Ученые Российского биотехнологического университета «РОСБИОТЕХ» (г. Москва) провели беспрецедентное по масштабу полученных результатов исследование по оценке потенциала рециклинга базовых полимеров. Инициатива проведения фундаментального исследования принадлежит Российскому союзу химиков (РСХ) и Фонду содействия развития химической промышленности (ФРХП), сообщается в пресс-релизе РСХ.
Ряд специфических исследований был проведен силами ведущих академических и отраслевых научно-исследовательских институтов — ФГБУН Институт синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова РАН, ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, а также Институтом пластмасс им. Г. С. Петрова.
Перед учеными стояла задача установить количество возможных циклов вторичной переработки полимеров и оценить их качество в сопоставлении с первичным материалом.
Изменение технологических, эксплуатационных свойств и характерных показателей старения полипропилена по выбранному комплексному критерию технологического старения (КС)Изображение: ФГБОУ ВО «РОСБИОТЕХ»
Проведенные исследования показали, что основные технологические и эксплуатационные свойства полимеров сохраняются на приемлемом уровне после многократных циклов переработки.
Методология, материалы и оборудование
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, которые 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 государственных программ приоритетного развития — Национальный проект «Экология» и 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.
Для получения зависимостей и обобщения полученных результатов по многократной переработке полимера в исследовании анализировались следующие марки крупнотоннажных полимеров: ПС 585, ПВХ с пластификатором, литьевой ПЭВП марки HD 45552, экструзионно-выдувная марка ПЭВП HD 10530, экструзионная марка ПЭВП PE 10500, экструзионная марка ПЭНП 15803–020, экструзионная марка ПЭНП LD 40251, литьевая марка ПП PPH 030, а также экструзионно-выдувная марка ПП PPR 015.
Оценку полимеров проводили с использованием комплексного критерия технологического старения, который включал в себя сумму шести показателей с учетом одинаковой весомости каждого из них — молекулярной массы, разрушающего напряжения, относительного удлинения при разрыве, индекса содержания кислородсодержащих групп, индекса желтизны, показателя текучести расплава.
Такой метод при оценке 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.
Результаты показали, что все исследованные образцы полимеров продемонстрировали хорошие показатели по количеству циклов вторичной переработки. Это подтверждает, что полимеры пригодны для многократной переработки и являются ценным материальным ресурсом в экономике замкнутого цикла с низкой экологической нагрузкой.
Использование различных типов экструдеров позволило моделировать промышленные условия переработки и подтвердить стабильность свойств полимеров при многократной переработке. Количество всех обнаруженных низкомолекулярных веществ в вытяжках из образцов после 10-го 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.
Экспериментальные данные
ПЭНП
Полиэтилен низкой плотности успешно выдержал все 10 циклов вторичной переработки без добавления
стабилизатора. Это свидетельствует о возможности использования ПЭНП длявторичной переработки
на протяжении 10 циклов в изделие без потери свойств.
ПЭВП
Полиэтилен высокой плотности успешно выдержал все 10 циклов вторичной переработки со стабилизатором
и 9 циклов без стабилизатора. Это свидетельствует о возможности использования
вторичной переработки ПЭНД на протяжении 9–10 циклов в изделие без потери свойств.
ПП
Полипропилен успешно выдержал все 10 циклов вторичной переработки со стабилизатором и 8
циклов без стабилизатора. Это свидетельствует о возможности использования вторичной
переработки ПП на протяжении 8–10 циклов в изделие без потери свойств.
ПВХ
Поливинилхлорид успешно выдержал все 10 циклов вторичной переработки, что свидетельствует
о возможности использования вторичной переработки ПВХ на протяжении 10 циклов в
изделие без потери свойств. Необходимо учитывать, что ПВХ традиционно перерабатывается в изделие экструзионным методом с добавлением пластификаторов и
стабилизаторов.
ПС
Полистирол успешно выдержал 5 циклов вторичной переработки. Это свидетельствует о
возможности использования вторичной переработки ПС на протяжении 5 циклов в изделие
без потери свойств.
С учетом полученных результатов, планируется дополнительное исследование свойств ПС с добавлением первичного материала при многократной
переработке. В мировой практике вторичный ПС, как правило, перерабатывается с
добавлением первичного материала.
Принимая во внимание полученные в ходе НИР результаты, Российский союз химиков считает необходимым обнулить с 2025 года критерий, характеризующий изменение физических, химических и механических свойств материала при многократном использовании с учетом возможного количества циклов переработки отходов, при расчете ставки экологического сбора, в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 29.12.2023 № 2406.
Соответствующую рекомендацию Российский союз химиков направил в ответственные федеральные органы исполнительной власти и в Правительство РФ. Следующим шагом в фундаментальном развитии темы перерабатываемости базовых полимеров, по мнению экспертного сообщества РСХ, должна стать разработка Отраслевой методики рециклинга полимеров относительно сфер их предполагаемого применения.
Экспертное заключение