Рециклинг базовых полимеров: эх, раз , еще раз. Да ещё много-много раз!
Беспрецедентное исследование по масштабу полученных результатов, глубине обобщенности существующих знаний, а главное - вовлеченности ведущих отечественных НИИ, смогло пролить свет на потенциал рециклинга базовых полимеров. Наконец, в поле теоретизации и предположений появились конкретные цифры и показатели, проиллюстрировавшие количество возможных циклов вторичной переработки изделий, упаковки из самых востребованных полимеров - полиэтилена низкого давления (ПЭНД) , полиэтилена высокого давления (ПЭВД), полипропилена (ПП), полистирола (ПС) , поливинилхлорида (ПВХ).
Актуальность изучения влияния многократной вторичной переработки полимерных материалов и возможности их использования в экономике замкнутого цикла как ценного полимерного сырья, была вызвана недостатком научных данных и отсутствием квалифицированной систематизации знаний по направлению , а также возросшим интересом к переработке пластика со стороны бизнеса, власти и общества. Как показывает новая история, именно полимеры формируют широкий спектр заданных свойств в готовых изделиях, что стало причиной их масштабного проникновения в повседневную жизнь общества, что без них не могут развиваться не только отрасли экономики, но и невозможно представить жизнь современного человека. Несмотря на большой интерес ученых к вторичной переработке полимерных материалов, все работы за период с 1970-х годов по 2024 год, направлены, скорее, на изучение поведения полимеров при переработке ограниченного количества циклов - до 5 последовательных циклов переработки методами экструзии или литья под давлением. Систематических исследований в этом направлении для широкого круга многотоннажных полимеров ранее не проводились , поэтому так важно было установить истинное количество циклов вторичной переработки полимерных материалов или установить допустимое количество циклов вторичной переработки полимеров без существенной потери их свойств для подтверждения перерабатываемости вторичного полимерного сырья, сопоставимой с перерабатываемостью первичного материала.
Инициатива проведения фундаментального исследования принадлежала Российскому Союзу химиков и Фонду содействия развитию химической промышленности. Опорным исследовательским центром стал ФГБОУ ВО «РОСБИОТЕХ» - передовой научно-исследовательский и образовательный комплекс России, специализирующийся в области пищевых производств, биотехнологии, управления безопасностью, качеством и экологией пищевых продуктов и производств и обладающий колоссальным опытом по разработке упаковочных решений, полимерных материалов и переработки отходов. Ряд специфических исследований были проведены силами ведущих академических и отраслевых научно-исследовательских институтов - ФГБУН «Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С.Ениколопова Российской академии наук, ФГБУН «Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук». К исследованиям также подключились старейшая в России научно-производственная организация по изготовлению полимеров, материалов на их основе и изделий из них - АО «Институт пластмасс им. Г.С. Петрова» .
Перед авторитетными учеными стояла задача - установить количество возможных циклов вторичной переработки полимеров и оценить их качество в сопоставлении с первичным материалом до начала процесса переработки. При исследовании процессов многократной переработки полимеров в работе использовали метод моделирования при рециклинге, разработанный в ФГБОУ ВО «Российский биотехнологический университет» в ЦКП «Перспективные упаковочные решения и технологии рециклинга». Для моделирования вторичной переработки применяли экструзию и измельчение. Количество циклов переработки составляло 10 циклов. Готовые изделия после их использования проходили основные стадии вторичной переработки: измельчение и грануляцию. Именно эти стадии в большей степени влияют на комплекс технологических и эксплуатационных свойств вторичного сырья. (Безусловно важным условием вторичной переработки является комплексный и качественный сбор отходов, и именно на этом сфокусировано сразу несколько Программ приоритетного развития страны: Национальный проект «Экология», Федеральный проект «Экономика замкнутого цикла»). Полученное вторичное сырье в виде гранул имеет комплекс технологических и эксплуатационных свойств для последующей переработки в изделие, что и формирует по факту оценку возможности дальнейшего его вовлечения в замкнутый цикл экономики.
В работе анализировались следующие многотоннажные полимеры: ПЭВД, ПЭНД, ПП, ПС, ПВХ разных типов марок – экструзионные (пленочные, экструзионно-выдувные) и литьевые (литьевые изделия). Оценку проводили с использованием комплексного критерия технологического старения, который включал в себя суммой 6-ти показателей с учетом одинаковой весомости каждого показателя: молекулярная масса, разрушающее напряжение, относительное удлинение при разрыве, индекс содержания кислородсодержащих групп, индекс желтизны, показатель текучести расплава. Именно такой подход при оценки позволил не только комплексно оценить изменение технологических, эксплуатационных свойств полимеров в процессе многократной вторичной переработки, но и изучить процессы их деструкции при многократных циклах экструзии и измельчения.
Резюмируя сказанное, следует отметить, что все исследованные образцы полимеров продемонстрировали хорошие показатели по количеству циклов вторичной переработки, что подтверждает, что пластик в экономике замкнутого цикла является ценным материальным ресурсом и пригоден для многократной переработки, в том числе технологией механического рециклинга. К тому же вторичные полимерные материалы могут рассматриваться не только как технологический потенциал развития промышленности, но и как ценный ресурс экономики, характеризующийся низкой экологической нагрузкой.
Проведенные исследования показали, что основные технологические и эксплуатационные свойства полимеров сохраняются на приемлемом уровне после многократных циклов переработки. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что исследованные образцы полимеров, включая ПС, ПВХ, ПЭНД, ПЭВД и ПП, сохраняют свои эксплуатационные свойства после более чем 5 циклов переработки, при этом без стабилизаторов ПП - 8 циклов, ПЭНД - 9 циклов, ПЭВД, ПВХ – 10.
Использование различных типов экструдеров (одношнековых, двушнековых и конусных) позволило моделировать промышленные условия переработки и подтвердить стабильность свойств полимеров при многократной переработке. Количество всех обнаруженных низкомолекулярных веществ в вытяжках из образцов после 10 цикла переработки соответствует нормам по ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки». Методологический подход, основанный на комплексной оценке технологического старения, доказал свою эффективность и может быть рекомендован для дальнейших исследований в области рециклинга полимеров.
Принимая во внимание полученные в ходе НИР результаты, Российский союз химиков считает необходимым предусмотреть с 2025 г. в части критерия, характеризующего изменение физических, химических и механических свойств материала при многократном использовании с учетом возможного количества циклов переработки отходов, при расчете ставки экологического сбора учитывается размер коэффициента экологичности на уровне «0» для исследуемых групп упаковки, отходы от использования которой подлежат утилизации, в соответствии с перечнем товаров, упаковки, отходы от использования которых подлежат утилизации, утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 29.12.2023 No 2414.
Соответствующую рекомендацию Российский Союз химиков направил в ответственные федеральные органы исполнительной власти и в Правительство РФ. Экспертное заключение по результатам НИР «Исследование технологических, физико-химических и эксплуатационных свойств полимерных материалов различной химической природы при многократной переработке» размещено на сайте Российского Союза химиков.
Следующим шагом в фундаментальном развитии темы перерабатываемости базовых полимеров, по мнению экспертного сообщества РСХ, должна стать разработка Отраслевой методики рециклинга базовых полимеров относительно сфер их предполагаемого применения.
Татьяна Петрова,
вице-президент РСХ по работе со СМИ и общественными организациями
