Пластикові пляшки - проблеми екології при переробці упаковки
Виділення шкідливих речовин під час утилізації відходів.
При спалюванні сміття, що містить відходи пластмас, виділяється кадмій, свинець, цинк, діоксини. У термометрах та люмінесцентних лампах на звалищах міститься ртуть; одна пальчикова батарейка здатна забруднити близько 20 кв. ділянки ґрунту і тому необхідні заходи щодо збирання, утилізації та переробки використаних батарейок, акумуляторів та інших небезпечних відходів.
Сміттєспалювальний завод - переробка твердих побутових відходів методом термічного розкладання в спеціальних печах з утворенням попелу, шлаків та газів. Використання такого способу утилізації дозволяє знизити обсяг (у кубометрах) побутових відходів для поховання на один порядок (у 10 разів менше).
На сміттєспалювальних заводах (МСЗ) використовують установки у вигляді гратчастих обертових барабанних печей і печей киплячого шару, забезпечених надійними системами фільтрів та газоуловлювачами. Вони дуже дорогі та громіздкі. Але навіть при високоефективному очищенні із застосуванням сучасного обладнання МСЗ виділяють у навколишнє середовище високотоксичні фурани та діоксини — хімічні сполуки, що включають поліхлоровані дибензо-n-діоксини (ПХДД) та дибензофурани (ПХДФ), які зберігаються у навколишньому середовищі протягом десятків років та безперешкодно переносяться. по харчових ланцюгах (водорості, планктон - риба - людина; ґрунт - рослини - травоїдні тварини - людина). Ці сполуки утворюються при спалюванні матеріалів на основі полівінілхлориду (пластикових пляшок, ляльок на кшталт Барбі, лінолеуму та ін.) та інших.хлорвмісних полімерів. Діоксини на сьогоднішній день - одна з найстрашніших отрут з точки зору впливу на організм людини та її імунну систему. Вони цілком слушно отримали назву «хімічний СНІД». Крім того, димові гази МСЗ містять широкий спектр інших шкідливих сполук, концентрація та токсичність яких у десятки разів вища, ніж у газах від спалювання кам'яного вугілля.
Та ми й самі на дачній ділянці або поряд з ним влаштовуємо багаття, щоб спалити всяке непотрібне мотлох (старі автомобільні покришки, пластикові пляшки, поліетиленові пакети), не замислюючись про те, який отруйний дим поширюється по окрузі. А іноді у місті хтось підпалює контейнери зі сміттям, що стоять у дворах, просто під вікнами будинків.
Упаковка, що розкладається.
Пляшки з водоростей здатні розкладатися у природних умовах довкілля. Автор винаходу Арі Йонссон.
Сьогодні із спеціальних полімерних матеріалів виготовляють фото-, біо- та водорозкладні упаковки. Їхня загальна назва — саморозкладні. На звалищах такі упаковки під впливом факторів навколишнього середовища: сонячного світла, вологи, температури, мікроорганізмів ґрунту протягом кількох тижнів або місяців деструктують до низькомолекулярних сполук, що не завдають шкоди ні природі, ні здоров'ю людини. У вигляді дрібних фрагментів можуть бути перероблені бактеріями.
Серед таропакувальних полімерних матеріалів найбільш поширені поліолефіни (ПЗ), до яких відносяться поліетилен високого тиску або низької щільності (ПЕВД або ПЕНП), поліетилен низького тиску або високої щільності (ПЕНД або ПЕВП), лінійний поліетилен низької щільності (ЛПЕНП), поліпропілен (ПП) та його різні модифікації (біаксіально-орієнтована плівка БОПП та ін.). Поряд зполіолефінами дуже часто застосовуються полістирольні (ПС) та полівінілхлоридні (ПВХ) пластики. В останні десятиліття до цих традиційних полімерних пакувальних матеріалів додалися інші, які мають вищі фізико-механічні, міцнісні, бар'єрні властивості, а також стійкість до агресивних середовищ і підвищену жиростійкість, що дуже важливо при упаковці м'ясних і молочних продуктів. До таких матеріалів можна віднести насамперед поліаміди аліфатичної та ароматичної структури (ПА), полікарбонат (ПК), поліетилентерефталат (ПЕТФ або ПЕТ).
Властивості полімерів.
Чудові властивості високомолекулярних сполук пояснюються тим, що молекула полімеру складається із низькомолекулярних фрагментів-мономерів, з'єднаних хімічними зв'язками. Число мономерних ланок у полімері, зване ступенем полімеризації, може набувати дуже великих значень — десятки і сотні тисяч, навіть до мільйона. Така молекула полімеру, звана макромолекулою, характеризується ланцюговою будовою, високою молекулярною масою та гнучкістю макромолекулярного ланцюга. Це визначає унікальність властивостей полімерних пакувальних матеріалів. Однак згодом у полімерній тарі та упаковці при експлуатації та зберіганні під впливом тепла, сонячного світла, різних випромінювань, кисню, озону, механічних впливів може відбуватися руйнація макромолекул із розривом молекулярних ланцюгів.
Такий процес, званий деструкцією (розпадом) полімеру, призводить до утворення продуктів зі значно зниженою молекулярною масою або утворення низькомолекулярних речовин. В результаті полімер старіє, змінюються його структура та властивості, що виражається у скороченні терміну служби виробів. З таким явищем борються, додаючи інгібітори старіння у процесах синтезу тапереробки полімерів.
Деструкція полімерів.
З іншого боку, саме здатність макромолекул піддаватися деструкції під впливом різних факторів і послужила науковою основою для створення упаковок, що саморозкладаються. (Про винахід пластиків, здатних розчинятися у воді або розпадатися під дією сонячної радіації, журнал «Наука і життя» повідомляв у короткій замітці «Як позбутися пластмас» — див. № 5, 1971, стор. 74. — Прим. ред. .)
Виявилося, що міцні ковалентні зв'язки полімерної макромолекули можна зруйнувати впливом енергії, що перевищує величину цих зв'язків. Наприклад, за допомогою сонячного світла. Молекула, що поглинула квант світла, стає енергетично «збудженою». Якщо енергія порушення перевищує величину енергії, необхідної для розриву ковалентного зв'язку, молекула розпадається. В результаті безлічі таких «енергетичних атак» утворюються низькомолекулярні фрагменти, які врешті-решт перетворюються на речовини, що легко «поїдаються» мікроорганізмами ґрунту.
Однак слід зазначити, що при простоті, що здається, цей спосіб знищення використаної упаковки є дорогим і трудомістким. Справа в тому, що більшість полімерів містять у своїй структурі міцні ковалентні зв'язки С-С, С-Н, С-О, С-N, С-Сl, що не поглинають світла з довжиною хвилі понад 190 нм. А ультрафіолетові промені, що досягають поверхні Землі, мають довжину хвилі від 280 до 400 нм. Здатність промислових полімерних матеріалів поглинати світлові хвилі з довжиною хвилі більше 290 нм пояснюється наявністю в них домішок або хромофорних груп, що спеціально вводяться, наприклад карбонільних.
У полімерних пакувальних матеріалах, що розкладаються, макромолекулярні ланцюги розпадаються на більш короткі ланки і сегменти під впливомсонячних променів; у біорозкладаних - за участю ферментів, що містяться в грибах та бактеріях ґрунту; у водорозкладних - завдяки волозі. Як правило, добавки для отримання полімерних матеріалів, що розкладаються, синтезувати дуже складно, дорого, і процес цей дуже трудомісткий для промислового виробництва. Ось чому роботи, які проводяться в цьому напрямку в усьому світі ще з 70-х років минулого століття, отримали своє промислове завершення порівняно недавно. Нині низка зарубіжних фірм (американських, японських та європейських) випускають такі упаковки у промисловому масштабі.
Історія появи пластиков, що саморозкладаються.
Одним з перших природних полімерів, на основі і за участю якого стали виробляти пакувальні матеріали, що біорозкладаються, був крохмаль. Завдяки своїй полісахаридній природі він легко піддається біорозкладанню, до того ж недорогий.
Перші пластики з використанням крохмалю (в межах 10-40%), а також речовин, що підвищують адгезію між полімером та крохмалем, отримані в Англії ще у 1970-ті роки. Плівка, що випускається з біодеструктованого ПЕВС, під назвою Bioplastic широко використовувалася у виробництві пакетів для пакування бакалійно-гастрономічної продукції. Така плівка, на відміну від звичайного ПЕВС, менш прозора через наповнення крохмалем. Матеріал зберігає свої властивості під впливом прямих сонячних променів, води, але досить швидко руйнується під впливом ґрунтових бактерій. Швидкість руйнування залежить від кількості та типу крохмалю, його попередньої обробки, наявності інших добавок. Використання крохмалю знижує вартість упаковки та відповідає вимогам екології: якість ґрунту після розкладання такої плівки тільки покращується.
У 1990-х роках біорозкладні пластики, що перебувають вже на 40-70%з крохмалю стали випускати в усьому світі (понад 20 000 т на рік у США, 5000 т на рік у Японії), у тому числі і у вигляді спінених матеріалів. Найбільш відомі пакувальні полімерні матеріали на основі ПЕВС та різних крохмалів - полімерні плівки під торговими найменуваннями Polyclean, Ecostar та Ampacet (виробництва США та Канади). У них, крім крохмалю, вводять антиоксиданти для гальмування процесу біорозкладання при виготовленні упаковки і протягом її експлуатації.
В Україні на основі крохмалю наприкінці минулого століття був створений полімерний пакувальний матеріал Біодем. Він призначений для харчової продукції з невеликим терміном зберігання, а також для одноразового посуду. Переробляється традиційними для пластмас методами: лиття під тиском, екструзією, термоформуванням. За механічними характеристиками близький до ПЕВД, а, по хімічної стійкості, навіть перевершує його. Вироби цього матеріалу добре вбирають воду і повне розкладання на вуглекислий газ і воду відбувається приблизно через 18 місяців.
Водо і біологічно розкладаються пластики.
Сьогодні крохмаль витісняють інші біорозкладні добавки. У США на основі полікапролактону з додаванням необхідного каталізатора біодеструкції випускають полімерний пакувальний матеріал, що биодеструктируется, TONE. Він швидко розкладається на відкритому повітрі під дією біологічних факторів, добре поєднується з такими поширеними полімерами, як поліетилен різного тиску, ЛПЕНП, ПП, ПС, ПВХ, ПЕТ, ПК та ін. мішків для збирання міського сміття. Такі мішки руйнуються відразу після викидання їх на звалище завдяки швидкому впливу мікроорганізмів на молекули капролактону.
Останнє досягнення в областібіорозкладних полімерів - термопласт Biopol на основі сополімеру полігідро-ксибутирату (ПГБ) та полігідроксивалерату (ПГВ), одержуваного шляхом ферментації сахарози. Він добре переробляється екструзією з роздуванням у плівку та пляшкову тару. Саморозкладається досить швидко (від 6 до 36 тижнів) як в аеробних, так і в анаеробних умовах.
Упаковки, що водорозкладаються, роблять з водорозчинних полімерів на основі полівінілового спирту (ПВС), а також сополімерів на основі ПВС і вінілацетату (Vinex). Великою популярністю у Європі користуються полімери під назвою Бланозе. В їх основі є високоочищена натрієва карбоксиметилцелюлоза (КМЦ). Плівки Бланозе застосовують у косметичній промисловості, для пакування ліків, хлібобулочних виробів, напоїв, соусів, заморожених молочних продуктів та інших.
На основі поліамідних сполук випускають матеріали Novon. З Novon 2020 отримують спінений матеріал, що амортизує, у вигляді частинок розміром 3-10 мм для крихких виробів. Після розтину таку упаковку можна викинути у воду або каналізацію, де вона швидко розчиниться та зникне. Цей матеріал можна також використовувати для виготовлення одноразового посуду, коробок для яєць, обгорткових плівок для одягу та текстильних виробів, дитячих підгузків, гігієнічних тампонів та косметичного приладдя.
Необхідність вторинної переробки пластиков.
Найбільш ефективний спосіб звільнення від використаних упаковок - вторинна переробка. Це вигідно і з економічного, і з екологічного погляду. У США, Японії, Канаді процес переробки вторинної сировини в першосортну продукцію почав реалізовуватися із середини 80-х років минулого століття. Там прийнято національні програми з відповідним державним фінансуванням, які мають на меті припинитизабруднення довкілля відходами упаковки.
У країнах ЄС, які ухвалили у 1994 році Декларацію про відходи упаковки, Європарламентом та Європейською Радою міністрів (Директива 94/62 ЄС) запроваджено єдиний закон про стратегію використання відходів упаковки, спрямований на попередження збільшення твердих побутових відходів, їх вторинну переробку. що не підлягають переробці.
Сміття на березі річки Москва.
Сьогодні для впровадження утилізації, або рециклінгу, необхідно ухвалити федеральну програму поводження з ТПВ, що фінансується хоча б частково урядом РФ. Потрібно провести наукові та економічні дослідження якості вторинної сировини та визначити напрямки її переробки у вироби; створити необхідну інфраструктуру та підготувати грамотних фахівців; організувати збір вторинної сировини та її підготовку до переробки; прийняти державні та муніципальні законодавчі акти, що визначають правові норми переробки; забезпечити фінансування проведених робіт бюджетними, муніципальними та спонсорськими грошима.
Щоб зменшити обсяг сміття і підвищити його частку, що йде на вторинну переробку, потрібні скоординовані зусилля населення, ділових кіл та уряду.