Трудно представить сферу человеческой деятельности, где бы не использовались полимерные материалы и композиты на их основе. При этом около половины из них обращаются в мусор, который в естественных условиях разлагается чрезвычайно медленно и практически не поддается воздействию микроорганизмов, представляя тем самым серьезную угрозу для окружающей среды.
Если учесть, что объем доступной нефти и природного газа ограничивает количество выпускаемых полимеров, а создание эффективных технологий их переработки значительно увеличит ресурсообеспечение, то становится очевидным стратегическое значение рациональной утилизации бионеразлагаемых твердых отходов.
Рециклинг — возврат полимерных материалов (ПМ) в производство. Капитальные и эксплуатационные затраты при этом не превышают, а в ряде случаев существенно ниже, чем при уничтожении ПМ. Вместе с тем, если производственные отбросы перерабатываются практически в полном объеме, то для твердых коммунальных отходов решение данной проблемы находится фактически в начальной стадии развития. Рециклинг включает такие операции, как накопление утильсырья, его сортировку с идентификацией высокомолекулярных соеденений, измельчение, мойку, сушку и уплотнение посредством агломерации или грануляции. Раздельный сбор мусора упрощает переработку, но это непросто организовать — требуются определенное оборудование, работа с населением.
В соответствии с экспертными оценками в рамках Государственной программы сбора и переработки вторичного сырья в Республике Беларусь на 2009—2015 гг.
объем полимерных отходов продолжает расти и составляет около 300 тыс. т
в год, но, как показывает практика, рециклингу подвергается не более 10% от их общей массы. Большая часть пленочного полиэтилена и полипропилена аккумулируется в коммунальном секторе, и поэтому чаще всего его переработка экономически нецелесообразна.
Госпрограмма определила первоочередные мероприятия по обращению с накапливающимися твердыми отходами городского хозяйства и использованию их в качестве вторичных ресурсов.
В рамках их реализации на базе Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси создан отдел материаловедения и технологий рециклинга. С октября 2006 г. здесь идет разработка научных основ переработки отходов, а также поиск новых областей их потребления — создаются многокомпонентные ПМ с применением вторичных полимеров, полифункциональные добавки, обеспечивающие необходимые эксплуатационные свойства получаемых материалов и т.д.
«Большая часть сегодняшних достижений в области материаловедения основана на научно-техническом заделе 90-е гг. Но сейчас интенсивно обновляется экспериментальная база отдела, что позволяет формировать фундамент для перспективных разработок. Лаборатории оснащены новыми современными приборами и оборудованием, работают высококвалифицированные специалисты», — говорит заведующий отделом доктор технических наук Виктор Шаповалов.
Один из наиболее приоритетных векторов развития рециклинговых техноло-
гий — многокомпонентные полимерные системы на основе вторичных материалов, обеспечивающие получение высококачественной продукции для различных отраслей народного хозяйства. В рамках этого направления создан ряд разработок. К примеру, гомельские ученые получили технологию изготовления листовых и погонажных изделий из древеснополимерных композиций методом экструзии, которые соответствуют не только возросшим требованиям обновляющейся промышленности и интенсивного строительства, но и решают проблемы ресурсосбережения и экологии. Этого
удалось добиться, используя древеси-
ну — возобновляемый материал, который обладает уникальной адсорбционно-активной капиллярно-пористой системой и развитой волокнистой структурой, обеспечивающей неограниченные возможности для его модифицирования.
В 2009 г. совместно с зарубежными партнерами из Латвийского государственного института химии древесины была разработана рецептура составов композиционных систем на основе модифицированных лигноцеллюлозных отходов и полиолефинов, а также технологические схемы и регламент формирования изделий из них.
В рамках научно-технической программы «Ресурсосбережение-2010» найдены методы использования отходов термопластичных полимеров при изготовлении обвязочных материалов для нужд промышленности и сельского хозяйства. Полученные образцы имеют высокие стабильные показатели эксплуатационных свойств, не уступающие аналогам из первичного полимера. Технология уже внедрена на предприятии «Бел-
внешпродукт».
Еще одна инновация — эффективные композиты для дорожного строительства. Улучшены механические свойства асфальтобетонных смесей, используемых при сооружении и ремонте автомобильных дорог путем добавления в них модифицирующих субстанций, создано оборудование для их дозирования и подачи. В гомельском городском дорожно-ремонтно-строительном тресте налажено производство композиционных материалов на их основе.
В рамках Государственной программы «Строительные материалы и технологии. Химия в строительстве» разработан метод изготовления силикатполимерного связующего для теплоизоляционных плит с повышенными механической прочностью и атмосферостойкостью. Их экспериментальная партия изготовлена на ОАО «Гомельстройматериалы».
Созданы вещества, обеспечивающие увеличение износостойкости металлополимерных покрытий. Композицию на основе модифицированного полиамида ПА-6 в сочетании с порошками металлических сплавов используют как антифрикционное напыление для увеличения срока службы и восстановления деталей машин. Покрытие успешно апробировано в химической промышленности, автотракторостроении.
В отделе разрабатываются новые составы и технологии синтеза полимерных гибридных нанокомпозитов, многокомпонентных ПМ на основе отходов ПЭТФ и других термопластов, исследуются структурные и физико-химические превращения в процессе формирования композитов и т.д. В русле госпрограмм «Ресурсосбережение» и «Городское хозяйство» создаются технологии получения огнестойкой ленты из отходов полиэтилена, переработки корпусов аккумуляторных батарей в полимерное сырье, активации компонентов дорожно-строительных композиционных материалов при проведении ямочного ремонта.
Внедрена технология производства композитов из смесей вторичных полимеров и малых добавок активных модификаторов, обеспечивающих формирование веществ с повышенным уровнем физико-механических характеристик. На базе новых композитов в РУП «СКТБ Металлополимер» изготовлена опытная партия труб для устройства телекоммуникационных систем, технического водоснабжения, электрооборудования для машиностроения. На основе смеси модифицированных отходов полимеров гомельский завод «Импульс» создал опытные образцы транспортирующих лент для конвейеров на птицефабриках. Испытания показали эффективность их применения.
Гомельские ученые также используют нанотехнологии в процессе переработки вторичных полимеров: разрабатываются способы формирования нанокомпозиционных систем на основе термопластов и аллотропных модификаций углерода (одно- и многостенные нанотрубки) с повышенными прочностными и триботехническими свойствами. Специалисты отдела конструируют лабораторную установку для получения наноматериала по CVD-технологии.
Новые отечественные присадки могут появиться на базе субстанций, свой¬ства которых ограничивают водоприток и повышают отдачу нефтепродуктов. Успешные результаты в этой сфере помогут в будущем отказаться от импорта дорогостоящих аналогов.
Сотрудничество отдела с другими научными центрами Беларуси и Европы дало возможность провести апробацию своих разработок на 24 международных и республиканских конференциях и научно-технических выставках.
По мнению директора РУП «СКТБ «Металлополимер» Сергея Кудяна, решать острейшую проблему утилизации полимеров надо уже сегодня, причем на государственном уровне: «Нужно уметь не только перерабатывать различные пластики, но и так настроить население, чтобы рачительное отношение к полимерным продуктам было естественной и необременительной нормой для каждого. Выгодность использования вторичных ресурсов должен ощущать и сам производитель, которого следует поощрять специальными льготами».