Раздел 10. Производство высокомолекулярных соединений специального назначения

Раздел 10. Производство высокомолекулярных соединений специального назначения

10.1 Поликарбонаты

Поликарбонаты - это синтетические полимеры, сложные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных спиртов с общей формулой (-O-R-O-CO-)n, где R - это ароматический или алифатический остаток. Наибольшее промышленное значение имеют ароматические поликарбонаты, в первую очередь, поликарбонат на основе бисфенола А, благодаря его доступности.

Поликарбонаты имеют высокую теплостойкость (до 153 °C). Отдельные термостойкие марки полимера (PC-HT - в латинской транскрипции) выдерживают температуру до 160 °C - 205 °C. Полимеры обладают высокой жесткостью и стойкостью к ударным воздействиям, выдерживают циклические перепады температур от -253 °C до +100 °C, имеют высокую размерную стабильность, незначительное водопоглощение и проявляют хорошие диэлектрические свойства. Поликарбонат обладает высокой химической устойчивостью к большинству неинертных веществ, что дает возможность применять его в агрессивных средах без изменения его химического состава и свойств. К таким веществам относятся минеральные кислоты даже высоких концентраций, соли, насыщенные углеводороды и спирты, включая метанол.

Перечисленные выше свойства поликарбоната обусловили его широкое применение во многих отраслях промышленности (рисунок 10.1.1).

Рисунок 10.1.1 - Сферы применения поликарбоната

Основными областями потребления поликарбонатов являются электротехника и электроника, автомобилестроение, строительство и производство потребительских товаров, прежде всего бытовых приборов. Ключевой областью, определяющей перспективы применения поликарбонатов считается остекление автомобилей, так как широкое внедрение поликарбоната для этой цели приведет к значительному росту объемов его потребления.

В 2009 г. в РФ было произведено 35,7 тыс. т поликарбоната при уровне загрузки мощностей на 55 % (рисунок 10.1.2). По итогам 2016 г. производство поликарбоната (ПК) в России выросло до 70,9 тыс. т, что на 5 % больше аналогичного показателя 2015 г.

Рисунок 10.1.2 - Производство поликарбоната в России в 2009-2016 гг., тыс. т

В Российской Федерации, в зависимости от рекомендуемых способов переработки и назначения выпускают следующие марки поликарбонатов:

а) РС - 003 - высоковязкая марка для выпуска изделий методом выдувного литья под давлением;

б) РС - 005, РС - 007 - средневязкие экструзионные марки;

в) РС - 010, РС-015, РС-022, РС-030 - низковязкие литьевые марки;

г) РС-075 - литьевая марка для изготовления изделий оптического назначения.

В мире известно три метода получения поликарбонатов:

1) переэтерификация дифенилкарбоната бисфенолом А в вакууме в присутствии оснований при ступенчатом повышении температуры от 220 °C до 270 °C и постоянном удалении из зоны реакции выделяющегося фенола (рисунок 10.1.3);

Рисунок 10.1.3 - Реакция получения поликарбонатов переэтерификацией

2) фосгенирование бисфенола А в растворе в присутствии пиридина при температуре 25 °C. Пиридин служит катализатором реакции и акцептором выделяющегося в реакции НСд. Для эффективного протекания реакции пиридин берут в большом избытке (не менее 2 молей на 1 моль фосгена). В качестве растворителей используют безводные хлорорганические соединения (обычно метиленхлорид), в качестве регуляторов молекулярной массы используют одноатомные фенолы;

3) межфазная поликонденсация бисфенола А с фосгеном в среде водной щелочи и органического растворителя, например, метиленхлорида или смеси хлорсодержащих растворителей (рисунок 10.1.4).

Рисунок 10.1.4 - Реакция получения поликарбонатов межфазной поликонденсацией

Условно процесс можно разделить на две стадии: первая - фосгенирование динатриевой соли бисфенола А с образованием олигомеров, содержащих реакционно-способные хлорформиатные и гидроксильные концевые группы, вторая - поликонденсация олигомеров (катализируемая триэтиламином или четвертичными аммониевыми основаниями) с образованием полимера.

10.1.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Наиболее распространенным промышленным способом производства поликарбонатов остается способ, основанный на межфазной поликонденсации. По этой технологии производится более 80 % поликарбоната в мире. Существующая отечественная технология также основана на межфазной поликонденсации бисфенола А с фосгеном, по которой поликарбонат производится до начала двухтысячных годов на НПО "Заря". В настоящее время данное производство остановлено. Этот метод имеет существенные недостатки, связанные с высокой токсичностью реагента, образованием побочных продуктов и необходимостью проведения тщательной очистки образующегося полимера от исходных реагентов и побочных продуктов.

В настоящее время в РФ существует производство поликарбонатов, основанное на методе поликонденсации дифенилкарбоната и бисфенола А. Это практически безотходная технология и в качестве сырья используются окись этилена, углекислый газ и бисфенол А. Особенностью данной технологии является и то, что в процессе получения поликарбонатов не используется газ фосген (фосген является отравляющим веществом, применяемом в химическом оружии массового поражения), применяемый на подобных производствах во многих странах мира. Бесфосгенный процесс производства является более безопасным с точки зрения эксплуатации и экологии. В качестве побочного продукта получается моноэтиленгликоль с очень высокой степенью чистоты - продукт, пользующийся постоянным спросом на рынке.

Новейшие технологии ориентируются на бесфосгенный способ выпуска. Метод основан на взаимодействии дифенилолпропана и диметилового эфира угольной кислоты (ДМУК). Использование данного метода дает возможность перевести технологический процесс получения ПК из жидкой фазы в расплав, не применять в производстве токсичный фосген и значительно увеличить объемы производства.

По всем показателям, кроме энергетических затрат, бесфосгенный метод превосходит традиционный. Побочный продукт производства - анизол, применяется в качестве растворителя промежуточного продукта в производстве красителей, фармацевтических препаратов и в качестве одного из компонентов побочного продукта производства поликарбонатов, применяется при производстве фенолформальдегидных смол и технического углерода.

Поликарбонат выпускают в форме гранулята.

В промышленности поликарбонаты (дифлон) получают по периодической и непрерывной схемам. Технологический процесс производства поликарбоната периодическим методом (рисунок 10.1.5) состоит из следующих стадий: фосгенирование дифенилолпропана, промывка раствора полимера, высаждение полимера и выделение его из суспензии, сушка полимера и регенерация растворителей и осадителей.

1 - реактор поликонденсации; 2 - аппарат для растворения дифенилолпропана; 3 - фильтр сетчатый; 4 - холодильник кожухотрубный; 5 - декантатор-промыватель; 6 - аппарат для обезвоживания; 7 - насадочная колонна; 8 - дефлегматор; 9 - высадитель; 10 - мерник осадителя; 11 - нутч-фильтр; 12 - вакуум-гребковая сушилка; 13 - гранулятор

Рисунок 10.1.5 - Схема процесса производства поликарбоната (дифлона)

В реактор поликонденсации 1 загружают водно-щелочной раствор дифенилолпропана из аппарата для растворения 2, затем добавляют метиленхлорид и катализатор и при 20 °C - 25 °С пропускают газообразный фосген. Выделяющееся тепло реакции отводится при помощи холодной воды, подаваемой в рубашку аппарата. Образующийся полимер растворяется в метиленхлориде. Содержимое реактора в виде вязкого раствора поступает в декантатор-промыватель 5, в котором оно промывается водой и раствором соляной кислоты, а затем в аппарат для обезвоживания 6'. Пары воды, проходя через насадочную колонну 7, конденсируются в холодильнике-дефлегматоре 8 и собираются в сборниках водного слоя. Раствор полимера поступает в аппарат 9, где полимер высаждается осадителем (метанол или ацетон). Суспензия поликарбоната фильтруется на фильтре 11 (барабанный или нутч-фильтр). Смесь растворителя и осадителя поступает на регенерацию и ректификацию, а порошок полимера в сушилку 12 и далее в гранулятор 13 для получения гранул.

Схема процесса производства поликарбоната непрерывным методом представлена на рисунке 10.1.6.

1 - бункер-дозатор; 2 - аппарат для приготовления раствора дифенолята натрия; 3 - емкость; 4 - ротаметр; 5 - мерник; 6, 7, 8 - реакторы поликонденсации; 9, 11 - флорентийские сосуды; 10 - промывная колонна; 12 - напорная емкость; 13 - ректификационная колонна; 14 - дефлегматор; 15, 17, 19 - теплообменники; 16 - фильтр; 18 - высадительная колонна; 20 - гранулятор

Рисунок 10.1.6 - Схема процесса производства поликарбоната непрерывным методом

Дифенилолпропан из бункера-дозатора 1 подается в аппарат 2, в котором при перемешивании готовится водный раствор дифенолята натрия. Полученный раствор из сборника 3 через дозатор 4 непрерывно поступает в реактор каскада реакторов 6. Сюда же подаются метиленхлорид и фосген. Образующийся низкомолекулярный поликарбонат перетекает в реактор 7. В реактор 8 каскада (для повышения молекулярного веса поликарбоната) подается катализатор (алкиларилхлорид аммония). Во всех реакторах поддерживается постоянная температура, равная 30 С.

Реакционная масса из реактора 8 поступает на отстаивание и отделение от водного раствора щелочи во флорентийский сосуд 9. Раствор поликарбоната в метиленхлориде промывается водой в промывной колонне 10, поступает во флорентийский сосуд 11, где отделяется от воды и далее через напорную емкость 12 поступает в ректификационную колонну 13 для освобождения от остатков воды. В колонне происходит отгонка азеотропной смеси вода - метиленхлорид, пары которой поступают в дефлегматор 14 и конденсируются.

Обезвоженный раствор поликарбоната (лак) охлаждается в холодильнике 15, отфильтровывается на фильтре 16 и поступает либо на высаждение полимера, либо непосредственно на расфасовку. При высаждении лак подогревается в теплообменнике 17 °C до 130 °С и под давлением 6,0 Мпа (60 кгс/см²) впрыскивается в высадительную колонну 18. В высадительной колонне за счет снижения температуры паров метиленхлорида до 40 °С и давления до атмосферного происходит испарение метиленхлорида и отделение поликарбоната в виде порошка. Поликарбонат далее поступает на грануляцию в гранулятор 20.

Схема процесса производства поликарбоната непрерывным методом поликонденсации дифенилкарбоната с бисфенола А представлена на рисунке 10.1.7.

Сырьем для производства поликарбоната служат окись этилена, углекислый газ и бисфенол А, в ходе синтеза образуется побочный продукт - моноэтиленгликоль высокой степени чистоты. На первой стадии из оксида этилена и диоксида углерода получают этиленкарбонат, который во второй стадии уже синтезируется в диметилкарбонат. На третьей стадии происходит синтез дифенилкарбоната, на четвертой - наиболее важной и определяющей всю технологию - получается поликарбонат, за счет реакции поликонденсации бисфенола А и дифенилкарбоната.

Рисунок 10.1.7 - Схема процесса производства поликарбоната методом поликонденсации дифенилкарбоната с бисфенолом А

10.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Процессы производства поликарбонатов не оказывают сильного воздействия на объекты окружающей среды. Основными видами воздействия при производстве поликарбонатов являются выбросы в атмосферу загрязняющих веществ (таблицу 10.1.1).

Таблица 10.1.1 - Выбросы производства поликарбонатов

Показатель	Минимальное значение массы загрязняющего вещества, т	Максимальное значение массы загрязняющего вещества, т	Удельное значение выброса, кг/т продукции
Синтез диметилкарбоната
Спирт метиловый	1,152	11,5	0,28
Этиленгликоль (1,2-этандиол)	0,006	0,15	0,0021
Диметилкарбонат	0,077	2,0	0,05
Синтез дифенилкарбоната
Фенол	0,002	0,2	0,0031
Спирт метиловый	0,21	0,21	0,003
Диметилкарбонат	0,0059	0,0266	0,00041
Дифенилолпропан	0,201	0,201	0,0029
Синтез этиленкарбоната
Углерода оксид	5,7	5,7	0,085
Серы диоксид	0,3	0,3	0,004
Азота оксид	1,1	1,1	0,02
Азота диоксид	6,9	7,0	0,11
Этилена окись	0,2	2,7	0,042
Этилацетат	0,2	0,243	0,0043
Ацетальдегид	0,1	0,1	0,0015
Синтез поликарбоната
Фенол		0,31	0,005
Этиленгликоль (1,2-этандиол)	0,12	0,12	0,002
Азота диоксид	9,6	9,6	0,142
Азота оксид	1,5	1,5	0,023
Метан	0,4	0,425	0,006
Углерода оксид	4,2	4,26	0,065
Поликарбонат	0,058	3,43	0,052
Синтез бисфенола А
Фенол		0,017	0,00055
Азота оксид	2,8	2,8	0,045
Азота диоксид	17	17	0,26
2,2-диметилтиазолодин	0,018	0,018	0,0003

Образующиеся сточные воды из реактора, кислый промывочный раствор и промывочная вода обладают кислой реакцией и могут содержать небольшое количество органических соединений (таблицу 10.1.2).

Таблица 10.1.2 - Сбросы производства поликарбонатов

Показатель	Годовая масса загрязняющего вещества, т	Максимальный сброс, мг/л	Объем сточных вод, тыс. м3/г	Удельное значение сброса, кг/т продукции
Алюминий	1,7	0,12	11 944	0,002
Аммоний-ион	7,1	0,5	11 944	0,009
Железо	3,3	0,23	11 944	0,004
Нефтепродукты	2,3	0,16	11 944	0,003
Нитрат-анион	142	10	11 944	0,17
Нитрит-анион	2,0	0,14	11 944	0,002
НСПАВ (неионогенные синтетические поверхностно-активные вещества)	7,1	0,5	11 944	0,009
Сульфат-анион (сульфаты)	3654	257	11 944	4,5
Фосфаты (по фосфору)	8,7	0,61	11 944	0,01
Хлорид-анион (хлориды)	711	50	11 944	0,87
Этиленгликоль (гликоль, этандиол-1,2)	11	0,75	11 944	0,01
БПК 5	33	2,3	11 944	0,04
Взвешенные вещества	191	13	11 944	0,23
Сухой остаток	7393	520	11 944	9

Объемы отходов, образующиеся в производстве поликарбонатов, представлены в таблице 10.1.3.

Таблица 10.1.3 - Отходы производства поликарбонатов

Отход	Класс опасности для ОС	Наименование способа утилизации	Код по ФКОК	Масса образования отхода, т/г	Удельное значение образования, кг/т продукции
Катализатор на основе оксида титана отработанный	3	Передача другим предприятиям для использования, переработки и обезвреживания	44101102493	14,7	0,2
Отходы минеральных масел индустриальных	3	Сжигание на территории предприятия	40613001313	156	2,3
Отходы растворителей на основе ацетона, загрязненные негалогенированными органическими веществами	3	Сжигание на территории предприятия	4 14123 11 10 3	30	0,5
Ионообменные сорбенты отработанные, загрязненные опасными веществами, не вошедшие в блоки 3 и 7 (ионообменные смолы отработанные, загрязненные фенолом при производстве бисфенола А)	6	Передача другим предприятиям для использования, переработки и обезвреживания	4 42506 00 00 0	280	4,2
Уголь активированный отработанный, загрязненный негалогенированными органическими веществами (содержание менее 15 %)	3	Передача другим предприятиям для использования, переработки и обезвреживания	44250411204	3	0,05
Отходы минеральных масел турбинных	3	Сжигание на территории предприятия	40617001313	1,4	0,02

В таблице 10.1.4 представлены данные по потреблению энергоресурсов предприятия по производству поликарбонатов.

Таблица 10.1.4 - Потребление энергоресурсов и реагентов при производстве поликарбонатов

Показатель	Единицы измерения	Минимальный расход энергетических (сырьевых) ресурсов в год	Максимальный расход энергетических ресурсов в год
Электроэнергия		344	500
Чистая вода	т/т	0,3	0,4
Водяной пар	т/т	9,9	10
Азот	нм3	0,18	43
Окись этилена	т/т	0,19	0,19
Метанол	т/т	0,022	0,024
Фенол	т/т	0,051	0,052
Диоксид углерода	т/т	0,19	0,2
Бисфенол А	т/т	0,88	0,88
Бисфенил А
Электроэнергия		0,27	0,27
Азот	тыс. нм3	0,18	0,18
Вода деминерализованная	кг/ч	48	48
Вода оборотная	тыс. м3	0,3	0,3
Топливный газ	кг/ч	191	191
Пар	Гкал	2,8	2,8
Воздух КИП и А	тыс. нм3	0,09	0,09
Воздух технологический	тыс. нм3	0,14	0,14
Фенол	кг/т БФА	850	850
Ацетон	кг/т БФА	270	270

10.2 Полиамиды

Полиамиды - пластмассы на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений, содержащих в основной цепи амидные группы (-NH-CO-), повторяющиеся от 2 до 10 раз. Полиамиды получаются в результате реакции карбоксильной группы с аминогруппой, которая придает конкретные химические свойства конечным продуктам.

Современная химическая промышленность выпускает следующие основные модификации продуктов:

- алифатические полиамиды (аморфные полимеры, кристаллизующиеся гомо- и сополимеры);

- ароматические и полуароматические полиамиды (кристаллизующийся полифталамид и некоторые аморфные продукты);

- стеклонаполненные полиамиды (модифицированные композиты, состоящие из вяжущей смолы, стеклянных наполнителей и полиамидных нитей).

Известно два промышленных способа образования амидной группы.

Таким образом, линейный полиамид можно разделить на два типа:

- тип AB - получают путем полимеризации лактамов (циклических амидов) или аминокислот, где A обозначает аминогруппу и В - карбоксильную группу и оба являются частью одной и той же молекулы мономера. Наиболее важным полиамидом этой группы является полиамид 6 (ПА 6), где "6" указывает количество атомов углерода в исходном мономере (в этом случае капролактаме). Другими продуктами этой группы полиамидов являются полиамид 11 и полиамид 12. Основная реакция, раскрытие кольца и аддитивная полимеризация капролактама показаны на рисунке 10.2.1;

Рисунок 10.2.1 - Основная реакция полиамидов типа AB

- тип AA-BB - получают путем полимеризации диамина (обозначенного AA) и дикарбоновой кислоты (обозначенной BB). Главным представителем этого типа является полиамид 66, где "66" обозначает 6 атомов углерода между двумя аминогруппами диамина и 6 атомов углерода дикарбоновой кислоты. Основная реакция 1,6-гександиамина и адипиновой кислоты показана на рисунке 10.2.2.

Рисунок 10.2.2 - Основная реакция полиамидов типа AA-BB

Найлоны - это первые синтетические полукристаллические пластики, первые синтетические волокна и первые промышленные пластмассы.

Полиамиды легко принимают различные формы, они твердые, устойчивые к истиранию, усадке и тепловым воздействиям. Выделяют также гибкие полиамиды, которые устойчивы к различным видам воздействий. Полиамиды также устойчивы к действию щелочей, нефтепродуктов и органических растворителей. Нагретый фенол, формальдегиды, ультрафиолетовое излучение и минеральные кислоты разрушают полиамиды. Большинство полиамидов обладают свойствами к самозатуханию в случае пожара.

Наиболее известными промышленными марками полиамидов являются:

- полиамид 6 ([-NH(CH2)₅ CO-]n) - торговая марка найлон-6;

- полиамид 12 ([-NH(CH2)₁₁ CO-]n);

- полиамид 66 ([-NH(CH2)₆ NHCO (CH2)4-CO-]n) - торговая марка найлон-66;

- полиамид 610 ([-NH(CH2)₆ NHCO (CH2)8-CO-]n).

10.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

10.2.1.1 Полиамид 6

Полиамид 6 (ПА 6) - это один из наиболее популярных полиамидов в связи с доступностью сырья (капролактам), широким спектром применений, простотой и экономической эффективностью производства, трансформации и рециркуляции этого полиамида.

Полиамид 6 используется для выпуска широкого ассортимента продукции: нити полиамидной технического назначения, композиционных материалов с различными свойствами (ударопрочные, морозостойкие, водостойкие, трудногорючие), текстильных волокон и материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, а также полимерных пленок. Продукты переработки полиамида-6 используются в различных отраслях промышленности: авто-, машино- и приборостроении, производстве бытовой и промышленной электротехники, шинной, текстильной, пищевой и фармацевтической промышленности.

Общие процессы

Полиамид 6 получают в процессе периодической и непрерывной полимеризации. Периодическая полимеризация применяется при необходимости производства широкого спектра конечных продуктов с различными молекулярными массами. Использование реакторов непрерывной полимеризации позволяет получить более высокую производительность, однако ограничивает выбор товарной продукции. Непрерывная полимеризация используется для производства текстильных или промышленных волокон. В непрерывных процессах производства используется конфигурация с одним или двумя последовательными реакторами.

Основными этапами процесса, используемыми для получения полиамида 6, являются:

- полимеризация - раскрытие кольца капролактама в присутствии воды (гидролиз), присоединение линейной молекулы и образование макромолекулярной цепи (аддитивная полимеризация), длина которой определяется наличием агента обрыва цепи (например, уксусной кислоты);

- гранулирование - полимерный расплав проходит фильеру и с помощью ножей срезается, образуются гранулы овальной формы;

- обрезка - полимерный расплав подвергают экструзии через пластину с отверстиями (фильеру), получая цилиндрические гранулы (стружку);

- экстракция - удаление мономеров и циклических олигомеров из конечной смеси. В условиях равновесия реакции аддитивной полимеризации выход ПА 6 составляет 89 % - 90 %, поэтому продукт загрязнен исходным мономером и циклическими олигомерами, которые должны быть удалены. Мешающие соединения удаляются путем экстракции горячей дистиллированной водой в противотоке;

- сушка - удаление влаги из гранул полимера по окончании процесса экстракции (12 % - 13 % воды). Влага удаляется в потоке горячего азота, при этом должна быть достигнута высокая чистота азота, так как ПА 6 чувствителен к кислороду;

- получение вторичного лактама из экстракционных вод - капролактам и олигомеры, извлеченные из конечной смеси промывочной водой, повторно используются в процессе. Для этого экстракты подаются в теплообменники, где происходит концентрация смеси путем испарения воды.

Непрерывное получение ПА 6

Сырье (капролактам, деминерализованная вода, регулятор вязкости и замутняющий агент) смешивается и непрерывно подается в верхнюю часть реактора (полимеризационную колонну). Реакция протекает в течение 15-20 ч при температуре до 300 °C (при постоянном использовании теплоносителя для нагрева реактора). Протекая вниз по реактору через разные температурные зоны, капролактам нагревается и полимеризуется до ПА 6. Полиамид проходит через фильер, расположенный в нижней части колонны, охлаждается и разрезается на гранулы с помощью режущей машины. Выбросы, образующиеся при охлаждении, направляются на установку очистки. Поскольку не весь капролактам полимеризуется до полиамида, гранулы промываются в противотоке дистиллированной воды в экстракторе. После промывки вода содержит высокие концентрации капролактама и, следовательно, направляется на концентрирование для повторного использования в процессе. Гранулят после экстракции поступает на стадию сушки, где высушивается в потоке азота. Затем сухие гранулы отправляются в бункер для хранения путем пневматической транспортировки.

На рисунке 10.2.3 показана упрощенная блок-схема процесса.

Рисунок 10.2.3 - Блок-схема процесса непрерывной поликонденсации ПА 6

Производство технических нитей

Технические нити получают из гранулята полиамида 6. Гранулят подается для расплавления в экструдер, из которого поступает в специальный коллектор для равномерного распределения расплава.

Затем расплавленный полимер пропускают через фильеры для формирования нитей. Нити вытягивают, обрабатывают технологическими добавками и перемешиваются для придания пряже определенных свойств. Затем они наматываются на бобины.

Процессы контролируются с помощью систем компьютерного мониторинга и управления качеством на всех этапах производства, которые связаны с роботизированными системами обработки, упаковки и хранения пряжи.

После процесса релаксации вытянутая нить проходит оценку в испытательных центрах, которые гарантируют качество продукции перед упаковкой.

10.2.1.2 Полиамид 66

Общее описание

На мировом рынке существует несколько типов полиамидов, однако полиамид 6 (ПА 6) и полиамид 66 (ПА 66) по-прежнему составляют более 90 % мирового производство полиамидов. Основным сырьем для производства полиамида 66 является водный раствор органической соли, полученной в результате реакции 1,6-гексаметилендиамина и 1,6-гександикарбоновой кислоты (адипиновой кислоты, соль 66, соль нейлона). Соль нейлона готовится в виде гомогенного раствора с концентрацией 52 % - 53 %. Получаемый продукт чувствителен к кислороду и хранится в резервуарах в атмосфере азота. Полиамид 66 получается путем полимеризации мономера соли нейлона в растворе.

В процессе производства могут быть получены сорта полимеров с разными характеристиками, которые зависят от последующей обработки (спиннинг, компаундирование и т.д.) и конкретного направления применения конечного продукта (текстиль, ковры, промышленные волокна, смолы и т.д.). Полиамид 66 может быть получен периодической и непрерывной полимеризацией.

Для синтеза полимера с высокой молекулярной массой требуется дополнительный этап твердофазной полимеризации.

Непрерывное получение ПА 66

Раствор соли нейлона непрерывно подается в реактор и последовательно преобразуется в полиамид 66. Непрерывный процесс обычно применяется для получения одного и того же типа полимера при большом объеме производства, например, полиамида 66 средней вязкости или полиамида 66 для нитей. Полиамидная нить может производиться непрерывно в прядильной установке, соединенной с полимеризационной установкой.

Раствор соли нейлона (концентрация 52 % и температура 65 °C) из резервуара для хранения закачивается на первую стадию процесса, где нагревается до 110 °C, часть воды выпаривается, а концентрация соли увеличивается до 72 %. Пары воды, выходящие из реактора, концентрируются и подаются в резервуар. А солевой раствор последовательно прокачивают через подогреватели, которые увеличивают температуру раствора до 212 °C перед входом в реактор полимеризации. Полимеризационный реактор представляет собой трубу под давлением около 18 бар, разделенную на зоны (обычно три), в которых поддерживается определенная температура (от 212 °C до 250 °C).

При проходе через реакционную трубу в смеси начинается процесс конденсации, и соль нейлона постепенно превращается в полиамид 66 и воду.

Степень извлечения воды и уровень полимеризации контролируются регулированием температуры и давления. На выходе из реактора поток полимера сбрасывается под давлением в испаритель. Здесь температура поднимается до 280 °C, а давление падает до 1 бара. Полученный пар отделяется от полимера в циклоне или другом соответствующем устройстве и конденсируется охлаждающей водой.

Требуемая вязкость достигается путем прохождения потока расплавленного полимера через блок конечной очистки, где при температуре 285 °C удаляется остаточная вода и достигается необходимая средняя молекулярная масса полиамида. Там, где нет прямой прядильной установки, полимер экструдируют через фильеру в пряди, которые немедленно охлаждаются в воде и гранулируются с помощью режущей машины.

Влажные гранулы полимера собирают в хранилище и затем направляют на сушку, где полиамид 66 окончательно высушивается в потоке азота. Высушенные гранулы транспортируются пневматическими конвейерами в хранилища.

Водный конденсат, образующийся на разных стадиях процесса полимеризации, собирается в баках и передается в резервуар для сбора сточных вод. Образующиеся выбросы проходят через скруббер.

На рисунке 10.2.4 показана упрощенная блок-схема процесса концентрации соли до полимеризации.

Рисунок 10.2.4 - Блок-схема процесса концентрации соли для производства ПА 66

Периодическое получение ПА 66

Периодическая полимеризация проводится в автоклавных реакторах, работающих при высоких температурах и контроле времени и давления. Малые объемы производства продукции за один цикл и большая гибкость процесса делают периодический процесс подходящим для производства специальных полиамидов. Периодическую полимеризацию также применяют для получения сополимеров полиамида 66 и полиамида 6, используя частично капролактам и соль нейлона в качестве сырья. Водный раствор соли нейлона (концентрация 52 % - 53 %) используется в качестве основного сырья при периодической полимеризации полиамида 66. В зависимости от типа процесса и характеристик конечного полимера в смесь вводятся химические вещества и добавки до начала полимеризации (в том числе антивспениватели, регуляторы молекулярной массы, смазочные материалы, матирующие вещества и т.д.). Характеристики и количество этих добавок зависят от области применения конечного полиамида 66. Например, очень важно контролировать количество регулятора молекулярной массы (монокарбоновая кислота), с помощью которого регулируют вязкость полимера.

Периодическая полимеризация проводится в автоклавах. Там раствор соли нейлона обрабатывается при разных температурах и давлениях. Последовательность циклов устанавливается так, что сначала проводится стадия испарения избыточной воды из раствора (например, до концентрации соли 70 %), затем температура и давление медленно поднимаются. В этих условиях начинается поликонденсация. Для протекания реакции вода сбрасывается из реактора регулирующим клапаном в виде пара, что позволяет поддерживать постоянное давление. Когда температура массы достигает 275 °C, давление постепенно уменьшается до атмосферного. Коэффициент разгерметизации является критическим параметром этого процесса, который контролируется с помощью программного обеспечения.

На этом этапе достигается желаемая вязкость полиамида за счет поддержания полимера в стационарном состоянии во время чистовой обработки. Затем в автоклаве нагнетают давление и продукт расплава экструдируется через фильеру, немедленно охлаждается в воде и разрезается на гранулы.

На современном заводе все параметры процесса, а также производственные линии находятся под контролем системы удаленного управления. Осушенные гранулы временно хранятся и затем транспортируются с помощью пневматических конвейеров на последующую обработку в зависимости от характеристик желаемого продукта. Последующая обработка может включать сушку полиамида 66 до заданного значения конечной влажности и твердофазную постполимеризацию. На этом этапе можно добиться увеличения средней молекулярной массы соединения для получения полиамида 66 с высокой вязкостью для специальных областей применения. Эти операции могут выполняться в периодическом или непрерывном режиме, но важным фактором является отсутствие кислорода для предотвращения разложения полимера. В непрерывном режиме поток азота, выступающий в данном случае в качестве носителя для небольшого количества образующейся воды, может заменить использование вакуума.

Гранулы конечного продукта - полиамида 66 разных сортов - отправляются в резервуары хранения с помощью пневматических конвейеров.

Водяной пар, выдуваемый из автоклава во время цикла полимеризации, конденсируется и также собирается в резервуарах перед подачей на очистные сооружения.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу происходят во время наполнения, промывки азотом и разгерметизации автоклавов. Эти выбросы направляются в скрубберы для очистки перед их выпуском в воздух. Уровень загрязняющих веществ в промывочной воде контролируется добавлением части свежей пресной воды.

На рисунке 10.2.5 показана упрощенная блок-схема процесса.

Рисунок 10.2.5 - Блок-схема периодического процесса производства ПА66

10.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Выбросы и потребление ресурсов в процессе производства полиамидов приведены в таблицах 10.2.1-10.2.4.

Таблица 10.2.1 - Выбросы производства полиамидов

Показатель	Удельное значение массы загрязняющего вещества, кг/т продукции
Эпсилон-капролактам (гексагидро-2H-азепин-2-он)	0,03
1,4-Дифенилбензол	0,02
Углерода оксид	0,013
Метан	0,0002
Азота оксид	0,003
Азота диоксид	0,02
Пыль полиамида	0,008
Этановая кислота (уксусная кислота)	0,005
1,1', 4',1''-Терфенил (1,4-Дифенилбензол)	0,006
2-(4-Изобутилфенил) пропионовая кислота [(ибупрофен)]	0,0005
Бензол-1,4-дикарбоновая кислота (кислота терефталевая)	0,0005

Таблица 10.2.2 - Сбросы производства полиамидов

Показатель	Удельное масса ЗВ в сточных водах, кг/т
Капролактам	0,005

Таблица 10.2.3 - Отходы производства полиамидов (производство в целом)

Отход	Класс опасности для ОС	Код по ФКОК	Масса образования отхода, т/г	Удельное значение образования, кг/т продукции
Отходы минеральных масел компрессорных	3	4 06166 01 31 3	7,0	0,29
Лом и отходы изделий из полиамида незагрязненные	5	4 34171 01 20 5	0,1-12	0,002-0,005
Отходы минеральных масел индустриальных	3	4 06130 01 31 3	0,17-0,87	0,003-0,008
Ткань фильтровальная из полимерных волокон, загрязненная негалогенированными полимерами	4	4 43222 11 61 4	0,007-0,23	0,0001-0,0003
Катализатор на основе оксида алюминия активного, содержащий палладий отработанный	3	4 41001 04 49 3	0,013-0,018	0,0002-0,001

Таблица 10.2.4 - Потребление энергоресурсов и реагентов при производстве полиамидов (производство в целом)

Показатель	Единицы измерения	Минимальный расход энергетических (сырьевых) ресурсов в год	Максимальный расход энергетических ресурсов в год
Электроэнергия		207	263
Паровой конденсат	т/т	0,86	2,3
Пар	Гкал/т	0,35	1,51
Деминерализованная вода (химобессоленная)	м3/т	0,1	0,27
Азот	м3/т	19	120
Водород	м3/т	0,03	0,08
Капролактам	кг/т	1002	1003
Кислота уксусная	кг/т	1,1	1,1
Природный газ	м3/т	23	42
Теплоноситель	кг/т	0,001	0,18
3-диэтиламино-1-пропиламин	кг/т	4,8	5,3
Кислота терефталевая	кг/т	5,0	5,7
Триацетондиамин	кг/т	1,4	1,6

10.2.2.1 Потенциальные источники загрязнения в производстве полиамидов

Как правило, периодические процессы оказывают большее влияние на окружающую среду из-за пуска и остановки производства для конкретного продукта.

Энергия

Процессы требуют затрат как электрической, так и тепловой энергии. В процессе производства потребляется водяной пар и теплоносители, а в случае стадии прядения также расходуется холодная вода для системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Теплофикационная установка оптимизирует использование энергии, но увеличивает объемы выбросов при производстве.

Вода

Для охлаждения требуется большое количество воды. Предпочтительно использовать пресную воду из поверхностных источников или грунтовую воду, которые затем сбрасываются с более высокой температурой. Если свежая вода недоступна, то устанавливается замкнутая система рециркуляции, что приводит к увеличению объемов потребляемой энергии. Системы замкнутого охлаждения внедряются для снижения теплового воздействия на поверхностные водные источники.

Сточные воды

В производстве ПА 6 вода, используемая при полимеризации, в основном направляется на рециркуляцию. Небольшие количества сбрасываются, поэтому потери необходимо заменять свежей дистиллированной водой. Загрязнителем водной среды являются в основном капролактам (< 0,1 % от содержания воды), диамин, дикарбоновая кислота, гидроксид натрия и хлористоводородная кислота. Следы химических добавок возможны в случае производства отдельных полимеров. Сточные воды также поступают из оборудования для очистки выбросов (например, скрубберов). Основным источником образования сточных вод является процесс прядения. Загрязняющие вещества в составе сточных вод не подвергаются биологической очистке и поэтому направляются на сжигание.

В производстве ПА 66 реакционная вода, образующаяся в процессе полимеризации, и вода, содержащая раствор мономера (около 1,2 т/т соли нейлона), высвобождаются в виде пара и могут переносить некоторые органические (в основном гексаметилендиамин и циклопентанон) и неорганические (в основном аммиак) вещества. В случае отдельных полимеров или сополимеров 66/6 загрязняющие вещества включают летучие добавки. Количество загрязняющих веществ зависит от параметров процесса, а также от используемой технологии. Операции очистки оборудования периодически могут создавать дополнительные объемы сточных вод.

Сточные воды также могут быть направлены на рециркуляцию после биологической обработки и мембранной фильтрации.

Выбросы

При производстве ПА 6 основные выбросы происходят на этапе резки: пары содержат капролактам, который удаляется в башенном скруббере. Выбросов в атмосферу можно значительно сократить с помощью гидравлических уплотнений. В процессах прядения (формования) выбросы образуются на выходе расплава из фильеры и во время смешивания/ вытягивания/ текстурирования/ термофиксирования. Выбросы на выходе из фильер в основном содержат капролактам, легкоудаляемый в башенных скрубберах, а выбросы процессов смешивания/вытягивания/текстурирования/ термофиксирования содержат углеводороды, извлекаемые при помощи системы фильтров или скрубберов.

Выбросы фильтруются через активированный уголь. Также необходимо учитывать дымовые газы, выпускаемые паровыми котлами.

В процессе производства ПА 66 основными источниками выбросов являются:

- выбросы от технологических процессов;

- азот, используемый для осушки полиамида и для создания инертной среды;

- горючие газы, образующиеся из нагревателей масла;

- воздух, используемый для предварительной осушки полиамида 66 после резки и для пневматического переноса гранул в хранилища.

Отходы

Стружка полиамида 6 рециклируется для компаундирования (только небольшое количество (грязное) выбрасывается). Опасные отходы производятся во время планового технического обслуживания (т.е. растворители, используемые для очистки реактора перед запуском после длительного простоя). Также в процессе производства образуются такие отходы, как смолы оборудования деминерализации воды.

Упаковочные материалы используются в небольших количествах, так как основное сырье (капролактам) и большая часть полимерной стружки транспортируются с помощью автоцистерн.

Шум

Основными источниками шума в процессе полимеризации являются резка полиамидной стружки, вентиляторы и пневматическая транспортировка полимерной стружки, а также градирни и электростанции. В процессах прядения воздушные системы охлаждения являются основной причиной внешнего шума, так как другие источники (машины для намотки и экструзии) обычно устанавливаются в закрытых зданиях.

10.3 Полиуретаны

Полиуретаны - это синтетические гетероцепные полимеры, макромолекула которых содержит незамещенную и/или замещенную уретановую группу -N(R)-C(O)O-, где R - алкилы, арил или ацил. В макромолекулах полиуретанов также могут содержаться простые и сложноэфирные функциональные группы, мочевинная, амидная группы и некоторые другие функциональные группы, определяющие комплекс свойств этих полимеров.

Полиуретаны получают реакциями полиприсоединения и поликонденсации. На практике наиболее распространена реакция полиприсоединения - взаимодействие ди- и триизоцианатов с гликолями или полиэфирами (рисунок 10.3.1). Полиолы и изоционаты вступают в реакцию в присутствии катализаторов и добавок, в результате чего образуются различные полиуретаны.

Реакция проходит в несколько этапов. Вначале из диола и диизоцианата формируются бифункциональные молекулы изоцианата, имеющие группу -N=С-O- и гидроксильные группы (-ОН).

В результате цепной реакции на обоих концах молекулярных групп образуются короткие цепочки структурно идентичных и однородных полимеров, которые могут быть полимеризованы с другими мономерами.

В зависимости от требуемого конечного продукта в реакционную смесь добавляются другие ингредиенты, такие как катализаторы, вспенивающие вещества, а также антипирены. Различные комбинации этих веществ позволяют производить целый ряд продуктов: жесткие и мягкие полиуретаны; жесткие и мягкие интегральные полиуретаны; эластомеры; клеи; покрытия и герметики. Плотность продукта определяется количеством вспенивающего вещества, а степень мягкости или жесткости - типом используемых полиолов и диизоцианатов. Различные виды полиуретана часто комбинируют с другими веществами для изготовления таких конечных продуктов, как теплоизоляционные стеновые панели, матрацы и мягкая мебель, сиденья автомобилей, домашние холодильники и морозильные камеры, панели из древесно-полимерных композиционных материалов, кузова грузовых автомобилей, обувь и спортивная одежда.

Полиуретаны можно получать в среде разбавителей (диоксан, хлорбензол и др.) и без них, при нагревании реакционной смеси до определенной температуры, зависящей от реакционной способности исходных компонентов. Катализаторами процесса служат щелочи, третичные амины и окислы металлов.

Из полиуретанов линейного строения наибольшее распространение получил полиуретан на основе гексаметилендиизоцианата-1,6 и бутандиола-1,4. При синтезе других полиуретанов применяют толуилендиизоцианаты, а в качестве гидроксилсодержащих соединений - простые и сложные полиэфиры с молекулярным весом 400-10 000.

При поликонденсации диизоцианатов с соединениями, содержащими более двух гидроксильных групп, образуются полиуретаны сетчатого строения. При нагревании гидроксилсодержащих соединений и диизоцианата с водой также образуются неплавкие и нерастворимые продукты.

Полиуретаны обладают стойкостью к действию различных растворителей, в том числе разбавленных кислот и щелочей. Они растворяются только в таких сильнополярных растворителях, как фенол, крезол, концентрированные минеральные и органические кислоты. Полиуретаны имеют высокую стойкость к атмосферным воздействиям, стойкость к действию кислорода и озона.

С увеличением длины метиленовой цепочки в полиуретанах и повышением нерегулярности строения цепи понижается их температура плавления, улучшается водостойкость и растворимость, увеличивается эластичность, но снижается химическая стойкость.

Широкое применение полиуретанов в различных отраслях народного хозяйства обусловлено комплексом ценных свойств, которыми они обладают. Полиуретаны в основном применяются для получения пенопластов. Из полиуретанов получают также эластичные, устойчивые к старению волокна и пленки. Полиуретановые клеи и лаки, обладающие высокой адгезией к различным материалам, хорошей теплостойкостью, водо- и атмосферостойкостью, применяются для получения защитных покрытий и эмалировки проводов.

Вследствие высоких маслостойкости, бензостойкости, износостойкости и ударной вязкости полиуретаны применяются в качестве конструкционного материала в машиностроении, строительстве, кабельной промышленности и т.д.

Крупнейшими потребителями полиуретанов являются автомобилестроение (до 25 % всего объема производства), изготовление мебели (до 20 %), строительство (16 %), производство холодильников (9 %), электроника, обувная промышленность, производство товаров культурно-бытового назначения.

10.3.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Пенополиуретаны получаются при взаимодействии полиэфира, диизоцианата и воды в присутствии катализаторов. При образовании пенополиуретанов происходит выделение двуокиси углерода, которая вызывает вспенивание и сильное увеличение объема реакционной массы. В отличие от других пенопластов в случае полиуретанов пенообразование происходит без введения специальных газообразующих веществ. В процессе вспенивания протекают различные реакции, которые приводят к образованию макромолекул, содержащих мочевинные, уретановые, амидные и другие группы с подвижным атомом водорода. В результате реакций этих групп с диизоцианатом образуются пенополиуретаны сетчатого строения.

Получают жесткие и эластичные пенополиуретаны. Жесткие пенопласты образуются на основе сильноразветвленных полиэфиров, содержащих избыток гидроксильных групп (синтезируются поликонденсацией глицерина или других многоатомных спиртов с дикарбоновыми кислотами). При относительно небольшом содержании гидроксильных групп в полиэфире (небольшое количество глицерина) получаются эластичные пенопласты.

Пенополиуретаны могут получаться одностадийными и двухстадийными методами. По одностадийному методу все исходные компоненты смешиваются в реакционном аппарате одновременно. Выделяющаяся двуокись углерода равномерно распределяется в композиции, способствуя образованию однородной структуры пенопласта.

По двухстадийному методу сначала в отсутствие воды из полиэфира и диизоцианата, взятого в избытке, получается полиэфиризоцианат, который на второй стадии в присутствии катализаторов реагирует с водой.

Эластичные пенополиуретаны называются поролонами. Сырьем для производства поролона служат полиэфир на основе адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и небольших количеств триметилолпропана (слаборазветвленный с молекулярным весом около 2000); толуилендиизоцианат (смесь 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианатов), вода, катализаторы (диметилбензиламин, диметиланилин), эмульгаторы (натриевые соли сульфокислот), которые улучшают совместимость основных компонентов, замедляют скорость отверждения поверхности вспененного пенопласта для выхода избыточной двуокиси углерода, а также повышают устойчивость пены; парафиновое масло - для регулирования размера пор.

Технологический процесс производства поролона (рисунок 10.3.1) состоит из следующих стадий: подготовка сырья, получение и вспенивание полиуретана, изготовление, вызревание и переработка блоков поролона.

1 - емкости компонентов активаторной смеси; 2 - мерник; 3 - смесители активаторной смеси; 4 - машина УБТ-65; 5 - рольганговый транспортер; 6 - сушильная камера; 7 - машина для нарезки блоков; 8 - штабелер; 9 - этажерки; 10 - камера вызревания; 11 - резательный ставок

Рисунок 10.3.1 - Схема процесса производства поролона

Подготовка сырья заключается в приготовлении активаторной смеси. Смесь готовится в смесителях 3, в которые из промежуточных емкостей 1 через мерник 2 дозируются катализатор, эмульгатор, парафиновое масло и вода.

Полиэфир, толуилендиизоцианат и активаторная смесь при 20 °C - 25 °C непрерывно подаются в смесительную головку машины 4 (машина УБТ-65), в которой все компоненты смешиваются, и полученная смесь через сливной патрубок непрерывной тонкой струей поступает в движущуюся бесконечную бумажную форму. Смесительная головка, представляющая собой цилиндр с коническим дном, снабженный мешалкой, находится на каретке, которая совершает возвратно-поступательное движение поперек движущейся формы. Таким образом, смесь равномерно разливается в форму.

Полиуретаны образуются и вспениваются в течение 1-2 мин (без подвода тепла). Форма с пеной проходит на транспортере через тоннель с сильной вентиляцией, где происходит наиболее интенсивное газовыделение. При выходе из тоннеля форма попадает на рольганг 5, с которого поступает в сушильную камеру 6 и далее в машину 7 для нарезки блоков. Блоки поступают на штабелер 8, укладываются на этажерки 9 и перевозятся в камеру вызревания 10, где происходит отверждение пенопласта. Выдержка в камере вызревания производится в течение 3 сут при непрерывном обдувании блоков воздухом комнатной температуры.

Готовые блоки передаются на резательные станки 11, на которых они режутся на листы разной толщины и упаковываются.

10.3.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Основными экологическими аспектами производства полиуретанов являются шум, образование твердых отходов и образование сточных вод. В таблице 10.3.1 показаны экологические воздействия стадий производства полиуретана.

Таблица 10.3.1 - Воздействия производства полиуретанов

Источник воздействия	Аспекты	Воздействия
Хранение реагентов	Выбросы ЛОС. Нарушение технологии хранения веществ	Выбросы в атмосферу. Запах. Разливы реагентов
Основное производство	Эксплуатация оборудования. Образование отходов и сточных вод	Шум. Загрязнение почвы и водных объектов. Запах

При производстве вспененного полиуретана в качестве вспенивающих агентов в основном используются хлорфторуглероды (ХФУ) (Ф11, Ф12, Ф22). ХФУ являются озоноразрушающими веществами. Время жизни двух самых опасных фреонов - Ф-11 и Ф-12 - от 70 до 100 лет.

Также бутан и пентан используются в качестве вспенивающих агентов. Вспенивающие агенты являются источниками дополнительных выбросов при образовании пены или во время последующего выделения в течение нескольких лет.

При производстве твердых вспененных полиуретанов органические жидкости используются в качестве вспенивающих веществ, которые испаряются под действием теплового эффекта реакции. Преимущество твердых пен заключается в хороших уплотнительных и изоляционных свойствах. Другой стороной уплотняющих свойств является то, что вспенивающее вещество входит в структурные ячейки и выделяется только со временем. Около 15 % - 25 % использованных вспенивающих веществ выделяются в процессе производства, оставшаяся часть находится в ячейках пены и выделяется с течением времени.

В зависимости от вспенивающего вещества выбросы содержат F11, F12, F22, бутан и пентан.

Производственные отходы, как правило, состоят из обрезков полиуретана. Опасные отходы производятся во время планового технического обслуживания (т.е. растворители, используемые для очистки реактора перед запуском после длительного простоя).

10.4 Фторопласты

Фторопласты - синтетические термопластичные полимеры, принадлежащие к классу фторолефинов. Общая химическая формула для этих полимеров - (-CF₂-CF₂-)n.

Ассортимент фторопластов, выпускаемых промышленностью, чрезвычайно широк. Разработаны фторопласты с разнообразным сочетанием физико-механических, электрических, термических, химических, реологических свойств (рисунок 10.4.1).

Рисунок 10.4.1 - Полимерные материалы

Производство политетрафторэтилена включает в себя три стадии: на первой стадии происходит синтез хлордифторметана заменой атомов хлора в трихлорметане на фтор в присутствии соединений сурьмы (реакция Свартса), на второй стадии получают тетрафторэтилен пиролизом хлордифторметана, на третьей стадии проходит полимеризация тетрафторэтилена.

Изделия из фторопласта производятся способом холодного прессования с последующим запеканием при температуре (365  5) °C. Процесс прессования идет из водной эмульсии ПТФЭ в присутствии ПАВ.

Рисунок 10.4.2 - Блок-схема распределения сырья на выпуск фторопластов

Политетрафторэтилен (ПТФЭ)

Самую большую группу реализуемых на рынке фторопластов составляют продукты из ПТФЭ, которые составляют более 60 % от общего объема продаж фторопластов. Эти полимеры обладают исключительной устойчивостью к воздействию химических веществ, низким коэффициентом трения, низкой диэлектрической постоянной и широким диапазоном рабочих температур. Помимо своего обычного применения при производстве антипригарных покрытий для кухонного оборудования, ПТФЭ также применяется при изготовлении герметизирующих материалов, сальников, обрабатываемых деталей, а также компонентов труб, арматуры и насосов. Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечно-сосудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии.

Наполнители, улучшающие свойства фторопластов, вводятся каждый в отдельности или в различных сочетаниях (комбинированные наполнители) в зависимости от назначения композиций.

Введение во фторопласты таких наполнителей, как стекловолокно, графит, бронза, коксовая мука, дисульфид молибдена, силициды металлов, позволяет в 200-1000 раз уменьшить износ уплотнительного элемента, в несколько раз увеличить теплопроводность, в 5-10 раз увеличить прочность при сжатии и твердость, уменьшить трение. Графит используют как наполнитель для повышения механической прочности и стойкости; введение бронзы повышает теплопроводность, твердость, стабильность размеров, в 450 раз увеличивает износостойкость композиции; введение дисульфида молибдена увеличивает твердость и прочность, снижает коэффициент трения; введение стекловолокна повышает износостойкость, стабильность размеров при водопоглощении и усадке, теплостойкость, уменьшает коэффициент линейного расширения композиции со стекловолокном; 5 % дисульфида молибдена используют для получения деталей, работающих в условиях глубокого вакуума, сухого и влажного воздуха и газов; внедрение углеродного волокна повышает износостойкость, твердость и удельную теплопроводность, сопротивление ползучести, снижает деформацию при нагрузке, повышает модуль упругости при сжатии и модуль пластичности; введение коллоидного графита повышает жесткость и уменьшает хладотекучесть материала. При использовании в качестве наполнителей стекловолокна, кремнезема, асбестовой ткани, металлической ваты увеличивается жесткость композита, уменьшается относительная деформация при невысоких коэффициентах трения.

Фторопласт-4, марок Ф-4Д, Ф-4А, Ф-4ТГ, Ф-4ТМ и др. на его основе отличаются исключительной химической инертностью этого полимера по отношению к практически всем агрессивным средам. В России фтропласт-4 производится в соответствии с ГОСТ 10007-80.

В связи с тем что фторопласт-4 не может переходить в высокоэластическое и вязкотекучее состояние, его переработка в изделия проводится методом предварительного формования заготовки на холоду с последующим спеканием. Разработаны плавкие фторопласты, которые могут подвергаться многократному высокотемпературному формованию, не претерпевая термодеструкции и не изменяя основных свойств. Это фторопласт-4МБ, -40,42, -3,4Н, -ЗМ, -30, -32Л, -2, -2М, -3 и др. Плавкие фторопласты уступают фторопласту-4 по теплостойкости, диэлектрическим, антифрикционным и антиадгезионным свойствам, однако они надежны в работе при высоких механических нагрузках, повышенной радиации, которых фторопласт-4 не выдерживает. Плавкие фторопласты могут быть получены в виде концентрированных суспензий. Покрытия из таких суспензий отличаются повышенной адгезией к металлам. Покрытия можно получать методом порошкового напыления.

Некоторые фторопласты (Ф-26, -32Л, -42, -4Н, -2, -2М) обладают избирательной растворимостью в органических растворителях. Их применяют для получения пленок, покрытий, лакотканей, волокон.

Гомологический ряд фторированных полимеров включает фторопласт-1 (поливинилфторид), фторопласт-2 (поливинилиденфторид), фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) и фторопласт-4 (политетрафторэтилен). С уменьшением количества фтора в полимере снижается плотность полимера, что позволяет снижать массу изделия, его стоимость.

Разработаны различные разновидности фторопластов, позволяющие расширять области практического использования и создавать материалы и изделия с комплексом необходимых эксплуатационных характеристик.

Например, фторопласт-2М отличается от Ф-2 большей эластичностью и более низкой температурой плавления. Фторопласты-2Б и -2МБ обладают более высокими электрическими свойствами. Фторопласт-2БА превосходит все марки фторопластов на основе ПВДФ по адгезии и обладает повышенными цвето- и светостабильностью. Фторопласт-2МЭ пригоден для изготовления микропористых фильтров с высокой проницаемостью, применяемых для ультрафильтрации агрессивных сред.

Модификацией фторопласта-3 получен фторопласт-ЗМ, отличающийся меньшей скоростью кристаллизации, меньшим размером образующихся при кристаллизации сферолитов и более высокой молекулярной массой. Изделия из фторопласта-ЗМ более прозрачны, чем изделия из фторопласта-3. По физико-механическим свойствам он мало отличается от фторопласта-3, но более эластичен.

Фторопласт-4МБ обладает почти всеми свойствами фторопласта-4, но способен перерабатываться в изделия обычными для термопластов методами - экструзией, литьем под давлением, прессованием. Эта способность фторопласта-4 МБ обусловлена пониженной вязкостью его расплава (103-105 при 300 °C) по сравнению с вязкостью расплава фторопласта-4 (1016 при 370 °C).

Фторопласт-4МБ-2 - разновидность фторопласта-4 МБ. Он отличается лучшей термостабильностью, более высокими диэлектрическими показателями. Фторопласт-4 МД выпускается в виде концентрированной водной суспензии и применяется для получения антикоррозионных, антиадгезионных, электроизоляционных, антифрикционных покрытий, лакотканей и свободных пленок.

Фторопласт-40 по сравнению со фторопластом-4 имеет более высокую прочность, твердость, износостойкость и способен перерабатываться в изделия обычными для термопластов методами. Изменяя условия полимеризации, можно получить полимер с различной молекулярной массой и вязкостью расплава 103-108 . Фторопласт-400 имеет высокие оптические характеристики. Оптическая прозрачность: светопропускание в видимой части спектра составляет 90 % - 95 %, светорассеяние - 5 % - 8 % и не зависит от толщины образца (до 10 мм). Высококачественные оптические изделия можно получать методами прессования и экструзии без закалки. Изделия сохраняют свою прозрачность до 150 °C при выдержке в течение 3 ч. При 100 °C - 120 °C фторопласт-400 сохраняет высокую прочность при растяжении (24,5 МПа) и не утрачивает эластичность при низких температурах.

10.4.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4), получаемый полимеризацией тетрафторэтилена, является полностью фторированным полиэтиленом.

В промышленных условиях производство высокомолекулярного ПТФЭ осуществляют полимеризацией ТФЭ в водной суспензии или в эмульсии. При проведении реакции в растворе обычно получают теломеры с низкой молекулярной массой, используемые в качестве масел и смазок, или низкомолекулярные жидкие вещества, например фторированные спирты H(CF₂CF₂)nCH₂OH, где n = 1-6, пригодные для получения гидроперфторкарбоновых кислот - эмульгаторов эмульсионной полимеризации.

Процесс производства ПТФЭ полимеризацией ТФЭ в воде под давлением до 10 МПа в присутствии инициатора, но без применения эмульгатора носит название суспензионного. Он состоит из следующих стадий: загрузка компонентов в автоклав, полимеризация ТФЭ, выделение, промывка и сушка полимера (см. рисунок 10.4.3).

1 - автоклав; 2, 5 - центрифуги; 3 - бункер порошка; 4 - дробилка; 6 - сушилка

Рисунок 10.4.3 - Схема производства политетрафторэтилена в суспензии

В автоклав 1, предварительно продутый азотом, который не содержит кислорода, загружают деионизированную воду, инициатор (персульфат калия) и регулятор pH среды (буру). Затем после охлаждения и вакуумирования в автоклав вводят ТФЭ и при перемешивании поднимают температуру до 70 °C - 80 °C. Реакцию проводят под давлением 4-10 МПа. Обычно за 1 ч при 80 °C образуется 85 % - 90 % ПТФЭ. После окончания процесса автоклав охлаждают, не вступивший в реакцию ТФЭ вытесняют азотом, суспензию полимера в воде подают на центрифугу 2 и отделяют жидкую фазу. ПТФЭ собирают в бункере 3, измельчают в дробилке 4, многократно промывают горячей водой и после центрифугирования в центрифуге 5 сушат в сушилке 6 при 150 °C. ПТФЭ представляет собой белый, непрозрачный, рыхлый, волокнистый порошок.

Введение в водную суспензию ПТФЭ поверхностно-активных веществ в количестве 9 % - 12 % приводит к получению более концентрированных суспензий, содержащих 50 % - 65 % полимера.

При эмульсионном способе получения ПТФЭ полимеризацию ТФЭ проводят в воде в присутствии эмульгатора (аммониевой или калиевой соли перфторкарбоновой или моногидроперфторкарбоновой кислоты) и инициатора при 55 °C - 70 °C и давлении до 7 МПа в течение 25 ч. В результате реакции образуется латекс полимера в воде, содержащий частицы диаметром 0,1-1,0 мкм. Концентрирование латекса и выделение полимера после разрушения эмульсии позволяют получить тонкодисперсный порошок.

Сополимеры ТФЭ с ВДФ, ГФП, ТФХЭ и этиленом получают по аналогичным схемам.

Политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ, фторопласт-З, фторлон-3) получают полимеризацией трифторхлорэтилена (ТФХЭ) (CF2 = CFCl). Газообразный и жидкий ТФХЭ взаимодействует с кислородом воздуха при комнатной температуре и обычном давлении в отсутствие света, образуя соединения, которые после гидролиза дают щавелевую кислоту, фтористый и хлористый водород и небольшое количество перекиси. Соприкосновение ТФХЭ с водой приводит к образованию продуктов гидролиза, содержащих ионы фтора и хлора.

ТФХЭ полимеризуется в массе, в органическом растворителе и в водной среде. Во всех случаях образующиеся высокомолекулярные продукты выпадают из раствора в осадок, так как они не растворяются ни в жидком мономере, ни в других растворителях. Полимеризацией в растворителе обычно получают низкомолекулярные продукты (масла), а высокомолекулярный полимер синтезируют полимеризацией ТФХЭ в водной среде (суспензионный метод). На скорость процесса большое влияние оказывает pH среды, который должен быть в интервале 2,5-4,0.

После удаления непрореагировавшего ТФХЭ реактор разгружают, ПТФХЭ, представляющий собой белый порошок, отделяют от водной среды, промывают несколько раз горячей водой и сушат. Размолом порошка в органических жидкостях получают как нестабилизированные (например, в спирте, в смеси спирта и ксилола), так и стабилизированные (например, в смеси спирта и воды) суспензии с добавкой поверхностно-активных веществ.

Сополимеры ТФХЭ с ВДФ, ГФП и этиленом получают аналогичным образом.

Низкомолекулярный ПТФХЭ синтезируют полимеризацией ТФХЭ в хлороформе при 100 °C - 150 °C в присутствии пероксидов. Хлороформ является не только растворителем, но и агентом переноса цепи, снижающим молекулярную массу полимера.

10.4.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Экологические воздействия при производстве фторопластов приведены в таблицах 10.4.1-10.4.4.

Таблица 10.4.1 - Выбросы производства фторопластов

Показатель	Минимальное значение массы загрязняющего вещества, т	Максимальное значение массы загрязняющего вещества, т	Удельное значение выброса, кг/т продукции
Тетрафторэтилен	1,9	41	13,7
Трифторхлорэтилен	0,63	0,63	0,21
1,1-Дифторэтилен	1,4	1,4	0,47
Гексафторпропилен	2,7	2,7	0,9

Таблица 10.4.2 - Сбросы производства фторопластов

Показатель	Годовая масса загрязняющего вещества, т	Максимальный сброс, мг/л	Объем сточных вод, тыс. м3/год	Удельное значение сброса, кг/т продукции
Фторид-анион	1,159	10787	976,6	0,39
Взвешенные вещества	9,57	30	976,6	3,19

Отходы производства фторопластов представлены в таблице 10.4.3.

Таблица 10.4.3 - Отходы производства фторопластов

Отход	Класс опасности для ОС	Код по ФКОК	Масса образования отхода, т/г	Удельное значение образования отходов, кг/т продукции
Отходы полимерные от зачистки оборудования производства изделий из разнородных пластмасс (отходы фторполимеров)	4	33579271394	291,4	97,1

Таблица 10.4.4 - Потребление энергоресурсов и реагентов при производстве политетрафторэтилена

Показатель	Единицы измерения	Минимальный расход энергетических (сырьевых) ресурсов в год	Максимальный расход энергетических ресурсов в год
Электроэнергия		917	5000
Холод (-40 °С)	Гкал/т	0,6	0,64
Холод (-15 °С)	Гкал/т	0,2	5,7
Сжатый воздух	м3/т	100	300
Производственная вода	м3/т	100	700
Пар	Гкал/т	0,1	5,5
Обессоленная вода	м3/т	3	46
Азот	м3/т	104	180
Горячая вода	Гкал/т	0,17	0,2
Тетрафторэтилен (мономер 4)	т/т продукции	1	4

10.5 Сэвилен

Сэвилен - продукт сополимеризации этилена и винилацетата, представляющий высокомолекулярное соединение, относящееся к полиолефинам (см. рисунок 10.5.1).

Рисунок 10.5.1 - Формула сэвилена

Сэвилен получают методом, аналогичным методу производства полиэтилена высокого давления. Сэвилен превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам.

Сэвилен имеет высокую прочность, низкую плотность, обладает электроизоляционными свойствами, стоек ко многим агрессивным средам и обладает повышенной адгезией к различным материалам. Сополимер хорошо растворим в кетонах, ароматических и хлорированных углеводородах. Свойства сэвилена зависят главным образом от содержания винилацетата (5-30 вес. %). С повышением содержания винилацетата уменьшаются твердость, теплостойкость, кристалличность (разрушающее напряжение при растяжении), в то время как плотность, эластичность, прозрачность и адгезия увеличиваются.

Сэвилен предназначен для изготовления изделий технического назначения, изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, восковых покрытий и упаковки пищевых продуктов; изоляционных материалов и прокладок; ремонта и уплотнения узлов и деталей систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, клеевых композиций, продукции для бытовой химии, покрытий стальных труб. Сэвилен используется в качестве депрессорной присадки для нефтяных топлив.

В таблице 10.5.1 перечислены основные марки и области применения этого полимера, а также рекомендуемые методы его переработки.

Таблица 10.5.1 - Рекомендуемые методы переработки и области применения сэвилена

Базовая марка сэвилена	Основное рекомендуемое применение	Рекомендуемый метод переработки
11104-030 11205-040 11306-075 12206-007 12306-020 12508-150	Изделия технического назначения, изделия, контактирующие с сухими, сыпучими, водо- и жиросодержащими пищевыми продуктами, пленка сельскохозяйственная и технического назначения	Экструзия, литье
11407-027 11607-040	Изделия технического назначения, клеящий слой для покрытия стальных труб	Экструзия
11507-070	Для изготовления изоляционных материалов, прокладок и т.д. для ремонта и уплотнения узлов и деталей систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, клеевых композиций. Изделия технического назначения. Основы клея-расплава	Литье, компаундирование
11708-210 11808-340	Депрессорная присадка к нефтяным топливам. Использование в качестве клеев-расплавов	Компаундирование
11708-210 11808-340 12206-007 12306-020 12508-150	В составе композиции ПКС-25 (парафин, канифоль, сэвилен) для покрытия пергамента и картона, предназначенных для упаковки сухих сыпучих продуктов	Компаундирование
11507-070 11708-210 11808-340	В составе покрытий тары и упаковки пищевых продуктов, туалетного мыла	Экструзия
12206-007 12306-020 12508-150	В составе композиций и сплавов для покрытия тары и упаковки пищевых продуктов	Компаундирование, экструзия

Сэвилен низкомолекулярный предназначен для использования в резиновой промышленности при изготовлении резиновых смесей различного назначения.

Характеристики низкомолекулярного сэвилена приведены в таблице 10.5.2.

Таблица 10.5.2 - Физико-химические показатели низкомолекулярного сэвилена

N	Наименование показателя	Норма
1	Внешний вид	Воско- или мазеподобная масса или твердые куски различной величины от светло-серого до темно-серого цвета
2	Массовая доля летучих веществ (в том числе влаги), %, не более	10,0
3	Массовая доля золы, %, не более	0,1
4	Вязкость расплава,	Не нормируется

10.5.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Сополимеры этилена с винилацетатом получают радикальной полимеризацией при высоком давлении. Обычно процесс сополимеризации ведется в том же реакторе, что и гомополимеризация этилена. В настоящее время основное количество данного сополимера получают по технологии, разработанной фирмами Basell Poliolefins (установка Lupotech T) и ExxonMobil Chemical Co. Принципиальная схема установки по получению сополимеров этилена с винилацетатом представлена на рисунке 10.5.2.

Рисунок 10.5.2 - Схема процесса получения сэвилена

В процессе получения гомополимера или сополимера этилена с винилацетатом при использовании радикальной полимеризации под высоким давлением применяются трубчатые реакторы, а также автоклавы с мешалкой.

Газообразный этилен, инициатор и винилацетат сжимаются первичным компрессором до давления 30 МПа. "Свежий" газ вместе с циркулирующим газом дожимаются до давления реакции вторичным компрессором и вводятся в реактор (трубчатые реакторы работают под давлением до 300 МПа, а в автоклавах давление обычно ниже 200 МПа).

Существуют два способа введения исходных продуктов в реактор. В первом случае все сырье вводится после подогревателя в одну точку на входе в реактор. Во втором - часть газа охлаждают и вводят для охлаждения реакционной массы в разные точки по длине реактора.

Свойства полимера (показатель текучести расплава - ПТР, плотность, молекулярно-массовое распределение) регулируются, меняя инициатор, давление, профиль температур и содержание винилацетата. Полимер, вышедший из реактора, отделяется от газа в сепараторах высокого и низкого давления. Непрореагировавший этилен из обоих сепараторов возвращается в реактор (из сепаратора низкого давления - циркуляционным компрессором). Расплав сополимера смешивают с добавками в экструдере, получая готовый продукт.

По данной технологии можно получать широкий набор продуктов - от стандартного ПЭВД до сополимеров с винилацетатом с содержанием сомономера 5 % - 30 %. Набор продуктов можно регулировать в соответствии с рыночным спросом и экономической обстановкой. Главными преимуществами проведения процесса в трубчатом реакторе при высоком давлении являются:

- малое время пребывания в реакторе;

- легкость и быстрота перехода с марки на марку;

- возможность быстрого пуска и остановки реактора.

Сэвилен низкого давления получают совместной полимеризацией этилена с винилацетатом в массе при высоком давлении.

10.5.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Экологические воздействия производства сэвилена представлены в таблицах 10.5.3-10.5.6.

Таблица 10.5.3 - Выбросы производства сэвилена

Показатель	Минимальное значение массы загрязняющего вещества, т	Максимальное значение массы загрязняющего вещества, т	Удельное значение выброса, кг/т продукции
Этилен	0,8	2,9	0,971
Винилацетат	0,08	0,28	0,3
Полиэтилен	0,084	0,084	0,005

Таблица 10.5.4 - Сбросы производства сэвилена

Показатель	Годовая масса загрязняющего вещества, т	Максимальный сброс, мг/л	Объем сточных вод, тыс. м3/г	Удельное значение сброса, кг/т продукции
Алюминий	1,7	0,12	11944	0,002
Аммоний-ион	7,1	0,5	11944	0,009
Железо	3,3	0,23	11944	0,004
Нефтепродукты	2,3	0,16	11944	0,003
Нитрат-анион	142	10	11944	0,17
Нитрит-анион	2,0	0,14	11944	0,002
НСПАВ (неионогенные синтетические поверхностно-активные вещества)	7,1	0,5	11944	0,009
Сульфат-анион (сульфаты)	3653	257	11944	4,5
Фосфаты (по фосфору)	8,7	0,61	11944	0,01
Хлорид-анион (хлориды)	711	50	11944	0,87
Этиленгликоль (гликоль, этандиол-1,2)	11	0,75	11944	0,01
БПК 5	32,7	2,3	11944	0,04
Взвешенные вещества	190	13	11944	0,23
Сухой остаток	7393	520	11944	9,0

Таблица 10.5.5 - Отходы производства сэвилена

Отход	Класс опасности для ОС	Код по ФКОК	Масса образования отхода, т/г	Удельное значение образования, кг/т продукции
Кубовые остатки производства винилацетата	2	31332122322	94	7,2
Отходы растворителей на основе ксилола (остатки ксилола, потерявшего потребительские свойства)	-	41412230000	4	0,3
Лом и отходы изделий из полиэтилена незагрязненные (кроме тары)	5	43411003515	18	1,4
Отходы производства полимеров этилена в первичных формах (пыль газоочистки полиэтилена незагрязненная)	-	31510000000	0,3	0,02

Таблица 10.5.6 - Потребление энергоресурсов и реагентов при производстве сэвилена

Показатель	Единицы измерения	Расход энергетических (сырьевых) ресурсов в год
Вода оборотная	тм3/т	1,4
Пар	Гкал/т	4,1
Электроэнергия		1,6
Этилен	т/т	1,0
Винилацетат	т/т	0,3

10.6 Биоразлагаемые полимеры

Основным стимулом для разработки биоразлагаемых полимеров стала проблема утилизации пластиковых отходов, прежде всего, полиэтилена и полипропилена, объемы производства которых растут с каждым годом. Сегодня полимерная продукция составляет до 40 % объема промышленных и бытовых отходов.

Биоразлагаемые полимеры отличаются от прочих пластиков тем, что в окружающей среде под действием микроорганизмов (бактерий или грибков) и физических факторов они разлагаются, в большинстве случаев продуцируя воду и диоксид углерода, а также метан, биомассу и неорганические соединения. Обычно полимер считается биоразлагаемым, если он деструктирует в почве или в воде за полгода.

Разложение продуктов, получаемых поликонденсацией (полиамиды, полиэфиры и др.), происходит посредством гидролиза, а полимеров, основная полимерная цепочка которых содержит только углеводородные атомы, - посредством окисления, за которым могут происходить и реакции гидролиза продуктов окисления. О разложении полимеров может свидетельствовать уменьшение длины полимерных цепочек, диагностируемое измерением концентрации функциональных групп.

В то же время такие полимеры перерабатываются с использованием обычных технологий и оборудования производства пластмасс (экструзия, горячее, литьевое и выдувное формование).

10.6.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Сейчас разработка процессов синтеза биоразлагаемых полимеров развивается по трем ведущим направлениям: получение биоразлагаемых полиэфиров на базе гидроксикарбоновых кислот, придание свойств биоразлагаемости выпускаемым в настоящие время пластикам за счет смешения и модификации, производство новых пластиков на основе воспроизводимых природных компонентов. Указанные технологии синтеза биоразлагаемых полимеров интенсивно развиваются в США, Европе, Корее и Японии. В России разработка таких технологий, существенно осложнявшаяся ранее ресурсами относительно дешевого сырья, находится в начале становления и развития.

Ранее публиковались сообщения о разработке пакета нормативных актов, устанавливающих требования к биоразлагаемым упаковкам, а также предполагаемом отказе от традиционных синтетических полимеров в пищевой упаковке с заменой их на биоразлагаемые (по-видимому, с внесением изменений в Закон от 24.06.1998 N 89-ФЗ "Об отходах производства и потребления" с изм. от 29.12.2014 N 458-ФЗ).

Однако эти идеи замены заводской полимерной упаковки, в основном, не затрагивали - и соответственно законодательная база для внедрения биоразлагаемых полимеров в РФ пока отсутствует.

Наиболее актуально в нашей стране использование биоразлагаемых полимеров в производстве упаковочных материалов, а также в медицине.

Способы производства биоразлагаемых полимеров могут быть химическими или биологическими (под воздействием микроорганизмов или ферментов).

Наиболее известны:

- получение из природных полимеров их механической и химической обработкой (применительно к биоразлагаемым пластикам из деструктурированного крахмала);

- получение биотехнологическим способом из возобновляемых сырьевых источников (применительно к ферментации сахаров, при которой микроорганизмы синтезируют термопластичные алифатические полиэфиры, в частности, полигидроксибутират);

- химический синтез полимеров из мономеров, получаемых биопревращением возобновляемых источников сырья (в частности, использование молочной кислоты, получаемой при ферментизации сахаров, для выработки химическим способом полимолочной кислоты);

- химический синтез из продуктов переработки нефти и др. невозобновляемых источников сырья.

Биоразлагаемые пластики, в основном, производятся из крахмала, полимолочной кислоты, полигидроксиалканоатов, целлюлозы и лигнина (при этом все компоненты материала биоразлагаемы).

Доступны также т.н. биокомпозиты, представляющие собой смесь полимера (пластика) с наполнителем, вводимым с целью снижения себестоимости материалов и/или для улучшения химико-механических свойств продукта.

Добавление к небиоразлагаемому пластику природных биоразлагаемых наполнителей (типа крахмала и древесной муки) не делает результирующий товарный продукт биоразлагаемым.

Биоразлагаемые пластики не требуют раздельного сбора, сортировки, переработки в сопоставлении с традиционными пластиками. Но для достижения максимальной биологической разлагаемости они должны компостироваться вместе с органическими отходами - наиболее распространенным аэробным способом компостирования, реже в анаэробных условиях.

Блок-схема переработки полимеров выглядит следующим образом:

Интенсивно работают в области получения биоразлагаемых полимеров в России специалисты СО РАН (ИК СОРАН), Новосибирск, ВГУИТ, Воронеж и др.

Понимание реальной цены, которую человечество оплачивает за сохранение среды своего обитания, вероятно, не слишком быстро, но неизбежно ведет к серьезным ограничениям на использование неразрушающихся изделий массового спроса и переходу к более экологичным, пусть и более дорогим материалам. Такими материалами и являются биоразлагаемые полимеры.