CC BY
141УДК 678.5
Э.Н. Калдашева
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ (ПЭТ)
В статье рассматриваются способы рециклинга полиэтилентере-фталат (ПЭТ) отходов.
Ключевые слова: полиэтилентерефталат, рециклинг, экологические проблемы, минимизация выбросов, экономия.
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является наиболее распространенным материалом, используемым в качестве упаковки пищевых продуктов и напитков. Это объясняется уникальным комплексом его свойств: химическая стойкость, инертность и барьерные свойства в сочетании с хорошей перерабатываемостью ставят его на уровень выше с других крупнотоннажных полимерных материалов, используемых в упаковке пищевых продуктов.
Каждый человек в своей бытовой деятельности регулярно контактирует с полиэтилентерефталатом, даже не задумываясь о том, что он собой представляет. Благодаря широкому спектру свойств он нашел применение в многих отраслях промышленности.
Несомненным преимуществом ПЭТ является простота его переработки. По ценности вторичного сырья, ПЭТ уступает только алюминию, именно в этом обусловлен непрерывно растущий интерес к переработке ПЭТ не только в России, но и во всем мире. Следует отметить, что переработка ПЭТ является одной из наиболее развитых отраслей переработки полимеров.
Огромный спектр свойств, недоступный таким «классическим материалам», как металлы и дерево, в сочетании с низкой стоимостью, обусловил непрерывно растущий спрос на полимерную, пластиковую в частности, тару.
Особенностью ПЭТ, отличающей его от других полимеров, является технологическая простота переработки как первичного сырья, так и отходов. Высокая технологичность отходов ПЭТ и растущие перспективы их применения вывели их на первое место по объемам переработки во всем мире. В 2016 г. выпуск первичного ПЭТ бутылочного назначения превысил 25 млн. т, что, по мнению экспертов, специализирующихся на переработке полимеров, соответствует более чем 500 млрд. шт. всем знакомых пластиковых бутылок [1]
Производство такого огромного количества бутылок, в сочетании с низким уровнем сортировки твердых бытовых отходов (ТБО), создает, несмотря на высокую химическую инертность и экологическую безопасность, проблемы с перегрузом экосферы. Кроме того установлено, что вторичная переработка 1 т ПЭТ экономит до 5 м3 объема полигона для ТБО. Кроме этого, весьма актуальной, особенно на Западе, является борьба за минимизацию выбросов СО2 в атмосферу.
При этом статистика сортировки и переработки вторичного ПЭТ очень различается в зависимости от конкретной страны. Если, например, в Китае и Японии объем сбора использованных ПЭТ - бутылок в 2016 г. составлял около 80%, в Швейцарии - 70%, в странах ЕС - в среднем более 50%, то в Восточной Европе этот показатель - ниже 20%. По мнению экспертов, европейский рынок ПЭТ-отходов в 2016 г. составил около 1,5 млн т, Северной Америки - более 1,3 млн т, в Китая - более 3,0 млн т., что не превышает четверти всего выпускаемого промышленностью ПЭТ.[1]
С конца прошлого века сформировался и непрерывно растущий и поистине исполинский рынок вторичного ПЭТ, изменяющийся под влиянием экологических и экономических факторов. Согласно прогнозам, в 2018 г объемов вторичной переработки ПЭТ превысит 13 млн. т. [1]
Во многих странах на государственном уровне создаются группы и специальные ведомства, разрабатывающие программы по решению проблем, связанных со вторичной переработкой ПЭТ. Так, в США существует национальная программа по переработке ПЭТ-тары, а в странах ЕС каждая третья ПЭТ-бутылка изготовлена с использованием вторичных материалов.
Выделяют несколько основных направлений вторичной переработки ПЭТ [3], которые по принципу воздействия подразделяются на три основные группы: механические, химические и термические (табл. 1).
© Калдашева Э.Н., 2017.
Вестник магистратуры. 2017. № 7(70).
ISSN 2223-4047
Таблица 1
Способы переработки ПЭТ-отходов_
Способ переработки ПЭТ-отходов Возможная степень загрязнения отходов Доля способа переработки в общем объеме, % Области применения веществ, полученных в результате переработки
Механический Низкая и частично средняя 70-75 Для упаковок, производства волокон (напольные покрытия, искусственная шерсть, спорт одежда), конструкционный пластик для автомобилестроения, строительства
Химический средняя 5 Получение полиэфиров для производства клеев, покрытий и исходного сырья для повторного синтеза ПЭТ
Термический сильная 20-21 Сжигание для получения тепловой энергии или пиролиз для получения жидких и газообразных топлив
Более глубокое расмотрение вопросов вторичного применения использованного ПЭТ позволяет нам выделить следующие способы.
Захоронение - морально устаревший и бесперспективный способ: ценное нефтехимическое сырье закапывается, делая непригодными для сельскохозяйственных нужд огромные площади.
Сжигание - данный метод довольно активно используется, например, в США таким образом вырабатывают энергию для производственных нужд, по аналогии с отечественными ТЭЦ. Согласно классификации, принятой в РФ, отходы ПЭТ по относятся к 5-му классу опасности (наиболее безопасные). При их глубоком окислении (сжигании), благодаря отсутствию в составе хлора, в отличии от ПВХ, не выделяются диоксины), при этом токсичность продуктов сжигания, изученная японскими исследователями методом хроматографии, не превышает токсичность продуктов горения дров [2].
Метод радиационной деструкции заключается в разрушении углерод-углеродных связей макромолекул ПЭТ с помощью ускоренных нейтронов, гамма-излучения, бета-частиц, запускающих процессы фото- и термоокислительной деструкции и образованию олигомерных продуктов, которые могут быть задействованы в биоциклических процессах. В России этот метод не нашел широкого применения [6].
Термическое разложение подразумевает вторичную переработку полимерного сырья при помощи пиролиза и каталитический термолиза при котором полимер распадается на низкомолекулярные соединения. Так, в США при переработке ПЭТ тары получают мономеры - диметилтерефталат и этиленгликоль, которые в свою очередь снова применяются при полимеризации [4].
При химическом рециклинге ПЭТ подвергается деполимеризации при таких процессах как метано-лиз (взаимодействие с метанолом с получением мономера - диметилтерефталата), гликолиз (взаимодействие с этиленгликолем для получения бисгидроэтилтерефталата); гидролиз (взаимодействие с кислотами с выделением терефталевой кислоты) или омыление (взаимодействие с щелочью) [2]. Химические методы переработки потребляют много энергии, требуют применения высокотехнологичного оборудования, однако позволяют перерабатывать низкокачественные отходы ПЭТ, поскольку такие химические процессы позволяют производить дополнительную очистку.
Наиболее распространенным и экономически выгодным методом переработки отходов ПЭТ является механико-химический метод. Он представляет собой технологическую цепочку, включающую в себя плавление, гомогенизацию, очищение от посторонних включений, фильтрование в экструдере, дегазация под вакуумом. Различными компаниями разработаны технологии с применением одно-, двух- или муль-тишнековых экструдеров, имеющих зону дегазации. Применение мультишнековых экструдеров для вторичной переработки ПЭТ оправдывается обеспечением чрезвычайно высокой поверхности раздела фаз, способствующей лучшему удалению примесей. Далее экструдат фильтруется от механических включений и гранулируется. После гранулирования продукт может подвергаться дополнительной поликонденсации в твердой фазе. Этот процесс позволяет, при необходимости, эффективно очистить от загрязнений и одновременно повысить вязкость.
На современном этапе эффективное решение задачи вторичной переработки ПЭТ невозможно без исследований для его усовершенствования [7].
Одним из наиболее перспективных методов вторичной переработки ПЭТ является химическая модификация путем введения в состав полимера небольших количеств (от 0,5 до 3%) удлинителей цепи (различных модификаторов). Стабилизирующее действие таких модификаторов при термической, термоокислительной и термогидролитической деструкции ПЭТ обосновано их взаимодействием с концевыми функ-
циональными группами гетероцепных полимеров, поэтому вторичная переработка ПЭТ с добавлением таких модификаторов позволяет добиться увеличения молекулярной массы и снижения чувствительности к действию повышенных температур и влаги при переработке.
В принципе, вторичная переработка ПЭТ, с целью создания новых нанокомпозитных материалов, возможна при введении различных наноразмерных наполнителей - органомодифицированных алюмосиликатов (органоглин), одно- и многостенных нанотрубок, фуллеренов и др.
В последние годы широкое применение получил метод переэтерификации вторичного ПЭТ ди- и тримерами этиленгликоля, приводящий к образованию низкоплавких сополиэфиров.При применении последующей модификациии полимера, данным методом могут быть получены ценные сополимеры для самых различных областей применения [9].
В зависимости от состояния отходов ПЭТ могут применяться все описанные выше процессы их переработки. При выборе конкретной технологии следует руководствоваться возможностью максимального использования потенциальных возможностей конкретного сырья (вторичного ПЭТ), на производство которого затрачено ценное органическое сырье и большое количество энергии, при сохранении полной безопасности использования конечных продуктов переработки. Процессы переработки ПЭТ-отходов в РФ, хотя пока и не развиты, имеют большие экономические и экологические перспективы для реализации.
Объем российского рынка переработки ТБО значительно ниже европейского, и, тем более, азиатского преимущественно в силу отсутствия государственной поддержки и спонсирования различных экологических государственных программ, что указывает на необходимость привлечения внимания Правительства РФ к проблемам экологии, связанным с загрязнением окружающей среды из-за отсутствия сортировки и переработки отходов.
Библиографический список
1. Аналитический журнал упаковочной индустрии PakkоGraff. URL: http://www.pakkоgraff.ru/reader/arti-des/materials/pоlymers/1069.php
2. Беданоков А. Ю., Бештоев Б. З., Микитаев М. А., Микитаев А. К., Сазонов В. В. Полиэтилентерефталат: новые направления рециклинга// Пластические массы. 2009, № 6. С. 18-21.
3. Зелке С., Кутлер Д., Хернандес Р. Пластиковая упаковка/ Пер. с англ. 2-го изд.; Под ред. А. Л. Загорского, П. А. Дмитрикова. СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. 560 с.
4. Информационно-аналитическое агентство Cleandex. Переработка полимерных отходов в России. URL: http://www.deandex.ru/artides/2007/11/20/residue_utilizatiоn25
5. Керницкий В. И., Микитаев А. К. Краткие основы производства и переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ). М.: Изд-во РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. 208 с.
6. Отраслевой портал Вторичное Сырье. Текстильные отходы. URL: http://www.recy-ders.ru/mоdules/sectiоn/item.php?itemid= 190
7. ПластИнфо: ПЭТФ. Полиэтилентерефталат. URL: http://petplastinfo.ru/
8. ПЭТФ в России/ Конференция «ПЭТФ-2014», доклад АРПЭТ, 20 февраля 2014 г. URL: http://arpet.ru/wp-соПеп!/ uplоads/2014/02/dоc.pdf
9. Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Технологические особенности производства упаковки из вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) // Молодой ученый. — 2013. — №5. — С. 123-125.
КАЛДАШЕВА ЭНДЖЕ НУРГАЛИЕВНА - магистрант технологического факультета, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия.
