Рециклиране на пластмаси

Пластмасата е органичен полимерен материал, широко използван за производството на изделия с разнообразна форма. При производството им се използват различни процеси на обработка на пластмасата, сред които екструдиране, формоване, леене, струговане.

Съвременните пластмаси (полимери) притежават редица предимства като висока якост на единица тегло, добри електроизолационни свойства, водоустойчивост, голяма химическа устойчивост, а в някои случаи добра термоустойчивост. Полимерните композиции, от своя стана се отличават с голяма корозионна устойчивост.

Характеристиките на полимерите зависят от тяхната структура и степен на поляризация. Линейните и разклонените полимери са термопластични, докато пространствено омрежените полимери са термореактивни – втвърдяват се при нагряване. Повече от 80% от произвежданата пластмаса е термопластична, в това число: полиетилен висока плътност (HDPE), широко използван за производството на тръби, автомобилни резервоари за гориво, бутилки, играчки; полиетилен ниска плътност (LDPE), използван за производството на найлонови торби, фолио, гъвкави контейнери; полиетилен терафталат (PET), който се използва за направата на бутилки, килими и за опаковане на хранителни продукти; полипропилен (PP) - намира приложение при производството на кутии за храна, бутилки, части на автомобили; полистирол (PS), използва се за направата на кофички за кисело мляко, обложки за дискове, чаши и чинии; поливинилхлорид (PVC) - използва се за направата на рамки за прозорци, подови настилки, изолации на кабели, кредитни карти и медицински продукти.

Термореактивните полимери представляват 20% от произвежданите пластмаси. Те са закалени и не могат да се претопяват или премоделират, поради което са и трудни за рециклиране. Понякога се използват като запълващ материал в земната повърхност.

Днес за производството на пластмаса се използват предимно нефтени продукти, въпреки че първоначално пластмасата е била получена от целулоза.

Защо трябва да се рециклира пластмасата?
В западните страни консумацията на пластмаса през последните три десетилетия е нараснала с невероятна скорост. В Европа и Америка недостатъчните нефтени ресурси се използват за производството на огромно разнообразие от пластмаси за направата на още по-широка гама продукти. Много от приложенията са за изделия, чийто жизнен цикъл е по-малък от една година, след което те биват изхвърлени. В повечето случаи рекултивацията на тези пластмасови отпадъци не е икономически изгодна. В промишлеността (автомобилната индустрия например) има тенденция за повторно използване и рециклиране на пластмаси както поради икономически, така и поради екологични съображения. Основен проблем при използването на пластмасови изделия е, че за производството им се използва невъзобновяем ресурс, който в същото време не се разгражда или процесът на биоразграждане е много бавен. Това превръща пластмасовите отпадъци в особено неприятни и в същото време, задържащи се дълго в депата за отпадъци, без да могат да се разградят.

Въпреки бързия растеж на потреблението на полимерни продукти в развитите страни, потреблението на пластмаса на глава от населението е много по-малко в сравнение с индустриализираните държави. Тези пластмаси обаче често са произведени от скъпи вносни суровини. В развитите държави обхватът на рециклиране е много по-широк и това се дължи на няколко фактора:
• В много страни съществува култура за рециклиране, както и система за събиране, почистване и повторна употреба на отпадъци и използвани материали;
• Има по-малко закони за контролиране на качеството на рециклираните материали;
• Ниската цена на изходния материал дава предимство при конкуренцията на производителите.
В развитите страни увеличаването на консумацията на пластмасови продукти води до увеличаване на възможностите за рециклиране на съответните отпадъци.

Пластмаси с възможност за рециклиране
Не всички пластмаси подлежат на рециклиране. Обикновено само четири вида полимери могат да бъдат подложени на този процес: полиетилен (висока и ниска плътност), полипропилен, полистирол, поливинилхлорид.

 Основният проблем при рециклирането на пластмасата е, че тя обикновено е съставена от няколко вида полимери. Също така, за да се получи по-голяма устойчивост, често в нея са добавени нишки на различни материали. В тези случаи е трудно да се разделят материалите.

Основни източници на пластмасови отпадъци са промишлеността и битовият сектор. Промишлените отпадъци (или първичните отпадъци) често се получават от процеси, свързани с обработка на големи количества пластмаса. Бракуваните или изхвърлени материали обикновено имат много добри характеристики за рециклиране и лесно могат да бъдат пречистени. Битовите отпадъци могат да бъдат събирани от жилищните зони – улици, паркове, депа и сметища.

Кодове за рециклиране
Почти всеки пластмасов артикул има отпечатан символ, даващ информация за типа полимер, от който е съставен. Самият символ представлява триъгълник, състоящ се от три стрелки с номер по средата. Тъй като този триъгълник се асоциира с рециклиране, често хората го тълкуват погрешно като показател, че опаковката може да бъде рециклирана. На практика този символ е идентификационен код, използван в производството на пластмаса и често указва вида на използваната пластмаса. Обикновено продуктите с номер 7 не могат да бъдат повторно използвани, а повечето продукти, маркирани с номера от 3 до 6, трудно могат да бъдат рециклирани поради ограничените технологии и налични съоръжения.

Сортиране
За да може съоръженията в един завод за рециклиране на пластмаса да функционират успешно, е необходимо всички видове полимери да бъдат обработвани по отделно. Причината за това е, че всеки вид пластмаса съдържа различни материали с различна точка на топене. Например, само една пластмасова кана може да замърси цяла партида меки бутилки. На този етап има много малко механични методи за сортиране. Вместо това заводите разчитат на ръчното разделяне, което е същевременно скъпо и несигурно. Вследствие на това рециклирането на пластмаса остава икономически неизгодно в сравнение с рециклирането на метали и хартия, където не се изисква такава прецизност.

Техники за намаляване на размерите на пластмасовите отпадъци
Предварителната подготовка на пластмасовите отпадъци, предназначени за рециклиране, включва намаляване на техните размери. В практиката се използват няколко техники за намаляване големината на пластмасовите отпадъци:
• Нарязване. Използва се предимно за първоначално редуциране на размерите. Нарязването обикновено е посредством ножици, триони и др.;
• Накълцване. Прилага се за обработка на отпадъци с по-малки размери. Използват се машини, състоящи се от серия въртящи се остриета, задвижвани от електрически двигател;
• Агломерация. Представлява премоделиране на пластмасата чрез нагряване, последвано от бързо охлаждане и нарязване на малки парчета. Обикновено процесът се осъществява от една машина, а полученият материал е груб и нееднороден.

Към допълнителните техники за преработка на пластмасовите отпадъци спада екструдирането и пелетизирането. Целта на екструдирането е да се хомогенизира регенерираният полимер и да се произведе материал, с който лесно да може да се работи. Рециклираната пластмаса се поставя в екструдер, където се нагрява до омекване, след което се прекарва през матрица. Получава се материал с формата на тънки ленти, който се охлажда на водна баня. Посредством пелетизацията тези ленти се оформят като пелети и се подготвят за използване при производството на нови продукти. 

Производство на изделия от рециклирана пластмаса
Към техниките за производство на пластмасови изделия от рециклирана пластмаса се включват екструдирането, леенето под налягане, бластването и формоването.
Процесът на производството на нови продукти чрез екструдиране е подобен на този при подготовката на материалите преди пелетизацията с тази разлика, че полученото изделие е под формата на непрекъсната тръба, например водопроводна тръба или маркуч. При този процес рециклираният материал се прекарва през нагрята тръба посредством архимедов винт, след което полимерът се оформя през матрица. Матрицата е проектирана така, че полученият продукт да е с определени размери, които могат да бъдат променяни.

Процесът на леене под налягане включва няколко етапа. Първият етап е идентичен с екструдирането, но тук полимерът се подава под налягане през дюза към пресформа, като подаваното количество е строго регулирано. Този тип производствена техника се използва за изделия като чаши, чинии, кофи и т. н.

При бластването малко парче заготовка се поставя в средата на матрица, състояща се от две части, която има формата на крайния продукт. Чрез подаване на сгъстен въздух, заготовката се разширява, докато не достигне желаната форма и размери. Тази техника се използва за производство на затворени съдове като бутилки, например.

Формоването, от техническа гледна точка, е много по-комплексен процес и има различни разновидности, в сравнение с гореописаните методи. Изискват се и много по-качествени суровини.

Качество на рециклираните материали
За разлика от металите качеството на пластмасата намалява при всяко следващо рециклиране, съответно тя има определен цикъл на живот, който зависи от това в какъв вид продукт ще се трансформира. Например, пластмасовите бутилки могат да бъдат преобразувани в опаковъчен материал за храни и напитки, който, от своя страна, може да бъде рециклиран в материал за направата на тръби или играчки. Ограничената употреба на рециклирана пластмаса може да се окаже пречка за производителите при осигуряване на необходимото количество пластмаса за подкрепата на процеса рециклиране.

Добре е да се има предвид и фактът, че дори когато пластмасата се сортира правилно, редица вещества могат да замърсят рециклирания продукт. Оставена капачка на бутилка или найлонова торбичка, в която са събрани бутилките за рециклиране, могат да провалят процеса. Сериозен проблем предизвикват и остатъци от хранителни продукти или химикали по стените на бутилките за рециклиране.

В тази връзка сред специалисти в областта, предвид трудностите при рециклирането на пластмасите и фактът, че пластмасовите отпадъци обикновено имат висока калоричност, възниква въпросът дали не е по-удачно някои смесени пластмаси да се изгарят с цел производство на енергия, а не да бъдат рециклирани.