Применение полимеров и влияние их на окружающую среду

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В нашем урбанизированном быстро развивающемся мире резко возрос спрос на полимерные материалы. Ожидается, что общее потребление полимеров должно возрасти на 65% до 2020 года (это около 2,5% в год). Не смотря на то, что полимеры стали рассматриваться как качественно новый объект исследования лишь с относительно недавнего времени (начала 40-х гг. ХХ в.), они заняли прочное место в нашем быту, заменив собой натуральные материалы, такие как дерево, металл, натуральные ткани и др.

Действительно современную жизнь невозможно представить без высокомолекулярных соединений. Их широко применяют во всех отраслях народного хозяйства. Трудно себе представить полноценную работу заводов, электростанций, котельных, учебных заведений, электрической бытовой техники, которая нас окружает дома и на работе, современных вычислительных машин, автомобилей и много другого без использования этих материалов. Полимеры применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта [2].

Почему же имеет смысл обсуждать проблемы охраны окружающей среды в связи с применением полимеров?

Во-первых, объемы производства полимеров во всем мире огромны, а отслужившие свой срок изделия из полимеров попросту выбрасываются и представляют собой угрозу для окружающей среды.

Во-вторых, сегодня специально синтезируют и производят полимеры, которые практически незаменимы как исключительно эффективные средства для решения разнообразных проблем, связанных с экологией.

Так, мировое производство одного из наиболее распространенных и доступных полимеров - полиэтилена - достигает сегодня десятков миллионов тонн в год. Значительное количество полиэтилена перерабатывается в пленочные материалы, с которыми мы встречаемся в быту на каждом шагу. В первую очередь это упаковочные материалы - пакеты и сумки для продуктов, а также различные контейнеры для хранения разнообразных жидкостей - от воды до минеральных масел, например для моторных масел или смесей воды и этиленгликоля, используемых в качестве охлаждающих и незамерзающих жидкостей в современных автомобилях. Каждый из нас практически ежедневно видит эти выброшенные и ставшие бесполезными вещи в своем доме, на улице, за городом.

При указанных масштабах производства только полиэтилена, производимого за год, вполне хватило бы, чтобы покрыть пленкой толщиной 0,05 мм (это типичная пленка) территорию, равную Франции, а если учесть накопленные за последние 5 лет отходы, то и всю Европу. Если же добавить сюда и другие крупнотоннажные полимеры, такие как полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, лавсан, различные каучуки и многие другие, то количество отходов во много раз возрастает [3].

Известно, что количество бытовых отходов возрастает по мере повышения жизненного уровня населения. Одной из основных причин роста объема бытовых отходов является использование большого количества одноразовой посуды и упаковочных материалов. Загрязненные пакеты и контейнеры, отслужившие свой срок, выбрасываются. Из них только 7% утилизируется, то есть идет на вторичную переработку или сжигается. Ежегодно твердых бытовых отходов образуется более 130 млн. м3, из них промышленной переработке подвергаются только 3,5% (т.е. 4,55 млн. м3), а остальные - вывозятся на полигоны и свалки.

Однако полимерные отходы не только создают неудобства в обыденной жизни, но и наносят вред окружающей природе, замусоривая и загрязняя землю и препятствуя росту растений из-за нарушения воздухо- и влагообмена в почве. Проблема усугубляется и тем, что промышленные синтетические полимеры являются весьма устойчивыми химическими соединениями. Многие знают, что полиэтилен исключительно стабилен и для его полного разложения при обычных условиях нужны столетия. Необходимо отметить, что почти все полимеры, также как и полиэтилен, способны выдерживать воздействие солнечного ультрафиолетового излучения и кислорода воздуха в совокупности с воздействием тепла и влаги в природных условиях в течение десятков лет без заметного химического разрушения. Другие, например полипропилен, подвергаются разрушению. Его легко заметить по ухудшению механической прочности пленки, которая после пребывания на воздухе в течение лета растрескивается. Тем не менее, фрагменты изделий из этого полимера также сохраняются в окружающей среде и загрязняют ее в течение многих лет. Пластмассовые стаканчики, пакеты, пленки не разрушаются почвенными микроорганизмами. Для их полной утилизации необходимо более 20 тыс. лет. Например, период разложения бумаги равен - 4-6 лет, одежды - 8-10 лет, а пластиковой ПЭТ-бутылки - 100 лет.

На территорию Казахстана ежегодно ввозят до 20-25 млн. тонн бутылочного пластика. Но жизнь упаковки, как известно, недолговечна. Для захоронения выполнивших свои функции ПЭТ-бутылок и других упаковочных полимерных материалов ежегодно изымается 25 тыс. гектаров сельскохозяйственных земель. На вывоз ПЭТ-бутылок расходуется 3800 тонн топлива в год, что в значительной степени ухудшает экологической обстановку в республике. Таким образом, вывоз и утилизация на свалке ПЭТ-бутылок и других полимерных отходов обходится казахстанскому населению в 25 млн. долларов в год. Поэтому найти приемлемый способ переработки бутылок государству просто необходимо.

Один из наиболее простых путей уничтожения отработавших и выброшенных полимеров - это их окисление при высоких температурах, или попросту сжигание. Однако при этом уничтожаются в принципе ценные вещества и материалы. Кроме того, происходит выделение в атмосферу больших количеств углекислого газа, что вносит свой вклад в развитие на планете парникового эффекта. Также при сжигании полимерных материалов образуются вредные летучие вещества, которые загрязняют не только воздух, но и, соответственно, воду и землю. Например, при сжигании поливинилхлорида - низкомолекулярного хлорированного органического вещества, отличающегося высокой токсичностью и канцерогенностью, выделяется газообразный хлористый водород, который, растворяясь в воде, дает соляную кислоту. В этом любой убеждается на собственном опыте, когда в костер попадает кусок пленки из этого полимера или пустая пластиковая бутылка, например из-под прохладительного газированного напитка, минеральной воды или растительного масла. При этом у окружающих першит в горле, а во рту ощущается кислый привкус. В случае поливинилхлорида, который всегда был объектом повышенного внимания экологов, выделяющиеся вещества способны вызывать различные, в том числе и онкологические, заболевания. Даже сжигание полиэтилена, макромолекулы которого состоят лишь из атомов углерода и водорода и продуктами сжигания которого являются вода и углекислый газ, совсем небезопасно. Не говоря уже о многочисленных добавках, в том числе красителях, пигментах и соединениях тяжелых металлов, которые используются в качестве катализаторов при синтезе полиэтилена и крайне вредны для здоровья людей и окружающей природной среды. Конечно, огромную часть отходов полимеров, несмотря на это, уничтожают сжиганием, улавливая образующиеся летучие вредные вещества. Однако это сильно удорожает их уничтожение. Именно это обстоятельство приводит к удорожанию и самих полимеров, в стоимость которых включают и затраты на их уничтожение.

Значительно более перспективным и разумным способом снижения загрязнения окружающей среды полимерными материалами является вторичная переработка отслуживших свой срок полимеров и изделий из них. Переработка пластика во всем мире - дело традиционное и устоявшееся. Первый в мире завод по переработке пластиковых бутылок был построен в Японии в г. Кавасаки. Его технологии позволяют использовать старые бутылки и выпускать аналогичное сырье для производства новых бутылок. Стоимость завода составляет порядка 130-140 млн. долларов, из них около 100 млн. долларов - собственно стоимость оборудования по переработке. Необходимо отметить, что японские компании, также собираются финансировать строительство аналогичных заводов и в других странах. Так, например, на строительство и комплектацию такого завода в Санкт-Петербурге они готовы инвестировать 150 млн. евро. Возможно, что объемы, необходимые Алматы, во много раз меньше и мобильные мини-заводы по переработке ПЭТ-бутылок обойдутся нашей республике гораздо дешевле. Необходимо только создать пункты приема пластиковой тары, как это делают в Японии и Европе.

Согласно данным английских исследователей, объем переработки бутылок в Великобритании за последний год вырос в два раза, причем 32% из них - были собраны в рамках программ по приему использованной тары от населения. На сегодняшний день 73% всех местных органов власти имеют пункты приема пластиковых бутылок. Многие представители местных властей заявили, что сбор бутылок для переработки почти совсем ничего им не стоил по сравнению с утилизацией отходов на свалке.

Однако, несмотря на такие цифры, Британия не может похвастаться высоким уровнем переработки полимерного сырья. Она продолжает оставаться в списке стран Евросоюза, являющихся самым плохим переработчиком пластиковых отходов. Уровень переработки пластика здесь составляет всего 30%. В «черный список» Евросоюза попали также Нидерланды (59%), Германия (53%), Греция (9%) и Португалия (4%).

Проблема вторичной переработки полимерных изделий не столь проста, как может показаться на первый взгляд. Переработка многих загрязненных отходов исключает возможность применения высокопроизводительного и высокотехнологичного оборудования, используемого при первичной обработке исходных полимеров. Это оборудование просто быстро вышло бы из строя из-за абразивного воздействия твердых частиц минерального происхождения, которыми могут быть загрязнены полимерные отходы. Но даже при переработке, если она возможна в принципе, получаются «грязные» изделия, товарный вид и потребительские свойства которых не могут конкурировать с первичными изделиями. полимер окисление бытовой

Следует отметить, что есть возможность использовать продукты вторичной переработки по другому назначению, предполагающему существенно пониженные требования. В частности, загрязненные изделия из полиэтилена и других полимерных материалов могут быть переработаны в пластины толщиной в несколько миллиметров для применения в качестве кровельного материала. Такой материал имеет ряд неоспоримых преимуществ перед традиционными материалами, используемыми при строительстве жилых и промышленных объектов, таких как низкая плотность, малый вес, гибкость и коррозионная стойкость, а также низкая теплопроводность, и, следовательно, - хорошие теплоизолирующие свойства. Из переработанного пластика можно получать синтетические нитки, упаковочные ленты и синтепон.

Наибольшие успехи достигнуты при вторичной переработке крупнотоннажных изделий из каучуков, например шин, в том числе автомобильных. Их изготавливают из вулканизированных каучуков, наполненных сажей, содержание которой в шинах, имеющих из-за этого черный цвет, достигает 40% по весу. По истечении срока эксплуатации такие шины не выбрасывают, а дробят, получая крошку [4].

Дробление при помощи недорогого оборудования позволяет получить крупные частицы, размеры которых достигают одного миллиметра и более. Эти крупные частицы добавляют в материалы для покрытия дорог, что значительно улучшает их механические характеристики и долговечность. Специальные машины позволяют получать тонкие дисперсии, частицы которых имеют размер около 0,01 миллиметра. Эту крошку добавляют в каучуки при производстве новых шин, значительно экономя сырье. При этом качество полученных таким образом шин практически не уступает исходному качеству. Такой подход позволяет одновременно заметно снизить вред для окружающей среды из-за ее замусоривания бесполезными полимерными изделиями и в то же время значительно экономить расход каучуков, получаемых полимеризацией продуктов переработки нефти [5].

Экономическая целесообразность способа переработки отходов зависит от стоимости альтернативных методов их утилизации, положения на рынке вторсырья и затрат на их переработку. Долгие годы деятельность по переработке отходов затруднялась из-за того, что существовало мнение, будто любое дело должно приносить большую прибыль. Но забывалось то, в любом случае необходимо создавать и совершенствовать безопасные, эффективные и благоприятные для окружающей среды технологии, предназначенные для устранения опасности в момент ее возникновения или для устранения ее последствий. При этом не должно происходить перемещения опасных загрязнений с одного места на другое. Кроме того, переработка полимерных отходов, по сравнению с захоронением и сжиганием, позволяет экономить энергию и беречь окружающую среду. И поскольку стоимость площадей для захоронения мусора растет из-за ужесточения норм, а печи слишком дороги и опасны для окружающей среды, роль переработки отходов будет неуклонно расти.

Раньше неоправданно считали, что природа способна служить резервуаром для хранения огромных количеств вредных продуктов. Соответственно широко использовали методы захоронения в земле различных отходов и считали, что это безопасно и надежно. Теперь мы убеждаемся, что это ложный путь, позволяющий лишь отсрочить решение острых проблем и переложить их на плечи последующих поколений.

Нынешнее поколение людей убедилось, наконец, в том, что окружающая нас среда - земля, вода и воздух не обладают бесконечным иммунитетом против химической эксплуатации. И хотя сегодня еще проявляется беспечное и неосторожное обращение с природой, люди уже начали понимать и по-новому оценивать катастрофические последствия своих действий.

Литература

1. Медведева О.Е. Органическая химия. Занимательно о полимерах. - Волгоград: Учитель, 2008. - 151 с.

2. Максанова Л.А., Аюрова О.Ж. Полимерные соединения и их применение. - Улан-Удэ: издательство ВСГТУ, 2004. - 248 с.

3. Зезин А.Б. Полимеры и окружающая среда. // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 2, С. 34-42.

4. Губаев Ш., Сабиров Р., Вольфсон С. Материалы нового тысячелетия. // Нефть России. - 2007. - № 5, С. 24-29.

5. Багрий Е.И., Нехаев А.И. Нефтехимия и защита окружающей среды. // Нефтехимия. - 2007. - Т.39. - № 2, С. 15-22.

Размещено на Allbest.ru