Наукоемкие технологии получения пластмасс, отвечающие эколого-экономическим показателям

 

Выводы к разделу 3

1. Известно, емкость российского рынка пластмассовых изделий с 2000 по 2006 годы выросла в 2,2 раза и составила 3,6 млн тонн, а в 2007 году, достигла 4,1 млн. тонн.  В структуре внутреннего спроса на продукцию из пластмасс в рассматриваемом периоде тара и упаковка составляет 30-40%, изделия производственного назначения 15-18%, плёнки – 16-17%, профильно-погонажные изделия – 5-18%, изделия культурно-бытового и хозяйственного назначения – 10-14%, трубы – 4-9%, листы – 2-3%.
2. Российский рынок пластмассовых изделий сейчас на 80% представлен продукцией отечественных производителей, 20%, соответственно, составляет импорт. В товарной структуре импорта химической продукции изделия из пластмасс занимают лидирующие позиции, их доля составляет от 21 до 26% от общего объема импорта.
3. Выявлено, что существуют некоторые проблемы в производстве пластмасс, средняя энергоемкость единицы продукции в 2,5 раза выше, чем в ведущих промышленно развитых странах; потребление технологической и оборотной воды выше на 25%; производительность труда ниже в 35 раз; смена поколения оборудования и технологий осуществляется через 20–25 лет.

 

 

 

 

 

 

4. Наукоемкие технологии получения пластмасс, отвечающие эколого-экономическим показателям.

Для получения необходимых  свойств используют следующие способы:

• Плотность пластмасс  регулируют либо на молекулярном уровне или используя наполнители. В  первом случае, речь идет об использовании  молекул хлора, которые увеличивают  плотность получаемого вещества. Во втором, возможно получение необходимой  плотности, путем в исходный продукт  минерального наполнителя. В зависимости  от количества использованного наполнителя, меняется и показатель плотности  пластмассы. Кроме того, сам пластик  может стать элементом, используемым для увеличения плотности других материалов (пенопласты).

• Прозрачность – изначальное  свойство полимеров. Полиметакрилаты пропускают 90% света. Поэтому, здесь разговор лучше вести о тонировке пластмасс в необходимый цвет или сознательном уменьшении способности пропускать свет.

• Электрическое сопротивление, как и прозрачность, присуще всем полимерам. Полиэтилен (ПЭ), полистирол (ПС), тефлон, находят применение в электро-, радиопромышленности, благодаря именно этим качествам. Они прекрасные диэлектрики и изоляторы.

• Термостойкость. Пластические материалы, имеющие в своем составе  кремний, полиимиды (ПИ) и тефлон, настолько сильно сопротивляются температурному воздействию, что это становится причиной невозможности работы с ними путем формовки и прессования. К примеру, известный всем тефлон поддается только выдавливанию при высоких температурах. Но и этой способности (длительное время выдерживать температуру около 200 С) иногда недостаточно. Поэтому в состав пластмасс добавляют упомянутые минеральные наполнители, используемые при увеличении плотности пластмасс. В этом случае предел термостойкости достигает 250 С.

• Хладостойкость. Детали из пластмасс, используемые в холодильных агрегатах, либо при эксплуатации в условиях низкой температуры, должны сохранять свои свойства и на морозе. Свойства вязкости, которая делает пластмассу гибкой, придаются материалу путем введения в его состав пластификаторов, а также путем сополимеризации (использования нескольких мономеров, для создания молекул особого строения).

• Химостойкость – также свойство, присущее некоторым пластмассам изначально, как прозрачность и электрическое сопротивление. Растворители, кислоты и щелочи могут влиять только на те пластмассы, в состав которых входят минеральные наполнители, под действием кислот начинает разбухать. Однако большинство термопластоне подвержены воздействию растворителей.

• Прочность на растяжение. Свойство пластмасс сопротивляться усилию на разрыв можно увеличить  путем введения в состав пластмассы волокнистых наполнителей. В этом случае волокна наполнителя выполняют  функции арматуры. Лидер по прочности  на растяжение – найлон. После процедуры ориентации вытягиванием этот материал с успехом применяется военными в производстве парашютов и веревок.

• Прочность на сжатие. Высокой  прочностью на сжатие обладают винильные полимеры (ненаполненные). Но лучшие результаты достигаются в этой области путем армирования пластика. Такая пластмасса может выдержать значительное давление, не изменив при этом форму.

• Ударопрочность пластмасс востребована в изделиях, специального назначения. Лучшие результаты по увеличению ударопрочности дает применение наполнителей, особенно волокнистых. Хорошей ударопрочностью обладает найлон.

 

4.1. Металлоценовые катализаторы

В последние годы появились  новые катализаторы полимеризации  — металлоценовые (мц-катализаторы). Они дают возможность получать пластмассы с новыми физическими свойствами. катализаторы с единым центром полимеризации — на металле, в отличие от традиционно применяемых (Циглера–Натта, хромовых, ванадиевых), имеющих несколько центров полимеризации. Атом металла, являющийся каталитически активным центром, обычно находится в закрытом объеме, и доступ мономеров к нему происходит по единственному пути, что способствует образованию полимеров однородной структуры. Кроме того, появляется возможность получения пластмасс с заданными свойствами, в том числе инженернотехнического назначения.

Активность мц-катализаторов в 2–5 раз превышает активность аналогичных катализаторов Циглера–Натта. При этом выход полимеров можно регулировать в зависимости от условий проведения процесса.

2. Замена полиолефинам

       Химической модификацией ПЭВД получают линейный полиэтилен высокого давления (ЛПЭВД, LLDPE). Он представляет собой биологически инертный, легкий, эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью по Вика до 118^оС. ЛПЭВД имеет более высокую стойкость к растрескиванию, ударную прочность и теплостойкость, чем ПЭВД [1, 3].

        Линейный полиэтилен высокого давления применяется в основном для производства плоской и рукавной пленки, емкостей, контейнеров, в том числе и для пищевых продуктов. В настоящее время в России ЛПЭВД в промышленных масштабах не производится.

        Специалистами австрийской компании PipeLife была разработана канализационная труба Pragma. Она имеет особую конструкцию наружной стенки, которая обеспечивает необходимые показатели жесткости. Внутренняя же стенка при этом имеет минимальную толщину и обеспечивает требуемые гидравлические показатели для безнапорных систем. Трубы легко соединяются между собой с помощью раструбов. Для монтажа трубопроводов используются любые необходимые виды фитингов — отводы, тройники, муфты, переходы, имеются также элементы для соединения с обычными гладкостенными трубами из ПВХ и бетонными трубами.

Трубы Pragma обладают рядом преимуществ по сравнению с трубами из ПВХ:

• повышенная стойкость к ударной деформации даже при низких (до –20^оС) температурах;
• повышенная тепло и морозостойкость (температура эксплуатации от –60^оС до +90^оС);
• легко разрезается на отрезки любой длины и соединяется помощью раструба и уплотнительного кольца.

3. Геосинетики

      Геосинтетики   -  это    обширная   группа  полимерных   материалов, предназначенных    для   улучшения   физических,   механических    и гидравлических   характеристик     грунтов. 
       Поле для применения геосинтетиков каждого типа и их комбинаций чрезвычайно обширно. Зачастую они обеспечивают единственно возможное решение при строительстве автомобильных и железных дорог, хранилищ бытовых и промышленных отходов, дамб и плотин, резервуаров для воды или химикатов, укреплении берегов и откосов, гидроизоляции сооружений. Решения, основанные на применении геосинтетических материалов, обеспечивают такие важные показатели  инвестиционно-строительных  проектов как  экологичность  и  экономичность.

К основным группам гесинтетиков относят: 

 

•Геомембраны  
•Георешетки  
•Геотекстили  
•Геоматы 
• Геокомпозиты  

 

Функциональное применение геосинтетических материалов состоит в гидроизоляции, консервации, герметизации, химической защите (HDPE мембрана «Карбофол» , бентонитовые маты «Бентофикс» ) 
 
Использование  геосинтетиков  снижает затраты на строительство и эксплуатацию.      Вне     зависимости     от     области     применения, использование      геосинтетических      материалов       обеспечивает сокращение   объемов  земляных  работ,  использование   привозных материалов, и позволяет реализовать проект в кратчайшие сроки при жестком   контроле   качества   работ.  

 В    современной    экономике    природоохранные    направления и, в частности,    геосинтетика    играют    все    более важную    роль.   На сегодняшний     день,     применение   геосинтетических    материалов является    самой    распространенной    во    всем   мире технологией строительства         объектов         природоохранного        назначения.

 

4. Нанонаполнители

       Благодаря использованию нанонаполнителей и добавок на базе нанотехнологий можно получать полимеры, сочетающие в себе традиционные и новые качественные характеристики, на первый взгляд кажущиеся взаимоисключающими, что чрезвычайно полезно в тех случаях, когда требуется одновременно обеспечить прозрачность и гибкость материала, определенную степень ударостойкости и жесткость, функциональную поверхность и физические характеристики, изоляционные свойства и проводимость. К улучшениям, достигаемым благодаря нанодобавкам, относятся, с одной стороны, повышенная пластичность, облегчающая переработку пластмасс, а так же электропроводимость, предотвращающая образование статического заряда. Не в последнюю  очередь важны преимущества за счет т.н. лотус- эффекта, заключающегося в способности полимерной поверхности самоочищаться.

5. WPC

      Зачастую пластмассы применяются не только в чистом виде, но и служат в качестве некой матрицы для придания формы другим материалам и оптимизации дальнейшей переработки, а в последствии – производства продукции привлекательной формы. Прекрасным примером тому служат композитные материалы на основе дерева и пластика, ставшие известными под названием Wood Plastic Composites (WPC), причем в последние годы объемы их потребления заметно увеличились. Продукция WPC представляет собой термопластичные перерабатываемые композитные материалы из древесной муки или волокон, а так же различных экструдируемых разновидностей пластика, например  PP, PVC и т.п

       Самые распространенные сферы применения WPC в Европе – это искусственные покрытия для наружного использования (170.000 тонн), где WPC все чаще заменяют тропические породы деревьев, а так же внутреннее оформление салонов автомобилей (50.000 тонн). За последние годы продукция на основе WPC, кроме автомобилестроения и напольных покрытий, вошла и в другие сферы, например, производство потребительских товаров и предметов мебели. Прежде всего, в Китае на основе данного материала изготавливаются окна, двери, жалюзи, системы изоляции фасадов, парковые скамьи и садовые домики.

 
4.7. Биопластмассы

     Среди биопластмасс различают две основных разновидности: пластмассы на основе биологического сырья и биоразлагаемые пластмассы, поскольку не каждый полимер на основе биологического сырья является биоразлагаемым, в свою очередь не каждая разновидность биоразлагаемых полимеров производится на основе биологического сырья.

     На базе возобновляемых природных ресурсов производится все больше разновидностей полимеров. После того, как заменители стандартных пластмасс на базе природного сырья вышли на рынок, в последние годы и производители техничеких пластмасс начали в отдельных случаях применять материалы естесственного происхождения, как утверждают представители BASF и DuPont: оба концерна наладили производство полиамида 6.10 на основе себациновой кислоты, получаемой из касторового масла.  Не смотря на то, что применение пластмасс на основе биологического сырья или использование полимерных матриц с природными материалами - древесными волокнами или мукой, вносит свой вклад в налаживание экологичного производства, биопластмассы могут использоваться не без оговорок: если  использовать нефть не только для производства продуктов питания и кормов, но и для выработки энергии, в мобильной индустрии и на производстве химической продукции, например при производстве пластмасс, необходимо учитывать, что многие разновидности растительного и природного сырья, например, кукуруза, так же используются как продукт питания или корма.

Выводы к разделу 4

1. Известно, самые распространенные сферы применения WPC в Европе – это искусственные покрытия для наружного использования (170.000 тонн), где WPC все чаще заменяют тропические по-роды деревьев, а так же внутреннее оформление салонов автомобилей (50.000 тонн).
2. Согласно прогнозам экспертов Freedonia, Кливленд, Огайо/США (Cleveland, Ohio/USA), к 2013 году мировое потребление биопластмасс увеличится в четыре раза, до 900.000 тонн и достигнет совокупной стоимости, равной 2,6 миллиардам долларов США.
3. В 2001 году производилось около 1 млн.т металлоценового полиэтилена и 85 тыс.т полипропилена, на 2010 год мировое использование линейного полиэтилена низкой плотности, получаемого на мц-катализаторах, составляет 11 млн.т.
4. По прогнозам за период времени с 2010 – 2013 гг. спрос на нетканый геотекстиль вырастет на 65% (+125 млн. м²) и составит 290 млн. м². Подавляющая часть потребляемого нетканого геотекстиля – 52,9% по прежнему будет уходить на строительство и ремонт дорог.
5. Становится ясно что большинство пластмасс устарело и не подходит для использования, поэтому на их место приходят новые, модифицированные композиты превосходящие старые в 2-6 раз. И более 70% старых материалов уже заменены новыми.