Влияние полимеров на экологию окружающей среды

 

Введение

В настоящее время производство синтетических пластмасс в мире достигло 150 млн т в год и продолжает расти. Полимерные продукты играют большую роль в промышленности и жизни человека. После использования полимерные промышленные и бытовые отходы попадают в мусорные отвалы, как быть и что делать с пластмассовым мусором становится глобальной экологической проблемой, от решения которой в значительной степени зависит экологическая ситуация в мире.

Промышленность пластмасс развивается сегодня исключительно высокими темпами. Начиная с 60-х годов, производство полимеров, основную долю которых составляют пластмассы, удваивается через каждые 5 лет, и эти темпы роста сохраняются.

Таким образом, отходы пластмасс превратились в серьезный источник загрязнения окружающей среды и большинство стран резко интенсифицировали работы по созданию эффективных процессов утилизации или обезвреживания этих отходов. Это во многом связано и с тем, что пластмассовые отходы являются все возрастающим по масштабам вторичным сырьем, которое может служить как для получения изделий и композиций, так и в качестве источника топливных ресурсов. В условиях, когда сырьевые нефтехимические проблемы и проблемы энергетики очень остро стоят во многих странах мира, определенный вклад в решение этих вопросов может внести применение рациональных способов утилизации и обработки пластмассовых отходов.

По источникам образования отходы делятся на две большие группы: отходы производства и отходы потребления. Первая группа состоит из отходов, образующихся на стадии синтеза полимеров и при их переработке. Вторая группа включает в себя отходы технического назначения, источником образования которых являются различные области промышленности, применяющие пластмассы, и бытовые отходы, состоящие и основном из вышедших из употребления изделии (главным образом тара и упаковка).

Основную долю отходов, естественно, составляют термопласты, что соответствует их высокому удельному весу в общем выпуске пластмасс.

Задачи, стоящие в связи с утилизацией и обезвреживанием отходов пластмасс, существенно различаются. При разработке способов использования производственных отходов главные трудности связаны с их более низким качеством по сравнению с первичными пластмассами, наличием инородных включений, загрязнений и, в меньшей степени, с необходимостью разделения отходов на индивидуальные по видам пластмассы. При утилизации отходов второй группы большие сложности возникают при организации сбора, транспортировки и выделения пластмасс из общей массы производственно-бытовых отходов. Поскольку содержание в них пластмассовых отходов сравнительно невелико (2-12 %), трудоемкость выделения последних не всегда окупается. Это в свою очередь наталкивает на новые пути утилизации, связанные с совместной переработкой пластмассовых отходов с бытовым мусором. В случае же, если их удается отделить, дальнейшая обработка ничем не отличается от обработки производственных отходов пластмасс.

В настоящей работе основное внимание будет уделено вопросам утилизации или обезвреживания производственных отходов, образующихся на предприятиях по переработке пластмасс.

Неуклонный рост выпуска пластмасс вовсе не означает, что количество производственных отходов при этом пропорционально увеличивается. Современные тенденции создания малоотходной и безотходной технологии приводят к тому, что рост производства пластмасс неизбежно сопровождается совершенствованием технологических процессов, внедрением нового оборудования для синтеза и переработки.

В настоящее время наряду с совершенствованием технологии синтеза и переработки пластмасс все большее внимание уделяется разработке процессов и методов утилизации или обезвреживания пластмассовых отходов. При этом можно выделить следующие основные направления :

-повторная переработка отходов или использование их в различных композициях;

-термическое разложение с получением целевых продуктов;

-термическое обезвреживание с регенерацией выделяемой теплоты.[6]

За один только год в России образуется почти 750 тыс. т. полимерных отходов. Около 10 % перерабатывается. Переработке подвергаются, главным образом, отходы производства, и лишь некоторые отходы потребления. В чем причины, и каковы пути разрешения этой проблемы?

Утилизация полимерных отходов оказалось не менее сложным и дорогостоящим делом, чем производство изделий из полимеров. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от литья пластмасс загрязняют окружающую среду из-за устаревшего очистного оборудования или по причине его неисправности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сведения о полимерах

 Среди изобилия самых разнообразных по строению и свойствам органических соединений есть особый класс - полимеры (от греческого «поли» - «много» и «мерос» - «часть»). Для этих веществ, прежде всего, характерна огромная молекулярная масса - от десятков тысяч до миллионов атомных единиц массы, поэтому часто их ещё называют высокомолекулярными соединениями.

К молекулярным гигантам относятся, например, важнейшие природные полимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), синтетические материалы (полиэтилен, поливинилхлорид, каучук и т.д.). Поэтому высокомолекулярные соединения играют важную роль как в биологических процессах, так в практической деятельности человека.

Органические полимеры построены из элементарных звеньев - многократно повторяющихся и связанных между собой остатков молекул низкомолекулярных веществ (мономеров). Длину макромолекул выражают средним числом звеньев мономера, которое называют степенью полимеризации. Полимеры могут иметь линейное, разветвлённое и сетчатое строение. [2]

По своему происхождению все полимеры делятся на природные - биополимеры (например, крахмал и целлюлоза) и синтетические (полиэтилен, полистирол и др.). Природные полимеры синтезируются клетками растительных и животных организмов, а синтетические человек научился получать из проектов переработки природного газа, каменного угля.

Полимеры могут быть кристаллическими или аморфными. Для кристаллизации высокомолекулярных веществ необходимо упорядоченное строение достаточно длинных участков молекулярной цепи.

Высокомолекулярные соединения не имеют четкой температуры плавления. При нагревании многие полимеры не плавятся, а лишь размягчаются, что позволяет формовать из них изделия методами пластической деформации - прессованием, выдавливанием, литьём. Такие полимеры называют пластическими массами (пластмассами, пластиками). У пластмасс низкая плотность, они легче самых лёгких металлов (магния, алюминия) и потому считаются ценными конструкционными материалами. По прочности некоторые пластики превосходят чугун и алюминий, а по химической стойкости - почти все металлы. Они могут быть устойчивы к действию воды и кислорода, кислот и щелочей.

Обычно пластмассы - диэлектрики (не проводят электрический ток), и отдельные их сорта известны как лучшие изоляционные материалы из всех используемых в современной технике. [2]

Благодаря уникальным физико-химическим, конструкционным и технологическим свойствам полимерные материалы (ПМ) на основе различных пластмасс и эластомеров находят широкое применение в различных областях народного хозяйства и медицине. Полимерные материалы, как правило, являются многокомпонентными системами, так как для их создания используют кроме полимера различные компоненты (ингредиенты). Получение полимерных материалов, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям применительно любой отрасли - является задачей технологии производства ПМ. Многокомпонентность ПМ часто приводит к тому, что производство ПМ, а также их практическое использование в ряде случаев осложняется нежелательным процессом выделения из материала вредных низкомолекулярных веществ. В зависимости от условий эксплуатации их количество может составлять до нескольких массовых процентов. В контактирующих с ПМ средах можно обнаружить десятки соединений различной химической природы. Создание и применение ПМ непосредственно или опосредованно связано с воздействием на организм человека, на окружающую производственную среду и среду обитания человека, а также на окружающую среду в целом. Последнее особенно важно после использования ПМ и изделий из них, когда отработанные материалы подвергаются захоронению в почве, а вредные вещества, высвобождающиеся при разложении полимерного материала, загрязняют почву, сточные воды, ухудшая тем самым состояние окружающей среды. В этой связи необходимо обеспечить контроль экологической безопасности процесса создания полимеров и полимерных материалов, их эксплуатации и уничтожения отходов ПМ после их использования человеком.[3]

Пластмассы или полимеры и изделия из них нашли широкое применение во всех областях человеческой деятельности. Производство и использование пластмасс-одно из проявлений научно-технического прогресса, так как оно способствует снижению издержек на производство многих изделий, эксплуатационных расходов, повышению качества и улучшению их внешнего вида. Незначительная масса изделий из пластмасс позволяет снизить транспортные расходы и затраты труда при монтаже крупногабаритных конструкций. Физико-химические и механические свойства, а также экономические преимущества пластмасс обусловливают их важную роль в химизации хозяйства. Полимерные материалы заменяют различные традиционные материалы (металлы, стекло, бумагу, картон, кожу).

Пластмассы (пластические массы) или пластики - органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название "пластмассы" означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние

Чтобы лучше представить себе некоторые механические свойства пластмасс, сравним эти свойства с аналогичными свойствами некоторых металлов. Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г/см3; имеются особые типы пластмасс (пенопласты) с плотностью от 0,02 до 0,1 г/см3. В среднем пластмассы примерно в " раза легче алюминия и в от 5 до 8 раз легче стали, меди и других металлов, а некоторые сорта пенопластов более чем в 10 раз легче пробки. Прочность некоторых видов пластмасс даже превосходит прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др. По химической стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы не только к действию влаги воздуха, но и таких сильнодействующих химических веществ, как кислоты и щелочи. Обычно пластмассы являются диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют собой лучшие диэлектрики из всех известных в современной технике.В настоящее время известен целый ряд пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур.

Обычно пластмассы имеют твердую, блестящую поверхность, не нуждающуюся в полировке, лакировке или поверхностной окраске. Внешний вид их не изменяется от обычных атмосферных воздействий.

По методам переработки пластмассы имеют значительное преимущество перед многими другими материалами. Благодаря изготовлению изделий из пластмасс методами прессования, литья под давлением, формования, экструзии и другими методами устраняются отходы производства (стружки), появляется возможность широкой автоматизации производства.

Наконец, большим преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.)[11]

Технология производства пластмасс

Пластмассы являются самым распространённым материалом из искусственно полученных, то есть не существующих в природе в естественном виде. Поэтому их появлению, мы обязаны технологическим процессам применяемым для их производства.

Технология производства пластмасс построена на процессах синтеза:

)поликонденсации;

)полимеризации;

)полиприсоединения;

В результате этого возникают высокомолекулярные связи,с огромным количеством исходных молекул.

Для производства пластмасс необходимы следующие вещества:

)полимер;

)пластификатор;

)наполнитель;

)минеральные красители и отвердитель;

Существует два вида полимеров - термопластичные и термореактивные.

Наполнителями служат как минеральные ,так и органические вещества. Это могут быть тальк, сульфат бария (барит), мел и т.д. А также органические порошки и волокна. Присутствие наполнителей в пластмассах обусловлено удешевлением затрат на производство данного материала и для улучшения эксплуатационных свойств. Речь идёт о повышении прочности, устойчивости к агрессивным средам, теплостойкости и долговечности.

К пластификаторам в технологии производства пластмасс предъявляются особые требования. Для выполнения своей роли, они должны быть не токсичны, малолетучи и химически инертны.

Для ускорения отверждения пластмасс применяют катализаторы. Это целая группа веществ. В частности, для отверждения полимера фенолформальдегидной группы применяют уротропин или известь.

Пластмассы некоторых видов под воздействием света, тепла и оксидантного воздействия атмосферы теряют свои свойства. Для предотвращения этого в состав вводятся антистарители. Как правило это соединения кадмия, свинца и бария.

В основном всё производство сводится к нескольким операциям. Это подготовка (сушка, дробление, ротация), дозирование и составление композиции полимеров, которые затем перерабатываются в изделия, с последующим сохранением их свойств (объёмных, размерных, физико-технических).

Таким образом эта технология производства, достаточно выгодна с точки зрения применения этого материала в различных отраслях промышленности. Важным преимуществом является объединение процессов формообразования с получением готового изделия. Весь процесс не связан со значительным уровнем мех.обработки, высокотехнологичен и автоматизирован.[12]

Для изготовления определенного изделия из пластмассы могут быть использованы различные и сильно отличающихся друг от друга технологии. Исходя из этого, нужно делать выбор наиболее оптимального способа изготовления требуемых изделий из пластика. Рассмотрим более подробно наиболее распространенные технологии производства пластмассовых изделий.