3. Эколого-экономическая эффективность применения полимерных отходов

Ежегодное накопление полимерных отходов в регионах Украины, равно как и в других странах мира достигает огромных объемов, о чем свидетельствуют соответствующие публикации. Процесс накопления не только не стабилизируется, но и продолжает увеличиваться. Соответственно, кроме создания высокой экологической напряженности практически в любом регионе страны, где складируются отходы, происходит изъятие из экономического кругооборота значительных объемов, (8-12 % к общей массе ТБО), ресурсно-ценного полимерного сырья.

Динамика роста мирового потребления и мощностей для производства полимеров с прогнозом до 2005 года весьма значительна по данным отчетов и прогнозов ведущих производителей полимерного сырья на шестнадцатом Всемирном конгрессе по полимерным пленкам в г. Цюрихе (табл. 2).

Таблица 2 – Динамика мирового потребления и мощностей для производства полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП), (тыс.т)

	1990 г.		2001 г.		2005 г.		Средне-годовой коэффициент прироста (%), 1990-2001гг.		Среднего-довой коэффициент прироста (%), 2001-2005гг.
	ПЭ	ПП	ПЭ	ПП	ПЭ	ПП	ПЭ	ПП	ПЭ	ПП
Произв. мощности	33865	13972	65304	38460	75205	42100	6,1	9,6	3,6	2,3
Потреб-ление	30440	12500	50915	28143	60449	35620	4,8	7,7	4,4	6,1

Само собой разумеется, что переработка полимерных отходов может существенно дополнить недостающие природные ресурсы в том или ином регионе, или в определенной мере заменить использование одних ресурсов на другие, которые либо отсутствуют, либо находится на грани исчерпания.

Научно-техническое обоснование проблем комплексной утилизации твердых бытовых отходов регионов Украины позволяет решить две задачи:

• Экологическую – уменьшится количество накопленных многотоннажных отходов потребления, значительно снизятся объемы отходов, подлежащих сжиганию на заводах термической обработки ТБО и захоронению на полигоне, и тем самым значительно снизится содержание токсичных выбросов в атмосферу;

• Экономическую – предварительный сбор и сортировка ТБО позволят вернуть в переработку значительное количество вторичного сырья, в том числе полимеров.

4. Структурно-химические особенности вторичных полимеров

Выбор технологических параметров переработки полимерных отходов и областей использования получаемых из них изделий обусловлен их физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые в значительной степени отличаются от тех же характеристик первичного поли-мера. К основным особенностям вторичных полимеров, на примере вторичного полиэтилена низкой плотности (ВПЭНП), которые определяют специфику его переработки, следует отнести: низкую насыпную плотность; особенности реологического поведения расплава, обусловленные высоким содержанием геля; повышенную химическую активность вследствие изменений структуры, происходящих при переработке первичного полимера и эксплуатации полученных из него изделий. Кроме того, вторичные полимеры характери-зуются резким снижением разрушающего напряжения и особенно относитель-ного удлинения, морозостойкости и теплостойкости при сравнительно низких напряжениях сдвига, а также текучести расплава вследствие образования гель-фракции. Показатели физико-механических свойств ВПЭНП, полученного из отходов сельскохозяйственной пленки с различным содержанием геля, приведены в табл. 3.1 (данные ХСКТБ «Машприборпластик»).

Таблица 3.1 – Показатели физико-механических свойств ВПЭНП

Номер партии	Содержа-ние нераство-римой фракции геля, %	Стой-кость к растрес-киванию, ч	Разруша-ющее напряжение при растяже-нии, МПА	Относите-льное удлинение при разрыве, %	Морозо-стойкость, оС	Показатель текучести расплава, г/10 мин
1	17	-	10,5	130	-20	0,34
2	25	250	10,0	170	-30	0,03
3	31	75	10,8	125	-40	0,23
4	33	-	12,0	100	-30	0,1
5	44	74	10,2	230	-60	0,36
ПЭНП марки 10803-020	0	500	16,0	600-800	-70	2,0

Аналитическим и практическими методами апробирования вторичной переработки установлено, что физико-механические свойства полиэтиленовой пленки, отслужившей один-два сезона для укрытия парников, после повторного регранулирования (рециклинга) почти полностью восстанавливаются.

Опытно-аналитическими методами показано, что предшествующее вто-ричной переработке ультрафиолетовое облучение усиливает чувствительность полимерной пленки к последующему фотоокислению гораздо сильнее, чем одна повторная переработка.

Старение (деструкция) вторичных полимеров развивается по тем же законам, что и деструкция первичных полимеров, но имеют свою специфику, приводящую к разрыву молекулярных цепей.

Данные об изменении физико-механических характеристик первичного и вторичного ПЭНП при атмосферном старении представлены в таблице 3.2 (данные ХСКТБ «Машприборпластик»).

Таблица 3.2 – Изменение физико-механических свойств полиэтилена в процессе атмосферного старения

Продолжительность старения, мес.	ПЭНП		ВПЭНП
	σр, МПа	ε, %	σр, МПа	ε, %
Исходный образец	13,0	600	10,5	190
0,5	13,2	660	10,0	185
1,0	13,0	630	10,5	75
1,5	-	-	10,3	65
2,0	12,6	550	11,5	40
3,0	10,0	220	11,5	20
4,0	9,1	210	10,6	20

Из данных, приведенных в таблице, видно, что характер изменения физико-механических характеристик для ПЭНП и ВПЭНП неодинаков: у первичного полимера наблюдается монотонное снижение и прочности и относительного удлинения, которые составляют 30 и 70 % соответственно после старения в течение 5 месяцев. Для ВПЭНП характер изменения этих показателей несколько отличается: разрушающее напряжение практически не изменяется, а относительное удлинение уменьшается на 90 %.

Для вторичного полиэтилена характерна также сравнительно низкая прочность расплава и малое относительное удлинение. Однако его текучесть можно регулировать, изменяя температуру и напряжение сдвига при переработке.

Ввиду того, что физико-механические показатели ВПЭ ниже, чем у первичного, уровень равновесных напряжений во вторичном полимере должен быть также ниже. Поэтому изготовленные из него изделия необходимо эксплуатировать при более низких нагрузках, чем такие же изделия из первичного полимера, и в течение более короткого времени. Это необходимо учитывать при разработке номенклатуры изделий, изготавливаемых из вторичных термопластов, а также при расчете их несущей способности.

В процессе вторичной переработки полимер подвергается дополнительным механохимическим и термоокислительным воздействиям, причем изменение его свойств зависит от кратности переработки.