Малюнок 1. Полігон у Драйдені, Онтаріо.
Протягом останнього десятиліття пластмаси W і полімери W на основі нафти домінували в багатьох процесах обробки матеріалів . В останні роки занепокоєння щодо виснаження нафти, а також впливу таких матеріалів на навколишнє середовище призвело до зацікавлення альтернативними, екологічно чистими матеріалами. Останніми роками полімери на біологічній основі стають все більш популярними альтернативами [1] .
Полівінілхлорид W (ПВХ) є дуже поширеним термопластичним полімером, який використовується в широкому спектрі застосувань, таких як будівельні матеріали, труби та ізоляція електричних проводів. Існує занепокоєння щодо його широкого використання, оскільки він має великий вплив на навколишнє середовище та містить як токсини, так і канцерогени. Добавки викликають занепокоєння, зокрема, у продуктах, де гнучкість є бажаною властивістю продукту з ПВХ. Щоб зробити матеріал гнучким, додають фталатні пластифікатори, більшість з яких є токсичними та заборонені в кількох країнах. Однак повне усунення фталатних пластифікаторів виявилося складним через необхідність гнучкої пластмаси. Особливе занепокоєння викликають випадки опіків або впливу сонячних променів, оскільки це часто спричиняє викиди шкідливих газів, таких як оксид вуглецю, вуглекислий газ, хлористий водень і іноді фосфен, які є небезпечними для людини та навколишнього середовища [2] .
Полімерна екологічно чиста смола стає популярною екологічно чистою, нетоксичною та не містить канцерогенів альтернативою ПВХ. Запатентована в 2003 році полімерна екологічно чиста смола є досить новою технологією, тому ще не має широкого застосування. Однією з сфер, де PER стає все більш популярним, є спільнота йоги та виробництво килимків для йоги, оскільки багато йогів дуже екологічно свідомі. Однак PER має великий потенціал для заміни ПВХ у широкому діапазоні застосувань.
Зміст
Чому PER? Вплив ПВХ на навколишнє середовище та здоров'я
Було виявлено, що ПВХ містить ряд шкідливих хімікатів і добавок. Лише виробничий процес виділяє 35 фунтів/тонну твердих частинок і 17 фунтів/тонну газів [3] . Це небезпека як для здоров'я людини, так і для навколишнього середовища.
Токсини
Найпоширенішими токсинами в ПВХ є фталатні пластифікатори W і свинець W . Фталатні пластифікатори викликали велике занепокоєння, оскільки DEHP W і DINP, найпоширеніші фталати в ПВХ, були внесені до списку ймовірних канцерогенів Агентством з охорони навколишнього середовища США. Дослідження на тваринах показують, що вплив цих фталатів може варіюватися від шлунково-кишкового дистресу до вроджених дефектів і різних видів раку [4] .
Свинець можна знайти у великих кількостях у ПВХ, і під час розкладання через вплив тепла та сонця він може викидатися в повітря у вигляді пилу. Свинець має широкий спектр негативних наслідків для здоров’я при будь-якій взаємодії з людиною та має тенденцію вражати нервову систему W . [5]
Нарешті, діоксин є побічним продуктом процесу виробництва ПВХ, а також його спалювання. Відповідно до Агентства з охорони навколишнього середовища США це канцероген класу 1 і може спричинити проблеми з репродуктивною системою, розвитком, гормональною або імунною системою [6] .
Канцерогени
Вінілхлорид W , відомий канцероген, є основною хімічною речовиною, яка використовується для виробництва ПВХ. Довгострокові наслідки спостерігалися у працівників заводів з виробництва ПВХ, а також у мешканців, що оточують заводи з ПВХ. Взаємодія з ПВХ дуже поширена, однак серед більшості людей цей матеріал використовується у багатьох харчових упаковках, дитячих іграшках, підлогових покриттях, шпалерах, трубах та багатьох інших сферах застосування. Це викликає занепокоєння щодо довгострокових наслідків для здоров’я, які, як було доведено, існують через інтенсивну взаємодію з цим відомим канцерогеном. [7]
Діоксин W є побічним продуктом процесу виробництва ПВХ, а також його спалювання. Відповідно до Агентства з охорони навколишнього середовища США це канцероген класу 1 і може спричинити проблеми з репродуктивною системою, розвитком, гормональною або імунною системою [8] .
Переробка та біорозкладаність
ПВХ має більший негативний вплив на навколишнє середовище при переробці. Завдяки великій кількості добавок у ПВХ, вони можуть бути перероблені обмежену кількість разів і в більшості випадків повинні бути відсортовані з процесу переробки. Вони також виділяють шкідливі гази, включаючи оксид вуглецю W , вуглекислий газ W і хлористий водень W під час розплавлення, тому їх переробка завдає великої шкоди. Через ці проблеми лише приблизно 6,9% пластику переробляється в США [9] . ПВХ також повністю не розкладається біологічно, тому вони негативно впливають на навколишнє середовище незалежно від того, переробляються вони чи ні. [10]
Виробництво ПЕР та ПВХ
Виробництво ПВХ вимагає менше етапів обробки, ніж виробництво PER, однак додаткові етапи обробки, необхідні для PER, створюють набагато більш екологічний варіант. PER виготовляється з ПВХ та інших матеріалів, однак додаткові етапи обробки забезпечують набагато більш екологічний варіант.
Зазвичай ПВХ виготовляють за допомогою процесу суспендування. Мономер вінілхлориду в рідкому стані занурюють у воду в камеру під тиском і піддають термічній обробці. Під час термообробки вінілхлорид починає полімеризуватися і утворює дрібні частинки. Коли частинки досягають відповідного розміру для бажаних застосувань, термообробку припиняють, ПВХ відокремлюють і сушать. [11]
Рисунок 2. Типовий килимок для йоги з ПВХПри виробництві PER спочатку виготовляють суміш оцтового трибутилцитрату та рідкофазного стабілізатора. Готують другу суміш з порошкоподібного полівінілхлориду, наповнювача, світлостабілізатора uvasorb і вогнезахисного агента, а потім дві повні суміші об’єднують. Після змішування суміш перетворюється на кремоподібний готовий продукт, який потім запікається при 170°C і перетворюється на екологічно чисту полімерну смолу. [12]
Після цього процесу використовується низка методів обробки для отримання готового продукту PER. Найпопулярнішим є компресійне формування, оскільки наразі PER найчастіше використовують у килимках для йоги, але існує потенціал для низки інших процесів, які можна використовувати для різних застосувань. Під час пресування PER пресують у форму гідравлічним пресом. Незважаючи на те, що в більшості випадків компресійне формування було замінено литтям під тиском, компресійне формування залишалося популярним, коли полімери були посилені волокнистою матрицею [13] (що є поширеним у килимках для йоги PER).
За останні роки виробництво ПВХ стало все більш ефективним, оскільки його використання зросло. Ефективність у цьому процесі та прагнення до простоти у виробництві призводять до опору вживати додаткових кроків для підвищення ефективності життєвого циклу матеріалу. Через це три додаткові етапи обробки та додаткові матеріали для перетворення звичайного ПВХ на PER виглядають непривабливими. Ці три останні кроки не є надмірними за своїми потребами в енергії чи матеріалах, але вони виходять за межі мінімальних вимог для задоволення потреб використання.
Переваги PER
Екологічні переваги використання PER над ПВХ величезні. Там, де викиди від виробництва ПВХ є численними, PER майже не виділяє шкідливих викидів навіть при спалюванні (за винятком CO2, який неминучий при спалюванні). PER також не має повільного викиду токсинів і канцерогенів, і він більш здатний до кількох циклів переробки. Враховуючи те, що PER містить менше шкідливих добавок, ніж ПВХ, його можна переробити без ризику руйнування вторинного матеріалу після кількох циклів. Завдяки своєму унікальному складу перероблений PER не виділяє таких шкідливих газів, як ті, що виробляються з переробленого ПВХ.
Примітно, що PER не потребує фталатних пластифікаторів, щоб досягти гнучкості, яка потрібна в багатьох сучасних застосуваннях ПВХ. Враховуючи цей факт, можна побачити, що таким чином канцерогенні ефекти від впливу канцерогенів мінімізовані. Хоча наповнювачі та світлостабілізатори не позбавлені загрози (іноді токсичні), вони залишаються експоненціально більш здоровими та екологічно чистими, оскільки їх менше в PER, ніж у PVC. [14]
Враховуючи всі ці переваги, PER також успішно відповідає бажаним якостям ПВХ. PER не ковзає, водонепроникний і захищає від сонця, як і ПВХ. [12] Ці якості дозволяють PER бути прийнятною та екологічно чистою заміною для більшості виробів з ПВХ.
Біо-композити
Підвищений інтерес викликав зміцнення полімерів біоматеріалів екологічно чистими волокнами. [15] Доведено, що цей метод підвищує міцність, зберігаючи екологічні переваги матеріалів. Натуральні волокна, такі як кенаф W [16] і джут W [17], вбудовані в біополімер, який, як було доведено, підвищує міцність на розрив цих матеріалів. Полімери на біологічній основі, такі як виготовлені із сої, мають великі перспективи в екологічно чистій полімерній промисловості. Властивості полімерів на біологічній основі самі по собі не забезпечують достатньої міцності, щоб використовувати їх у різноманітних сферах застосування. Вбудовані волокна підвищили свою корисність у великій кількості застосувань. Спостерігається прямий зв'язок між поперечним зшиванням волокон у матеріалі та міцністю матеріалу.
PERs є серединою між біокомпозитами та ПВХ, які є набагато більш екологічними, ніж останні, але менш, ніж перші. Вбудовані волокна демонструють великий потенціал для використання в PER, де потрібна підвищена міцність.
Матеріальна ефективність
Незважаючи на те, що виробничий процес PER не є більш ефективним у використанні матеріалів чи енергії, ніж ПВХ, він домінує щодо можливості повторної переробки та терміну служби. Ці два фактори сприяють ефективності життєвого циклу PER, оскільки їх можна повторно використовувати легше, ніж ПВХ. Втілена енергія в виробах із ПВХ та їх обробці матеріалу становить приблизно 19000 Btu/lb. [3] Це не включає енергетичні потреби для переробки цього пластику, який менш піддається повторній переробці, а також енергію, необхідну для спалювання, яке є єдиним методом, за допомогою якого можна отримати частину цієї енергії.
Переробка
Малюнок 3. Логотип Recycling.Зведення до мінімуму використання сировини за допомогою варіантів, які можна переробляти, може бути найкращим і єдиним варіантом, який веде до екологічно чистої промисловості полімерів. Можливість вторинної переробки PER є основним фактором, який підштовхує промисловість до його використання замість ПВХ. ПВХ є несприятливим як матеріал, що підлягає вторинній переробці, як з точки зору енергії, необхідної для процесу, так і через те, що ринкова ціна на перероблений ПВХ значно нижча, ніж на первинний ПВХ. Це робить первинний ПВХ більш вигідним для використання, оскільки одним із факторів популярності ПВХ є його низька вартість. Там, де відбувається переробка ПВХ, людська праця необхідна для його сортування від інших пластмас. Багато переробних заводів не хочуть переробляти ПВХ, оскільки високий вміст добавок погіршує якість переробленого матеріалу. ПВХ може стати марним вже через 2 цикли, оскільки добавки складають до 60% його вмісту [18]
У разі переходу на PER, як матеріал, який можна переробити набагато більше, це можна зробити багато разів, перш ніж вміст добавки стане занадто великим, щоб матеріал був корисним. Варіант PERs як переробленого полімеру замість ПВХ виглядає досить привабливим з цих причин. Використання PER як альтернативи ПВХ має екологічні переваги, а також мінімізує потребу в нових матеріалах, оскільки переробка знову стане життєздатним варіантом. [19]
Кінець життя
Хоча спалювання ПВХ може бути економічно життєздатнішим методом боротьби з ПВХ замість переходу на екологічно чисті матеріали, вплив цього варіанту на навколишнє середовище здається занадто великим, щоб виправдати невикористання альтернативних варіантів. ПВХ можна переробляти лише обмежену кількість разів, і коли вони більше не підлягатимуть переробці, вони залишатимуться на звалищах, оскільки не піддаються біологічному розкладу. Цю проблему надзвичайно важливо вирішити за допомогою ПВХ, оскільки вимивання токсинів і канцерогенів може становити ризик для якості води та повітря та, зрештою, завдати великої шкоди людям і навколишньому середовищу.
Спалювання виділяє велику кількість парникових і шкідливих газів і залишає велику кількість твердих відходів, таких як шлак, зола та різні види відходів. [19] Ця опція може забезпечити певну енергію, однак вона мінімальна порівняно з енергією, втіленою в пластику.
PERs надають варіант для завершення терміну служби, який залишає незначний вплив на навколишнє середовище. Хоча вони також створюють простір для сміттєзвалищ, вимивання шкідливих хімікатів не є проблемою, а спалювання спричиняє набагато менше викидів. PER також мають набагато довший життєвий цикл, і, отже, менше продуктів PER досягають свого кінця за певний проміжок часу, ніж виготовлені з ПВХ.
Пропозиції: майбутнє PER та композитних матеріалів PER
Перспективи біокомпозитів і PER як альтернатив ПВХ вказують на можливість широкого застосування для обох варіантів матеріалів. Можливість використання біокомпозитної технології в PER для отримання більш міцних екологічно чистих полімерів ще не була широко вивчена, але може виявитися багатообіцяючою. У той час, коли додавання натуральних волокон до ПВХ для підвищення міцності здавалося марним, оскільки сам ПВХ був настільки токсичним, PER забезпечує набагато більш відповідний матеріал для початку дослідження переваг матриці з біоволокна. [15]
Повний перехід від ПВХ до PER наразі неможливий через вищу вартість виробництва. Проте є надія, що, незважаючи на зростання занепокоєння навколишнім середовищем протягом наступних років, перехід на більш екологічно чистий полімер може дати можливість зменшити відходи та викиди шкідливих газів.
Який відсоток ПВХ у PER і як виглядають значення енергії для звичайних і ідеальних показників переробки. [ потрібне розширення ]
Список літератури
- ↑ Jiang Zhu, K. Chandrashekhara, Virgil Flanigan, Shubhender Kapila. «Затвердіння та механічна характеристика системи епоксидної смоли на основі сої» < http://scholarsportal.info.proxy.queensu.ca/pdflinks/08101219511503873.pdf >
- ↑ SVP Industries. "ПВХ і вогонь" < http://www.svpindustries.com/docs/pvc-and-fire.pdf >
- ↑Перейти до:3.0 3.1 Розділ 2: Етиленовий ланцюг. < http://www1.eere.energy.gov/industry/chemicals/pdfs/profile_chap2.pdf >
- ↑ Веб-сайт мережі Technology Transfer Air Toxics: Bis(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP)< http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/eth-phth.html >
- ↑ Агентство з токсичних речовин і захворювань "ToxFAQs"
- ↑ EcoMall. «Занепокоєння щодо здоров’я пластикових іграшок» < http://www.ecomall.com/greenshopping/ftoys.htm >
- ↑ Дженнаро, Валеріо, Марчелло Чеппі, Паоло Кросіньяні та Фабіо Монтанаро. «Повторний аналіз оновленої смертності серед працівників, які займаються виробництвом вінілу та полівінілхлориду: підтвердження історичних свідчень і нові відкриття. (Листування).» BMC Public Health 8.21 (22 січня 2008 р.): 21. Academic OneFile. Гейл. КВІНС УНІВ (ON). 27 листопада 2008 < http://find.galegroup.com.proxy.queensu.ca/itx/start.do?prodId=AONE >.
- ↑ EcoMall. «Занепокоєння щодо здоров’я пластикових іграшок» < http://www.ecomall.com/greenshopping/ftoys.htm >
- ↑ Агентство з охорони навколишнього середовища США. Утворення, переробка та утилізація твердих побутових відходів у Сполучених Штатах: факти та цифри за 2006 рік < http://www.epa.gov/osw/nonhaz/municipal/pubs/msw06.pdf >
- ↑ Ініціатива екологічної дорожньої карти «Plastics: Impacts, Risks and Regulations»< http://web.archive.org/web/20120315001716/http://ecm.ncms.org/ERI/new/IRRplastics.htm >
- ↑ Виробництво та виробничий процес полівінілхлориду (ПВХ). ICIS< http://web.archive.org/web/20110831131822/http://www.icis.com:80/V2/chemicals/9076438/polyvinyl-chloride/process.html >
- ↑Перейти до:12.0 12.1 "Метод виготовлення полімерної екологічно чистої смоли" < http://www.freepatentsonline.com/y2004/0254288.html >
- ↑ Влахопулос, Джон, Девід Стратт. Огляд переробки полімерів . Центр вдосконаленої обробки полімерів і дизайну< http://web.archive.org/web/20091229041305/http://www.polydynamics.com:80/Overview_of_Polymer_Processing.PDF >
- ↑ База даних альтернатив PVC: Building the Future.
- ↑Перейти до:15.0 15.1 Біокомпозити з природних волокон і біорозкладаних полімерів: обробка, властивості та майбутні перспективи.< http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=14614859 >
- ↑ Такаші Нішіно, Коічі Хірао, Масару Котера, Кацухіко Накамае, Хіроші Інагакі «Кенаф армований бідеградуючий композит» < http://scholarsportal.info.proxy.queensu.ca/pdflinks/08101219513403958.pdf >
- ↑ Rowell, Roger M. Biological Systems Engineering Dept., University of Wisconsin."Potentials for Jute Based Composites"< http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/pdf1997/rowel97f.pdf >
- ↑ Відходи та переробка ПВХ - вирішення проблеми чи продаж отрути? < http://web.archive.org/web/20100826160512/http://www.greenpeace.org:80/international/campaigns/toxics/polyvinyl-chloride/pvc-waste/ >
- ↑Перейти до:19,0 19,1 Відходи та переробка ПВХ.
