Влияние полимеров на окружающую среду (на примере поливинилхлорида и полиэтилена)

Влияние полимеров на окружающую среду (на примере поливинилхлорида и полиэтилена)

Содержание

1. Общие сведения о полимерах

2. Поливинилхлорид

2.1 Применение

2.2 Химизм

2.3 Технологи производства ПВХ суспензионным методом

2.4 Безопасность и экологичность при работе с ПВХ

3. Полиэтилен

3.1 Технологии производства полиэтилена

3.2 Безопасность и экологичность при работе с полиэтиленом низкого и высокого давления

4. Проблемы утилизации и переработки полимеров

4.1 Запрет полиэтиленовых пакетов

4.2 Биоразлагаемые полимеры Заключение Список использованных источников

Введение

Тема моего курсового проекта «Влияние полимеров на окружающую среду». Проблема утилизации и переработки полимеров в наше время очень актуальна.

За один только год в России образуется почти 750 тыс. т. полимерных отходов. Около 10% перерабатывается. Переработке подвергаются, главным образом, отходы производства, и лишь некоторые отходы потребления. В чем причины, и каковы пути разрешения этой проблемы?

В Советском Союзе проблем утилизацией пластиковых бутылок не было по причине их отсутствия. Однако сегодня в Росиии появились одноразовые пластиковые пакеты, одноразовая посуда и пластиковые бутылки.

Утилизация полимерных отходов оказалось не менее сложным и дорогостоящим делом, чем производство изделий из полимеров. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от литья пластмасс загрязняют окружающую среду из-за устаревшего очистного оборудования или по причине его неисправности.

1. Общие сведения о полимерах

Среди изобилия самых разнообразных по строению и свойствам органических соединений есть особый класс — полимеры (от греческого «поли» — «много» и «мерос» — «часть»). Для этих веществ, прежде всего, характерна огромная молекулярная масса — от десятков тысяч до миллионов атомных единиц массы, поэтому часто их ещё называют высокомолекулярными соединениями.

К молекулярным гигантам относятся, например, важнейшие природные полимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), синтетические материалы (полиэтилен, поливинилхлорид, каучук и т. д.). Поэтому высокомолекулярные соединения играют важную роль как в биологических процессах, так в практической деятельности человека.

Органические полимеры построены из элементарных звеньев — многократно повторяющихся и связанных между собой остатков молекул низкомолекулярных веществ (мономеров). Длину макромолекул выражают средним числом звеньев мономера, которое называют степенью полимеризации. Полимеры могут иметь линейное, разветвлённое и сетчатое строение. [1]

По своему происхождению все полимеры делятся на природные — биополимеры (например, крахмал и целлюлоза) и синтетические (полиэтилен, полистирол и др.). Природные полимеры синтезируются клетками растительных и животных организмов, а синтетические человек научился получать из проектов переработки природного газа, каменного угля.

Полимеры могут быть кристаллическими или аморфными. Для кристаллизации высокомолекулярных веществ необходимо упорядоченное строение достаточно длинных участков молекулярной цепи.

Высокомолекулярные соединения не имеют четкой температуры плавления. При нагревании многие полимеры не плавятся, а лишь размягчаются, что позволяет формовать из них изделия методами пластической деформации — прессованием, выдавливанием, литьём. Такие полимеры называют пластическими массами (пластмассами, пластиками). У пластмасс низкая плотность, они легче самых лёгких металлов (магния, алюминия) и потому считаются ценными конструкционными материалами. По прочности некоторые пластики превосходят чугун и алюминий, а по химической стойкости — почти все металлы. Они могут быть устойчивы к действию воды и кислорода, кислот и щелочей.

Обычно пластмассы — диэлектрики (не проводят электрический ток), и отдельные их сорта известны как лучшие изоляционные материалы из всех используемых в современной технике. [1]

Благодаря уникальным физико-химическим, конструкционным и технологическим свойствам полимерные материалы (ПМ) на основе различных пластмасс и эластомеров находят широкое применение в различных областях народного хозяйства и медицине. Полимерные материалы, как правило, являются многокомпонентными системами, так как для их создания используют кроме полимера различные компоненты (ингредиенты). Получение полимерных материалов, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям применительно любой отрасли — является задачей технологии производства ПМ. Многокомпонентность ПМ часто приводит к тому, что производство ПМ, а также их практическое использование в ряде случаев осложняется нежелательным процессом выделения из материала вредных низкомолекулярных веществ. В зависимости от условий эксплуатации их количество может составлять до нескольких массовых процентов. В контактирующих с ПМ средах можно обнаружить десятки соединений различной химической природы. Создание и применение ПМ непосредственно или опосредованно связано с воздействием на организм человека, на окружающую производственную среду и среду обитания человека, а также на окружающую среду в целом. Последнее особенно важно после использования ПМ и изделий из них, когда отработанные материалы подвергаются захоронению в почве, а вредные вещества, высвобождающиеся при разложении полимерного материала, загрязняют почву, сточные воды, ухудшая тем самым состояние окружающей среды. В этой связи необходимо обеспечить контроль экологической безопасности процесса создания полимеров и полимерных материалов, их эксплуатации и уничтожения отходов ПМ после их использования человеком.

Рассмотрим подробнее производство и применение наиболее проблемных полимеров на примере поливинилхлорида и полиэтилена. [2]

2. Поливинилхлорид

2.1 Применение

полимер поливинилхлорид полиэтилен экологичность утилизация Существую четыре международных марки поливинилхлорида: С-7059 М (РVC-S-7059М), С-6358 М (РVC-S-6358М), С-6768 М (РVC-S-6768М), С-5868 ПЖ (РVC-S-5868PG) и каждая марка применяется для изготовления определенных изделий:

— С-7059 М — Ответственные пластифицированные изделия (светотермостойкий кабельный пластик, высокопрочные трубы, спецлинолеум, пластифицированные пленки, искусственная кожа).

— С-6358 М — Пластифицированные и полужесткие изделия общего назначения (линолеум, искусственная кожа, пластифицированные пленки) и листы специального назначения.

— С-6768 М — Трубы, профильно-погонажные изделия и прочие пластифицированные материалы (основной ПВХ для производства оконных конструкций).

— С-5868 ПЖ — Пленки и объемная полимерная тара для упаковки пищевых продуктов и товаров народного потребления. [2]

2.2 Химизм

Смола поливинилхлоридная (ПВХ) — универсальный термопластичный полимер, получаемый из продукта нефтехимии (этилена) и хлорида натрия (поваренной соли) путем полимеризации винилхлорида. Производство поливинилхлорида самое сложное и наукоемкое, требующее новейших технологии и качественного оборудования.

Как было сказано, поливинилхлоридная смола получается в результате полимеризации — процесса, при котором молекулы мономера (низкомолекулярного соединения — хлористого винила или винилхлорида) объединяются, образуя, таким образом, высокомолекулярное соединение — полимер. [4]

Химическая формула поливинилхлорида: [-CH₂-CHCl-]_n. Международное обозначение — PVC. Структурная формула представлена на рис. 1.

H H

C C

H Cl n

Рис. 1 — структурная формула ПВХ

2.3 Технология производства ПВХ суспензионным методом

Существует 3 промышленных способа производства поливинилхлорида (ПВХ):

— Полимеризация в массе — блочный метод;

— Эмульсионная полимеризация;

— Суспензионная полимеризация.

Полимеризация в массе — способ, происходящий по периодической схеме в 2 ступени.

Данная технология развивается единственной фирмой Peshine Sant Gobain (Франция). В последнее время интерес к этому способу упал, так как полученная таким образом смола поливинилхлоридная имеет достаточно узкое применение и сложно освобождается от остаточного винилхлорида.

Данный метод имеет следующие недостатки:

— в процессе реакции необходимо выдерживать определенную температуру, но из-за конструктивных особенностей отвод тепла реакции, в данном случае, затруднен;

— образование корки на стенках аппаратуры влияет на однородность получаемого поливинилхлорида;

— получаемая смола имеет сравнительно низкие характеристики термостойкости и однородности;

Эмульсионная полимеризация — способ, происходящий по непрерывной или периодической схемам.

Непрерывная схема — самая высокопроизводительная, но получаемые частицы эмульсионной смолы имеют слишком разнородный состав, поэтому чаще используется периодическая схема. При периодической технологии ПВХ эмульсионная смола получается необходимого гранулометрического состава, что важно при ее переработке.

Производство эмульсионной смолы имеет весомый недостаток — это добавки (различные вспомогательные вещества), которые с одной стороны ускоряют и увеличивают образование ПВХ эмульсионной смолы, а с другой — ее загрязняют. Из-за этого эмульсионная смола ПВХ в конечном итоге используется только для производства пластизолей и паст.

ПВХ эмульсионная смола имеет широкое молекулярно-массовое распределение, высокое содержание примесей и относительно высокое водопоглощение, худшие диэлектрические характеристики, худшею термостойкость и светостойкость.

ПВХ эмульсионная смола перерабатывается в изделия методом экструзии, литьем под давлением, прессованием, в мягкие же изделия через пасты.

Полимеризация в суспензии — способ, происходящий по периодической схеме и являющийся самым распространенным методом производства смолы поливинилхлоридной. Данный метод объединяет те преимущества, которых лишены предыдущие два:

— легкий отвод тепла от реакции

— высокая производительность

— относительно эмульсионного поливинилхлорида, смола ПВХ суспензионная намного чище

— при переработке смола ПВХ суспензионная прекрасно совмещается с другими компонентами

— смола суспензионная достаточно легко поддается модификации свойств Смола ПВХ суспензия обладает сравнительно узким молекулярно-массовым распределением, малой степенью разветвленности, высокой степенью чистоты, низким водопоглощением, хорошими диэлектрическими свойствами, лучшей термостойкостью и светостойкостью по сравнению с эмульсионной смолой.

Смола ПВХ суспензионная перерабатывается в изделия методом эксрузии, вальцеванием, прессованием и литьем под давлением. Используется суспензионная смола для производства жестких, полумягких и мягких (пластифицированных), пластических масс.

Постепенно доля ПВХ эмульсионной смолы уменьшается, хотя и находит применение. Доля же смолы ПВХ суспензионной постоянно растет и уже составляет восемьдесят процентов от всего мирового объема производства.

Поливинилхлорид различных марок с общей формулой [-CH₂-CHCl-]_n, n=100−2500 получают методом суспензионной полимеризации мономера винилхлорида в течение 8−14 часов при температуре 30−70°С и давлении 4−12 кгс/см² по периодической схеме в реакторах из нержавеющей стали 1Х18Н10Т или облицованных стеклом с перемешивающим устройством емкостью 10−25 м³ (рис. 2)

ПВХ получают из 4 основных компонентов — винилхлорида, воды, суспендирующего агента и инициатора полимеризации.

Винилхлорид CH₂=CHCl получают 4-мя способами:

— из ацетилена — ацетилен (100%) + HCl (102−110%) смешивают, разбавляют азотом и — в контактный аппарат с HqCl₂ с катализатором при 120−220°С;

— из этилена — этилен + Cl₂ в соотношении от 1:1,2 до 1:3 при 200−700°С (с катализатором — при 45−60°С) в присутствии разбавителя (дихлорэтан);

— из дихлорэтана (пиролизом — дегидрохлорированием);

— новый экономичный способ — из легких бензинов, Cl₂ и O₂.

Поток легких бензинов после пиролиза с отношением этилен/ацетилен? 1/1 сначала гидрохлорируется HCl, а затем хлорируется до дихлорэтана, из которого пиролизом получают винилхлорид.

После получения винилхлорида — проводят следующие операции:

— отделение от примесей (парциальная конденсация);

— сушка;

— сжижение;

— перегонка (под давлением);

— хранение (в стальных цилиндрах при (-30) — (-50)°С под азотом — без ингибиторов; при повышении температуры хранения — добавляют ингибиторы — гидрохинон и др.).

Вода — деминерализованная, без загрязнений и кислорода.

Суспендирующий агент — защитный коллоид из гидроокисей, фосфатов или карбонатов металлов, каолин и др., или растворимое в воде ВМС (смолы, производные целлюлозы).

Инициатор полимеризации — растворимые в мономере ВХ перекись бензоила, лаурила, хлорацетила и др.

Рецептура типичной загрузки компонентов в реактор емкостью 10 м³:

— Мономер винилхлорида — 3000 кг;

— Вода — 6000 кг;

— Суспендирующий агент — 4 кг;

— Иницатор полимеризации — 2−4 кг;

— Расход мономера на 1 т сухого продукта — 1050−1070 кг, вспомогательных продуктов — 1−2 кг.

Рис. 2. Схема получения поливинилхлорида суспензионным методом с двумя вариантами сушки и выделения: 1 — реактор-полимеризатор; 2 — сепаратор, в котором отделяется непрореагировавший винилхлорид; 3 — смеситель-усреднитель; 4 — центрифуги; 5 — скоростная сушилка; 6 — сушильный барабан; 7 — сборник полимера; 8 — узел рассева; 9 — циклонный пылеуловитель.

Винилхлорид при интенсивном перемещении суспендируют в воде в присутствии растворимого в мономере инициатора полимеризации и суспендирующего агента. После завершения цикла полимеризации (10−20 часов, включая 2−3 часа на загрузку, выгрузку и вспомогательные работы) получают суспензию с частичками ПВХ размером 75−150 мкм (иногда до 600 мкм). После отделения в сепараторе непрореагировавшего мономера, суспензию через смеситель подают в центрифугу, где она отжимается до 25−30% влажности. Выделенный ПВХ сушат в скоростной сушке и/или в сушильном барабане, обогреваемых горячим (65−150°С) воздухом. Затем ПВХ сортируют на виброситах по размеру частиц и упаковывают в бумажные мешки. Крупным потребителям ПВХ может поставляться в специальных цистернах.

2.4 Безопасность и экологичность при работе с суспензионным поливинилхлоридом

Суспензионный поливинилхлорид представляет собой белый порошок без вкуса и запаха. По воздействию на организм человека он относится к умеренно опасным веществам 3-го класса.

При нагревании выше 150 °C суспензионный поливинилхлорид частично распадается с выделением хлористого водорода и окиси углерода.

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны, мг/м³:

— винилхлорида — 5/1;

— хлористого водорода — 5;

— окиси углерода — 20.

Предельно допустимая концентрация пыли поливинилхлорида в воздухе рабочей зоны производственных помещений 6 мг/м³.

Поливинилхлорид относится к горючим веществам. Температура воспламенения 310−330 °С, температура самовоспламенения 470−490 °С. Пылевоздушные смеси поливинилхлорида взрывобезопасны. Распространение пламени по пылевоздушной смеси не наблюдается до концентрации 300 г/м³ при любой дисперсности. При контакте с водой, кислотами, щелочами и кислородом воздуха поливинилхлорид не горит и взрывобезопасен. Показатели пожаровзрывоопасности определены по ГОСТ 12.1.044. Проверку показателей пожаровзрывобезопасности проводят при пересмотре стандарта.

Производственные помещения, связанные с сушкой, рассевом, дроблением, упаковкой поливинилхлорида, по пожароопасности должны соответствовать категории В, класс помещения по ПУЭП-11.

Средства пожаротушения: распыленная пода, пена, кошма, песок. Уборку пыли в производственных помещениях проводят с помощью вакуумной пылеуборки.

Производственные помещения должны быть оснащены приточно-вытяжной вентиляцией и соответствовать требованиям санитарных норм. Место отбора проб должно быть оборудовано дополнительно местной вентиляцией.

Аппараты, реакторы должны быть заземлены с целью защиты от статического электричества.

Индивидуальные средства защиты: спецодежда, респиратор типа «Лепесток», противогаз марки БКФ по ГОСТ 12.4.121, биологические перчатки (силиконовый крем).

Процесс получения поливинилхлорида относится к малоотходным производствам. Поливинилхлорид токсичных соединений в воздушной среде и сточных водах не образует.

Массовая доля железа в суспензионном поливинилхлориде не должна превышать 0,002. [4]

3. Полиэтилен

Полиэтилен — самый дешевый неполярный синтетический полимер из класса полиолефинов, представляющий из себя твердое белое вещество с сероватым оттенком. Благодаря широкому комплексу свойств полиэтилен применяется во многих отраслях промышленности и народного хозяйства: кабельной, радиотехнической, химической, легкой промышленности, в медицине и др. Из полиэтилена изготавливаются различные изделия технического назначения, трубы, кабельная изоляция, упаковочный материал, предметы домашнего обихода, парниковые покрытия. Для контакта с пищевыми продуктами допускается только полиэтилен высокого давления, так как полиэтилен низкого давления может содержать остатки катализатороввредные для здоровья человека соединения тяжелых металлов. Около 70% полиэтилена выпускается для этих целей в виде пленки и листового материала. Мировое производство полиэтилена составляет свыше 30 млн. т. Производством полиэтилена занимаются практически все крупнейшие компании нефтехимической промышленности. Основным сырьем для него является этилен. Синтезируют полиэтилен при низком, среднем и высоком давлениях. В основном полиэтилен выпускают в гранулах диаметром от 2 до 5 мм, намного реже в виде порошка.

Существует четыре основных способа производства полиэтилена, с помощью которых получают:

— полиэтилен высокого давления (ПВД);

— полиэтилен низкого давления (ПНД);

— полиэтилен среднего давления (ПСД);

— линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД).

ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга и по своей структуре и по своим свойствам, соответственно, и применяются они для решения различных задач.

3.1 Технологии производства полиэтилена

Производство полиэтилена высокого давления (ПВД) или низкой плотности (ПНП).

В промышленности ПВД получают при высоком давлении путем полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Процесс в реакторе происходит по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов (лаурил, бензоил) или их смесей. Смешанный с инициатором, нагретый до семисот градусов и сжатый компрессором до двадцати пяти мегапаскаль, этилен сначала поступает в первую часть реактора, где разогревается до тысяча восемьсот градусов, а потом во вторую — для полимеризации при температуре от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскалей. В среднем этилен находится в реакторе от 70 до 100 секунд. Степень превращения до двадцати процентов, все зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем его охлаждают и гранулируют. Гранулы подсушивают и упаковывают. Товарный ПВД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул.

Производство полиэтилена низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП).

ПНД получают в промышленности с помощью низкого давлении. Для этого используют три основных технологии:

— полимеризация происходит в суспензии

— полимеризация происходит в растворе (гексане)

— газофазная полимеризация Самый распространенный способ — это полимеризация в растворе.

Полимеризация в растворе проводится при температуре от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей, контакт с катализатором происходит в течение 10−15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора с помощью удаления растворителя: сначала в испарителе, потом в сепараторе и затем в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром (температура, превышающая температуру плавления полиэтилена). Товарный ПНД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул и иногда в порошке.

Производство полиэтилена среднего давления (ПСД).

ПСД получают в промышленности при среднем давлении путем полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен СД образуется при:

— температуре — 150 градусов;

— давление до 4 мегапаскалей;

— наличие катализатора (Циглера—Натта).

ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев.

Полиэтилен, полученный таким образом, имеет:

— средневесовой молекулярный вес до 400 000;

— степень кристалличности до 90 процентов.

Производство линейного полиэтилена высокого давления (ЛПВД) или низкой плотности (ЛПНП) Линейный полиэтилен высокого давления получают с помощью химической модификации ПВД (при температуре в 150 градусов и 30−40 атмосферах).

ЛПНП по структуре подобен ПЭВП, но имеет более длинные и многочисленные боковые ответвления. Производство линейного полиэтилена происходит двумя способами:

— газофазная полимеризация;

— полимеризация в жидкой фазе — наиболее популярный.

Производство линейного полиэтилена вторым способом происходит в реакторе с сжиженным слоем. В основание реактора подается этилен, полимер же отводят непрерывно, при этом постоянно сохраняя в реакторе уровень сжиженного слоя. Условия: температура около ста градусов, давление от 689 до 2068 кН/м². Эффективность способа полимеризации в жидкой фазе ниже (два процента превращения за цикл), чем у газофазного (до тридцати процентов превращения за цикл). Однако данный способ имеет и свои плюсы — размер установки значительно меньшее, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и существенно ниже капиталовложения. Практически идентичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с использованием циглеровских катализаторов, при этом получается наиболее высокий выход.

С недавних пор для производства линейного полиэтилена начали применять технологию, в которой используются металлоценовые катализаторы. Данная технология позволяет получить более высокую молекулярную массу полимера, что способствует увеличению прочности изделия.

Наряду с выше перечисленными способами полимеризации этилена существуют и другие, однако промышленного распространения они не получили.

3.2 Безопасность и экологичность при работе с полиэтиленом низкого и высокого давления

Из полиэтилена в воздух окружающей среды, в воду, в продукты питания не должны выделяться вредные вещества выше предельно допустимых концентраций, указанных в таблице № 1.

Таблица № 1 Предельно допустимые концентрации веществ

Полиэтилен базовых марок и композиций при комнатной температуре не выделяет в окружающую среду токсичных веществ и не оказывает при непосредственном контакте влияния на организм человека. Работа с ним не требует особых мер предосторожности.

При работе с порошкообразным полиэтиленом необходимо использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания (респиратор универсальный РУ-60М и др.).

При нагревании в процессе переработки свыше 140 °C возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе, формальдегид, ацетальдегид и окись углерода.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) продуктов термоокислительной деструкции в воздухе рабочей зоны производственных помещений должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.005−88.

Продукты термоокислительной деструкции полиэтилена и композиций полиэтилена при содержании в воздухе рабочей зоны в концентрациях, превышающих предельно допустимые, способны вызывать острые и хронические отравления.

Полиэтилен низкого давления — горючий материал. Температура воспламенения аэрозоля — не менее 280 °C. Аэровзвесь взрывоопасна: нижний предел воспламенения аэровзвеси 36−42г· м^-3; максимальное давление взрыва 0,83−0,86 МПа; средняя скорость нарастания давления взрыва — 9,5−10,5 МПа· с^-1, максимальная — 22,5−28,0 МПа· с^-1. Температура самовоспламенения аэровзвеси 340−352°С, минимальная энергия зажигания — не менее 5,6 мДж, минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении пылевоздушной смеси азотом — не менее 9% об.

Переработка полиэтилена должна проводиться в производственных помещениях, оборудованных местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

Кратность обмена воздуха в помещении должна составлять не менее 8. Общеобменная вытяжная вентиляция принимается равной 0,5 от местной при скорости воздуха в вытяжной вентиляции 2 м/с.

При переработке полиэтилена необходимо соблюдать правила техники безопасности, предусмотренные технологическими регламентами по изготовлению изделий.

Производственные помещения должны быть обеспечены техническими средствами контроля состояния воздушной среды.

При возникновении пожара — тушить всеми средствами пожаротушения: тонкораспыленной водой либо тонкораспыленной водой с добавкой поверхностно-активных веществ, песком, асбестовым полотном и др.

В соответствии с правилами защиты от статического электричества оборудование должно быть заземлено, относительная влажность в рабочих помещениях должна соответствовать ГОСТ 12.1.005−88.

Рабочие места должны быть снабжены резиновыми ковриками. [5]

Базовые марки полиэтилена высокого давления и композиций на их основе при комнатной температуре не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и не оказывают при непосредственном контакте влияния на организм человека. Работа с ними не требует особых мер предосторожности.

При затаривании и механической обработке полиэтилена возможно образование мелкой пыли, а при нагревании в процессе переработки выше 140 °C возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе формальдегид и ацетальдегид, окись углерода.

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны, мг/м³:

— формальдегида 0,5 — 2

— ацетальдегида 5,0 — 3

— органических кислот (в пересчете на уксусную кислоту) 5,0 — 3

— окиси углерода 20,0 — 4

— аэрозоля полиэтилена 10,0 — 3

Переработка полиэтилена должна проводиться при работающей местной вытяжной и общеобменной вентиляции, при строгом соблюдении технологического режима.

При поднесении открытого пламени полиэтилен загорается без взрыва и горит коптящим пламенем с образованием расплава и выделением газообразных продуктов.

Температура воспламенения полиэтилена около 300 °C, температура самовоспламенения около 400 ° С. При возникновении пожара тушить всеми известными средствами пожаротушения.

Максимальное давление взрыва пыли полиэтилена дисперсностью 0,071 мм составляют 50 кПа, максимальная скорость нарастания давления при взрыве 13 100 кПа· с^-1, минимальная энергия зажигания 5,6 мДж, минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении пылевоздушной смеси азотом 9% объемных.

В соответствии с правилами защиты от статического электричества оборудование должно быть заземлено, относительная влажность в рабочих помещениях должна быть не ниже 50%. Рабочие места должны быть снабжены резиновыми ковриками. [6]

4. Проблемы утилизации и переработки полимеров

Полимерные отходы разделяют на отходы производства (технологические) и потребления. Отходы потребления образуются в жилом секторе, на предприятиях, в торговых центрах, где происходит упаковка и распаковка различных товаров и грузов.

Рассмотрим три типа классификации отходов.

I. По сложности и цене утилизации.

1. С хорошими свойствами — чистые отходы производства (литники, обрезки, облой, брак), условно чистые отходы потребления, получаемые в местах, где сбор и сортировка или отлажены или не требуются (медицинские одноразовые изделия и системы, пленка, пластмассовые ящики, ПЭТ-бутылки). Утилизация обеспечивает сравнительно высокую рентабельность их переработки. Процент от общего количества полимерных отходов — 5 — 12%. Использование — 70 — 90%.

2. Со средними свойствами — те же виды отходов производства и потребления, содержащие допустимое количество загрязнений, а также отходы от производств пищевого назначения. Сбор и переработка таких отходов связана с издержками по сортировке, мойке и использованием более сложного оборудования по переработке и производству изделий. Однако их использование может быть рентабельным. Процент от общего количества полимерных отходов — 10 — 25%. Использование — 20 — 30%.

3. трудно утилизируемые отходы — сильно загрязненные и смешанные отходы производства и потребления, отходы из композиционных материалов, детали бытовой и автомобильной техники. Сбор и переработка трудно утилизируемых отходов, как правило, не может быть рентабельной. Именно поэтому в России данные отходы практически не собираются и не перерабатываются. Для покрытия издержек на утилизацию таких отходов необходимы внешние финансовые ресурсы (налоговые льготы, целевые вложения, субсидии) и внеэкономические меры. Процент от общего количества полимерных отходов — 60 — 85%. Утилизация (кроме закапывания) — до 3%.

II. По видам и типам полимеров отходы можно разбить на две группы.

1. Отходы крупнотоннажных и дорогих конструкционных пластиков. Эти отходы имеют развитый рынок сбыта вторичных материалов внутри России, частично обеспечены (технологические отходы) оборудованием для переработки во вторичные материалы.

— полиэтилен низкой и высокой плотности (ПЭНП, ПЭВП): пленка и кусковые отходы;

— полипропилен (ПП): кусковые отходы и пленка, отходы производства одноразовой посуды, волокна;

— стирольные пластики (ПС, АБС): кусковые отходы, листы, отходы производства одноразовой посуды;

— полиамиды (ПА), поликарбонат (ПК);

— полиэтилентерафталат (ПЭТФ);

— ПВХ пластифицированный (отходы первичного производства);

— ПВХ жесткий (отходы первичного производства).

2. Отходы упаковки, мебельного производства, строительства: в настоящее время не имеют развитого рынка сбыта, оборудование для их переработки во вторичные материалы в России и СНГ практически не производится.

— использованная тара из ПЭТФ;

— двухили многослойные пленки для упаковки пищевых продуктов: ПП/ПА, ПП/ПЭТФ, ПЭ/ПЭТФ;

— вспененные полимерные материал (ПЭНП вспененный, ПС вспененный) — одноразовая посуда «фаст-фуд», упаковочные, теплоизоляционные материалы;

— смешанные отходы ПС, ПП, ПЭНП, ПЭВП;

— смешанные отходы ПЭТФ, АБС, ПА, ПК;

— ПВХ пластифицированный — старая обувь, использованный кабель;

— ПВХ жесткий — старые рамы, вагонка, сайдинг, трубы, профили;

— пенополиуретан.

III. По способам утилизации и их экологическому воздействию. [2]

1. Повторное использование для исходных полимеров, наполнителей, армирующих элементов, изготовления различных изделий (так называемый «материальный метод»). Однако лишь до 10% от всей массы полимерных отходов могут быть повторно использованы. Даже если полимерные отходы тщательно отделены от другого мусора, их практически невозможно переработать в полимерный рециклат с удовлетворительными свойствами из-за присущей полимерам особенности — неспособности смешиваться друг с другом (термодинамической несовместимости). Таким образом, практически для повторной переработки можно направлять только однотипные полимеры, что требует сортировки и, соответственно, больших расходов. Качество и свойства вторичных полимеров оказываются иными, чем у первичных материалов. Это происходит за счет снижения их прочности, термической стабильности, пластичности и других параметров. Для вторичной переработки используется схема, включающая в себя следующие стадии:

— сбор и транспортировка полимерных отходов;

— ручная сортировка и начальное отделение загрязнений;

— металлодетекция и сепарация;

— измельчение;

— металлосепарация;

— мойка в ваннах и центрифугах;

— флотационнная сортировка;

— сушка в сушилках барабанных, трубчатых, контактных;

— воздушная очистка в циклоне;

— штамповка на прессе;

— очистка полимеров фильтрами непрерывного или периодического действия;

— гранулирование с фильтрацией и без нее с помощью водных или воздушных грануляторов;

— производство готовых изделий. [2]

2. Переработка отходов полимеров в мономеры и искусственное топливо (пиролизно-сырьевой метод). Деполимеризация с последующим синтезом различных полимерных материалов не находит промышленного применения. Отходы многих полимерных материалов могут быть подвергнуты термическому рециклингу с получением полезных продуктов не полимерной природы. ПЭТФ может быть деполимеризован до исходных компонентов. Аналогичной переработке могут быть подвергнуты отходы полиуретанов. Искусственное жидкое топливо является весьма перспективным направлением их утилизации. Разработанные в последнее время технологии позволяют получать высококачественные марки бензина, керосина, дизельного и котельного топлива. Однако основным недостатком указанных технологий является высокая стоимость используемого оборудования и, соответственно, высокая стоимость производимого искусственного жидкого топлива. Существуют способы разделения полимеров из смеси собранных отходов: пенная флотация, сепарационное растворение, детекторное с проведением мониторинга, и, наконец, последний, заслуживающий внимания метод обработки смесей несовместимых полимеров ультразвуком, позволяющий получать блок-сополимеры. Ведутся работы по покрытию бутылок из ПЭТФ тончайшим барьерным слоем оксида, нитрида, карбида кремния и др., внедряется более барьерный полиэтилентерафталат для розлива пива. Устаревшие полиолефины можно добавлять к углю, карбонизировать и вводить в кокс для выплавки чугуна.

3. Сжигание с целью получения тепловой и электрической энергии (энергетический метод). Получение энергии за счет сжигания полимерных отходов привлекает все большее внимание из-за непрерывного роста цен на органическое топливо. При этом нет необходимости производить сортировку, требуется лишь измельчение отходов до достаточно крупных кусков, чтобы обеспечить их эффективное смешивание с добавками углеродного топлива, чаще всего, каменным углем, и необходимый для горения доступ кислорода. Опасность загрязнения окружающей среды супертоксикантами при сжигании полимерных отходов в значительной степени преувеличена и больше относится к старым мусоросжигательным установкам. При температурах 1200 — 1400° C, характерных для современных установок, эти вещества необратимо распадаются, а неразложившаяся часть поглощается в адсорбирующих фильтрах. Выбросы диоксинов достигают всего 0,6 мкг на тонну. При сжигании тонны каменного угля выделяется 1 — 10 мкг диоксина, тонны бензина — от 10 до 2000 мкг

4. Захоронение на полигонах общего назначения (закапывание). [2]

4.1 Запрет полиэтиленовых пакетов

Трудно представить себе современную жизнь жизнь без такой, казалось бы, мелочи как полиэтиленовый пакет. Однако, давно известен факт, что именно полиэтиленовые пакеты из-за огромного их количества (общемировое производство пакетиков в год составляет более 5 триллионов штук) и быстрого оборота (большинство из них используются лишь один раз) приводят к серьезной нагрузке на окружающую среду.

В связи с этим правительства многих стран вводят меры ограничения на использование полиэтиленовых пакетов. В основном эти ограничения касаются отдельных городов или регионов с особой экологической ситуацией. Так, например, запрет на пакетики введен в египетском городе Хургада, в английском городе Модбури, на острове Кангору в Австралии, в Сан-Франциско (США), на архипелаге Занзибар (Танзания) и т. д.

Сейчас запрет на использование полиэтиленовых пакетов тоньше 0,025 мм принят для Тибетского района Китая. Заменить их власти хотят пакетами из натуральных материалов. [2]

Везде в мире люди приходят к пониманию одних и тех же социальных проблем. Особенно это касается проблем экологии. Ситуация с полиэтиленовыми пакетами, хорошо показывает подход к решению этих проблем: вводя запреты, их пытаются просто «отменить». Но, к сожалению, это только иллюзия — проблему нельзя отменить, ее можно только решить. Призывы к сознательности граждан типа «Каждый из нас несет ответственность за сохранение чистоты окружающего нас мира. Все вместе мы можем многое изменить» — наивны. Что толку от проявления сознательности, если вся система капиталистического производства продукции нацелена на то, чтобы каждый отдельных гражданин купил продукт, запаковал его и унес домой, где снял упаковку и выбросил. Как не крути, без тонн упаковки в такой ситуации не обойтись, и понятно, что выиграет конкуренцию всегда самая легкая, удобная и дешевая упаковка, то есть, — полиэтилен. Борьба с громадным количеством полиэтилена закончится в тот день, когда индивидуальное хозяйство будет заменено коллективными формами. Представляете себе, если бы после работы вы не шли в магазин покупать продукты для ужина, а шли бы в красивый ресторан или столовую, где вас уже ждал бы готовый ужин. Тогда каждому отдельному индивиду не пришлось бы запаковывать свой килограмм картошки и уносить домой, освободилось бы не только масса пространства, занятого сейчас тысячами магазинов и киосков, но и масса людей, масса человеческого времени и сил и — исчезли бы тонны упаковки. [3]

4.2 Биоразлагаемые полимеры

Одной из основных проблем, которая в последнее время серьезно беспокоит экологов, является утилизация полимерных материалов. Известно, что полимеры часто используются для упаковки различных товаров и очень быстро попадают в мусор, который очень сложно уничтожить. Процесс естественного разложения полимеров может занять несколько лет, а сжигание или химическая переработка полимеров ведет к образованию вредных веществ.

Одним из решений данной проблемы может стать разработка и применение биоразлагаемых полимеров, которые могут утилизироваться с течением времени природными механизмами. В настоящее время все большей популярностью пользуются полимеры на основе целлюлозы, которые могут быть использованы для упаковки хлебобулочных или сыпучих изделий. Подобный вид полимеров является биоразлагаемым, и при утилизации не наносит вреда окружающей среде.

Первоначально перед химиками стояла задача создания полимеров, которые смогут защитить продукты от вредных воздействий окружающей среды, в настоящее время химики работают над получением биоразлагаемых полимеров, которые будут выполнять свои функции определенный срок, а затем будут утилизироваться с помощью природных механизмов.

На первый взгляд, биоразлагаемые полимеры, которые могут быть созданы на основе древесины, крахмала или полисахаридов, могут разлагаться в естественных условиях, но это не совсем так. Для разложения подобных полимеров необходимы определенные условия окружающей среды или наличие специальных микроорганизмов. Кроме того, далеко не все природные материалы разлагаются с течением времени, известно, что яичная скорлупа может оставаться нетронутой даже после нескольких десятков лет пребывания в среде микроорганизмов. [3]

Разработка биоразлагаемых полимеров в настоящее время является актуальной задачей не только для химиков, но и для биологов, задача которых — вывести определенные виды микроорганизмов, которые смогут уничтожить и переработать биоразлагаемые полимеры, не нанеся вреда окружающей среде.

Еще одним способом утилизации биоразлагаемых полимеров является воздействие солнечного света, в настоящее время разработано множество пластиков, которые полностью разлагаются под действием ультрафиолетовых лучей.

В настоящее время многие торговые сети предпочитают использовать для упаковки пищевых продуктов и промышленных товаров биоразлагаемые полимеры, которые наносят минимальный вред окружающей среде.

В Германии выпускается порядка 8 тыс. т в год биоразлагаемого полимера под названием Ecoflex. Это композиция полистирола с крахмалом или целлюлозой, которая в течение 50 дней подвергается биодеструкции на 60%, а спустя восемьдесят дней разлагается на 90%. Предназначен для производства пищевой упаковки и сельскохозяйственной пленки.

В связи с увеличивающимся спросом на этот пластик, компания BASF планирует значительно увеличить объемы производства. Специалисты прогнозируют увеличение спроса на подобные синтетические биоразлагаемые материалы до 100 тыс. т ежегодно.

В США производится натуральный, способный к полному разложению полимер, который можно использовать для создания различной продукции, в т. ч. упаковки хлебобулочных изделий, пищевых продуктов, оберток для конфет и др. товаров широкого потребления.

В Бельгии готовятся выпустить на рынок биоразрушаемую липкую пленку. Предполагается, что она станет популярной в супермаркетах для заворачивания фруктов, овощей, мяса, птицы и других продуктов. [3]

Заключение

В заключении хочется отметить, что при производстве пластических масс необходим постоянный контроль за содержанием ВХ в воздухе рабочей зоны. При внедрении изделий из пластических масс в народное хозяйство, для пищевых и медицинских целей необходима обязательная квалифицированная экспертиза состава выделяющихся токсичных веществ их количественная оценка с использованием высокочувствительных и избирательных методов. [7]

Отходы пластических масс целесообразнее направлять на повторную переработку, так как утилизация сопровождается образованием чрезвычайно токсичных диоксинов. Соблюдение указанных требований создаст предпосылки для более широкого применения изделий из пластмасс в быту, технике, медицинской и пищевой промышленности без ущерба для здоровья населения.

В курсовой работе был произведен расчет выбросов загрязняющих веществ для цеха литья полиэтилена.

Полученные данные:

М_укс.к = 0,0039 т/год — превышает предельно-допустимый выброс примерно в 9 раз;

М_СО = 0,0072 т/год — превышает предельно-допустимый выброс примерно в 1,7 раза;

М_{пыль п.э.} = 0,0039 т/год — превышает предельно-допустимый выброс в 13 раз.

Валовые выбросы всех загрязняющих веществ превышают предельно-допустимые выбросы. С целью защиты окружающей среды от выбросов загрязняющих веществ нужно применять очистное оборудование.

Список использованных источников

1. Киреев В. В. Высокомолекулярные соединения.- М.: Высшая школа, 1992. -512 с.

2. Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебник для вузов. М.: «Финансы и статистика», 2000. 688 с.

3.http://www.poly-prom.ru/profiles

4. ГОСТ 14 332–78. Поливинилхлорид суспензионный. Раздел 6. Требования безопасности.

5. ГОСТ 16 338–85. Полиэтилен низкого давления. Раздел 3. Требования безопасности.

6. ГОСТ 16 337–77. Полиэтилен высокого давления. Раздел 6. Требования безопасности.

7. Технология пластических масс/Под ред. В. В. Коршака. Изд. 3-е.- М.: Химия, 1985. 560 с.