Экологические проблемы
производства полимеров
и утилизации
пластмассовых отходов
Производство полиэтилена,
полипропилена, поливинилхлорида приносит
немалые экологические проблемы
для окружающей природной среды.
Это использование различных
токсичных мономеров и катализаторов,
образование сточных вод и
газовых выбросов, обезвреживание которых
сопряжено с большими энергетическими,
сырьевыми и трудовыми затратами
и не всегда добросовестно выполняется
производителями .Производство полиэтилена
и других полиолефинов относиться к категории
пожароопасных и взрывоопасных (категория
А): этилен и пропилен образуют с воздухом
взрывчатые смеси. Оба мономера обладают
наркотическим действием. ПДК в воздухе
этилена составляет 0,05 • 10 -3 кг/м3, пропилена
- 0,05 • 10 -3 кг/м3. Особенно опасно производство
полиэтилена высокого давления (ПЭВД),
поскольку оно связано с применением высокого
давления и температуры. В связи с возможностью
взрывного разложения этилена во время
полимеризации реакторы оборудуют специальными
предохранительными устройствами (мембраны)
и устанавливают в боксах. Управление
процессом полностью автоматизировано.
При производстве полиэтилена низкого
давления и полипропилена особую опасность
представляет применяемы в качестве катализатора
диэтилалюминийхлорид. Он отличается
высокой реакционной способностью. При
контакте с водой и кислородом взрывается.
Все операции с металлоорганическими
соединениями должны проводиться в атмосфере
чистого инертного газа (очищенный азот,
аргон). Небольшие количества триэтилалюминия
можно хранить в запаянных ампулах из
прочного стекла. Большие количества следует
хранить в герметически закрытых сосудах,
в среде сухого азота, либо в виде разбавленного
раствора в каком-либо углеводородном
растворителе (пентан, гексан, бензин -
чтобы не содержали влаги). Триэтилалюминий
является токсичным веществом: при вдыхании
его пары действуют на легкие, при попадании
на кожу возникают болезненные ожоги.
В этих производствах используется также
бензин. Бензин - легковоспламеняющаяся
жидкость, температура вспышки для разных
сортов бензина колеблется от - 50 до 28 °С.
Концентрационные пределы воспламенения
смеси паров бензина с воздухом составляют
2-12% (объемных). На организм человека оказывает
наркотическое действие. ПДК бензина в
воздухе = 10,3 • 10 -3 кг/м3. Порошкообразные
полиолефины образуют взрывоопасные смеси.
ПДК полипропилена составляет: 0,0126 кг/м3.
При транспортировании порошкообразных
полиолефинов происходит образование
аэрозолей и неизбежно накапливание зарядов
статического электричества, что может
привести к искрообразованию. Транспортирование
полиолефинов по трубопроводу производят
в атмосфере инертного газа. Для защиты
окружающей среды все вентиляционные
выбросы из производственных помещений
должны подвергаться очистке на специальных
установках. Сточные воды при отмывке
полиэтилена низкого давления и полипропилена
от остатков катализатора и продуктов
его распада, а также образующиеся при
регенерации промывной жидкости должны
подвергаться нейтрализации и тщательной
очистке на специальных очистных сооружениях.
Сходным полимером является поливинилхлорид.
Если к ацетилену присоединить хлороводород,
то образуется газообразное вещество
винилхлорид, или хлорвинил. Винилхлорид
полимеризуется также, как и этилен. Из
поливинилхлорида получают химически
и механически стойкую пластмассу. Производство
и использование винилхлорида относят
также к категории взрывоопасных и пожароопасных
(категория А). Винилхлорид в газообразном
состоянии оказывает наркотическое действие,
продолжительное пребывание в помещение,
в атмосфере которого содержится большое
количество винилхлорида, вызывает головокружение
и потерю сознания. ПДК в рабочих помещениях
составляет 3• 10-5 кг/м3. При концентрации
1 • 10-4 кг/м3 вызывает раздражение слизистых
оболочек, а запах начинает ощущаться
даже при 2 • 10-4 кг/м3. Вдыхание паров при
открытом испарении мономера вызывает
острое отравление. Другие мономеры, используемые
при производстве политетрафторэтилена,
политрифторхлорэтилена, поливинилфторидов
также не менее токсичны. В настоящее
время для очистки окружающей природной
среды от пластмассовых отходов активно
разрабатываются два основных подхода:
- захоронение (хранение
отходов на свалках);
- утилизация.
Захоронение пластмассовых
отходов - это бомба замедленного
действия и перекладывание сегодняшних
проблем на плечи будущих поколений.
Более щадящим приемом является утилизация,
которую можно разделить на ряд главных
направлений:
- сжигание;
- пиролиз;
- рециклизация - переработка.
Однако как сжигание,
так и пиролиз отходов кардинально
не улучшают экологическую обстановку
[6]. Повторная переработка в определенной
степени решает этот вопрос, но и
здесь требуются значительные трудовые
и энергетические затраты: отбор из бытового
мусора пластической тары и упаковки,
разделение по виду пластиков, мойка, сушка,
измельчение и только затем переработка
в конечное изделие. Для активизации направления
по рециклизации пластмассовых отходов
в ряде стран принимаются законодательные
нормативы по обязательному сбору и переработке
пластиковой тары и упаковки. Так Европейские
директивы предусматривают при изготовлении
пластмассовой упаковки применять 15% вторичных
пластмасс, а в Германии эта квота составляет
50% и должна увеличиваться до 60%. Специалисты
считают, что это технически невозможно,
так как только для транспортных и непищевых
продуктов возможно применение до 25% вторичных
пластмасс, но не для пищевых продуктов
.Следует отметить, что сбор и повторная
переработка полимерной тары и упаковки
приводит к удорожанию упаковки, качество
рециклизованного продукта также ниже
продукта, полученного непосредственно
первичным изготовителем. К тому же не
каждый потребитель согласен использовать
упаковку из рециклизованного полимера.
Радикальным решением проблемы «полимерного
мусора», по мнению специалистов, является
создание и освоение широкой гаммы полимеров,
способных при соответствующих условиях
биодеградировать на безвредные для живой
и неживой природы компоненты.Именно биоразлагаемость
высокомолекулярных соединений и будет
приоритетным направление разработки,
которое позволит исключить значительное
число проблем «полимерного мусора», возникающего
при использование полимерной тары и других
изделий из полимеров .В настоящий период
можно выделить три основных направления
развития этой области:
- полиэфиры гидроксикарбоновых
кислот;
- пластические массы
на основе природных воспроизводимых
природных полимеров;
- придание биоразлагаемости
промышленным высокомолекулярным синтетическим
материалам.
Первый в мире
биоразлагаемый полимер Биопол (Biopol) -
полигидроксиолконоаты на основе 3-гидроксивалериановой
кислот - был получен в процессе ферментации
полисахаридов (сахара, крахмала) под действием
бактерии Alcaligenes eutrophys. Биопол - термопласт,
который перерабатывается экструзией,
выдуванием и другими традиционными методами.
Полученные из этого полимера изделия
за несколько недель разлагаются микроорганизмами
почвы с образованием углекислого газа
и воды. С использованием указанных бактерий
сложные сополиэфиры получают из такого
сырья как бутиленгликоль, бутиролактон,
масляная и хлормасляная кислота. Пленки
из таких сополимеров разлагаются в почве
через 2 недели после захоронения.Использование
смесей полимеров для получения различных
материалов с необходимым комплексом
свойств также является очень прогрессивным
направлением с различных точек зрения.
При создании биоразлагаемых смесей полимеров,
как правило, применяется следующий принцип:
к синтетическому полимеру добавляют
хорошо биоразлагаемый полимер (природный
или синтетический). В качестве природных
чаще всего используют полисахариды, в
первую очередь крахмал и целлюлозу.