Технология переработки тары и упаковочных материалов является одним из приоритетных направлений развития науки и техники на ближайшее десятилетие. Сегодня упаковка - не только важнейшая составляющая производства и реализации товаров, но и показатель развития общества. Ведь хорошая упаковка не только защищает товар при транспортировке и хранении, но и играет немаловажную роль в продвижении продукции на рынке.
Инвестиции в производство тары и упаковки стремительно растут, но высокие темпы роста потребления упаковочных материалов обусловливают возникновение такой проблемы, как уничтожение и утилизация упа-ковочных отходов. Разрешение этой проблемы тесно переплетается с такими аспектами жизнедеятельности человека, как сохранение окружающей среды, экономия природных ресурсов, рациональное использование земельных угодий.
Особо опасен
Наиболее экологически опасными считаются полимерные отходы, основным недостатком которых является стойкость к влиянию естественных природных условий, так как в большинстве своем полимеры не подвержены саморазложению. Вместе с тем сжигание таких отходов вызывает выделение крайне ядовитых газов, в том числе диоксина. По имеющимся данным, стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс в целом примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных отходов и почти в 3 раза – на уничтожение бытовых.
Существует пять основных путей уничтожения и утилизации полимерных отходов:
- захоронение и свалка (сюда же можно отнести и компостирование, то есть создание биомассы);
- сжигание;
- крекинг и пиролиз;
- использование в производстве строительных материалов.
Для каждого конкретного упаковочного материала в зависимости от особенностей его состава, химического строения полимера и свойств выбирается тот или иной путь уничтожения отходов. Следует учесть, что значительное количество пластиковых упаковок, используемых сегодня, являются неэкологичными, то есть включают в себя сразу несколько материалов. Например, литровые пакеты, в которых продается сок (так называемые «асептические»), состоят из фольги, пластика, картона; эластичные бутылки для кетчупа часто производятся из нескольких типов пластика. Такая упаковка практически не поддается вторичной переработке и зачастую не сгорает в мусоросжигательных печах.
На сегодняшний день одними из наиболее употребляемых для упаковочных целей являются материалы на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ, PET). Этот полимер используют, в частности, для производства бутылок и бутылей для воды, прохладительных напитков, технических жидкостей и т.д. При рассмотрении вопроса обращения с отходами упаковки и тары из полиэтилентерефталата уделять внимание их сжиганию, свалке или захоронению не целесообразно - обычно данные варианты уничтожения применимы для общей массы бытовых или промышленных отходов. Поэтому о путях утилизации ПЭТФ стоит поговорить отдельно.
Сортировка – всему голова
Основной проблемой в обращении с полимерными отходами является не отсутствие технологий утилизации (например, современные технологии позволяют переработать до 90% от общего количества отходов), а отделение полимерных отходов от остального мусора и разделение различных полимерных компонентов. Конечно, существует множество технологий, позволяющих разделять отходы на компоненты, но практически все они дороги и сложны. Более прогрессивные технологии извлечения полимеров из общей массы отходов подразумевают ту или иную форму участия общественности - организацию центров по сбору вторсырья или его покупки у населения, мероприятия по раздельному сбору отходов на улицах с помощью специальных контейнеров или организацию системы раздельного сбора отходов на бытовом уровне.
Первая стадия технологии утилизации ПЭТФ-отходов обычно включает в себя ручную сортировку отходов по внешнему виду, отделение полимерных компонентов из общей массы отходов и разделение пластмасс друг от друга по химическому типу и цвету. Проведение сортировки требует некоторого навыка в умении визуально различать типы пластмасс. Сортировку облегчает наличие на большинстве упаковок шифров с наименованием материала, из которого они получены. Тара из полиэтилентерефталата имеет маркировку с кодом SPI № 1 (коды, определенные «Обществом пластиковой промышленности»).
После предварительной сортировки и очистки полимерных отходов производится измельчение, проходящее в одну или две стадии, после чего дробленые отходы подвергают отмывке от загрязнений органического и неорганического характера водой, моющими средствами или различными растворителями. Сортировка пластмасс по видам играет важную роль для повторного использования отходов. Различают следующие основные методы сортировки: флотационное, воздушное, жидкостно-циклонное или электростатическое разделение, разделение методом растворения, сканирование ИК-лучами.
Далее ПЭТФ-отходы могут быть утилизированы пиролизом, крекингом или гидрокрекингом, что является довольно перспективным способом утилизации полимерных отходов. Термические методы особенно распространены в тех случаях, когда отходы не находят практического использования и не могут быть утилизированы путем переработки в изделия или применены в различных композициях. Теоретически технология проста: требуется подобрать необходимую температуру нагрева, и цепные молекулы полимера распадутся на отдельные звенья (мономеры), которые, предварительно очистив, можно снова подвергнуть полимеризации или поликонденсации для получения чистых полимерных материалов.
Важное место среди методов термического разложения полимеров принадлежит пиролизу – термическому разложению органических веществ с целью получения полезных продуктов. При более низких температурах (до 600 °С) образуются в основном жидкие продукты, выше 600 °С – газообразные и даже технический углерод. На практике пиролиз ПЭТФ при 550 °С приводит к образованию сложной смеси жидких и газообразных веществ, представляющих собой сочетание мономеров, ди- и тримеров, олигомеров. Обычно такая смесь используется в виде высококачественного топлива или как сырье для нефтехимической промышленности.
Еще одним распространенным, экономичным, непрерывным и безопасным для окружающей среды способом трансформации вторичного полимерного сырья является каталитический термолиз, который предусматривает применение более низких температур. В некоторых случаях щадящие режимы позволяют получать мономеры, которые могут быть использованы в качестве сырья при проведении процессов полимеризации и поликонденсации. Из использованных ПЭТФ-бутылок получают дефицитные мономеры – диметилтерефталат и этиленгликоль, которые вновь используются для синтеза ПЭТФ заданной молекулярной массы и структуры, необходимой для производства бутылок.
Кроме того, распространен такой способ переработки отходов ПЭТФ, как получение сравнительно недорогой ненасыщенной полиэфирной смолы. Для этого отходы ПЭТФ подвергаются гликолизу и поликонденсации с добавлением ненасыщенных многоосновных кислот или их ангидридов. К сожалению, до сих пор деполимеризация остается весьма дорогим способом переработки вторичных пластмасс, в основном из-за значительных энергетических затрат или использования дорогих химических продуктов.
Вторая жизнь
ПЭТФ-отходы могут быть утилизированы и с помощью методов вторичной переработки. Для этого измельченные и очищенные отходы подвергают агломерации или грануляции и возвращают в производственный цикл изготовления товаров из полиэтилентерефталата (непищевого назначения).
Полученное вторичное сырье может перерабатываться самостоятельно или в качестве добавки к свежему сырью. Вариант переработки (отдельно или в качестве добавки) определяется зачастую видом формуемого изделия. Если изделие предназначено для ответственных целей, скажем, для изделий, где не должно быть существенного снижения физико-механических показателей, то такие термопластичные отходы следует перерабатывать только в качестве небольшой добавки к первичному сырью. Если изделие менее ответственно, то его можно формовать только из отходов. Ассортимент оборудования для смешения свежего сырья со вторичным представлен барабанными и центробежными смесителями, пневматическими смесителями с механическим псевдоожижением, смесителями с мешалками и т. д.
Большей частью вторичный полиэтилентерефталат используется для производства волокон, используемых как утеплитель спортивной одежды, спальных мешков и как наполнитель для мебели и мягких игрушек.
Известен способ вторичной переработки ПЭТФ «бутылка в бутылку» – технология, когда вторичный ПЭТФ зажат между двумя слоями первичного полимера. Многослойные бутылки могут содержать до 50% вторичного ПЭТФ, а отдельные емкости - и более высокое количество вторичного материала. Отходы ПЭТФ могут использоваться в качестве добавок для улучшения тех или иных механических или электромеханических свойств другого полимера. Из смеси 40% измельченных отходов ПЭТФ и 60% измельченных отходов ПЭНД можно отливать декоративные изделия.
Остальные направления применения вторичных полимеров включают производство листа, ленты и пленки. Так, лист и лента – «классические» продукты из вторичного ПЭТФ. Лист, к примеру, производится для изготовления пластмассовых коробок для фруктов и яиц. Наконец, на практике переработанные отходы полимеров широко используются в производстве строительных материалов. Основные направления данного пути утилизации следующие:
- как структурирующие или наполненные материалы (например, для дренажа кислотных стоков, подземных сводов, соединительных боксов канализационных труб применяется полимербетон - материал из отходов ПЭТФ и минеральных наполнителей);
- в дорожном строительстве в качестве добавки к бетону, асфальту (в данном случае материалы представляют собой битумно-полимерные композиции, обладающие повышенными значениями прочностных показателей и водостойкости);
- при производстве кровельных материалов (черепицы в смесях полимерных отходов с неорганическими наполнителями);
- как компонент водостойких материалов для герметизации швов между панелями зданий, а также для покрытия частей сооружений, работающих под водой или в условиях повышенной влажности (так, волокнистый материал, полученный из вторичного ПЭТФ, можно использовать в качестве сорбента на очистных сооружениях, в качестве утеплителя или наполнителя).
Таким образом, при рациональном использовании отходы полиэтилентерефталатной тары способны быть ценным химическим сырьем. Внедрение технологий получения и переработки вторичного ПЭТФ-сырья может позволить существенно снизить и экологический урон окружающей среде.
Мансур Галиханов, к.т.н., Казанский технологический университет
ж. ПаккоГрафф, № 6(60), 2008 г.
