ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА

ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПЛАСТМАСС

Редактор Франческо Ла Мантиа

«Вставайте, Граф! Вас ждут Великие Дела!» Такими словами будил слуга Сен-Симона — французского социалиста-утогшста. Применительно к теме дан­ной книги следует сказать, что вторичная переработка полимеров — это не уто­пия, а насущная реальность и это (на сегодняшний день) действительно Великое Дело.

В настоящее время человечество производит полимеров столько же, сколько выпускается в мире чугуна, стали, проката и цветных металлов вместе взятых, если мы будем считать производство не в единицах веса, а по объему. Таким об­разом, анализируя путь, пройденный человеком, следует считать, что на смену каменному, бронзовому, а затем и железному веку пришел полимерный.

Много полимеров — много отходов. Тут есть две проблемы — экономическая и экологическая. Экономическая проблема ясна — нужно постараться вновь ис­пользовать отходы в качестве сырья. К сожалению, до сих пор подавляющее боль­шинство полимерных отходов сжигают на свалках или на специальных заводах по сжиганию отходов. Тут уместно вспомнить слова английского ученого Джейм­са Багтона: «Одно из двух, либо человечество сделает так, чтобы было меньше дыма, либо дым сделает так, чтобы было меньше людей». Итак, сжигать отходы полимеров — это плохо и невыгодно.

Если закопать в землю кусок, например, полиэтилена, то и через 50 лег он в земле не разложится (возможно, что он не разложится и через 100 лет, у нас на этот счет нет экспериментальных данных) и будет загрязнять окружающую среду.

Следует помнить, что нефть (основной источник полимеров) становится все дороже, за ней следует идти все дальше (на север, в море, в пустыню и т. д.) и глубже. Настала пора решительной экономии. Есть один выход — наладить вто­ричную переработку всех полимерных отходов (это программа максимум). К со­жалению, тут есть много проблем.

Одна из них — это сортировка полимерных отходов перед вторичной перера­боткой, так как многие полимеры не смешиваются (как вода и масло) и их совме­стная вторичная переработка даст полимерную смесь с плохими механическими свойствами. Даже полиэтилен не смешивается с полипропиленом, хотя и тот и другой являются полиолефинами.

Вторая проблема — износ полимера при первичной эксплуатации. Полимер стареет (окисляется, деструктирует) и нужно знать, насколько он постарел. Это важно для того, чтобы решить задачу (дилемму): использовать ли только этот полимер по второму разу или добавлять его к новому (свежему) полимеру, а если добавлять, то сколько?

В 1975 г. в Мадриде состоялась очередная Генеральная Ассамблея Международ­ного союза по теоретической и прикладной химии {International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC). На заседании Ассамблеи выступил глава советской деле­гации академик Н. М. Эмануэль (академик-секретарь Отделения общей и техниче­ской химии Президиума АН СССР) и предложил создать специальный комитет с глобальной задачей — «Химия для нужд человечества» {Chemical Research Applied to World Needs, ChemRAWN).

В программу комитета включили следующие задачи:

1. Что будем делать, когда нефть и газ кончатся? — Как перестроить хими­ческую промышленность на возобновляемое сырье?

2. Как химия поможет в борьбе с голодом в мире («Химия и Пища»)?

Сюда входили вопросы по созданию новых регуляторов роста, искусствен­ной пищи и т. д.

3. Охрана окружающей среды (в том числе и борьба с отходами, вторичное использование сырья, в частности, полимерного сырья).

4. Коррозия.

5. Катализ и т. д.

В данный момент задача номер один из этого списка временно отложена, так как люди нашли новые запасы нефти и газа. Задача номер два в значительной степени пока решена, так как была повышена урожайность сельскохозяйствен­ных культур. Таким образом, задача номер три автоматически переместилась на первое место

Предлагаемая читателям книга представляет несомненный интерес для ши­рокого круга специалистов, работающих в области полимерного материаловеде­ния, и, в частности, химии и физики полимеров. Она полезна преподавателям и студентам, технологам и исследователям, химикам и физикам, научным работ­никам и работникам заводских лабораторий. Книга написана хорошим языком, легко читается и легко усваивается читателем.

Проф. Г. Е. Заиков Институт биохимической физики Российская Академия Наук

Вторичная переработка (рециклинг) бывших в употреблении пластмасс яв­ляется важной проблемой для полимерной промышленности Хотя содержание пластмассовых изделий в отходах относительно невелико (около 7-8 % по весу), низкий удельный вес делает эти отходы хорошо заметными (около 18-20 % по объему). Благодаря высокой стойкости к воздействию окружающей среды дан­ные материалы сохраняются в естественных условиях в течение длительного вре­мени. Однако с точки зрения влияния на окружающую среду утилизация поли­мерных отходов может рассматриваться как важный экономический фактор, поскольку энергия и материалы поступают в повторное использование. Это по­зволяет сократить использование естественных ресурсов, снизить выбросы в ок­ружающую среду, уменьшить потребление энергии и, кроме того, дает экономи­ческую выгоду, при этом необходимо, чтобы техника вторичной переработки позволяла получать чистый и дешевый продукт (энергию или материалы).

В мире предлагаются и разрабатываются различные стратегии вторичной пе­реработки. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в механической и химической переработке и в восстановлении энергии, хотя они различаются по степени распространенности, по своим достоинствам и недостаткам. Механиче­ская переработка с помощью соответствующих установок обеспечивает простое вторичное использование тех же самых материалов с учетом некоторых потерь в их свойствах Восстановление материалов посредством химической переработ­ки выдает продукт в виде мономеров, из которых получается новое полимерное сырье, а также химические вещества и топливо; однако этот метод требует при­влечения значительных ресурсов и специального оборудования. Восстановление энергии позволяет полностью ликвидировать материал после извлечения его энергетического содержимого.

Цель представленной Вашему вниманию книги — дать представление о со­временном состоянии проблемы утилизации использованных полимерных ма­териалов, которая касается, в основном, трех упомянутых выше технологий.

Настоящее издание адресовано читателям, которые интересуются проблемой отходов полимерных материалов как на исследовательском, так и на промышлен­ном уровнях. Хотя авторы придерживались строгого академического стиля, в кни­ге использован простой и понятный язык, и она содержит массу сведений, которые будут полезны для любого читателя, испытывающего интерес к проблеме.

В первой главе книги «Строение и свойства наиболее распространенных ути­лизируемых полимеров» представлена информация о строении и важнейших свойствах наиболее распространенных вторично используемых пластмассах. Кроме того, обсуждаются свойства основных сополимеров и смесей каждого из этих полимеров. Изделия из пластмасс подвергаются многочисленным разруша­ющим воздействиям, проявляющимся при их изготовлении, обработке и исполь­зовании. Во второй главе «Основы деструкции и стабилизации полимеров» рас­смотрены явления разложения и стабилизации полимерных материалов. На стадии производства полимеры подвергаются действию температур и напряже­ний, способных вызывать химические реакции в условиях ограниченного досту­па кислорода. Напряжения часто бывают более значительными при операциях повторной переработки, где необходимы сильные сдвиговые усилия для дости­жения однородного смешения конечного продукта. После того как процесс про­изводства изделия завершен, полимерный материал попадает в совершенно иные условия, в которых он будет подвержен окислительной деструкции в течение продолжительного времени (часто в течение многих лет). Деструкция на этом этапе ускоряется воздействием солнечного света и многих других факторов.

Тепловая и фотоокислительная стабилизация становится необходимым ша­гом для продления жизни полимерных изделий. В этой главе также затронуты основные принципы стабилизации.

Впечатляющий рост промышленности полимерных материалов, охватываю­щий как сырьевые, так и восстановленные материалы, в полной степени связан с разработками в области различных добавок и наполнителей, улучшающих функ­циональные свойства изделий в течение всего срока эксплуатации. Химикаты-до­бавки для пластмасс выбираются в соответствии с типом полимера и требованиями к его долговременным характеристикам. Свойства и характерис­тики многих категорий добавок составляют содержание третьей главы «Добавки».

Глава « Способы предварительной обработки» описывает все возможные виды механической обработки (хранение, измельчение, резка, сортировка, промывка и т. д.), которые применяются по отношению к потребительским полимерным отходам до начала операций по их повторной переработке, в частности по меха­нической переработке.

Механическая переработка рассмотрена в главах 5-7. В первой из этих трех глав «Свойства: поведение вторичного сырья при переработке» описывается из­менение свойств — реологических и механических — различных классов поли­меров (полиолефинов, технических полимеров, полимерных смесей и компози­тов) при осуществлении операций с расплавами, входящими в цикл переработки. Следующая глава «Смеси исходного и вторично переработанного гомополимеров» касается свойств некоторых специфических смесей, приготовленных из сырье­вого и восстановленного полимеров. Эта технология часто применяется в про­мышленности полимерных материалов, но на смеси этого типа следует обратить особое внимание, потому что их конечные характеристики сильно зависят не только от относительного содержания двух исходных полимеров, но также от структуры и морфологии восстановленного компонента.

Как правило, переработанные материалы рассматриваются как материалы с худшими свойствами, чем их сырьевые аналоги: переработка-выработка. Фак­тически, для многих материалов это устоявшееся мнение соответствует реально­сти. Основной причиной ухудшения свойств является, как будет показано в главе 2, деструкция полимеров как во время рабочего цикла, так и во время операций по восстановлению. Улучшение свойств с помощью подходящих химикатов-добавок необходимо всегда. Возможные подходы к этой проблеме рассмотрены в главе «Модификация вторично переработанных пластмасс».

Следующая глава «Оборудование для вторичной переработки пластмасс» описывает заводы по переработке отходов, которые сортируют и восстанавлива­ют сырье из бытового мусора.

Как упоминалось выше, свойства восстановленных пластмасс всегда хуже, чем исходных материалов и именно по этой причине их используют в менее ответ­ственных приложениях. В главе «Применения вторично переработанных пласт­масса описывается замкнутый (или первичный) рынок, а также каскадные (или вторичные) рынки для этих материалов.

Производство ценных химических продуктов из полимерного мусора явля­ется другим возможным подходом к ликвидации отходов. Преимущества и недо­статки альтернативных технологий описаны в главе «Химическая переработка».

Все вышеназванные технологии призваны извлечь материальное содержание из полимерных отходов. Другим подходом к утилизации пластмассовых изде­лий является использование содержащиейся в них энергии. Различные вариан­ты этого решения описаны в главе «Извлечение энергии энергии из пластмассо­вых отходов».

Книга невелика по объему, однако она насыщена информацией и содержит богатую библиографию; это позволит неспециалистам в области вторичной пе­реработки пластмасс воспользоваться краткими, но полезными сведениями о состоянии проблемы; одновременно книга содержит неоценимые данные для тех, кто уже работает в данной сфере.

Франческо Jla Мантия Июль 2002

516 U

ТОВ «Наухоз > — ТЕXНIчний ЦЕНТР « ВНДIX 1МПР0ЕКТ» Науково-техн I ЧНА

Б IБЛIОТЕКА м. КиУв