До сих пор уровень потребления полимеров в постсоветских странах все еще остается одним из самых низких в мире, особенно по сравнению с развитыми промышленными странами. Так, по уровню использования пластмасс в качестве конструкционных материалов в расчете на единицу ВВП Россия отстает от США в 5 раз (по суммарному объему в 20 раз), а в качестве упаковочных материалов в расчете на человека примерно в 7-10 раз. В то же время темпы роста производства, переработки и потребления полимеров в России одни из самых высоких в мире — до 25 процентов в год. Быстрый рост потребления вызван в основном стремительным развитием пищевой и упаковочной отраслей, сельского хозяйства — пленки (упаковочные, термоусадочные, для укрытия строек и теплиц, парников), пакеты, бутылки, флаконы, разовая посуда и комбинированные материалы (например, «ТетраПак») стали нашими повсеместными и повседневными спутниками. В ближайшие 10 лет производство и потребление полимерных материалов в России будет расти опережающими темпами в сравнении темпами роста промышленного производства. Это приведет к дальнейшему обострению экологических и экономических проблем, обусловленных ростом количества полимерных отходов. По разным оценкам, их ежегодное накопление составляет от 800 тыс. до 1 млн. тонн в год, а средний уровень сбора и переработки не превышает13%.
По оценке НИЦПУРО в структуре образующихся полимерных отходов 34% составляют отходы полиэтилена (ПЭ), 20,4% - полиэтилентерефталата (ПЭТФ), 17% - комбинированных материалов на основе бумаги и картона, 13,6% - поливинилхлорида (ПВХ), 7,6% - полистирола (ПС), 7,4% - полипропилена (ПП). Наибольшим уровнем сбора и переработки характеризуются отходы ПЭ – 20%, ПП – до 17%, отходов ПВХ перерабатывается не более 10%, полистирола – 12%, ПТЭФ – около 15%. Отходы комбинированных материалов практически не собираются и не перерабатываются.
Пластмассы очень сложно утилизировать традиционными методами. При их сжигании образуются опасные для здоровья человека и окружающей среды соединения, которые не могут быть полностью удалены или нейтрализованы имеющимися технологиями. Не является решением проблемы и захоронение пластмасс в землю, не только по причине длительных сроков их разложения, но и потому что при довольно небольшом, по оценкам западных экспертов, удельном весе в 7-10% отходы пластиков занимают до 25% всех отходов по объему. И это сегодня, а потребление пластмасс удваивается каждые десять лет.
Следовательно, наиболее перспективным направлением утилизации полимерных отходов является их вторичная переработка. Использование вторичных пластмасс в качестве новой ресурсной базы — одно из наиболее динамично развивающихся направлений переработки полимерных материалов в мире. Для России оно является достаточно новым. Однако интерес к получению дешевых ресурсов, которыми являются вторичные полимеры, весьма ощутим, поэтому мировой опыт их вторичной переработки должен быть востребован.
В странах, где охране окружающей среды придают большое значение, объемы переработки вторичных полимеров постоянно увеличиваются. Законодательство обязывает юридических и частных лиц производить раздельный сбор отходов в специальные контейнеры для их последующей утилизации. Сегодня на повестку дня становится не только задача утилизации отходов полимерных материалов, но и восстановления ресурсной базы. Однако использование полимерных отходов для повторного производства ограничивается их нестабильными и худшими, по сравнению с исходными полимерами, физико-механическими свойствами. Продукция, изготовленная из вторичного полимерного сырья, часто не удовлетворяет эстетическим критериям. Для некоторых видов продукции использование вторичного сырья вообще запрещено действующими санитарными или сертификационными нормами.
Сам процесс получения изделий из вторичных пластиков связан с рядом трудностей. Использование вторичных полимерных материалов требует особого внимания к параметрам технологического процесса в связи с тем, что такие материалы частично деструктированы, имеют нестабильные реологические свойства, а также могут содержать неполимерные включения. Во многих случаях к изделиям предъявляются такие требования, которые просто невозможно соблюсти при использовании вторичных полимеров. Поэтому для их использования необходимо достижение баланса между заданными свойствами конечного продукта и средними характеристиками вторичного материала. В последнее время процесс вытеснения первичных полимеров на производствах настолько интенсифицировался, что только в США производится более 1,5 тысяч наименований изделий из вторичных пластмасс, которые раньше производились только с использованием первичного сырья.
Вместе с тем в России пока используется в основном вторичное сырье на основе полиэтилена и полипропилена. Предприятия, занявшиеся сбором и переработкой ПЭТ – бутылок, столкнулись с проблемой переработки вторичного сырья в изделия и сегодня в основном реализуют дробленые отходы – «флексы».
В использовании отходов полимеров для изготовления изделий, как правило, два пути: - первый, требующий небольших инвестиций, но позволяющий получить изделия с невысокими эксплуатационными свойствами (например, изготовление ПЭ пленки для мусорных пакетов) и второй – требующий значительных инвестиций и позволяющий получать высококачественный продукт (пример – переработка ПЭТФ из бутылки – в бутылку). Мы предлагаем альтернативу – получение продукта удовлетворительного качества при относительно небольших инвестиционных затратах. Технология интрузии
Вторичная переработка полимерных отходов, состоящих из комбинации различных полимеров, является насколько трудоемкой, настолько и перспективной задачей. Ведь при создании вторичных материалов с допустимыми механическими свойствами из смесей пластиков отпадает необходимость в первичной (на коммунальном уровне) и вторичной (на уровне утилизационного производства) сортировке бытового и промышленного мусора, что положительно сказывается на себестоимости переработки. Тем более, что сегодня говорить о качественной сортировке ТБО на полигонах и мусороперерабатывающих заводах не приходится.
Для загрязненных и смешанных отходов затраты на подготовку к использованию в качестве вторичного сырья могут превосходить стоимость первичного сырья. Росту затрат на сбор и переработку отходов способствуют также высокая доля ручного труда при сборе и сортировке отходов, использование главным образом импортного, т.е. более дорогостоящего оборудования, постоянный рост в последние годы затрат на энергоресурсы, высокий уровень налогообложения и отсутствие государственной системы субсидий переработчикам отходов. Действие этих факторов определяет то, что сбору и переработке подвергаются, главным образом, чистые и несмешанные отходы, что с одной стороны, позволяет экономить на подготовке отходов к переработке во вторичное сырье, с другой – обеспечить приемлемое качество выпускаемой продукции.
Вместе с тем свойства материалов, получаемых из смесей полимерных отходов, во многих случаях невысоки, т. к. полимеры, составляющие их основу (преимущественно ПЭ, ПП, ПЭТ, ПС и ПВХ), термодинамически несовместимы и образуют многокомпонентную систему с низким межфазным взаимодействием. Более того, присутствие загрязнителей — частиц бумаги, металла, красителей — приводит к дальнейшему снижению уровня их физико-механических свойств. Таким образом, одной из самых сложных, является задача переработки смесей вторичных полимеров в изделия, особенно смесей неопределенного состава. Практически во всех случаях свойства смеси оказываются намного хуже свойств каждого компонента по отдельности. Для достижения видимых успехов в утилизации многокомпонентных отходов необходимо вести переработку с максимально коротким циклом. Задача состоит в том, чтобы, с одной стороны, избежать лишних материальных затрат, а с другой — сократить время переработки, для того что бы уменьшить вероятность деструкции полимеров, входящих в состав материала.
По этой причине необходимо выдерживать рабочую температуру низкой, даже, несмотря на то, что определенные компоненты (например, ПЭТ) останутся в твердом состоянии, и будут вести себя как инертные наполнители. Необходимо также выбирать им приложения, которые не требуют высоких механических свойств. Только так можно избежать серьезного влияния себестоимости переработки на конечную стоимость изделия, а требуемые механические свойства многокомпонентного полимерного материала обеспечить конструкцией и размерами изделий, формируемых из него.
Для этого предлагается использовать технологию интрузионного литья изделий из смесей вторичных полимеров. Измельченные полимерные отходы смешиваются для усреднения состава смеси. На стадии смешения добавляются необходимые аддитивы (свето и термостабилизаторы, красители и т.п.). Подготовленная смесь подается в экструдер. Технология основана на заполнении специальной литьевой формы за счет давления создаваемого экструдером. На таком оборудовании сегодня изготавливают элементы декоративного ограждения (столбики, детали декоративного ограждения и т.п.), которые начинают использоваться в программе благоустройства городов (фото 1,2). Например, столбики из полимерных отходов, отформованные «под чугунное литье» на порядок дешевле чугунных. Ассортимент изделий может быть самым разнообразным.  
Фото 1,2. Изделия декоративного ограждения, полученные методом интрузионного литья из полимерных отходов.
Для реализации технологии предлагаются установки интрузионного литья нескольких модификаций, различающиеся базовым экструдером, устройством интрузионного литья, количеством форм и соответственно производительностью.
Преимуществом данной технологии является то, что можно использовать практически без сортировки «грязные» вторичные полимеры и их смеси неопределенного состава, в том числе и содержащие неполимерные включения и загрязнители.
Еще одно перспективное направление - это использование технологии экструзионного прессования, которая предполагает экструзию расплава полимера, его дозирование в пресс-форму, установленную на вертикальном гидравлическом прессе, прессование изделия и его охлаждение в форме. Достоинством данной технологии является использование относительно недорогого оборудования и пресс-форм. Однако эта технология предъявляет более высокие требования к исходному вторичному сырью, а именно, к его сортировке. В том случае если применяется двухшнековый экструдер, требования к сырью снижаются, а в полимерный материал можно вводить до 50% различных неорганических наполнителей. По такой технологии из вторичного сырья изготавливают плиты напольного покрытия и транспортные поддоны (паллеты) (фото 3).  Фото 3. Транспортный поддон изготовленный экструзионным прессованием.
Нетканые материалы
По оценкам западных экспертов от 60 до 70% вторичного ПЭТФ используют для производства волокна и нетканых материалов. В России сегодня перерабатывается в изделия не более 15% собираемого вторичного ПЭТФ, основная масса которого в виде «флексов» продается за пределы страны, большей частью в Китай. Низкий уровень переработки связан с высокой стоимостью импортного оборудования для производства волокна и нетканых материалов.
Сегодня производится оборудование для изготовления нетканых объемных материалов из термопластичных волокнообразующих полимеров (в том числе, вторичного ПЭТФ) по технологии азродинамического распыления расплава, Оборудование представляет собой экструдер с шестеренчатым насосом перед экструзионной головкой специальной конструкции, к которой подводят воздух под давлением. Воздушный поток формирует из расплава волокно и распыляет его на вращающийся коллектор-собиратель, на котором волокна термически скрепляются, и формируется нетканый объемный материал.
 Фото 4. Образцы фильтров из объемных нетканых материалов.
Материалы, полученные по такой технологии (фото 4), могут использоваться для изготовления сорбентов нефтепродуктов, различных фильтров для жидкостей, газов и аэрозолей, а также в качестве утеплителей для одежды, наполнителей для мебели и мягких игрушек.
Таким образом, все вышесказанное свидетельствует о том, что сегодня существуют и уже используются в производстве отечественные технологии и оборудование, позволяющие производить высокорентабельную продукцию из полимерных отходов.
В.В. Снежков, кандидат технических наук,
директор Научно-технического центра «ЛАРТА» (г.Гомель, Беларусь)
|
