеров пока не достигают уровня основных многотоннажных полимеров;

• придание биоразлагаемости промышленным полимерам (полиолефинам в первую очередь, а также ПЭТу) путем компаундирования.

Первые два направления требуют больших капитальных затрат на создание новых производств, переработка таких полимеров также потребует значительных изменений в технологии. Наиболее простой путь — компаундирование. Биоразлагаемые полимеры получают, вводя в матрицу биологически активные наполнители (крахмал, целлюлозу, древесную муку). К сожалению, актуальность такого материала чисто теоретическая, и сейчас широкого распространения этот метод не получил.

Биоразлагаемые полимеры (био-пластики) производятся в основном из растительного сырья, содержащего полисахариды, например, целлюлозу или крахмал. Существуют также технологии производства таких полимеров из отходов предприятий по переработке сельскохозяйственных культур.

Биополимеры по свойствам не уступают традиционным пластикам. Для производства упаковки из них не требуется специального оборудования, подходит и традиционное. Дополнительный и главный плюс альтернативных биоразлагаемых полимеров — их способность разлагаться в окружающей среде под воздействием микроорганизмов, температуры, влаги, солнечного света.

В зависимости от вида, в условиях промышленного компостирования биополимеры разлагаются на безопасные компоненты в период от нескольких недель до нескольких месяцев, а просто в условиях окружающей среды — от нескольких месяцев до нескольких лет. Среди недостатков, связанных с производством биоразлагаемых полимеров, как главный, рассматривается необходимость отведения посевных площадей для выращивания сельхозкультур, из которых получают сырье для их производства. Этот же недостаток является главным и при производстве биодизеля. Использование биоразлагаемых полимеров в качестве упаковочных материалов — общемировая тенденция.

Сейчас они дороже традиционных упаковочных полимеров, но с ростом объемов их производства стоимость будет снижаться. Второй фактор, подталкивающий к производству биоразлагаемых полимеров, — исчерпание ресурсов нефтяных месторождений и постоянный рост цен на нефть.

Затраты на утилизацию упаковки, которая, независимо от степени ее загрязненности, может быть переработана в компост, уменьшаются. Успех распространения биоразлагаемой упаковки будет зависеть и от реакции покупателя. В пользу этой упаковки также свидетельствует ее безвредность для здоровья человека. Из биоразлагаемого пластика, в первую очередь, целесообразно производить одноразовую посуду, пищевые пленки, упаковку для скоропортящихся продуктов, пакеты для мусора, предметы личной гигиены.

Перспективность работ по созданию биополимеров становится очевидной с учетом ужесточения разрабатываемых в настоящее время законопроектов, направленных на защиту окружающей среды.