Производство полимерных изделий развивается столь быстрыми темпами, что люди не справляются с переработкой пластиковых отходов. В результате неутилизированные отходы размещаются на полигонах и в природной среде, а также накапливаются в морях и океанах. Полимерный мусор не разлагается, но распадается на мельчайшие частицы, сохраняющие свойства исходных пластмасс (микропластик). Он приводит к гибели морских обитателей и представляет угрозу для здоровья человека.
В то же время пластиковые отходы могут быть эффективно переработаны с получением множества видов полезной продукции, о которой будет рассказано ниже.
Содержание
Виды пластиков
Пластик-это материал на основе синтетических или природных полимеров. Дешевизна, простота изготовления и повышенные эксплуатационные свойства обуславливают стремительный рост производства изделий из пластмасс.
Пластик разделяют на три основных вида:
Термопласты-полимеры, которые при нагревании становятся жидкими, а при охлаждении переходят в твердое состояние. Способны многократно перерабатываться. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и другие.
Реактопласты-полимеры, переходящие под действием температуры или сшивающих агентов (отвердителей) в твердое нерастворимое и неплавкое состояние с образованием трехмерной сетчатой структуры. Реактопласты представлены эпоксидными, фурановыми, полиэфирными, карбамидными, феноло-формальдегидными смолами и др.
Эластомеры-пластики, обладающие повышенной эластичностью и способностью к обратимой деформации. К ним относятся каучуки, резина, полиуретан и др.
Влияние пластиковых отходов на экологию
Отходы пластика в огромных объемах накапливаются в биосфере Земли. Только в морях и океанах их накоплено 150 млн тонн. Ежегодно это количество возрастает на 8-10 млн тонн. Пластиковые отходы в океанах разносятся морскими течениями и образуют целые «мусорные континенты».
Под действием энергии волн и солнца отходы пластика распадаются на мельчайшие частицы от долей микрона до нескольких миллиметров (микропластик). Из-за малых размеров и низкой плотности он разносится повсюду. Его обнаруживают во льдах Антарктиды, на горных вершинах и даже на необитаемых островах.
Процесс загрязнения окружающей среды микропластиком достиг катастрофических значений. Он находится в морях, океанах, почве, пресных водах и в атмосфере. Микропластик является причиной гибели множества морских обитателей и представляет угрозу для здоровья человека.
Микропластик обнаружен в водопроводной и бутилированной (в 2 раза больше), морепродуктах, растительной пище и даже в меде. Ученые подсчитали, что ежедневно с пищей и водой человек потребляет около 5 грамм микропластика.
Люди сами способствуют попаданию микропластика в свой организм, когда пользуются пластиковой посудой и пьют чай из пакетиков. В них для прочности добавляют пластиковые нити. При заваривании в чашку попадают миллионы частиц микропластика.
Способы переработки пластика
Пластиковые отходы могут быть эффективно переработаны с получением вторичных пластмасс, а также множества других полезных продуктов. Наибольшее распространение среди методов переработки получил механический рециклинг. Это переработка пластиковых отходов с получением вторичного сырья в виде дробленки (флекса) или вторичных гранул для последующего производства изделий из вторичных пластмасс.
Это связано с простотой данной технологии и относительной дешевизной применяемого оборудования. Также этому способствует высокий спрос на вторичные полимерные гранулы и высокая закупочная цена от 45 до 80 руб./кг.
Механический рециклинг
В большинстве европейских стран, Японии и США 80-90% пластиковых отходов перерабатывается с получением вторичного сырья для производства пластмасс. Для этого используют механический рециклинг, включающий следующие стадии переработки:
- сбор отходов;
- идентификация;
- сортировка;
- измельчение;
- промывка;
- сушка;
- агломерирование;
- экструдирование или смешивание согласно рецептуре для вторичного использования;
- гранулирование.
С учетом наличия на российском рынке большого количества компаний, покупающих полуфабрикаты переработанных полимерных отходов и осуществляющих на своей базе полную переработку с получением гранулированных вторичных пластиков, цепочка переработки полимерных отходов может быть сокращена: - сбор;
- идентификация;
- сортировка;
- измельчение с получением продукта в виде хлопьев (флекса).
Полученный продукт должен удовлетворять следующим требованиям:
- размер частиц (хлопьев) дробленного сырья -10-20 мм;
- пластиковое сырье не должно содержать посторонних примесей в виде бумаги, картона, текстиля, металла, дерева, стекла и др.;Также контролируются:
- показатель текучести расплава (определяет условия переработки вторичных полимеров и виды оборудования;
- массовая доля золы (определяет допустимое содержание примесей). Массовая доля золы во вторичном полимерном сырье не должна превышать 0,1%;
- массовая доля летучих веществ (определяет гигиенические характеристики вторичных пластмасс).Массовая доля летучих не должна превышать 0,3%.Различные виды пластиков различаются по температурам текучести расплава, поэтому должны перерабатываться раздельно. Это требует очень тщательной сортировки пластиковых отходов.При наличии во вторичном полимерном сырье различных пластиков могут помочь специальные приемы переработки:
- применение агентов, улучшающих совместимость различных полимеров (лимонная или пиромеллитовая кислоты, полиолефины с привитыми группами малеинового ангидрида и др.). Эти агенты в количестве 1-4% позволяют успешно перерабатывать смеси различных пластиков;
- соэкструзия- получение многослойных изделий со средним слоем из вторичного полимера;
- применение двухшнековых экструдеров, позволяющих вводить в полимерную матрицу до 50% различных наполнителей.
Химическая переработка
Химическая переработка заключается в обработке полимерных отходов в среде различных растворителей (сольволиз) при повышенных температурах и давлении с получением исходных мономеров или других ценных химических продуктов. Наиболее эффективно эти процессы протекают в присутствии катализаторов. Различают следующие виды химической переработки:
- гидролиз-разложение в водной среде кислотами при повышенной температуре и давлении с получением мономеров;
- гликолиз-разложение пластиковых отходов в среде этиленгликоля. Более дешевый вариант, по сравнению с гидролизом;
- метанолиз-обработка в среде метилового спирта при высоких температурах. Позволяет получить мономеры или другие ценные продукты.
Недостатком указанных методов служит необходимость использования дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала. Поэтому такие технологии получили распространение в развитых странах, где они признаны одними из самых перспективных.
Термическая обработка
К методам термической переработки относятся: пиролиз, газификация и сжигание.
Пиролиз.
Термическое разложение полимеров без доступа воздуха (пиролиз) позволяет расщепить пластиковые отходы до исходных мономеров. В дальнейшем они могут быть переработаны в новые полимерные материалы. Для повышения эффективности при разложении отходов пластмасс проводят пиролиз с добавлением водяного пара.
Газификация
При газификации из несортированных загрязненных полимерных отходов получают синтез-газ. Он может быть использован для синтеза ценных химических веществ или выработки тепловой и электрической энергии. Отходы разлагают в плазмотроне при 1200 град. С в присутствии водяного пара. Это позволяет полностью разрушить все токсичные вещества. Зольный остаток остекловывается и становится абсолютно безопасным. Он применяется для производства строительных материалов.
Сжигание
Сжигание применяется, когда другие методы переработки неэффективны (при высоком загрязнении). Сжигание на мусоросжигательных заводах не целесообразно, так как приводит к дополнительным выбросам парниковых газов и образованию токсичной летучей золы, содержащей диоксины. Более перспективно использование пластиковых отходов в качестве альтернативных топлив при производстве извести или цемента. А этом случае происходит замена ископаемых топлив, приводящая к снижению парниковых выбросов.
Использование в производстве строительных материалов
Утилизация пластиковых отходов в производстве стройматериалов не требует столь тщательной сортировки отходов, как механический рециклинг. Пластиковые отходы могут использоваться при получении
- наполнителей теплозащитных бетонов. Требуется измельчение до заданной дисперсности и обработка поверхности ПАВ для увеличения адгезии к цементному вяжущему;
- композиционных материалов (древесно-полимерный композит, полимерпесчаные изделия, различные полимербетоны и др.);
- изделия строительного назначения из вторичных пластмасс ( полимерные емкости, трубы, шланги, облицовочные материалы и др.).
Использование в дорожном строительстве
Применение полимеров позволяет значительно повысить долговечность асфальтобетонных покрытий. Это достигается ха счет увеличения эластичности, водонепроницаемости и морозостойкости.
Согласно ОДМ 218.3.026-2012 «Рекомендации по применению высокоплотных асфальтобетонов на основе полимерно-битумных вяжущих для покрытий автомобильных дорог в различных климатических условиях Российской Федерации» для создания полимерно-битумных вяжущих могут использоваться следующие виды пластиков:
- каучукоподобные эластомеры (дивинил-стирольные и др.);
- реактопласты (эпоксидные, феноло-формальдегидные смолы и др.);термопласты (полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.);
- блоксополимеры (бутадиена и стирола, изопрена и стирола). Наибольшее распространение в нашей стране получили полимерно-битумные вяжущие на основе блоксополимеров стирол-бутадиен -стирола. На их применение оформлен ГОСТ Р 52056-2003.Перспективным материалом является также использование вторичных термопластов (полиэтилена, полистирола и др.).
Они хорошо совместимы с битумом, увеличивают его сопротивление к воздействию сдвиговых напряжений и делают битум более эластичным при низких температурах.
Измельченные частицы пластиковых отходов фракции менее 1,25 мм растворяют в вазелиновом или индустриальном масле при температуре 170-180 град. С при интенсивном перемешивании. Готовая композиция смешивается с жидким битумом.
Полученный полимерасфальтобетон обеспечивает все показатели качества согласно ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия».Также в дорожном строительстве используются традиционные вторичные пластмассы в виде полимерных пленок и пластиковых решеток для укрепления дорожного полотна и дорожных откосов.
Заключение
Я рассказал о многообразии способов переработки пластиковых отходов. Может быть вы захотите открыть собственный бизнес в этом направлении. Например, производство строительных материалов из полимерных отходов, которое предъявляет минимальные требования к качеству пластикового сырья.Я могу проконсультировать вас по созданию такого производства или разработать документацию на получение продукции из пластиковых отходов.
Вы также можете внести свой вклад в сокращение пластикового мусора, если будете выполнять следующие условия:
- отказаться от одноразовых пластиковых изделий;
- сократить покупку продуктов в полимерной упаковке;
- сортировать мусор и сдавать пластик на переработку в пункты приема отходов пластмасс;
- отказаться от одежды из синтетических тканей. При ее стирке выделяются мельчайшие частицы микропластика. Стирка одежды из синтетических тканей дает около 25% всего загрязнения окружающей среды микропластиком.
Напишите в комментариях свое мнение о статье или задайте вопросы.
Насколько опасен микропластик для здоровья человека? есть ли доказанные факты его вреда?
Уважаемый Андрей!
Ученые считают, что микропластик опасен для здоровья человека, но в связи с тем, что такие исследования только начались еще нет строго доказанных фактов.
В то же время фталаты из пластиковых отходов обнаружили в подкожном жире дельфинов. А мы с дельфинами едим одну и ту же рыбу.