В РФ ежегодно образуется 60 млн т твердых бытовых отходов, более 80 % из которых создается населением, а оставшиеся — предприятиями. Из этого объема только 2,5–3 млн т идет на переработку, остальное размещается на полигонах и свалках, в том числе несанкционированных.
Федеральная служба в сфере природопользования ведет борьбу с незаконными местами захоронения отходов, проводя регулярные проверки, но улучшение ситуации невозможно без создания дополнительных санкционированных площадок (в 45 % регионах страны проектная мощность полигонов не соответствует установленным нормам накопления отходов) и повышения доли отходов, вовлекаемых в переработку.
Переполнение полигонов и свалок объясняется не только устаревшими нормами образования отходов, но и отсутствием подготовки отходов к размещению: сортировки, прессования с использованием современных технологий. Мусор утрамбовывается тракторами-уплотнителями, что обеспечивает низкую эффективность заполнения полигона.
Невысокий процент вовлечения мусора в переработку связан с отсутствием достаточного количества предприятий по утилизации отходов. Затраты на переработку отходов значительно выше затрат на их захоронение. Однако при этом не учитываются экологические потери. [1, 2]
Отходы полимеров, в том числе и упаковочных материалов, подвергают либо захоронению в земле, либо утилизации, которая осуществляется по одному из трех направлений: сжигание, пиролиз, рециклинг. Из полимерных отходов можно получать композиционные материалы с различными наполнителями [3,4,5], а также использовать вторичные полимеры для получения материалов c разнообразными свойствами [6,7]. Одним из наиболее эффективных способов решения проблемы полимерного мусора является производство биоразлагаемых полимеров, способных разрушаться в природе с образованием безвредных веществ.
Несколько лет тому назад тема биоразлагаемых полимеров и их производство казались совершенно иллюзорными. Резкие скачки цен на углеводороды привели к тому, что биологическое сырье для производства пластиков сегодня является вполне конкурентоспособным (цены на сельскохозяйственное сырье и продукты его производства, не столь подвержены мировым колебаниям).
Биоразлагаемые полимеры отличаются от всех других полимеров тем, что могут относительно быстро разлагаться под влиянием химических, биологических или физических воздействий. Биоразлагаемость — это способность материала подвергаться разложению на углекислый газ, метан, воду, неорганические компаунды или биомассы, при котором преобладающим механизмом является энзимное действие микроорганизмов [8,9].
Биоразлагаемые пластики делятся на две группы:
1. Оксо-разлагаемые — это ПЭ с добавками солей переходных металлов.
2. Биоразлагаемые пластики — изготовлены из крахмала, полилактида. [10]
Оксоразлагаемые пластики — это полиэтилен с добавками солей переходных металлов: кобальта, никеля, железа. Разложение таких пластиков в естественных условиях происходит в два этапа. На первом этапе под действием света и кислорода происходит распад пластикового изделия на мелкие фрагменты. На втором этапе их судьба не ясна. Несмотря на то, что многие производители утверждают, что эти фрагменты полностью расщепляются микроорганизмами, независимое исследование, проведенное в соответствии с международными стандартами, показало, что за 350 дней лишь 15 % оксоразлагаемого полиэтилена разлагается в почве до диоксида углерода [11].
За последние годы в различных странах появились фирмы, предлагающие биоразлагаемые гранулированные добавки (суперконцентраты) для серийных полимерных материалов типа ПЭ, ПП, ПС и др. (табл. 1).
В целом известны биоразлагаемые добавки на основе модифициолванного крахмала (Италия, США Белоруссия), молочной кислоты, целлюлозы и хитозана. Среди них выделяются оксо — биоразлагаемые добавки (ЕС, США, Канада, Великобритания, Норвегия), представляющие собой cоединения, содержащие ионы металлов в форме карбоксилатов, которые действуют в полимерах как ускорители фото- и термического окисления и отличающиеся от биоразлагаемых добавок более высокой эффективностью при низких концентрациях (1–3 %) и способностью разлагаться как под действием УФ — света, так и микроорганизмов. По стоимости оксо — биодеградирующие добавки фирмы
Masterbatch (USA) в 10 раз дешевле полилактида.
Процессы биоразложения отходов полимерных материалов в природных условиях являются мало изученными из-за их новизны, сложности и отсутствия быстрой экономической выгоды. Для их более глубокого исследования необходимо разработать теоретические основы механизма регулирования биоразложения и иметь средства для количественной оценки происходящих процессов. Дело в том, что известные на рынке типы биоразлагаемых полимерных материалов и полимерные материалы с оксо -биоразлагаемыми добавками разлагаются по разному не только по скорости, но и по механизму деструкции [12, 13].
Таблица 1
Торговое название, основные изготовители и характеристика оксо — биоразлагаемых добавок
|
Торговое название |
Компания-изготовитель |
Характеристика |
|
PDQ-H |
Willow Ridge Plastics Inc. |
Добавка, принцип действия которой основан на уменьшении молекулярной массы основного полимера (для улучшения биологического разложения) под действием УФ-излучения и окислительных сред. Разлагается УФ-излучением и микроорганизмами. |
|
ECM |
ECM BioFilms, Inc |
Добавка разлагается микроорганизмами |
|
Bio-Batch |
Bio-Tec Environmental |
Добавка разлагается микроорганизмами |
|
TDPA |
Evnironmental Products Inc. (EPI) |
Изготавливается по индивидуальным заказам. Помимо полностью биоразлагающих добавок, компания поставляет и экологические полимерные пленки |
|
Renatura |
Nor-X Industry AS |
Содержит уникальный ингредиент на основе железа (собственная разработка компании) и используется в основном для биоразложения полиолефинов |
|
Reverte |
Wells Plastics Ltd. |
Добавки и маточные смеси, содержащие продеграданты из ионов металла для придания основному полимеру фото- и терморазлагаемости. Содержат также уникальный усилитель биоразложения второго этапа, на котором используется модификатор скорости реакции для управления инициированием и сроками оксо -биоразложения. |
|
d2w |
Symphony Environmental Ltd. |
Продеградантные добавки на основе матричного ПЭ, ПП или ПС. Компания поставляет также полностью разлагаемые ПМ. |
|
P-Life |
P-Life Japan Inc. |
Смесь катализаторов на основе жирных кислот специальной собственной рецептуры компании. Содержание в основном полимере (ПЭ или ПП): от 0,3 до 1 %. Возможно смешивание с гранулами ПМ непосредственно на этапе переработки. Имеет регистрацию FDA и соответствует требованиям директивы RoHS. |
Технология производства биоразлагаемой полиэтиленовой пленки ничем не отличается от производства обычной полиэтиленовой. Просто в процессе экструзии в полиэтилен с помощью дозатора добавляется оксо-биоразлагаемая добавка. Физико-механические свойства биоразлагаемой пленки остаются такими же, как у обычной.
Литература:
1. Утилизация и переработка упаковки. / [Электронный ресурс] — режим доступа: http:// http://article.unipack.ru/50604/
2. Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Мишурина О. В., Ершова О. В. Исследование возможности получения композиционных материалов на основе вторичных полимеров // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 4. — С. 212; URL: www.science-education.ru/118–14200 (дата обращения: 20.02.2015)
3. Ершова О. В., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Мишурина О. В. Исследование зависимости свойств древесно-полимерных композитов от химического состава матрицы // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 2. С. 26; URL: www.science-education.ru/116–12363 (дата обращения: 20.02.2015).
4. Ершова О. В., Муллина Э. Р., Чупрова Л. В., Мишурина О. А., Бодьян Л. А. Изучение влияния состава неорганического наполнителя на физико-химические свойства полимерного композиционного материала // Фундаментальные исследования. 2014. № 12–3. С. 487–491.
5. Ивановский С. К., Гукова В. А., Ершова О. В. Исследование свойств вспененных композитов на основе вторичных полиолефинов и золы уноса // В сборнике: Тенденции формирования науки нового времени Сборник статей Международной научно-практической конференции: В 4 частях. отв. редактор А. А. Сукиасян. г. Уфа, республика Башкортостан, 2014. С. 18–24.
6. Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Технологические особенности производства упаковки из вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) // Молодой учёный. — 2013. — № 5. — С. 123–125.
7. Gukova V. A., Ershova O. V. The development of composite materials based on recycled polypropylene and industrial mineral wastes and study their operational properties// В сборнике: European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences Vienna, 2014. С. 144–151.
8. Бахаева А. Н., Ивановский С. К. Оксо-биоразлагаемые полимеры как материал для создания современной упаковки//Молодой ученый. — 2015. — № 5 (85). — С. 122–124
9. Ершова, О. В. Шайбакова Ю. А, Пономарев А. П. Исследование факторов влияния окружающей среды на механические свойства биоразлагаемых полимеров: / Десятая Санкт-Петербургская конференция молодых ученых с международным участием; — СПб, 2013–116 с.
10. Ершова, О. В., Пономарев А. П., Бахаева А. Н. Влияние факторов окружающей среды на механические свойства полиэтилена низкого давления с оксо-биоразлагаемой добавкой D2W// Молодой ученый. — 2014. — № 20. с. 125–128
11. Feuilloley, P. et al. Degradation of Polyethylene Designed for Agricultural Purposes // Journal of polymers and Environment. 2005. № 13. P. 349–355.
12. Пономарев А. Н., Баранов С. Х., Гоготов И. Н. Нужны ли России биоразлагаемые полимерные материалы? / [Электронный ресурс] —режим доступа: http://http://www.polymerbranch.com/ viewdoc/2009/10/1190.html
13. 6. Ершова О. В., Бодьян Л. А., Пономарев А. П., Бахаева А. Н. Влияние химической деструкции на изменение физико- механических свойств упаковочных полимерных пленок с добавкой d2w/// Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1; URL: http://www.science-education.ru/121–18362 (дата обращения: 08.04.2015).
