Российский рынок вторичного полиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - твёрдое вещество белого цвета без запаха, плотность 1,38-1,40 г/см3 (20 °С), t пл. 255-265 °С, t paзмягч. 245-248 °C. Температура стеклования 70-80 ° С.
Полиэтилентерефталат не растворяется в воде и органических растворителях; сравнительно устойчив к действию разбавленных растворов кислот (например, 70%-ной H 2SO 4, 5%-ной HCl, 30%-ной CH 3COOH), холодных растворов щелочей и отбеливающих агентов (например, гипохлорита натрия, перекиси водорода). При температурах выше 100 °C полиэтилентерефталат гидролизуется растворами щелочей, а при 200 °C - даже водой.
Полиэтилентерефталат характеризуется высокой прочностью и ударной вязкостью (90 кДж/м 2), устойчивостью к истиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе, низкой гигроскопичностью (влагосодержание 0,4-0,5 при 20 °C и 60% -ной относительной влажности); диапазон рабочих температур от -60 до 170 °C. Полиэтилентерефталат - хороший диэлектрик, сравнительно устойчив к действию световых, рентгеновских, гамма-лучей.
ПЭТФ перерабатывается экструзией, вакуум-формованием, литьём под давлением, вытяжкой из расплава и т.д. Для защиты от деструкции ПЭТФ перерабатывается в композиции с термостабилизаторами и другими компонентами. Материал подвержен гидролизу даже при атмосферной влаге при температуре выше точки плавления, поэтому перед пластикацией ПЭТФ необходимо сушить до уменьшения содержания влаги, по крайней мере, до 0,01 %.
Впервые полученный в 1940-е годы, ПЭТФ первоначально предназначался для производства волокон, но уже в 1960-е годы начал использоваться для производства пленки. Торговые названия полиэтилентерефталата - "полиэстер", "лавсан", "дакрон" и др. Первые литьевые материалы на основе ПЭТФ появились на мировом рынке в конце 60-х годов, и пионером в этом деле является фирма " Du - Pont ", США. В 1977 году компания Pepsi начала выпуск своих напитков в бутылках из ПЭТФ.
Комплекс ценных свойств полиэтилентерефталата обусловил его широкое применение во многих областях промышленности. ПЭТФ используется в производстве мебели, автомобилей и машин, в производстве тканей и волокнистых материалов, одежды и обуви. Пленка из полиэтилентерефталата служит основой для производства магнитных носителей (аудио, видео кассет, компьютерных дискет) и фотопленок. Значительное место полиэтилентерефталат занимает в производстве различной тары и упаковки.
Полиэтилентерефталат в природных условиях достаточно инертный материал. Изделия из ПЭТФ не содержат вредных компонентов, которые могли бы заражать подземные воды, их разложение происходит крайне медленно. Отходы полиэтилентерефталата имеют код ФККО 5710390001005 и относятся к V классу опасности для окружающей среды (практически неопасные).
Источники образования отходов ПЭТФ
Отходы полиэтилентерефталата образуются без исключения во всех процессах переработки сырья в изделия: при экструзии, литье, прессовании, вакуум-формовании, выдувании из заготовки. Отходы появляются во всех стадиях технологического процесса, начиная с переработки сырья в полуфабрикаты и кончая их переработкой в изделия, поэтому отходы полиэтилентерефталата имеют самые разнообразные формы и размеры, начиная с маленьких обрезков до больших компактных кусков или разной конфигурации литников и облоев.
После вакуум-формования листовых материалов, отходы в виде листов нестандартных размеров и их обрезков составляют 15-35%, в отдельных случаях они могут достигнуть 75% полной производительности экструдера. Удельные показатели образования отходов увеличиваются при уменьшении размера литьевых изделий.
При изготовлении преформ объем образующихся отходов составляет в зависимости от сырья и применяемых технологий 0,6-0,9%. Образование отходов при изготовлении емкостей из преформ составляет в среднем 0,3%.
Большую часть отходов из полиэтилентерефталата составляют изделия, выбывшие из употребления. К ним относят товары ширпотреба, упаковка, емкости для жидкостей, композиционные материалы и т.п.
В 2003 году в России объем использования полиэтилентерефталата в сырье составил около 400 тыс.т. Общее количество использованных бутылок из-под напитков, образующихся за год, составляет около 175 тыс.т. Около 28 тыс. т. емкостей и бутылок используется для розлива других пищевых продуктов (растительное масло, соусы и пр.).
Тканей и одежды из полиэстера за год (в перерасчете на вес) потребляется около 60 тыс.т. Пленок и листов из полиэтилентерефталата потребляется около 7 тыс.т. Значительное количество ПЭТФ потребляется в виде волокнистых наполнителей и нетканого полотна. По различным оценкам их объем составляет 50-70 тыс.т. в год. Не поддается оценке объем использования ПЭТФ для упаковки предметов быта, бытовой химии и парфюмерии. Косвенно этот объем может составлять от 30 до 70 тыс.т.
С учетом направлений использования различных изделий и сроков службы ежегодно в России образуется порядка 300-400 тыс.т. отходов полиэтилентерефталата.
Организация сбора и подготовка отходов к переработке
В решении вопроса организации сбора и подготовки промышленные отходы ПЭТФ занимают преимущественное положение, так как они являются отходами компактных источников, легко поддаются селективному сбору, не требуют сортировки, и их подготовка и переработка может быть осуществлена достаточно легко.
Производственные отходы в компактных источниках практически не содержат поверхностные загрязнения и являются однородными по составу продуктом. В тоже время, основная масса бытовых отходов требует очистки от загрязнений. Заготовка отходов полиэтилентерефталата в компактных источниках образования не представляет особых трудностей и осуществляется в объеме до 86% от их образования.
Сбором и заготовкой отходов полиэтилентерефталата занимаются в основном предприятия отрасли вторичных ресурсов, а также коммунального хозяйства. Основной объем вторичного ПЭТФ заготавливается в компактных источниках образования, т.е. на промышленных предприятиях, где образуются производственные отходы в процессе литья изделий (в основном преформ) и при изготовлении емкостей путем раздува.
Сбор выбывших из употребления изделий и упаковки производится через приемные пункты вторичного сырья, а также и путем раздельного сбора в местах образования.
Выделение отходов ПЭТФ из бытового мусора сложно и экономически неэффективно при существующих системах санитарной очистки городов и населенных пунктов.
Заготовка вторичного полиэтилентерефталата (в основном бутылок из-под напитков) через сети приемных пунктов экономически малоэффективна, о чем свидетельствуют расчеты, а также низкая заготовительная стоимость бутылки, не стимулирующая население к сдаче вторичного сырья.
Наиболее эффективен раздельный сбор выбывших из употребления изделий полиэтилентерефталата. Этот метод получил широкое распространение за рубежом и начинает развиваться в России. В некоторых городах есть удачный опыт раздельного сбора бытовых отходов, где сортировкой ПЭТФ-бутылок занимаются дворники по договору с заготовителями. Такой способ заготовки видимо наиболее перспективен в российских условиях, т.к. обеспечивает достаточную чистоту собранного материала (с бутылок снимаются крышки, кольца и этикетка).
Опыт организации раздельного сбора бытовых отходов в подмосковном городе Пущино (20 тыс. жителей) показал большое значение работы с населением. В течение ряда лет велась активная пропаганда раздельного сбора мусора среди населения, активная роль в этом отводилась школьникам. Ответственность за сбор вторичного сырья была возложена на дворников, но активность населения составила 80% (по объему собранного вторичного сырья). Также были отмечены сезонные изменения в составе бытового мусора. В программу вовлечен весь город включая предприятия торговли, рынки и учреждения. Вывоз собранного вторичного сырья производится по графику, два раза в неделю.
В Смоленске было предложено совместить приемный пункт вторичного сырья с сортировкой бытового мусора в одном блоке. Предложенная схема исключает применение спецтранспорта. В настоящий момент способ проходит апробацию в Москве.
На северо-востоке Москвы был организован раздельный сбор ПЭТФ бутылок при активном участии населения. Инициаторы программы лично работали с жителями, разъясняли смысл раздельного сбора бытового мусора. Ответственными за сбор ПЭТФ бутылок были дворники, которые получали сдельную оплату.
В России сортировку ПЭТФ-бутылок проводят в приемных пунктах и на мусоросортировочных заводах, а также на свалках, привлекая для этой работы труд бомжей. Как показывает опыт работы мусоросортировочных заводов, оператор из общего потока поступающего мусора может только отсортировать ПЭТФ-бутылки. Снимать крышки, кольца и этикетки оператор на сортировочном конвейере не в состоянии.
Основное внимание уделяется сортировке по цвету. Идентификация бутылок, как правило, не вызывает затруднений. Все бутылки из-под напитков изготовлены из ПЭТФ, а на бутылках из-под других жидкостей, изготовленных из ПЭТФ, стоит знак "трех стрелок" с цифрой "1".
Согласно ТУ 2298-014-01877509-00 "Сырье полимерное вторичное необработанное" сырье вторичное полиэтилентерефталатное относиться к 6 группе. Согласно этим техническим условиям полимерные отходы должны быть рассортированы на 4 цветовые группы: темные цвета (черный, коричневый, темно-коричневый); сине-зеленые цвета (синий, зеленый, голубой, серый, фиолетовый); белый (неокрашенный); другие цвета (красный, оранжевый, желтый, кремовый). Полимерное сырье не должно содержать посторонних примесей в виде макулатуры, тряпья, металла, дерева, резины, стекла. Данные ТУ также регламентируют требования безопасности и охраны окружающей природной среды, правила приемки, методы контроля, транспортирование и хранение вторичного полимерного сырья.
Подготовка ПЭТФ бутылок к переработкеСобранные бутылки обычно прессуются в кипы для удобства транспортировки, сокращая объемы до 10 раз, и далее отправляются для вторичной переработки. Пакетирование чистых бутылок (без крышек) не вызывает особых вопросов, однако наиболее подходят для этой операции автоматические пакетировочные пресса. У распространенных вертикальных прессов недостаточно большой ход плиты (разрабатывались они для макулатуры), поэтому на формирование пакета из ПЭТФ-бутылок затрачивается больше времени, чем это происходит с макулатурой. Среди характерных свойств ПЭТФ - "память", или тенденция материала возвращать первоначальную форму после снятия давления. Для ограничения возврата бутылок к первоначальной форме в прессах используют "ограничительные собачки", которые препятствуют сжатой пластмассе двигаться вдоль стен камеры пресса.
Бутылки с крышками создают дополнительные проблемы, т.к. плохо сжимаются. Крышки приходиться снимать или протыкать бутылки острым прутом, что снижает производительность и требует дополнительные рабочие места.
В этой связи интересное решение предложено немецкой фирмой HSM Pressen GmbH . Для обеспечения сминаемости бутылок предлагается оснащать автоматические пакетировочные пресса специальными перфораторами. Такие перфораторы автоматически прокалывают поступающие ПЭТФ бутылки перед их пакетированием.
Как материал ПЭТФ предъявляет ряд специфических требований к пакетировочным прессам. В частности, давление рабочей плиты пресса должно быть более 1,5 кг/см 2.
Основные направления переработки вторичного полиэтилентерефталата
На сегодняшний день стоимость затрат на утилизацию отходов ПЭТФ остается достаточно высокой. Основные затраты приходятся на сбор и заготовку отходов потребления.
Расширение масштабов переработки пластмассового вторичного сырья сдерживается рядом факторов. Основные процессы переработки требуют отделения пластмасс от других отходов, а также сортировки их по видам и очисткой. Это ведет к росту издержек производства, которые могут достигать 40-50% общих затрат на получение вторичной продукции. Легче перерабатываются промышленные отходы пластмасс. Сложнее перерабатывать пластмассы, которые попадают в мусор. Из них сравнительно легко удается выделить полиэтиленовую пленку, пластмассовые бутылки, ящики для бутылок.
Успешнее всего в мире перерабатывают отходы ПЭТФ, главным образом, бутылки из-под шипучих напитков, соков, масла и других. Сосуды-емкости закрывают крышками из полиэтилена, которые из измельченной смеси отделяются методом флотации. Это наиболее дорогая стадия во вторичной переработке и забирает на себя до 30% стоимости процесса.
Наиболее прогрессивной является переработка полимерных отходов во вторичное полимерное сырье. Особенно это касается отходов ПЭТФ, цена на 1т. которого достигает 1200 долларов США. Поиск рационального решения этого вопроса ведется в направлениях, рассмотренных ниже.
СжиганиеОчень распространенным способом утилизации отходов потребления пластмасс является сжигание. Теплотворная способность 2 т. пластиковых отходов упаковки эквивалентна теплотворной способности 1 т. нефти (теплотворная способность ПЭТФ - 22700 кДж/кг). В некоторых странах работают небольшие ТЭЦ по сжиганию бытовых отходов, в состав которых входит до 50% отходов полимерной упаковки. Как источник тепловой энергии отходы упаковочных материалов используют многие страны. По различным оценкам на сегодня сжигается до 40% полимерных отходов. Мусор сжигают в специальных печах различной конструкции, оборудованных фильтрами, очищающими вредные газы. Эти фильтры сложны в производстве и использовании и не всегда обеспечивают необходимую степень очистки.
Пластмассы содержат различные стабилизирующие добавки, пигменты и другие, в состав которых входят соли тяжелых металлов. При температуре свыше 700°С они переходят в газообразное состояние и их последующее улавливание чрезвычайно затруднено. Использование для этих целей воды приводит к загрязнению и необходимости организации ее сложной очистки. Для сжигания требуются затраты средств, которые в настоящее время не могут быть компенсированы использованием выделяющейся тепловой энергии. Кроме того, на процесс сжигания необходимо использовать значительное количество кислорода.
Наиболее перспективным считается использование пластмассовых отходов (кроме ПВХ) в доменном производстве. При этом отходы пластмасс проявляют восстановительные свойства и при этом не образуются диоксины. Смешанные отходы пластмасс используются при выплавке стали путем вдувания отходов в доменные печи. Такой способ использования пластмассовых отходов получил широкое распространение в Германии (заводы в Бремене и Айзенхюттенштадте).
Пиролиз отходов полиэтилентерефталатаПиролиз - термическое разложение органических веществ в отсутствии кислорода с целью получения полезных продуктов. При низких температурах (до 600°С) образуются в основном жидкие продукты, а выше 600°С - газообразные. В твердом остатке образуется в основном технический углерод и соединения металлов.
Пиролиз позволяет переработать смешанные и загрязненные отходы.
Несмотря на ряд недостатков, пиролиз, в отличие от процессов сжигания, дает возможность получения промышленных продуктов, используемых для дальнейшей переработки.
По данным ученых Великобритании пиролиз ПЭТФ при 550°С дает следующие продукты в %: