Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Переработка пластиков. Часть 1

Компонент пластмасс в ТБО (твердых бытовых отходах) еще 10 лет назад увеличился более чем в сто раз по сравнению с 1970-ми годами. Но, возможно, более значительным является то, что доля пластиковых отходов в ТБО увеличилась с менее чем 1% в 1960 году до 20% в 2017 году. Это сделало пластмассы очевидной целью номер один для экологов, а переработку пластмассы — желанной альтернативой утилизации на свалках. Тем не менее, уровень переработки пластика остается неизменным, и некоторые отчеты указывают даже на фактическое снижение в последние годы. Скорость переработки нескольких наиболее востребованных пластиков, полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтилена и полипропилена за последнее десятилетие в мире даже снизилась. А в связи с кризисными явлениями предполагается еще более низкий уровень переработки для большинства пластиков. При этом общее количество пластика, перерабатываемого ежегодно, неуклонно увеличивалось с тех пор, как начали вестись отчеты по этой процедуре. Тем не менее, скорость переработки не поспевает за темпами производства первичного пластика. Сообщается, что большая часть пластмасс до сих пор утилизируется на свалках, причем по объему каждый новый увеличивает это количество. Количество производимого пластика и количество, которое выбрасывается на свалки, означают, что переработка пластика продолжает оставаться постоянно растущей экологической и даже политической проблемой.

Ранее сообщалось, что Гринпис предлагал запретить использование пластмасс в качестве жизнеспособного решения проблемы образования пластиковых отходов. Однозначно заявленная кампания противников этой идеи имеет долгосрочную цель — добиться нулевого уровня пластиковых отходов. Тем не менее и по сей день продолжаются отдельные выступления о запрете использования пластмасс. Эти организации выступают против использования некоторых или всех пластмасс, а некоторые выступают против эффективности рециркуляции, хотя большинство признают рециркуляцию как лучший вариант утилизации на свалках. Некоторые организации сосредотачиваются на технических аспектах переработки пластмасс и не учитывают политические взгляды. Одной из таких организаций является американское Общество инженеров по пластмассам (SPE), которое был создан для распространения информации о переработке пластмасс. Организация проводит ежегодные конференции, а также технические онлайн-презентации по теме вторичной переработки, в которых основное внимание уделяется технологическим и бизнес-аспектам вторичной переработки, чтобы помочь просвещать общественность насчет этих процессов.

Вторичной называется такая переработка, когда восстановленный пластик используется в продуктах, которые предъявляют менее строгие требования к характеристикам, чем первоначальное применение. Пример вторичной переработки — производство плитки для пола из смешанных полиолефинов. Третичная переработка — это когда пластиковые отходы используются в качестве сырья в процессе производства химикатов и топлива. Примером третичной переработки является гликолиз ПЭТ в диолы и диметилтерефталат, которые затем можно использовать для производства первичного ПЭТ. Наконец, четвертичная переработка, когда энергия восстанавливается из пластиковых отходов путем сжигания. Топливо, полученное из шин (TDF), является характерным примером четвертичной переработки. В нашем обзоре основное внимание будет уделено первичной и вторичной переработке, когда пластик повторно используется, а не превращается в химикаты или топливо для удовлетворения энергетических потребностей. Хотя пути третичной и четвертичной переработки являются действенной альтернативой утилизации пластика на свалках, пластика как такового в этих случаях уже больше не существует. В индустрии вторичной переработки используются термины, которые различают исходный материал. Постиндустриальный пластик (то есть после промышленного использования) перед продажей населению извлекается из деталей. Этот поток обычно более чистый, новый, более однородный и более ценный, чем альтернативный постпотребительский пластик.

Постпотребительский пластик (то есть после бытового использования) собирается после того, как потребитель его использовал, поэтому он может быть разделен по семейству материалов или, что более типично, извлечен из смешанных потоков отходов. Постпотребительский пластик может использоваться или лежать без дела в течение многих десятилетий, прежде чем он будет доставлен на предприятия по переработке. Почему же так трудно перерабатывать пластик? Прежде всего для переработки пластика может потребоваться более тщательная подготовка, чем для стекла и металлических материалов. Смешанные пластмассы обычно имеют плохие механические свойства из-за плохой межфазной адгезии (об этом мы уже подробно рассказывали в параллельном цикле статей и даже приводили способы решения этой проблемы). Низкая энтропия смешения обычно устанавливается при соединении двух или более различных пластиков вместе, поэтому смолы часто должны иметь почти идентичный состав, чтобы смешиваться эффективно. Когда различные типы пластмасс плавятся вместе, они имеют тенденцию разделяться на фазы и образовывать эти фазы. Пересечения на межфазных границах являются слабыми и вызывают структурную слабость полученного соединения. По существу, смешанные необработанные смеси полимеров можно использовать только в ограниченных применениях.