Хімія і хімічні технології/Пластмаси,

полімерні і синтетичні матеріали,

каучуки, резино-технічні вироби,

шини та їх виробництво

К.т.н. Соколова С.М.

Східноукраїнський національний університет

імені Володимира Даля

Інститут хімічних технологій (м. Рубіжне)

Деякі аспекти утилізації відходів поліетилентерефталату

Полімерна упаковка з поліетилентерефталату (ПЕТФ) використовується в багатьох галузях промисловості, у зв’язку з чим з кожним роком накопичується все більше відходів у вигляді вжитої полімерної тари. Світове виробництво ПЕТФ уже перевищує 10 млн. т на рік, і майже 40 % його йде на виготовлення упаковки (пляшок, контейнерів та ін.), яка після використання стає відходами.

Проблема накопичення та використання відходів полімерних матеріалів є актуальною для усього світового співтовариства і повинна вирішуватися спільними зусиллями на основі наукових досліджень та передових промислових технологій. Утилізація полімерних відходів є важливою проблемою як з екологічної, так і з економічної точки зору. Це пов’язано, з одного боку, з постійним підвищенням об’ємів випуску полімерних матеріалів в Україні і світі, а з іншого – з таким же збільшенням їх споживання в усіх галузях промисловості та в побуті. Сьогодні відходи полімерів складають біля 15% побутового сміття або до 20 кг в рік на одну людину. Щорічний приріст виробництва та використання пластиків в останні десять років складає 10-15%, і в подальші роки ця тенденція буде продовжуватися, тому накопичення полімерних відходів з року в рік збільшуються. В той же час ці відходи можна розглядати не тільки як фактор забруднення довкілля, а й як важливе джерело вторинної сировини [1]. У зв’язку з цим важливим завданням є, з одного боку, створення безвідходних технологій, розробка полімерів, що здатні біологічно розкладатися, а з іншого – рециклінг полімерних матеріалів та розробка на базі вторинної сировини композиційних полімерних матеріалів [2].

Особливу увагу дослідників в останній час привертають відходи поліетилентерефталату (ПЕТФ), оскільки полімерна тара з ПЕТФ використовується в багатьох галузях промисловості: косметичній, харчовій, хімічній та ін. В Україні немає власного виробництва поліетилентерефталату, тому для виробництва тари з ПЕТФ, зокрема ПЕТФ-пляшок, використовують гранульований поліетилентерефталат закордонного виробництва. Вітчизняні підприємства подрібнюють вжиту тару та продають такий матеріал в Китай, Польщу та інші держави для подальшої кваліфікованої переробки, а потім вимушені купувати в цих країнах гранулят та преформи, які коштують дуже дорого [4].

Оскільки ПЕТФ є полімером з унікальними експлуатаційними властивостями і одним з найбільш поширених та використовуваних споживчих пластмас, відходи виробів з цього матеріалу після відповідної переробки є важливим сировинним джерелом.

На сьогоднішній день існує два шляхи переробки відходів ПЕТФ: механічний, тобто подрібнення з отриманням грануляту, та хімічний - найчастіше алкоголіз, а також лужний та кислотний гідроліз, ацидоліз, аміноліз .

Технологія так званого механічного рециклінгу складається з наступних стадій: очищення, подрібнення, перемішування, сушіння, ущільнення, плавлення, пластифікація, гомогенізація, фільтрація, дегазація та грануляція матеріалу. Гранульований матеріал можна використовувати для виготовлення полімерних виробів методами екструзії, пресування, лиття під тиском [4,5].

Авторами [4] розроблений спосіб грануляції вторинного ПЕТФ без традиційного подрібнення, плавлення та екструзії. За цим способом вторинний ПЕТФ обробляється різними розчинниками і переводиться в розчин, а далі гранулюється хімічним способом. Процес проводять за температури не вище 130^оС, завдяки чому полімер не піддається руйнуванню і має зручну форму для подальшого використання.

Світовий досвід механічного рециклінгу відходів ПЕТФ з отриманням грануляту або ПЕТФ-«пластівців» показує, що цей матеріал може успішно перероблятись в синтетичні тканини для оббивки автомобілів та килимові покриття, геотекстиль, листові матеріали та стрічки. Однак в Україні механічний рециклінг ПЕТФ поки що мало реальний, оскільки потребує великих інвестицій, а крім того в країні відсутній ринок споживачів вторинного ПЕТФ.

Найбільш перспективним в цих умовах є хімічний спосіб утилізації відходів ПЕТФ. Хімічний рециклінг полімерних відходів використовують для утилізації таких відходів, які втратили свої експлуатаційні властивості. В цьому випадку відходи пластмас піддають крекінгу або піролізу (так званий енергетичний рециклінг) за температур 350-400^оС, в результаті чого проходить термічна деструкція макромолекул і утворюються рідкі або газоподібні продукти (вуглеводні, масла, бензин). Поліолефіни в цих процесах розкладаються до низькомолекулярних вуглеводневих сполук, полістирол та поліакрилати – до мономерів, з поліетилентерефталату утворюється суміш вуглеводнів та оксидів. З отриманих рідких та газоподібних продуктів можна як один з варіантів знову отримувати високомолекулярні сполуки.

Вважають, що відходи пластмас здатні замінити природні джерела сировини: вугілля, нафту, природний газ. розкладу пластмас. Для цього здійснюють термічний і каталітичний процес руйнування полімерних ланцюгів, в результаті чого утворюються низькомолекулярні нафтоподібні продукти. Крекінг пластмас відноситься до найбільш економічних способів утилізації сумішей полімерів, що втратили свої експлуатаційні властивості. Піроліз та крекінг можуть бути економічно вигідними у порівнянні з закопуванням та спалюванням за великих обсягів переробки відходів [1].

Хімічний рециклінг ПЕТФ за допомогою реакцій гідролізу та алкоголізу вивчається в останні роки досить інтенсивно .

В роботі проводився алкоголіз відходів ПЕТФ гліцерином при температурах 180-250 ⁰С у присутності різних каталізаторів – нафталін сульфокислоти, оксиду цинку, сечовини. Вивчені кінетичні закономірності процесу гліцеролізу та показано, що використання в якості каталізаторів сполук різних хімічних класів дає можливість впливати на окремі стадії гліцеролізу відходів ПЕТФ та отримувати продукти з різними фізико-хімічними властивостями, які можна використовувати як сировину для отримання клеїв, поліуретанових композицій та поліефірних смол.

При проведенні процесу деструкції вторинного ПЕТФ методом нейтрального гідролізу отримують етиленгліколь та терефталеву кислоту . В лужному середовищі отримують етиленгліколь та Na-сіль терефталевої кислоти. Виділення терефталевої кислоти з її солі проводять соляною кислотою при рН 3,5, причому її концентрація становить більш 98%. При багатотоннажному виробництві цей метод може бути рентабельним [4].

Для відходів поліетилентерефталату пропонують проведення реакції переетерифікації ПЕТФ різними багатоатомними спиртами [6]. Для цього використовують, наприклад, етиленгліколь, пентаеритрит та ін. Продукти етерифікації можна використовувати для отримання алкідних смол – синтетичних плівкоутворювачів для виготовлення клеїв, лаків та емалей.

В роботі розглянуто різні методи деполімеризації ПЕТФ шляхом метанолізу, ацидолізу, амінолізу, гідролізу (лужний, кислотний та нейтральний). При цьому з відходів ПЕТФ (плівки, стара одежа) отримують вихідні мономери (з виходом близько 90 %): етиленгліколь, терефталеву кислоту, диметилтерефталат; олігоестери. Пропонуються нові напрямки використання рециклатів в якості клеїв-розплавів, складових захисних поліуретанових покриттів, фарб, пластифікаторів і модифікаторів ПВХ, епоксидних та фенолоформальдегідних смол

Таким чином, виходячи з аналізу досліджень останніх років, найбільш доцільним способом утилізації відходів ПЕТФ є хімічний рециклінг (гідроліз, алкоголіз, ацидоліз), в результаті якого можна отримати або вихідні мономери, або напівпродукти для отримання інших полімерів.

Література.

1. Мандзюк І.А. Технології рециклінгу полімервмістких відходів // Хімічна промисловість України. - 2006. - №4. - С.17-21.

2. Баранцова А.В., Бусько Н.А. Рециклинг полимеров: наука – производству // Полимеры – деньги.- 2004. - №6(8). – С.11.

3. Штарке Л. Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс. – Л.: Химия, 1987. – 172 с.

4. Мантуло О.П., Новиков І.М. Вжита полімерна тара. Шляхи переробки // Хімічна промисловість України. - 2006. - №1. - С.51-52.

5. Милицкова Е.А. Ресурсосберегающие технологии. – 1998. - № 15. –

С. 17-24.

6. Хорошун Е.А., Кудюков К.Ю., Кудюков Ю.П. Переэтерификация полиэтилентерефталата пентаэритритом. Изучение процесса в среде этиленгликоля // Хімічна промисловість України. – 2006. - №4. – С. 41-43.

7. Мандзюк І.А. Хімічний рециклінг полімерних відходів//Хімічна промисловість України. – 2006. - № 6. – С. 27 – 32.