Екотехнології вторинного використання пластмас

Проектування і реалізація технологій виготовлення виробів з пластмас по­винні передбачати необхідні правила охорони праці, техніки безпеки та заходи щодо захисту навколишнього середовища від забруднення.

Зростання видобутку природного газу і нафти, а також підвищення попиту на них у сферах промисловості та побутових послуг призвели до різкого збіль­шення виробництва полімерних матеріалів та до збільшення відходів.

Пластмаси поки що відносно мало використовують як вторинну сировину. Це пояснюється різноманітністю типів пластмас, які містять поряд з полімерами велику кількість інших компонентів, що ускладнює сортування й переробку пласт­масових відходів, особливо побутових.

Пластмаси використовують у промисловості для виготовлення різного роду напівфабрикатів, виробів та деталей. Іноді ними замінюють більш дорогі та важ­кі метали. З пластмас виготовляють різні плівкові матеріали для пакування, а та­кож піддони, труби, клеї і т.п. Однак пластмасова упаковка забруднює навколиш­нє середовище, оскільки щоразу після використання іде у відходи. Інші пластма­сові вироби переходять у відходи в процесі зношування їх. Американські спеціалісти умовно встановили для всіх пластмасових виробів три строки служби: короткий, оптимальний і тривалий .

Основні напрями утилізації пластмасових відходів: захоронення на поліго­нах та звалищах; переробка з використанням заводських технологій; спільне спа­лювання відходів пластмас з міським сміттям; піроліз та роздільне спалювання у спеціальних печах; використання відходів пластмас як готового матеріалу для ін­ших технологічних процесів.

Захоронення відходів пластмас на полігонах і звалищах, яке поки найбільш поширене в нашій країні, можна розглядати тільки як тимчасову можливість їх знешкодження, тому що пластмаси піддаються розкладу дуже повільно. При цьому методі знешкодження зі сфери корисного використання виводяться тисячі тон цінної вторинної сировини.

Переробку пластмасових відходів за заводськими технологіями можна роз­глядати як найбільш оптимальний метод їх використання.

Перша стадія включає сортування відходів за зовнішнім виглядом, відокремлення непластмасових компонентів.

Друга стадія - одна з найбільш відповідальних у процесі. В результаті одно- чи двостадійного подрібнення отримують матеріал, розміри якого дос­татні для того, щоб можна було здійснити його подальшу переробку.

На третьому етапі подрібнений матеріал піддають відмиванню від забруд­нень органічного чи неорганічного характеру різними розчинами, миючими засо­бами і водою, а також відділяють його від домішок.

Четверта стадія залежить від обраного способу розподілу відходів за видами пластмас. У випадку, якщо перевагу віддають мокрому способу, спочатку прово­дять розподіл відходів, а після нього - сушіння. При реалізації сухих способів спочатку подрібнені відходи сушать, а потім класифікують.

П'ята і шоста стадії полягають у тому, що висушені та подрібнені відходи змішують при необхідності із стабілізаторами, барвниками, наповнювачами та іншими компонентами і гранулюють. Часто на цій самій стадії відходи змішують з товарним продуктом.

Сьома, заключна стадія процесу полягає у переробці грануляту у вироби. Ця стадія практично мало чим відрізняється від процесу переробки товарного про­дукту з точки зору обладнання, що застосовують, але часто потребує специфіч­ного підходу до вибору режимів переробки.

Якщо вдається досягти достатньо високого ступеня очищення і виділення індивідуальних відходів із сумішей, а також якщо відходи попередньо розподіле­ні за видами пластмас, їх переробка дуже схожа на переробку первинних матері­алів. Одним із суттєвих моментів при цьому є спроможність полімерів зберігати чи змінювати властивості у процесі багаторазової переробки, оскільки від цього багато в чому залежить доцільність самого процесу. Вивчення впливу кратності переробки більшості полімерів на їхні фізико-механічні властивості показало, що зміна останніх пов'язана, як правило, із зниженням молекулярної маси пластмас, розгалуженістю їхньої структури і рядом інших показників.

Зазвичай вміст відходів у сумішах з товарним продуктом не повинен пере­вищувати 20%, тому що у протилежному випадку значно погіршується блиск по­верхні, з'являється шорсткість.

Особливістю повторної переробки полівінілхлориду є необхідність його до­даткової стабілізації. Відходи м'якого полівінілхлориду використовують для отри­мання плівкових виробів. Для цього 20% відходів подрібнюють на змішувальних вальцях, змішують з товарним продуктом, стабілізаторами, барвниками та інши­ми добавками, після чого пропускають крізь систему вальців, що підігрівають ма­теріал та надають йому потрібної текстури.

Достатня стабільність якості матеріалів з відходів дозволяє систематично використовувати їх для отримання певних пластмасових виробів. Так, з відходів поліетилену високого тиску виготовляють труби, прокладки, плівки, ущільнюючі профілі. Відходи поліетилену низького тиску, який отримують методом лиття, пе­рероблюють у елементи будівельних конструкцій (опалубки), а поліпропіленові відходи - у сантехнічні деталі, ручки для столярних виробів.

Утилізація полімерних відходів можлива також без попереднього їхнього розподілу. Це робить процес утилізації більш дешевим, однак фізико-механічні властивості виробів, отриманих таким чином, значно нижчі.

Широкого розповсюдження набув метод багатокомпонентного лиття, який передбачає використання відходів для отримання багатошарових полімерних ма­теріалів. Зовнішній шар - це, як правило, товарні пластмаси високої якості, ста­білізовані, певного кольору, що мають високі естетичні властивості. До внутріш­нього шару не пред'являють високих вимог ні за фізико-механічними показни­кам, ні за зовнішнім виглядом. Матеріал може бути не стабілізованим і не фар­бованим. До складу такого шару часто включають такі дешеві наповнювачі, як тальк, сульфат барію, скляні і керамічні кульки, спінюючий агент. Такий складвнутрішнього шару дозволяє значно знизити вартість виробу і утилізувати відходи.

Велика кількість пластмас у вигляді відходів може потрапляти у побутові відходи, але спільне спалювання таких відходів на сміттєспалювальних заводах не допускається з метою запобігання забруднення повітряного басейну.

Останнім часом при утилізації та обробці відходів пластмас все більшого застосування знаходять термічні методи. їх використання є доцільним, коли від­ходи не знаходять практичного застосування і не можуть бути утилізовані шля­хом переробки у вироби.

В країнах з розвинутою промисловістювсе більшого розповсюдження зна­ходять піролітичні методи.

При піролізі пластмас частіше застосовують безпосереднє нагрівання, що забезпечує високий коефіцієнт теплопередачі, збільшує продуктивність установок і знижує капіталовкладення у їхнє будівництво та експлуатацію порівняно зі спо­собами непрямого нагрівання. Для реалізації способів безпосереднього нагріван­ня застосовують обертові печі, вертикальні реактори шахтного типу, системи із псевдозрідженим шаром тощо.

З метою поліпшення умов горіння пластмасових відходів та зниження теплоти спалювання іноді їх попередньо брикетують.

Термічне знешкодження пластмас методом спалювання доцільно використо­вувати тільки у тих випадках, коли є надійні апарати очищення газів після спалю­вання, а також коли не можуть бути застосовані більш раціональні методи регене­рації, що передбачають повторну переробку.

У країнах з розвинутою промисловістю відходи полімерних матеріалів, які дуже повільно розкладаються у звичайних умовах, є джерелом забруднення нав­колишнього середовища. Для скорочення часу утилізації відходів пластмас розроблені спеціальні типи полімерів з регульованим строком експлуатації.

Як правило, це фото- чи біодеструкційні полімери, які під дією світла, теплоти, повітря і мікроорганізмів у грунті розкладаються до низькомолекулярних продуктів та асимілюються у ньому, включаючись таким чином у замкнений біологічний цикл. Особливістю цих полімерів є спроможність зберігати необхідні споживчі властивості впродовж усього періоду експлуатації і лише після цього зазнавати фізико-хімічних та біологічних перетворень, які призводять до деструкції і руйнування.

Наприклад, під дією ультрафіолетового випромінювання у штучних чи природ­них умовах фотодеструкційні полімерні матеріали спочатку розтріскуються, потім розсипаються на куски різних розмірів, а в подальшому перетворюються у порошок.

Інший спосіб створення полімерів, які здатні розкладатися під впливом мікро­організмів, полягає у додаванні до полімерної матриці речовин, які самі легко руйну­ються та засвоюються мікроорганізмами.

Крім того, існує спосіб створення біорозкладальних полімерів введенням до їх­нього складу спеціальних штамів мікроорганізмів, здатних руйнувати полімери за ра­хунок засвоєння їхніх елементів.

Одним із способів утилізації пластмасових відходів є їх використання у вигляді добавок. Наприклад, використання відходів поліолефінів у композиціях з бітумом є одним із ефективних напрямків, який дозволяє модифікувати властивості асфальто­вих дорожніх покриттів, підвищуючи їх міцність, водо- та зносостійкість. Крім того, відходи пластмас застосовують у композиціях з багатьма традиційними будівельними матеріалами для виробництва звукоізоляційних плит та панелей, герметиків, труб, нетканих синтетичних матеріалів тощо.