1.3 Проблемы накопления полиуретановых отходов в мире

Полиуретаны - это один из видов полимерных материалов, которые имеют большое промышленное значение. К полиуретанам относят высокомолекулярные соединения, которые содержат значительное количество уретановых групп, вне зависимости от строения остальной молекул. Как правило, эти полимеры получают при взаимодействии полиизоцианатов с веществами, имеющими несколько гидроксильных групп, например с гликолями. Эти вещества могут содержать и прочие реакционно-способные группы, в том числе, аминные и карбоксильные. В связи с этим в полиуретанах помимо уретановых групп могут быть амидные, эфирные (простые или сложные) группы, а также ароматические и алифатические радикалы. Такие полимеры называют иногда «полиуретанами», а иногда - «изоцианатными полимерами».

Производство полиуретанов (ПУ) представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности. Такой интерес производителей ПУ прежде всего связан с возможностью получения разнообразных технически ценных материалов на их основе. Это монолитные эластомеры и пластики, вспененные материалы, волокна, клея, лаки, адгезивы и герметики. При этом на эластичные и жесткие пенополиуретаны (ППУ) приходится наибольший объем потребления, который составляет 75% от всего выпуска [21].

Высокие темпы производства и потребления ПУ приводят к накоплению неизбежно образующихся производственных отходов и изделий, вышедших из эксплуатации, что влечет за собой экологические и экономические проблемы. Традиционные способы утилизации отходов - депонирование и сжигание для полиуретанов неприемлемы. В первом случае в результате воздействия воды образуются вредные аминосодержащие продукты, во втором - выделяются токсичные газы, такие как цианистый водород, оксиды азота и т.п. В то же время невосполнимость природных ресурсов и их высокая стоимость диктуют настоятельную необходимость использования вторичного сырья.

Проблемы вторичной переработки полиуретана становятся все более значимыми, особенно в Европе, где размеры свалок для отходов сокращаются, при этом затраты на вывоз отходов значительно увеличиваются. Растущие законодательные требования «замкнуть круг» жизненного цикла полиуретановой продукции являются дополнительными факторами стимулирования вторичной переработки. За последнее десятилетие появилось множество новаторских технологий вторичной переработки, но только несколько из них применяются на регулярной основе.

Отходы полиуретанов (ПУ) и их производных в большом количестве образуются в автомобиле- и самолетостроении, обувном производстве, при производстве строительных материалов, деталей для оборудования различного профиля, клеевых композиций, бытовых изделий, синтетичесих волокон, трикотажной и швейной промышленности. Их формируют вышедшие из эксплуатации детали автомобилей, мебели и оборудования различного вида, обувь, полиамидные ковры, полиуретановые манжеты, прокладки и сальники, другие изделия технического и бытового назначения. В 1990 г. в мире произведено -100 млн. т. пластмасс, поэтому проблема экономичной и экологически безопасной переработки отходов пластиков в настоящее время весьма актуальна [97]. Объемы переработки отходов ПУ и ПА стремительно нарастают в последние 20 лет. Уже в 1991 г. в Европе было переработано 50000 т ПУ-отходов, образующихся, главным образом, при изготовлении изделий из блочного ППУ (подложки для ковровых покрытий). В ФРГ в отходы попадает ~ 3 млн. т полимерных материалов, в ТБО их масса составляет 7-8%). Из них 1,4 млн. т перерабатывают повторно (отходы производства, собираемые в рамках мероприятий Dualen Systems) и 0,5 млн. т направляют на мусоросжигающие заводы. Оставшиеся 1,1 млн. т попадают на свалку. Фирма Bayer применяет ряд технологий для переработки ПУ-отходов, в частности, использование ППУ-изоляции холодильников для изготовления прессованных плит (~3 тыс. т/г), гликолиз ПУ-отходов, введение порошкообразных ПУ-отходов в 1ШУ - изделия для мебели (разработка совместно с фирмой Hennecke). В другие изделия в ФРГ перерабатывают -30 тыс. т/г ПУ-отходов. Процессы переработки компактных дисков позволяют утилизировать -1,5 тыс. т/г ПУ, обеспечивая получение 4-5 тыс. т материалов типа Makroion и Bayblend. Новый завод переработки отходов полиуретана с годовой производительностью 1000 т построен в Англии [116]. Завод мощностью 4500 т/г начали строить в 1997 г. фирмы BASF Corporation и Philip Environmental [116].

Мировое производство полимеров в 2010 г. составило 250 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Все произведённые полимерные материалы после периода эксплуатации становятся полимерными отходами и нуждаются в утилизации [15].

Утилизацией, или рециклом, называется любое повторное использование отходов. Хотя Россия по сравнению с развитыми странами мира имеет невысокий уровень производства и потребления полимерных материалов, образование отходов полимеров в России сегодня оценивают цифрой 1 млн. т в год [52]. В состав бытовых полимерных отходов входят полиэтилен, полиэтилен-терефталат, ламинированная бумага, поливинилхлорид, полистирол, полипропилен. Среди них велика доля полимерных отходов тары и упаковки: в 2000 году масса их равнялась 0,3 млн. т, в том числе полиэтилентерефталата (бутылочного полимера) - 0,15 млн. т. В эти оценки не включено значительное количество промышленных полимерных отходов, самый распространённый из которых - полиуретан [56].