Get Adobe Flash player
PLASTIKS on line. Home
English version
новости журнал конференция каталог магазин объявления выставки листалка
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2005
2004
2003
Фото
Заявка докладчика
Заявка слушателя
Участники предыдущих лет
Участникам
Партнеры








СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ!
Оплати подписку на 2017 год – получи скидку 5% на книги




"Пути утилизации полимерных отходов" (Полный текст)

 
А.С. Науменко, Украина
 

Отходы - это неприятный сопутствующий продукт нашей цивилизации. Они были, есть и будут. И если не случится какой-либо беды, завтра отходов будет больше чем сегодня. И это нормально. Разговоры о безотходной технологии - розовая мечта дилетантов. Полностью безотходных технологий в природе не существует, поэтому следует заниматься не только поиском малоотходной технологии, но в большей мере поиском способов утилизации отходов.
Трудности с переработкой отходов злободневны в каждой стране, причем чем более промышленно развита страна, тем эти трудности ощущаются острее. Американцы, например, ставят вопрос вполне определенно: "На чьем заднем дворе складывать отходы?", и отвечают: "На чьем угодно, только не на своем." Много отходов экспортируют и другие страны. В частности, Германия, несмотря на закон об отходах (точнее закон о "мерах по сокращению и удалению отходов"), действующий с 1 ноября 1986 года и предусматривающий переработку отходов в Германии, ежегодно вывозит в страны Европы около 2 млн. тонн различных отходов и этот "мусорный туризм" продолжает расти, ибо отходы продолжают множиться.
Широкое применение изделий из полимерных материалов, которое рассматривается в современном мире как благо, создает ряд проблем в связи с загрязнением окружающей среды. Характерной особенностью полимерных отходов является то, что они устойчивы к агрессивным средам, не гниют, не разлагаются, процессы деструкции в естественных условиях протекают достаточно медленно и прежде чем они будут представлять интерес для микроорганизмов почвы должно пройти 80 - 100 лет.

Часть полимерных отходов уничтожают путем сжигания или закапывания в землю. При сжигании на свалках, во дворах, на мусоросжигательных заводах в атмосферу выделяются такие ядовитые продукты как фтористый и хлористый водород, фосген, цианистые соединения, а также диоксин-содержащие соединения, обладающие канцерогенными действиями. Закапывание в землю требует все больше площадей и свалок. Продукты деструкции в этом случае разносятся в основном грунтовыми водами. Число свалок непрерывно растет. Создание специальных полигонов для захоронения отходов требует огромных затрат, поэтому полимерные отходы являются источником длительного загрязнения окружающей среды, а все возрастающие масштабы потребления полимерных материалов требуют все возрастающих общественных затрат для защиты природы от полимерных отходов.
Проблема переработки полимерных отходов злободневна как с экологической точки зрения, так и с ресурсосберегающей, т.е. с позиции экономики. В то же время высокая стойкость полимерных отходов к внешней среде и все уменьшающиеся ресурсы традиционного сырья, в частности, снижение запасов и повышение стоимости нефти и газа, вынуждают к повторному использованию полимерных отходов, к созданию замкнутого оборота сырья, что, естественно, должно привести и к сокращению общественных затрат на защиту окружающей среды.
Использование вторичного материала, получаемого из отходов, в первую очередь подчиняется экономическому закону спроса и предложения, а экологическая польза играет, хотя и важную, но скорее второстепенную роль. Переработка полимерных отходов может стать нерентабельной либо потому, что затраты на производство вторичного материала могут оказаться слишком высокими, либо потому, что для вторичных материалов не окажется рынков сбыта. Первое условие может быть решено путем дотаций из госбюджета, если государство заинтересовано в улучшении экологической ситуации в регионе или в стране в целом, но если продукция не будет иметь сбыта – проблема останется без движения. Таким образом в качестве основной задачи утилизации полимерных отходов является задача поиска ликвидной продукции из полимерных отходов.
В отличие от металлолома, из которого можно получить конструкционный материал со свойствами не уступающими исходному, полимерные материалы в процессе изготовления продукции и её эксплуатации изменяют свой химический состав из-за протекающих процессов разрушения полимерных цепей, поэтому из полимерных отходов весьма сложно получить материал идентичный исходному.На сегодня многие технические вопросы утилизации отходов термопластичных полимерных отходов решены и опробованы хотя бы в единичном производстве. Малые предприятия предлагают использование изделий из полимерных отходов в частном секторе, в хозяйственном обиходе, где можно пренебречь действующими стандартами и другими нормативными документами. Но это создает лишь иллюзию утилизации отходов, ибо через год – два эти изделия снова попадают на полигоны и общее количество образующихся отходов не изменяется.
Проблема утилизации полимерных отходов в большей мере заключается не столько в отсутствии технических решений, сколько в отсутствии организации ее решения. Дело в том, что для того, чтобы использовать изделия из полимерных отходов в промышленности или строительстве, они должны быть заложены в конструкторскую документацию или проект на объект. На сегодня таких проектов практически нет, потому что нет производства типовых деталей и изделий, а значит нет информации о свойствах этой продукции, нет нормативной документации на использование изделий из полимерных отходов.

Как выйти из этого затруднительного положения можно проиллюстрировать на примере бывшего Госснаба СССР, которому в свое время было поручено решение проблемы полимерных отходов. Первоначально было принято, казалось бы, простое и правильное решение – отходы перерабатывать на предприятиях, на которых изготавливалась амортизированная продукция, тогда достаточно только организовать её сбор. Экспериментальные сборы полимерных отходов оказались успешными, за короткое время было собрано достаточно большое количество полимерных отходов, но заводы не могли перерабатывать их на имеющемся стандартном оборудовании. Оказалось не решены не только некоторые технологические вопросы, но неопределен ассортимент продукции и её сбыт.
В 1984 году Госснаб СССР совместно с Госкомитетом по науке и технике организовали "Временную научно-техническую комиссию для подготовки доклада и научно-технических мероприятий по рациональному использованию амортизированных материалов и изделий из пластических масс", возглавить которую поручили известному специалисту в области пластмасс профессору Гуль В.Е.Проанализировав сложившуюся ситуацию с отходами в стране, Комиссия рекомендовала:

1. "Основными областями использования амортизированных термопластов являются изделия, к которым не предъявляются высокие требования к физико-механическим характеристикам и которые не образуют вторичного полимерного сырья с целью исключения утилизации третичных полимеров".В качестве примеров такой продукции были названы трубы для каналов связи в земле и железобетонных панелях; трубы дренажные и безнапорные; листы и профильно-погонажные изделия для строительства; малые архитектурные формы (скамьи, заборы, гаражи, сараи и т.д.); тара для бытовой химии, не пищевых продуктов, межоперационная тара для предприятий и др.
2. Основное организационное мероприятие – "создание единой организационной структуры, позволяющей квалифицированно решать весь комплекс вопросов от терминологии и образования ресурсов до разработки ассортимента готовой продукции и обеспечения её сбыта". Рекомендовано создать ВПО "Союзвторполимер" с научно-техническим центром на базе ХСКТБ "Машприборпластик" в г. Харькове, которое уже имело опыт утилизации полимерных отходов.
До 1990 года в системе Госснаба было создано 14 опытно-химических заводов по переработке полимерных отходов с выпуском готовой продукции, в основном, труб различного назначения и тары, общей мощностью более 100 тыс.тонн в год. Нормативно-технической документацией заводы обеспечивало ХСКТБ. На международной выставке-конференции "Вторсырье-89" Госснаб уже представлял разработанное ХСКТБ оборудование, которое превосходило по техническим параметрам аналогичные зарубежные образцы. А в докладах зарубежных специалистов достаточно часто звучал тезис, что "без постановки задач государством невозможно успешное решение проблемы переработки отходов". Однако после упразднения Госснаба СССР созданные заводы потеряли связь в научно-техническим центром и развитие системы утилизации отходов остановилось.
Практически по принятом Госснабом пути, но с некоторыми своими особенностями, пошли и западноевропейские страны. В частности, в Германии в 1990 году создана акционерная компания "Дуальная система", которая контролируется Министерством по охране окружающей среды федеральных земель. Во Франции в 1992 году основана Организация "Эко-Эмбаллаж", в составе которой "Варолпласт" объединяет компании по переработке полимерных материалов. В Австрии в 1993 г. основана система "ARA". Многие европейские страны приняли германскую дуальную систему, достаточно дорогую, но хорошо разрекламированную.

Таким образом последовательность мероприятий по утилизации полимерных отходов сводится к следующему. Первоначально создается или используется имеющийся мобильный научно-технический центр, способный провести анализ источников отходов, определить номенклатуру продукции из отходов и её потребителей, разработать технологические процессы их утилизации и сопутствующую нормативную документацию. Затем создаются производственные мощности по переработке отходов и система сбора отходов. По мере увеличения производственных мощностей и расширения рынка сбыта продукции, расширяются используемые источники отходов и развивается система сбора отходов. При таком подходе к утилизации полимерных отходов можно ожидать как экологические так и экономические успехи от использования отходов.Следует различать по крайней мере три источника образования полимерных отходов.

1. Отходы синтеза полимеров, которые образуются при осуществлении процессов синтеза полимеров. Это – низкомолекулярные фракции полимеров, отходы в виде слитков-выливов, отходов чистки аппаратов, россыпей и др. Предыстория таких отходов в основном известна, поэтому в большинстве случаев эти отходы могут быть модифицированы и использованы как вторичное полимерное сырьё для производства изделий с невысоким уровнем требований к свойствам материала или для специальных целей.
2. Отходы переработки полимерных материалов в изделия. Это – бракованные изделия, литниковые системы, слитки из смесей полимеров, образующиеся при чистке аппаратов и другие технологические отходы. Предыстория этих отходов известна. Бракованные изделия и литники, как правило после измельчения используют как добавку к основному материалу для тех же изделий. Если это недопустимо техническими требованиями на изделия, отходы используют для производства изделий с более низкими требованиями к материалу. Улучшению технологических свойств таких отходов посвящено достаточно много опубликованных работ.
3. Отходы потребления – это изношенные (амортизированные) изделия, которые утратили свои потребительские свойства вследствие физического или морального износа. Это – упаковка, транспортная тара, предметы домашнего обихода, детали машин, приборов и др.. Отходы потребления составляют около 85% всех полимерных отходов и по своему объему приближаются к объему выпуска полимерных материалов. Состав и свойства полимерных отходов потребления, как правило, случайны, их предыстория неизвестна. Имеет смысл в отходах потребления выделить амортизированные изделия однократного и краткосрочного применения, деструктивные процессы в материале которых были незначительны.

Полимерные отходы потребления в своем составе содержат до 50% полиолефинов, до 15% полистиролов и их сополимеров, около 10% поливинилхлоридных пластикатов, около 10% полиэтилентерефталата и в небольших количествах других полимеров. В процессе переработки отходов их нужно измельчить, отмыть, высушить, выделить полимерную часть пригодную для дальнейшей переработки в изделия (вторичное сырье), параллельно решить вопросы очистки промывных вод и судьбу неиспользуемой части отходов. Пригодные для дальнейшего использования фракции необходимо изучить, определить способы улучшения технологических параметров, подготовить на их основе композиционный материал (вторичный полимерный материал), определить возможную номенклатуру изделий из него, причем изделия должны быть востребованы, т.е. иметь рынок сбыта, ибо в противном случае теряется экономическое содержание утилизации.
Под вторичным сырьем понимают отходы для которых разработан технологический процесс получения из него пригодного для производства какой-либо продукции материала, или непосредственно продукции. Поэтому достаточно большая группа полимерных отходов на сегодня не является вторичным сырьем, в частности, это отходы реактопластов (аминопластов, фенопластов), отходы композиционных материалов, в том числе армированных полимерных материалов (стекло-, угле-, асбопластиков и др.). Практически не используют отходы в виде слитков разнородных термодинамически несовместимых полимеров. Нет также эффективного механизированного способа переработки бракованных изделий, содержащих металлические и другие неполимерные закладные элементы и включения.
С позиций экологии наиболее приемлемым методом переработки полимерных отходов является термическое разложение материала с получением низкомолекулярных продуктов в высокотемпературной плазме до атомарного уровня с последующим разделением химических элементов для синтеза новых материалов. Однако на сегодня такой пиролиз – технически сложная задача. В настоящее время обсуждается пиролиз при более низкой температуре в диапазоне температур 800 – 1600°С, при которых образуются газообразные или нефтеподобные продукты, пригодные для использования в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания или газотурбинных установок. В ряде стран построены пилотные и полупромышленные установки пиролиза полимерных отходов, однако стоимость получаемого топлива – высокое, а качество – низкое, поэтому сбыт ограничен.
Широко распространенный ранее метод сжигания полимерных отходов с использованием образующегося тепла находит все больше противников, так как требует больших затрат на улавливание газообразных токсичных продуктов.Методы химической деструкции и биологические методы рассматриваются как перспективные в будущем, но сегодня очень ограничены в применении из-за достаточно высоких требований к молекулярной однородности и чистоте отходов.

Основной принцип, которым следует руководствоваться при решении проблемы утилизации полимерных отходов, сводится к рациональному использованию сохранившихся качеств и прежде всего высокой стойкости к климатическим факторам и агрессивным средам. Этот принцип требует применения термомеханических методов переработки малочувствительных к разбросу технологических параметров и загрязненности вторичного полимерного материала и накладывает ограничения на номенклатуру изделий из отходов. В частности, изделия из полимерных отходов должны иметь достаточно большой срок эксплуатации, по крайней мере не менее 10 лет, чтобы ограничить их попадание на третичную переработку.
Базовыми термомеханическими методами переработки термопластичных полимерных отходов в изделия на сегодня являются метод экструзии; экструзионно- или вальцево-прессовые методы и метод непрерывного литья под давлением, разработанный специально для переработки материалов в неоднородными реологическими свойствами, который является новым в практике переработки полимерных материалов.
Основная многотоннажная продукция из полимерных отходов: трубы безнапорные, корпусные изделия и профильно-погонажные изделия строительного или другого назначения. Это не исключает использования компактных источников полимерных отходов с известной предысторией для других целей, но таких отходов по нашим оценкам не более 5%.
Трубы безнапорные получают методом экструзии. Они могут применяться взамен металлических, асбоцементных или керамических для транспортирования сыпучих и жидких продуктов при невысоких давлениях, для систем орошения и обводнения, для технологических трубопроводов, для устройства канализационных стоков, для скрытых водостоков жилых и производственных зданий, для каналов связи, а также при прокладке силовых и слаботочных электрических сетей и др.. Изготовление таких труб можно осуществлять на стандартных линиях по производству труб из термопластов при условии, что червячный пресс снабжен легко сменяемым фильтром для расплава. Для производства труб требуется однородность полимерных отходов (например, только полиэтилен).
Экструзионно- или вальцево-прессовый (для отходов полиэтилена или поливинилхлорида) метод переработки полимерных отходов в изделия заключается в том, что гомогенизацию сырья в расплавленном (вязко-текучем) состоянии осуществляют с помощью червячного пресса или, соответственно, вальцев с последующей передачей полученной массы в полость формы, а формование изделия осуществляют с помощью гидравлического пресса. В этом случае предварительная подготовка отходов не требует гранулирования. Этим способом из полимерных отходов целесообразно изготавливать корпусные изделия, элементы транспортных поддонов, решетчатые полы, тротуарную плитку, решетки для уличных стоков дождевой и талой воды, элементы конструкций канализационных стоков, прототипы черепицы и шифера и др.
Процесс производства изделий методом непрерывного литья под давлением заключается в том, что расплав полимерного материала с помощью червячного пресса непрерывно подают в формующую полость охлаждаемой формы, в которой он затвердевает при заданном давлении. Поддержание заданного давления в зоне затвердевания и эвакуацию затвердевшей части изделия из формующей части осуществляют с помощью специального устройства. Процесс мало чувствительный к реологическим параметрам сырья и позволяет формовать достаточно однородную структуру материала в открыто-профильных изделиях непрерывной длины со сложным поперечным сечением из высоконаполненных композиций и вторичных полимерных материалов при щадящих температурных режимах.
Для производства профильно-погонажных изделий требования к отходам менее жесткие. В качестве сырья могут быть использованы отходы переработки термопластичных полимерных материалов в изделия; изношенная полимерная тара; отходы производства полимерных волокон, нитей, канатов и др.; отходы производства и использования тканей, трикотажа, ковров, меха и другой продукции из полимерных волокон; кабельные пластмассовые отходы; отходы производства, раскроя и использования линолеума, в том числе на теплозвукоизоляционной основе; отходы искусственной и синтетической кожи; пришедшие в негодность изделия технического назначения и другие виды отходов, содержащие полимерные термопластичные материалы.
Методом непрерывного литья под давлением можно изготавливать изделия в виде досок, брусьев, "вагонок" плинтусов, тавров, уголков, швеллеров и других достаточно сложных открытых профилей произвольной длины с толщиной базовой стенки более 10 мм. Область их использования достаточно широка благоустройство погребов, подвалов, овощехранилищ и др. (изготовление полок, перегородок, оконных переплетов, дверей и т.д.); благоустройство животноводческих помещений (изготовление теплых полов, ограждений и перегородок, устройств удаления навоза и т.д.); изготовление каркасов пленочных теплиц; изготовление парковой мебели (скамейки, беседки и др.); изготовление полов и настилов при работе с агрессивными веществами (минеральные удобрения, пестициды и др.); в других случаях, где требуется достаточно высокая стойкость материала к агрессивным средам, климатическим факторам, гнилостным грибкам, бактериям; т.е. там, где дерево гниет, металл ржавеет, а бетон разрушается.
Сложнее ситуация складывается с утилизацией отходов реактопластов (амино- и фенопластов, стеклопластиков и др.), в которых при формировании изделия происходят необратимые процессы и они не могут быть расплавлены повторно. Однако после измельчения их можно использовать в качестве добавки (до 10%) к основному материалу, если это допускается техническими условиями, или в качестве активного наполнителя композиционных материалов на основе термопластичных полимеров.
Подводя итог, следует отметить, что использование отходов это необходимая мера, нацеленная на сознательное сокращение постоянно растущего объема отходов. Техника переработки отходов еще далека от совершенства и требует поиска новых идей, новых технологий, нового оборудования. Однако промышленность по переработке отходов, в том числе и полимерных, должна быть неотъемлемым фактором экономики и охраны окружающей среды в каждом регионе, в каждой стране и во всем мире, ибо ни одно живое существо, в том числе и человек, не может жить и развиваться в среде собственных отходов.

 

Список докладов

 

Полное или частичное воспроизведение материала в электронных СМИ допускается только при обязательной ссылке на сайт журнала "ПЛАСТИКС: индустрия переработки пластмасс"., в печатных СМИ - только с письменного разрешения редакции.
Журнал ПЛАСТИКС
Яндекс цитирования
"ПЛАСТИКС" стал мобильнее
x

Уважаемые посетители сайта "Пластикс"

С июня 2013 года для пользователей планшетных компьютеров на Android и iOS доступно мобильное приложение (инструкция здесь).

Вы можете бесплатно ознакомиться с одним из номеров журнала (№6, 2015) через мобильное приложение.