Переработка ПЭТ бутылок, новые технологии.

Технологии утилизации полимеров, в частности PET, можно сгруппировать следующим образом.

1. Повторное использование в качестве наполнителей, армирующих элементов, в том числе создание композиционных материалов. Основной недостаток: даже тщательно отделенные от другого мусора отходы практически невозможно переработать в полимерный рециклат с удовлетворительными свойствами вследствие их термодинамической несовместимости.

2. Сжигание для получения тепловой энергии. При использовании смеси полимеров с основным углеродным топливом (коксом или каменным углем) для выплавки чугуна в доменных печах при 1 200–1 400 °C выброс диоксинов в окружающую среду фактически отсутствуют (0,6 мкг/т). Однако, если PET содержит различные стабилизирующие добавки и пигменты, в состав которых входят соли тяжелых металлов, то при температуре выше 700 °С они переходят в газообразное состояние, и их последующее улавливание чрезвычайно затрудняется.

3. Депонирование (захоронение) на полигонах ТБО. При отсутствии системы селективного сбора отходов (в том числе, маркировки и идентификации полимерных материалов, центров сертификации вторичного сырья) и несовершенстве нормативно-технической базы объем утилизации полимерных отходов будет весьма низок.

 4. Химическая переработка полимерных отходов (в том числе, пиролиз при 500–900 °С) — деполимеризация, то есть получение исходных мономеров и искусственного топлива (например, высококачественных марок бензина, керосина, дизельного топлива). Основной недостаток метода — высокая стоимость оборудования. Для утилизации отходов PET часто применяют аммонолиз, гликолиз и метинолиз с получением исходных мономеров, а также гидролиз в суперкритической воде с выходом терефталевой кислоты.

5. Механический рециклинг. Полимерные отходы, в частности PET-бутылки, сортируют, измельчают ножевой дробилкой до частиц с размерами 3–12 мм (хлопья, или флексы), подвергают воздушной сепарации, мойке до остаточной влажности 0,02–0,05 %, флотации, а затем гранулируют и перерабатывают в готовый продукт на литьевых машинах. При этом важно удалять с PET-бутылок пробки, этикетки, кольца, остатки клея, вызывающие при переработке обесцвечивание и потерю прозрачности. Для России в настоящее время это наиболее приемлемый способ, поскольку он не требует применения дорогостоящего специального оборудования и может быть реализован в любом месте накопления отходов.

PET составляет примерно 25 % общей массы полимерных отходов. В настоящее время это самый перерабатываемый пластик в мире, поскольку он легко гомогенизируется и не требует пластификации.

В природных условиях PET не разлагается в течение очень длительного времени. Вследствие неправильного подхода к обращению с отходами PET, ранее в России тысячи тонн использованных бутылок выбрасывали на свалки, сжигали, закапывали. В настоящее время полигоны ТБО перегружены и благодаря административной поддержке растет, хоть и медленно, сеть муниципальных и частных сортировочных станций вторичного сырья. В Европе утилизация PET-бутылок поставлена на государственную основу. Принцип государственного регулирования состоит в том, что производители платят специальный налог, в который заложена стоимость рециклинга. В Германии, например, перерабатывают 80–85 % PET-бутылок, в Швеции — 90–95 % (наибольший показатель в Европе). В России утилизация таких отходов нерентабельна, в том числе, из-за цен на энергоносители и сырье, поэтому объем их сбора около 10 %. Объем переработки пластиковых бытовых отходов в России едва достигает 3 %.

Вторичный PET находит применение для производства следующих видов продукции:

1) волоконных материалов бытового и технического назначения (фильтры, шумопоглотители, нетканые материалы, автомобильные сидения, сумки, рюкзаки, ковры и пр.), искусственной шерсти с введением тонкодисперсных минеральных веществ, геотекстильного полотна (в частности, по технологии meltblown);

2) строительных материалов (полимербетоны, черепица и т. п.), в том числе пористых;

3) листов и пленок технического назначения, бандажных лент, филоментых жгутов;

4) тары технического назначения (с использованием 40–90 % вторичного сырья) и изделий, не предназначенных для контакта с пищевыми продуктами (ящиков, коробок, вешалок, подставок).

Кроме того, отходы PET используют как добавки в другие полимеры и в качестве матрицы композиционных материалов.

Далеко не все технологии переработки PET применимы к отходам тары для пищевых продуктов. Как правило, она сильно загрязнена белковыми и минеральными примесями, которые трудно удалить. Поэтому был разработан способ переработки тары по принципу «бутылка в бутылку» (bottle-to-bottle) с получением многослойного продукта, содержащего до 50 % вторичного PET. Метод используют для повторного производства пищевой упаковки и бутылок для напитков. В некоторых странах такая технология запрещена к применению.

Хлопья PET можно смешивать с подпочвой, содержащей глину, ил и получать новый материал — «полимерную почву» (plastisoil) с добавлением щебенки. По свойствам он не уступает бетону и асфальту, а благодаря пористости может служить фильтром, защищающим почву от разлива бензина.

В последние годы вторичный PET все активнее используют для экструзии щетины (0,1–2,0 мм) щеток хозяйственного и промышленного назначения.

Машиностроение, строительная индустрия, производство товаров народного потребления и другие отрасли нуждаются в большом спектре композитных материалов из вторичного сырья. При высокой прочности, твердости, повышенном сопротивлении истиранию, низких гигроскопичности и теплопроводности такие композиты используют для изготовления кровельных материалов, стеновых кладочных элементов, элементов мощения, облицовочных панелей.

С точки зрения сохранения сырьевых ресурсов повторное использование пластмасс экономически целесообразно и экологически предпочтительно. Если по каким-либо причинам пластик не может или не должен быть повторно использован, необходимо обеспечить условия его скорейшей биодеградации.

Другая группа прогрессивных технологий обращения с отработанными пластиками — создание биоразлагаемых композитов.

Биодеградируемость — свойство материала подвергаться разрушению под действием микроорганизмов, когда все промежуточные и конечные вещества такого превращения безвредны для окружающей среды. О биодеградируемости материала судят по времени (скорости) его разложения, которые зависят от состава и структуры материала, влажности, температуры и pH среды, светового воздействия, микробиологической популяции и др. Например, при уменьшении молекулярной массы макромолекул способность к биоразложению возрастает; аморфные полимеры биоразлагаются лучше, чем кристаллические; появление разветвлений в макромолекулах повышает биоразлагаемость. Способность полимеров к биоразложению зависит от различных модифицирующих добавок.

В настоящее время активно разрабатывают два направления биодеградации:

— получение композиций полимеров с биоразлагаемыми природными добавками (например, отходами сельскохозяйственного производства), способными в определенной степени инициировать распад основного полимера;

— создание пластических масс на основе воспроизводимых природных полимеров (например, разлагаемые микроорганизмами пленки на основе крахмала, целлюлозы, желатина и проч.).

Несмотря на разнообразие методов утилизации полимерных материалов в настоящее время в России по-прежнему широко применяют депонирование.