Утилизация отходов, содержащих ПВХ

На основе поливинилхлорида (ПВХ) получают несколько тысяч видов композиционных изделий и материалов, используемых в лёгкой, электротехнической, пищевой, автомобильной промышленности, при производстве стройматериалов и т.д.

В настоящее время применение ПВХ постепенно ограничивается, что связано с экологическими проблемами, возникающими при эксплуатации изделий, их утилизации или вторичной переработке. Наиболее сложной является утилизация смеси полимерных отходов, содержащих наряду с ПВХ полиолефины (ПЭ, ПП), полиамиды и др.

Существуют следующие пути использования вторичного полимерного сырья (ВПС):

- сжигание с целью получения энергии;

- повторное использование;

- термическое разложение;

- вторичная переработка.

Сжигание отходов не является рентабельным методом утилизации, поскольку предполагает предварительную сортировку мусора. При сжигании происходит безвозвратная потеря химического сырья и загрязнение окружающей среды вредными веществами.

Важное место в утилизации ВПС уделяется термическому разложению как способу преобразования ВПС в низкомолекулярные соединения. Среди них наиболее важным является пиролиз. Пиролиз – термическое разложение органических веществ без доступа воздуха с целью синтеза полезных продуктов. При низких температурах (до 600°С) образуются жидкие продукты, а свыше 600°С – газообразные, вплоть до технического углерода. Пиролиз ПВХ с добавлением отходов ПЭ, ПП и ПС при Т=350°С и давлении до 30 атм в присутствии катализатора Фриделя-Крафтса при обработке смеси водородом позволяет получать такие продукты, как толуол, бензол, пропан, метан, этан, хлористый водород и др. Несмотря на ряд недостатков, пиролиз дает возможность получения продуктов, которые используется для дальнейшей переработки. При пиролизе полимеров образуются газы, некоторая часть которых способна конденсироваться с образованием высококалорийного жидкого топлива, а также неконденсируемые газы, содержащие водород и метан, обладающие большой теплотворной способностью.

Еще одним методом трансформации ВПС является каталитический термолиз, который проходит при более низких температурах. Получаемые мономеры могут быть использованы как сырье при проведение полимеризации и поликонденсации.

Наиболее предпочтительным способом утилизации ВПС с экономической и экологической точек зрения является повторное использование. Повторное применение предполагает возвращение в производственный цикл уже использованной упаковки после ее сбора и обработки (мойки, сушки и т.п.) и после получения разрешения санитарных органов на ее повторное применение при контакте с пищевыми продуктами. Таким способом смешанные отходы из полимерных материалов могут перерабатываться в изделия различного назначения.

При переработке полимеры подвергаются воздействию высоких температур, окисления и сдвиговых напряжений, что приводит к изменению структуры материала, его технологических и эксплуатационных качеств. На изменение структуры материала огромное влияние оказывают термические и термоокислительные процессы.

Деструкция ПВХ начинается при Т=100°С, а при Т=160°С реакция протекает очень быстро. В результате термоокисления ПВХ происходят агрегативные и дезагрегативные процессы – сшивание и деструкция. Деструкция ПВХ сопровождается существенным ухудшением физико-механических, диэлектрических и др. эксплуатационных характеристик. В результате сшивания происходит превращение линейных макромолекул в разветвленные и далее в сшитые трехмерные структуры, из-за чего ухудшаются растворимость полимера и его способность к переработке. В пластифицированном ПВХ сшивание ухудшает совместимость пластификатора с полимером, увеличивает миграцию пластификатора и необратимо ухудшает эксплуатационные свойства. При экструзии изделий из смешанного сырья существует опасность появления брака по причине разной вязкости расплавов, поэтому предлагается экструдировать первичный и вторичный ПВХ на разных машинах, порошкообразный ПВХ практически всегда можно смешивать со вторичным полимером.