1. Пластмассы
Пластмассы или полимеры и изделия из них нашли широкое применение во всех областях человеческой деятельности. Производство и использование пластмасс - одно из проявлений научно-технического прогресса, так как оно способствует снижению издержек на производство многих изделий, эксплуатационных расходов, повышению качества и улучшению их внешнего вида. Незначительная масса изделий из пластмасс позволяет снизить транспортные расходы и затраты труда при монтаже крупногабаритных конструкций. Физико-химические и механические свойства, а также экономические преимущества пластмасс обусловливают их важную роль в химизации хозяйства. Полимерные материалы заменяют различные традиционные материалы (металлы, стекло, бумагу, картон, кожу).
Одно из важнейших преимуществ пластмасс в сравнении с другими материалами — широкая возможность получения материалов с заданной комбинацией свойств. Пластмассы находят все большее применение в строительстве, машиностроении, электронной промышленности, производстве мебели, тары, упаковки, предметов бытового назначения, а также в сельском хозяйстве, на транспорте, в медицине и т. д.
В последние годы увеличился выпуск таких материалов, как термоэластопласты и фторуглеродные пластмассы. Термоэластопласты, представляющие собой новый класс материалов — блок-сополимеров, сочетают в себе свойства вулканизированных каучуков и термопластов. К ним относятся бутандиенстирольные, изопренстирольные, полиолефиновые, этиленвинилацетатные сополимеры. Термоэластопласты, подобно обычным пластмассам, могут быть переработаны методами экструзии, каландрирования, термоформования и литья под давлением.
Фторопласты (полимеры на основе политетрафторэтилена, тетрафторэтилена и гексафторпропилена) обладают высокой коррозионной устойчивостью, термостабильностью и другими ценными свойствами, которые способствуют их широкому применению в машиностроении, электротехнике и электронике, химической промышленности, в самолетостроении, космонавтике и приборостроении, а также для бытовых нужд.
Пластмассы не только заменяют или дополняют традиционные материалы, но и способствуют развитию новых, более производительных способов строительства. Преимущества пластмасс перед традиционными материалами выражаются в облегчении конструкций, упрощении монтажных работ, снижении транспортных расходов, расширении возможностей применения типовых деталей, улучшении тепло- и звукоизоляции и в конечном итоге—сокращении сроков и удешевлении капитального строительства.
Достоинством пластмасс является меньший расход энергии на их производство, чем на производство конкурирующих с ними материалов. Так, на производство 1 кг распространенных видов пластмасс расходуется около 10 МДж энергии, стали — 20-50, алюминия — 60-270, стекла бутылочного — 30-50 МДж. Доля стоимости энергии в издержках производства пластмасс составляет в среднем 2%, в производстве стали – 4%, стекла бутылочного – 5%, цемента – 15% и алюминия первичного - 23%. Энергоемкость изготовления изделий из пластмасс также значительно ниже. Например, расход энергии на изготовление стеклянных бутылей в 20-30 раз выше, чем этот показатель при производстве пластмассовых сосудов такой же емкости.
Технология производства пластмасс развивается по пути совершенствования традиционных методов, разработки и внедрения новых методов, в первую очередь для производства крупнотоннажных продуктов: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола. Наблюдается тенденция к увеличению степени конверсии, например, с помощью более эффективных инициаторов реакции, к повышению единичной мощности агрегатов, проведению реакций в более мягких условиях, совмещению стадии полимеризации в присутствии более активных катализаторов с процессом формования изделий.
Традиционные виды сырья заменяются новыми. Так, если раньше в качестве сырья использовали главным образом карбид кальция, каменноугольную смолу и коксовый газ, то в настоящее время основным органическим сырьем стали продукты переработки нефти и природного газа. Отмечается, что около 5% нефти, используемой в промышленности развитых стран, расходуется в нефтеперерабатывающей промышленности, из них около 50% — для производства пластмасс.
Все большее применение приобретают новые источники энергии для нагрева, отверждения и полимеризации пластмасс, такие как: радиоволны, ультразвук и радиация. Улучшение физико-химических свойств пластмасс достигается повышением чистоты исходных мономеров «сшивкой» полимерных цепей (в том числе и радиационным методом), введением сомономеров, различных наполнителей и добавок. Значительно увеличилось производство так называемых усиленных пластмасс—стеклопластиков, изготавливаемых на основе ненасыщенных полиэфиров и стекловолокна.
Увеличение поступающих в окружающую среду отходов пластмасс представляет значительную экологическую помеху. Отходы пластмасс образуются на всех стадиях их производства и использования. Из общего количества получаемых отходов около 60% образуется при производстве упаковочных материалов; производственные и промышленные отходы составляют 17%, оставшееся количество приходится на долю бытовых отходов. Доля основных типов термопластов в промышленных отходах (в %) по годам приведена ниже:
|
1970 г. |
1975 г. |
1980 г. |
Полиэтилен низкой плотности |
31,7 |
31,9 |
32,0 |
Полиэтилен высокой плотности |
6,8 |
7,8 |
8,5 |
Полипропилен |
8,4 |
10,9 |
13,2 |
Полистирол |
19,4 |
18,6 |
17,9 |
Поливинилхлорид |
33,7 |
30,8 |
28,4 |
Как видно, доля полиолефинов в объеме промышленных отходов пластмасс увеличивается. Отмечается также рост процентного содержания пластмасс в городских и бытовых отходах. За 1960—1980 гг. в странах Общего рынка содержание пластмасс в городских и бытовых отходах возросло с 1 до 6%, т. е. в 6 раз.
Особенно серьезную опасность породили изделия одноразового употребления, а также изделия с относительно небольшие сроком службы (одежда, мебель, игрушки, упаковка, бытовые предметы и т. д.). Около 2/3 из перечисленных изделий имеют срок службы 1—2 г., хотя отдельные виды пластмасс — более 10 лет.
Вышедшие из употребления изделия из пластмасс выбрасывают с прочими бытовыми отходами в окружающую среду, загрязняя почву и водоемы. Более половины отходов образуется в сфере быта и 10 - 12% создаются в сфере торговли. В высокоразвитых странах ежесуточно на душу населения образуется 12 - 35 г отходов из пластмассы.
Существует множество различных типов отходов пластмасс, для простоты их делят на четыре категории по методам обработки:
односортовые пластмассы в виде отходов и лома, которые можно добавлять в процесс, с помощью которого они первоначально получены;
односортовые загрязненные пластмассы, которые должны пройти дополнительную обработку и не могут быть непосредственно введены в процесс их производства;
смешанные отходы пластмасс с известным составом, в основном не содержащие посторонних примесей;
разнообразные сорта пластмасс, содержащиеся в твердых городских отходах, загрязненные посторонними примесями.
Отходы пластмасс либо захоранивают (с предварительной обработкой или без нее), либо рециклизируют, добавляя их в качестве сырья. В зависимости от сорта получаемого продукта различают рециклизацию, в которой используются отходы пластмасс без примесей (так называемая «первичная рециклизация»), и такую, в которой в качестве сырья добавляют отходы пластмассы, в небольшой степени загрязненные примесями. Вторичная обработка («вторичная рециклизация») подразумевает использование отходов в производстве продуктов более низкого качества, чем продукты первого сорта. Сильно загрязненные отходы пластмасс перерабатывают в другие - масла, парафины, жиры, мономеры, синтез-газ (так называемая «третичная рециклизация»).
В процессе производства пластмасс стоимость сырья составляет 50—70% общей стоимости продукта и поэтому очень важно уменьшение выхода отхода и максимально возможное использование отходов и лома.
Виды пластмасс и пластиков
Самыми распространенными полимерами, используемыми на сегодняшний день, как в быту, так и в промышленности, являются:
- поливинилхлорид – пвх;
- полиэтиленрефталан – пэт или пэтф;
- полипропилен – пп;
- поликарбонат – пк;
- полистирол – пс;
- полиэтилен низкого давления – пэнд;
- полиэтилен высокого давления – пэвд;
- полиэтиленовый воск – пв;
- полибутилентерефталат – пбт;
- полиамид – па;
- акрилонитрилбутадиенстирол – авс.
Виды полимерных отходов потребления
№п/п |
Наименование полимеров |
Виды изделий отходов потребления |
Маркировка |
|
1 |
Отходы полиолефинов |
|||
1.1. |
Полиэтилен высокой Плотности |
Тара, ёмкости для хранения сыпучих продуктов, вёдра, тазы, игрушки, мебельная фурнитура, канистры после горюче-смазочных масел, тара для молочнокислых продуктов и др. |
HDPE илиПЭНД |
|
1.2. |
Полиэтилен низкой плотности |
Сельскохозяйственная плёнка, хозяйственные мешочки, скатерти, плёночные материалы |
LDPE или ПЭВД |
|
1.3. |
Полипропилен |
Упаковочная плёнка для пищевых, кроме молочных продуктов, одноразовая посуда, флаконы, тара для технических жидкостей и реактивов |
PP или ПП |
|
2. |
Отходы полистирольных пластиков |
|||
2.1. |
Блочный и ударопрочный полистирол |
Одноразовая посуда, авторучки, упаковка для молочных продуктов, банки, решетки, вешалки, шашки, шахматы, шкатулки, вазы, канцелярские товары |
PS или ПС |
|
2.2 |
Сополимеры стирола |
Детали облицовки интерьера, детали электро- и радиоприборов |
- |
|
2.3. |
Вспененный полистирол |
Упаковки радиоприборов, аудиотехники, посуды, холодильников, теплошумоизоляционные материалы |
- |
|
3. |
Отходы поливинилхлорида |
Покрытия для полов, стен, мебели, различных искусственных кож, плёнок, литьевых изделий, бутылок. |
- |
|
4. |
Отходы полиуретана |
Формованные и литьевые изделия. |
- |
|
5. |
Отходы полиамида |
Текстильные материалы (трикотажные, чулочно-носочные изделия и др.), специальные текстильные материалы (под воротничковая ткань, нетканые материалы). |
- |
|
6. |
Отходы полиэтилентерефталата |
Бутылки, флаконы, банки. |
- |
|
Особый случай представляют пластиковые упаковки, получившие необычайно широкое распространение в последние полвека. Для упрощения сортировки и переработки различных видов пластика американским Обществом пластиковой промышленности (SPI) были разработаны соответствующие знаки — треугольники, образованные последовательно соединенными стрелками, с цифрой внутри. Стрелки символизируют замкнутый цикл товара (производство — потребление — утилизация), а цифра указывает на тип пластмассы. Также под знаком может присутствовать буквенный код пластика (средний столбец таблицы).
|
PETE,PET1 |
Полиэтилентерефталат: бутылки для газированных напитков, воды, соков, растительных масел, косметики и др. |
|
HDPE |
Полиэтилен высокой плотности: фасовочные пакеты, мешки для мусора |
|
PVC |
Поливинилхлорид: линолеум, мебель |
|
LDPE |
Полиэтилен низкой плотности: бутылки для моющих средств, парниковая пленка, игрушки, трубы |
|
PP |
Полипропилен: одноразовые шприцы, посуда для горячих блюд, термоусадочная пленка, мешки для сахара |
|
PS |
Полистирол: одноразовая посуда, стаканчики для йогурта, электроизоляционная пленка |
|
OTHER |
Другие виды пластика: многослойная упаковка или комбинированный пластик |
Заметим, что пластики с кодом 7 практически невозможно переработать, т. к. многослойная упаковка (например, пакеты из-под сока) не разделяется на составные части.
К основным способам утилизации отходов пластических масс относятся:
− термическое разложение путем пиролиза;
− разложение с получением исходных низкомолекулярных продуктов (мономеров, олигомеров);
− вторичная переработка.