Сформировавшееся за последнее время понимание того, что полимерам (и в их числе – ПЭТ) необходимо дать шанс на возрождение для многократного использования, которое не только освободит от мусора окружающую среду, но и приведет к уменьшению выбросов парниковых газов, экономии энергии и ископаемого сырья, – позволяет надеяться на существенный прогресс в этом направлении
Немного истории
Технология получения ПЭТ была запатентована в 1941 г., а достаточно масштабное производство инициировали в конце 40-х – начале 50-х химические гиганты ICI (торговое название Melinex) и DuPont (Mylar). В 1949 г. синтез ПЭТ был осуществлен в Лаборатории высокомолекулярных соединений АН СССР, давшей название (Лавсан) волокнам и пленкам, выпуск которых был налажен в последующие десятилетия.
Мощным толчком к практическому применению ПЭТ явилась способность его полимерных цепочек образовывать упорядоченные структуры в процессе ориентации. Это облегчает его переработку для получения волокон, тонких пленок, выдувных и термоформованных изделий, придавая им дополнительные прочностные, барьерные и диэлектрические свойства.
Первоначально основную долю ПЭТ использовали в производстве волокон и пленок для электротехнического применения, кино-фото и рентгенографии, магнитофонных лент и кассет. Первую ПЭТ-бутылку емкостью 2 л на рынке представила компания Coca-Cola в 1978 г.
Вторая жизнь ПЭТ
Часть производственных направлений конца прошлого века нынче исчезли или превратились в нишевые, производство волокон расширилось и составляет 52% от мирового производства всех волокон или 79% от искусственных (2019 г.).
Однако с начала 1980-х, благодаря разработкам в области производства бутылок методом раздува и применению двуосноориентированных пленок в ламинатах для гибкой упаковки, а также замене альтернативных пленок для производства жесткой упаковки методом термоформования – внедрение ПЭТ ускоряется, особенно это заметно с начала 2000-х.
В лидерах полимерной промышленности
Сохраняя некоторую долю технических применений (от электротехники до голографических пленок и защитных элементов банкнот), именно за счет широкого использования в упаковке, ПЭТ ворвался в число лидеров полимерной промышленности.
К ним относятся полиэтилен высокой (ПЭНД) и низкой плотности (ПЭВД), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) и полистирол (ПС). Мы называем их крупнотоннажными, отдавая дань социалистическому фактору приоритета производства над потреблением.
В международной практике их обозначают commodity polymers (англ.) или Rohstoffpolymere (нем.), т.е. «товарные, наиболее употребляемые». Только им присвоены индивидуальные обозначения – ПЭТ-(1); ПЭНД-(2); ПВХ-(3); ПЭВД-(4); ПП-(5) и ПС-(6). Все остальные, если и маркируются, то цифрой «7».
Сравнивая объемы применения
Объемы применения ПЭТ оценивались в 2019 г на уровне 36 млн т. Из них 22,5 млн т – это бутылки и банки, полученные раздувом, из которых 34,6% использовали для розлива воды, а 27,1% – сладких газированных напитков. Этот объем уступает ПЭВД, ПЭНД (133 млн т), ПП (77 млн т) и ПВХ (44 млн т).
Однако если добавить 57,7 млн т полиэфирных волокон, то по объемам производства, а соответственно, и накопления отходов, с ПЭТ могут соперничать только ПЭ и ПП – производство ПП-волокна и нетканых материалов примерно на порядок меньше, чем ПЭТ.
Тем более, что изделия с длительным сроком службы изготавливаются в значительно большей степени из ПП (автомобильная промышленность, мебель, трубы и т.д.) и ПВХ (строительство, напольные покрытия, трубы и т.д.). А если говорить о накоплении отходов полимеров в акватории мирового океана, которые особо на слуху, то доля ПЭТ в них значительно больше за счет утерянных или порванных рыболовных сеток и прочих снастей, чем за счет использованной упаковки.
Когда преимущество становится проблемой
Очевидно, что проблема отходов изделий из ПЭТ, а соответственно, и создание условий для их вторичной переработки, чрезвычайно актуальны. ПЭТ отличается от других полимеров-лидеров рынка тем, что его получают поликонденсацией терефталевой кислоты с этиленгликолем, а не полимеризацией идентичных мономеров (этилена, пропилена, стирола, винилхлорида).
Обратить процесс полимеризации названных мономеров вспять практически невозможно, а разрушить цепочку, полученную поликонденсацией на отдельные звенья в случае ПЭТ – сложно, но осуществимо.
Актуальность переработки
Над процессом химического восстановления ПЭТ из отходов путем расщепления на исходные компоненты, удаления примесей и дальнейшей поликонденсации разработчики из DuPont, ICI и Teijin работали еще в 1970-80-е. Были созданы пилотные установки, однако масштабировать процесс не удалось по экономическим соображениям.
Проблема отходов остро не стояла, систем раздельного сбора и сортировки тогда еще не существовало. В настоящее время эти работы снова приобрели актуальность, компании и правительства финансируют десятки проектов, проводятся многочисленные исследования по поиску эффективных катализаторов и параметров процесса. Достигнуты существенные успехи.
