ПОЛУЧЕНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛАСТМАСС И ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Обзоры

УДК 614.7:678.5/.6:628.46

Кандидаты мед. наук О. К. Зарембо и В. С. Гуменный

ПОЛУЧЕНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛАСТМАСС И ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Всесоюзный научно-исследовательский институт гигиены и токсикологии пестицидовр полимерных и пластических масс, Киев

Возрастающие масштабы производства и применения полимерных материалов поставили перед гигиенической наукой задачу охраны окружающей среды от загрязнения пластмассовыми отходами. Среди последних следует выделить промышленные технологические отходы, образующиеся в процессе производства и переработки полимерных материалов, и бытовые, накапливаемые в сфере их потребления. По химическому составу бытовые пластмассовые отходы включают примерно 70% изделий нз полиолефинов и около 18% изделий из поли-виНилхлорида.

В зависимости от назначения пластмассовые изделия до момента их изнашивания имеют различные сроки применения: упаковка—до 1 года, игрушки — 5 лет, спортивные товары — 6 лет, посуда, мебель, строительные материалы — до 20 лет. Следовательно, основным источником загрязнения окружающей среды становятся изделия с коротким сроком службы, главным образом тара и упаковка (В. А. Мыцул).

В целях усиления борьбы с загрязнением окружающей среды использованными полимерными материалами (по данным Агентства по защите окружающей среды — США, доля бытовых пластмассовых отходов в общем количестве городских отходов к 1990 г. может увеличиться более чем на 6%) в начале 70-х годов в ряде капиталистических стран, имеющих крупнотоннажные производства пластмасс (США, Япония, ФРГ, Франция, Швеция), были начаты научные исследования по разработке полимеров с регулируемым сроком службы (Szcze-ponski; Fahr). Эти исследования развивались по следующим направлениям: получение биоразлага-емых пластмасс, регенерация или повторная их переработка, пиролиз с целью получения низкомолекулярных продуктов, уничтожение пластмасс сжиганием. В настоящее время только технологические пластмассовые отходы (полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен, полнвинил-хлорид, полистирол, сополимер акрилонитрила бутадиена и стирола и др.) подвергаются регенерации (Е. П. Никулина). Следует отметить, что сжигание как способ уничтожения пластмассовых отходов в США считается неэкономичным и малоэффективным, он не решает экологической проблемы, так как сам процесс сжигания сопровождается

вторичным загрязнением атмосферы. Например, при горении полиолефинов и полистиролов происходит сильное дымообразование, а при термическом разложении полиуретанов и полиамидов образуются токсичные газы (К- И. Новгородцев и соавт.).

С гигиенических позиций, предъявляемых к охране окружающей среды от загрязнения ее использованными полимерными материалами, перспективным направлением исследований является разработка методов, направленных на создание биораз-лагаемых пластмасс, которые могут быть подвергнуты эффективной ассимиляции микроорганизмами почвы и воды.

За рубежом проводятся исследования по получению био-, фото- и гидродеградируемых (соответственно разрушаемых под действием микроорганизмов, ультрафиолетового облучения солнечного света и воды) пластмасс (Painter; Trommer; Otey и соавт.).

Одним из подходов к решению проблемы ликвидации отходов пластмасс путем их биологического разложения является выведение особых мутаций микроорганизмов (специальных бактериальных и грибковых культур), обладающих повышенной способностью к ассимиляции высокополимеров.

Все большее применение за рубежом находят фотодеструктируемые полимеры, которые применяют в сельском хозяйстве для мульчирования почвы. Получают фотодеструктируемые полимеры путем введения в их рецептуру различных сенсибилизирующих добавок — соединений, содержащих карбонильные (кетонные) группы: соединения ароматического ряда, галогенсодержащие соединения, карбоновые кислоты, сложные эфнры и альдегиды, полимерные смеси полиолефинов и полидиенов, амины, гетероциклические соединения, соединения серы, органические соединения металлов, смеси металлоорганических соединений. Так, введенный в полиолефин дибутилдитиокарбамат, содержащий ионы трехвалентного железа, под воздействием ультрафиолетового света высвобождает ионы железа, которые способствуют дальнейшему разрушению пластика под действием микроорганизмов в течение 1—б мес (М. 3. Бородулина и соавт.).

Однако, как свидетельствуют данные литературы, только сочетание фотодеструкции и биологического

разложения (фотобкодеструкция) может решить проблему уничтожения использованных полимерных материалов. Обычная полиэтиленовая пленка разрушается естественным путем в течение очень длительного времени; введение же в полиэтилен соответствующей добавки, инициирующей фоторазложение полимера, придало последнему способность разлагаться в течение года. Эти исследования позволили также установить, что полиэтилен высокой плотности становится биологически разлагаемым лишь в том случае, если его молекулярная масса будет уменьшена в 30—40 раз, т. е. до 3200 и менее (В. А. Мыцул).

В качестве альтернативы для фоторазлагаемых пластмасс (скорость фоторазложения которых определяется главным образом погодными условиями) были предложены водорастворимые пластмассы. К ним следует отнести изделия, полученные на основе поливинилового спирта, окси пропил целлюлозы и полиэтиленоксида, которые в процессе растворения в воде не вызывают загрязнения окружающей среды (Т. В. Князева и соавт.).

В настоящее время в ряде стран разработана методика получения ряда биоразлагаемых полимерных композиций, что достигается за счет введения з рецептуру до 40% полимера крахмала. Последний способствует набуханию полимерной пленки в воде, которая в дальнейшем разрушается под действием микроорганизмов почвы. С помощью разработанного метода получены биоразлагаемые полиэтилен низкой и высокой плотности (Вуор^Мс), полипропилен, полистирол, поливинилхлорид. Наиболее эффективными оказались привитые сополимеры из крахмала и диальдегидкрахмала. Такие полимерные материалы, как «Вуор^ис», разрушаясь под воздействием бактерий почвы, одновременно способствуют улучшению некоторых пока-

Литература. Бородулина М. 3. и др. Полимеры с регулируемым сроком службы и утилизация отходов пластмасс (Обзорная информ. Сер. «Полимеризационные пластмассы»), М., 1978. Князева Т. В., Колина К. Ш., Еженкова Л. Л. Водорастворимые сополимеры винилового спирта и пленки на их основе (Обзорная информ. Сер. «Полимеризационные пластмассы»), М., 1979. Мыцул В. А. — Хим. пром.-ность за рубежом, 1978,

вып. 8 (188), с. 34—49. Никулина Е. П. — Там же, 1979, вып. 9 (181), с. 37—47. Новгородцев К- И. и др. Современные способы переработки

зателей ее структуры, в связи с чем широко применяются в сельском хозяйстве.

В Швеции созданы методы прививки винильных мономеров на крахмал, что дало возможность получить новые виды биоразлагаемых пластмасс. В Японии разработан процесс ферментации крахмала энзимом, что также было положено в основу синтеза биоразлагаемых полимеров. В США запатентован . биоразлагаемый материал cPolutrol» на основе а-полиолефинов и смеси параалканола-минофенолов. «Polutrol» применяется в качестве упаковок для пищевых продуктов и после использования этих пленок, подвергаясь биоразложению, используется в качестве мульчи.

На основании проведенных исследований в США установлено, что, изменяя содержание крахмала в рецептуре полимера (полиэтилена, полипропилена, сополимера этилена и пропилена и полистирола), можно регулировать скорость биодеструкции; при этом в рецептуру дополнительно вводятся водная суспензия смесей сополимеров этилена и акриловой кислоты и определенные количества фунгицидов (таких, как параформальдегид). Время распада таких эластичных пленок — от 2 до 4 мес. Эти пленки широко применяются для упаковки пищевых продуктов и в качестве мульчи в сельском хозяйстве.

Таким образом, представленные выше некоторые данные литературы, освещающие проводимые за рубежом научные исследования, целью которых является решение проблемы защиты окружающей среды от загрязнения пластмассовыми отходами, свидетельствуют об имеющихся достижениях в этой области, заключающихся в разработке методов получения фоторазлагаемых, биоразлагаемых и водорастворимых полимерных материалов. Указанная проблема продолжает оставаться актуальной.

и использования промышленных и бытовых отходов. Киев, 1978.

Fahr U., Heider R. — Verpackung, 1978, Bd 19, № 3, S. 78-81.

Otey F. et al. — Industr. Enf. ehem. Prod. Res. Develop.,

1977, v. 16, p. 305—308. Painter H. A. — Proc. roy. Soc. В., 1974, v. 185, p. 149— 158.

Szczeponski S. — Opakowanie, 1979, №6, p. 1—3. Trommer W. — Maschinenmarkt, 1977, Bd 83, S. 562— 567.

Поступила 23/VI 1980 r.