THE CHEMICAL RECYCLING TECHNOLOGIES FOR WASTE POLYETHYLENE TEREPHTHALATE MATERIALS

ТЕХНОЛОГІЇ ХІМІЧНОГО РЕЦИКЛІНГУ ВІДХОДІВ ПЕТФ

Мандзюк І. А., Іванішена Т. В., Хмельницький національний університет, Хмельницький, Україна

Проблема поводження з відходами в Україні є однією з найактуальніших як з екологічної, так і з економічної точки зору. Сьогодні відходи розглядають не тільки як фактор забруднення довкілля, але і як суттєвий потенціал вторинної сировини. Світовий та частково вітчизняний досвід свідчать про високу ефективність нових джерел сировини та енергії за рахунок залучення до господарського обігу вторинних ресурсів.
Для України, де набули значного розвитку багатовідходні галузі промисловості, маємо загрозливий рівень техногенного впливу відходів на довкілля. Тому за ступенем технологічної готовності, очікуваним результатом, екологічним ефектом, рівнем витрат напрям розширеного використання відходів як додаткового джерела сировини та енергії заслуговує на першочергову увагу.
Для реалізації цього напрямку роботи необхідне створення належних економічних та фінансових умов. В обставинах економічної неспроможності швидкого переходу на маловідходні технології доцільним слід вважати напрям ресурсозбереження в Україні, складовими якого мають бути:
— розробка та впровадження нових технологій видобутку і комплексної переробки сировини;
— розширення масштабів утилізації відходів;
— створення сприятливих умов для виробників, споживачів, інвесторів.
Галузі промисловості, що пов'язані з виробництвом і використанням полімерних матеріалів, залишаються провідними у господарствах розвинутих країн. Виробництво полімерів у світі безперервно зростає. У 2000 р. воно досягло 150 млн т і, за прогнозами, у 2010 р. становитиме 180 млн т. Вся ця маса полімерних матеріалів з часом, відпрацювавши свій термін, стає відходами, які розкладаються занадто повільно — 30—80 років, перетворюючись у довгоживучі відходи.
Необхідність переробки (рециклінгу) полімерних відходів сьогодні не визиває сумніву, однак вибір оптимального і економічно доцільного способу залежить від багатьох факторів, які пов'язані з якістю і кількістю відходів і специфікою місцевих умов, економічного становища, клімату тощо. Для відходів пластмас не існує єдиного методу, який дозволив би вирішити проблему в цілому, тому вважають, що поєднання механічного рециклінгу з хімічним і енергетичним є найкращим.
Якщо враховувати ту обставину, що промисловість пластичних мас в Україні не можна віднести до категорії потужних, найбільш доцільним є напрямки розвитку механічного і хімічного рециклінгу. Слід зауважити, що одним з вагомих факторів, який стримує швидкий розвиток механічного і хімічного рециклінгу, є обов'язкове попереднє сортування відходів.
За статистичними даними, у світі у 1998 р. споживали понад 13 млн т поліетилентерефталату (ПЕТФ). Із них 9,5 млн т переробляла текстильна промисловість у волокна і тканини, 2 млн т використовували на відео-, аудіострічки і 1,5 млн т — на пакувальні матеріали. Кількість відходів при виробництві і переробці волокон сягає 15%, а при виготовленні з ПЕТФ плівки — 40%.
В Україні функціонує близько 70 підприємств різної форми власності, які реалізують або випускають свою продукцію у пляшках із ПЕТФ. Відходи цих пляшок за орієнтовними розрахунками, враховуючи постачання імпортної продукції, складають сьогодні понад 5—6 тис. т на рік. Відповідно зростає інтерес до рециклінгу відходів ПЕТФ. Існуючі способи переробки відходів ПЕТФ можна віднести до двох основних груп: механічні і хімічні. Найбільш поширеним із механічних методів є метод екструзії. Перевагою такого способу є та обставина, що він вирішує проблему лиття пляшок під напої. За допомогою цього методу одержують плівки, текстильні матеріали, конструкційні деталі автомобілів, електротехнічні вироби, іграшки, тару технічного призначення. Методи хімічного рециклінгу були запропоновані практично одночасно з появою ПЕТФ у 1950 р. Набули практичного застосування технології деполімеризації ПЕТФ шляхом метанолізу, гліколізу, гідролізу, ацидолізу, амінолізу. Аналізуючи дослідження процесів хімічного рециклінгу ПЕТФ, вважаємо, що із методів хімічного рециклінгу ПЕТФ заслуговує на увагу вивчення особливостей кінетики реакцій, що супроводжують гліколіз ПЕТФ під дією багатоатомних спиртів з функціональністю більше двох.
Мета наших досліджень — синтез олігомерів, розробка нових композиційних матеріалів на основі рециклатів, здобутих за технологією хімічного рециклінгу відходів ПЕТФ.
Технологія рециклінгу відходів ПЕТФ полягала в обробці очищених відходів гліцерином за температури 200—250 °С у присутності каталізаторів різної хімічної природи. Внаслідок здійснення реакції синтезу здобували олігоестери різного ступеня розгалуженості, молекулярної маси, з гідроксильним числом 120—260 мг КОН/г, кислотним числом 2—12 мг КОН/г. Синтезовані з відходів напівпродукти розглядали як вихідні речовини для подальшої розробки композиційних матеріалів.
Проведено дослідження (табл. 1) з використання олігоестерів в якості клеїв — розплавів для кошарування картону, виготовлення пакувальної тари, деталей спецодягу з формуванням клейових швів.

Порівняльні характеристики показників клеїв-розплавів

Нами розроблені склади поліуретанових фарб (табл. 2) для формування захисних покриттів металевих, бетонних, дерев'яних поверхонь, розмітки дорожнього покриття автошляхів на основі продуктів рециклінгу відходів.

Показники властивостей розробленої фарби на основі продуктів рециклінгу ПЕТФ

Показник	Розроблена композиція	Аналог Stollreflex
Міцність на згин, мм	2	11
Зносостійкість, %	0,58	1,70
Адгезія, %	1,00	0,98
Вологопоглинання, %	0,039	0,056
Блиск: вихідний через 9 місяців	75,0 74,0	14,5 14,0
Білизна: вихідна через 9 місяців	78,0 74,0	80,2 78,6

За властивостями розроблені клеї-розплави, фарби не поступаються зарубіжним аналогам при значно меншій вартості.
Результати досліджень з розробки клеїв-розплавів, поліуретанових фарб на основі технологій рециклінгу відходів ПЕТФ дозволяють частково вирішити екологічні, сировинні та соціальні питання.

Mandzyuk I. A., Ivanishena T. V., Khmelnitsk National University, Khmelnitsk, Ukraine

The paper considers the status, issues and prospects for introducing chemical recycling technologies for waste PET materials. It describes the proposed chemical recycling technology that involves the use of three-nuclear spirit. The recycled materials can be used for the production of hot-melt adhesives and polyurethane compositions, which help address, at least partially, various environmental, raw material supply and social issues.

Мандзюк Игорь Андреевич, канд. техн. наук, проф., зав. кафедрой химической технологии, Хмельницкий национальный университет, ул. Институтская, 11, корп. 2, Хмельницкий, 29018, Украина. Тел. (0382) 72-84-55. E-mail

Марка клею-розплаву	Міцність на зсув, кгс/см²	Т_розм, °С	Термостійкість, °С	Гідротермічне старіння, К	Водостійкість, %
№79	16,10 ± 0,77	67 ± 5	61-64	0,9	68
№88	23,3±0,56	69 ± 7	66-68	1,41	82
№89	22,6 ± 0,81	71 ±8	67-68	1,37	79
№90	19,60 ± 0,73	87 ± 6	73-76	1,02	72
Техномельт Q 3218	18,90±1,07	77-84	68-70	1,13	74
Техномельт Q 3636	21,50 ± 0,68	78-88	72-74	1,18	78
Техномельт Q 3118	19,00 ± 0,87	76-86	67-70	1,10	70