Локс Ф. Упаковка и экология

Подождите немного. Документ загружается.

твердой

древесины

этикеток, ламинатов с

фольгой и т.д.

Маслостойкие

бумаги

Из сильно

разбитой

пульпы

70.. .150 MD: 1,7. ..4,4

CD: 0.85...2.1

Маслостойкая бумага для

упаковки приготовленных

или жирных пищевых

продуктов, промышленных

товаров и деталей,

покрытых смазкой.

Глассин То же, что и

маслостойкая

бумага, но

суперкаландр

ированная

40.. .150 MD: 1,4. ..5,2

CD: 0,85...2,8

Нефте- и маслостойкая

бумага,

запахонепроницаемая;

используется для облицов-

ки упаковок мыла,

перевязочных средств,

промасленных продуктов.

Пергамент

для овощей

Обработка

несортирован

ной бумаги

концентриро

ванной

серной

кислотой

60.. .370 2,1...14,0 Нетоксична, с повышенной

прочностью при увлажне-

нии, масло- и нефтестойкая

бумага; используется для

упаковки влажных и

жирных пищевых

продутое, например,

масла, жиров, рыбы, мяса и

т.д.

Тонкая

оберточная

(папиросная)

бумага

Легкая

бумага из

большинства

пульп

20...50 Низкая проч-

ность

Легкая мягкая оберточная

бумага для столового се-

ребра, ювелирных изделий,

цветов, трикотажных из-

делий и т.д.

Бумага прочнее в так называемом машинном направлении, чем в перпендикулярном. Знание

машинного направления может быть важным при проектировании упаковки. Бумажные и картонные

упаковки имеют преимущество малого веса; они относительно чисты и гигиеничны. Многие картонные

упаковки можно хранить плоскими: отсюда пустые упаковки занимают гораздо меньше места, чем

стеклянные, металлические или жесткие пластмассовые упаковки.

Главными недостатками картонных упаковок являются склонность поглощать воду, высокая

воздухо- и паропроницаемость. Более того, без специальной обработки бумага и картон обычно

неустойчивы к действию жидкостей: под влиянием воды, масла или других жидкостей существенно

ухудшаются их прочностные свойства. Однако качество бумаги и картона может быть улучшено путем

дополнительной обработки, с тем что бы их можно было использовать для упаковки жидких продуктов, а

также целью снижения газо- и паропроницаемости. Водостойкость можно величить, добавляя в пульпу

смолы. Прочность бумаги, в основном, обусловлена водородными связями между ОН- и СО-группами

смежных во окон. При удалении воды в процессе изготовления бумаги эти связи образуются, а при

увлажнении бумаги идет обратный процесс. Водостойкой является бумага, остающаяся прочной при

погружении в воду. Прежде сего, следует различать водостойкие, влагостойкие бумаги и бумаги,

непроницаемые для водяного пара. Последние должны иметь барьер, обычно пластиковую пленку или

металлическую фольгу, исключающий проникновение водяного пара. С водостойкой бумаги жидкая вода

легко стекает. Влагостойкие бумаги при насыщении водой все же должны сохранять достаточную

прочность. По определению они должны сохранять о крайней мере 30% своей прочности на разрыв в сухом

состоянии. Основные типы упаковочного картона [220]

Основные типы упаковочного картона

Таблица 3.7

№ Тип картона Способ получения Характеристики Потребительские

свойства

1. Грубый картон

200...800 г/м

100% низкосортной

пульпы от утиля

газетной бумаги и

картона

Низкая стоимость,

невозможность

печати,

серый/коричневый

цвет, плохое ка-

чество фальцовки

Жесткие детали

коробок, вставки и

т.п.

2. Грубый картон,

облицованный

кремовой бумагой

200...800 г/м

Облицовка

изготавливается из

смеси механической

и химической пульп

Самый дешевый

вид картона,

допускающий

печать и

фальцовку

Низкокачественные

картонные упаковки

3. Грубый картон,

облицованный

белой бумагой

Облицовка — на

100% из новой

(главным образом,

Хорошие печатные

свойства,

прочность и

Коробки для рубашек,

косметики,

детергентов и.пр.

200... 1000 г/м" химической)

пульпы

качество

фальцовки

4. Двойной картон

200... 1000 г/м

Облицовка и

тыльная сторона из

новых пульп,

средняя часть из их

смеси

То же, что и №3 То же, что и № 3

5. Картоны с про

клеенной

поверхностью

200...600 г/м

То же, что и № 3,

но с проклеенной

поверхностью

Превосходные

печатные свойства

Коробки высшего

качества

6. Отбеленный

картон (пищевой

картон) 100...200 г/

100% новой

сульфатной пульпы

Прочный белый

картон, без запаха,

высокое качество

фальцовки

Все виды пищевых

продуктов

7. Картон для

упаковки жидко-

стей

200...400 г/м

Как № 6, но ла-

минированный

полиэтиленовой

пленкой или А1-

фольгой

То же, что и №6 Молоко, сливки,

фруктовые соки и т.д.

8. Картон, обли-

цованный

крафтбумагой

120...400 г/м

Более 90%

крафтпульпы

Высокая проч-

ность

.Внешний слой

гофрокартона

Проницаемость любой бумаги определяется как ее смачиваемостью, так и механизмом

массопереноса в порах бумаги. При определении требований, предъявляемых к упаковке, необходимо

рассмотреть вопросы: требуется ли маслонепроницаемость? Необходимо ли свести к минимуму

возможность испачкать бумагу? Желательна ли абсолютная устойчивость в течение длительного периода?

Бумаги, ламинированные пластиком, пергамент и маслостойкие бумаги, в этом порядке, характеризуются

уменьшением защиты от масел, жиров и смазки. При этом степень защиты зависит от капиллярной

структуры этих материалов и смачиваемости их поверхности.

Пергаментная бумага для упаковки овощей была разработана в 1850-е годы. Она производится в две

стадии: чисто химическая пульпа превращается в бумагу, которая затем проходит через ванну с серной

кислотой определенной концентрации и температуры, при этом большое значение имеет время контакта

бумаги с кислотой. Процесс «пергаментизации» прекращается последовательным прохождением бумаги

через разбавленный раствор серной кислоты и через воду, после чего проводится сушка полотна. Пропитка

серной кислотой (40%) приводит к сильному набуханию волокон и их частичному растворению. В

набухших волокнах закрываются поры и сильнее развиты водородные связи. При промывании водой связь

волокон друг с другом упрочняется, что приводит к получению бумаги, которая является водо- и

маслостойкой и не обладает вкусом и

Маслостойкая бумага или имитация пергамента изготавливается так же, как и обыкновенная

бумага, но пульпа подвергается интенсивному разбиванию перед поступлением в бумагоделательную

машину. Это заменитель пергаментной бумаги, существенно уступающий ей в своих свойствах.

Глассин производят, пропуская маслостойкую бумагу через суперкаландр, где поверхности бумаги

сообщается особый глянец, в результате чего также повышается плотность полотна. Он имеет

тонкосетчатую структур, и гидратированное состояние целлюлозы позволяет использовать этот материал

для заворачивания масляных продуктов, а также продуктов, склонных к потере вкуса и аромата. Как в

маслостойкую бумагу, так и в глассин часто добавляют пластмассы для увеличения жесткости. Они хороши

в работе на высокоскоростных упаковочных машинах и могут быть химически модифицированы для

улучшения влагостойкости. Вощеными их используют для упаковки хрустящего картофеля, супов, смесей

для приготовления печенья и т.п. Эти методы улучшения качеств бумаги, особенно использование

пластмасс (полиэтилена), снижает способность бумаги к биоразрушению. Компоненты целлюлозной бумаги

через некоторое время исчезают, превращаясь в компост; но, будучи ламинированными пластиком, они

сохраняются почти в неизменном виде в течение длительного времени.

Многие типы бумажной упаковки не подходят для утилизации и регенерации бумаги из-за того, что

они покрыты пластиком с обеих сторон. Сжигание, вероятно, является наиболее реалистичным методом их

переработки для регенерации энергии, поскольку и бумага, и пластмассы обладают высокой теплотворной

способностью.

5. Пластмассы

а) Определение понятия и историческое введение

Пластмассы образуют группу органических соединений с длинной цепью и высокой молекулярной

массой (от 30 000 до 10

), образующихся при соединении друг с другом меньших молекул. Их получают

либо из высокомолекулярных веществ, существующих в природе (например, целлюлозы, каучука, белков),

либо чисто синтетическим путем. Вначале эти последние были получены из угольной смолы, но сегодня

используется многочисленный ряд производных — продуктов переработки сырой нефти: как

непосредственно в качестве реагента (например, этилен для производства полиэтилена), так и в качестве

промежуточных веществ для синтеза желаемого продукта (например, ацетилен для получения

винилхлорида, используемого в производстве поливинилхлорида). Пластмассы, таким образом, являются

типичными продуктами нефтехимической промышленности и составляют примерно 5% от общего

потребления сырой нефти. Остающиеся 95% используются для выработки электроэнергии и тепла, а также в

качестве моторного топлива.

Хотя довольно широкий выбор исходных веществ для производства пластмасс имелся уже

примерно к 1830 году, развитие высокополимеров и их использование началось только с 1930 года. В 1950-х

годах началось широкое использование пластмасс в упаковке и развитие рынка этих материалов. Знание

корреляций между молекулярной структурой полимеров и их физическими свойствами позволило

синтезировать материалы с заранее заданными свойствами путем разумного выбора сырья, условий ре-

акции, заключительной обработки и использования некоторых добавок.

Обзор всех имеющихся пластмасс, их структуры и свойств далеко выходит за рамки этой главы, но

здесь будут очерчены принципы, на которых основано получение этих общеизвестных продуктов, что

позволит лучше осознать связанные с ними экологические проблемы.

За исключением нерастворимости в воде и способности к плавлению при нагревании, свойства

большинства синтетических пластмасс зависят, в основном, от их молекулярной массы; при этом природа

мономеров и метод их комбинирования определяют свойства, относящиеся к проницаемости и пределу

прочности на разрыв окончательных продуктов.

Получение нитрата целлюлозы в 1845 году для удовлетворения потребности в замене слоновой

кости при изготовлении бильярдных шаров часто рассматривают как начало «эры пластмасс». В 1862 году

предметы, сделанные из «паркесина», экспонировались на Всемирной ярмарке в Лондоне, а «целлулоид»

был запатентован Йаттом в 1870 году: он был получен растворением смеси нитрата целлюлозы и камфоры в

смеси спирта и эфира. Вязкий концентрированный раствор целлулоида выливают в изложницу и после

испарения растворителя материал принимает ее форму. Целлулоид был также изготовлен в виде пленки для

использования в кинематографе. Ацетат целлюлозы, растворимый в ацетоне, вскоре заменил

легковоспламеняющийся целлулоид в изготовлении пленки. В 1892 году был предложен раствор ксантата

целлюлозы для производства регенерированной целлюлозной пленки путем взаимодействия этого раствора

с серной кислотой. Первая коммерческая пленка, известная в США как целлофан, появилась в Европе между

1912 и 1914 годами, а в США — в 1924 году. Регенерированная целлюлозная пленка, теперь часто покры-

ваемая подходящим материалом, все еще применяется для упаковки, хотя ее использование сокращается.

Эра чисто синтетических пластмасс началась со стирола — жидкости, открытой в 1831 году при перегонке

растительных смол и способной к полимеризации под действием света. Его производство из бензола было

налажено в 1866 году, но использование полистирола для упаковки пищевых продуктов началось только в

1930-х годах. Использование для изоляции и упаковки пенополистирола относится к 1950 году, в это время

был также разработан акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) — после открытия резины Buna-S

(бутадиенстирола) в 1933 году.

Винилхлорид, сырье для поливинилхлорида (ПВХ), был впервые получен в 1835 году;

коммерческая презентация полимера имела место в 1873 году, а в 1912 году он был использован для

изоляции. Пленка ПВХ, как упаковочный материал, появилась на рынке только в 1958 году. Открытие

винилиденхлорида в 1838 году позволило путем сополимеризации с ПВХ (1950-е гг.) разработать

производство «Сарана», имевшего гораздо лучшие свойства (химическую стойкость, нерастворимость в

воде и органических растворителях), чем ПВХ.

Наиболее распространенным пластиком в упаковке (примерно 65%) является полиэтилен. Его

производство из этилена впервые осуществили Фосетг и Гибсон (ICI) в 1933 году, используя очень высокое

давление; применяя так называемые «сэндвичевые» катализаторы, содержащие титан, К.Циглер во время

Второй Мировой войны сумел получить полимер при низком давлении. В отличие от продукта ICI,

полиэтилен низкого давления обладает более высокой плотностью. Поэтому следует различать ПЭНД

(полиэтилен низкого давления) и ПЭВД (полиэтилен высокого давления). В 1954 году Натта получил

стереоспецифичный катализатор для синтеза полипропилена — полимера, который вытеснил с рынка

большую часть целлофана. Самые последние разработки, в основном, направлены на поиск сочетания

различных пластмасс с целью обеспечить желаемые защитные характеристики упаковок. Предпринимаются

также усилия по созданию «саморазрушающихся» материалов, которые помогли бы решить проблему

«замусоривания». Биоразлагаемые упаковки, теплостойкие материалы для разогревания или приготовления

упакованных пищевых продуктов, другие пластики, разработанные для микроволнового и ионизирующего

излучения, потенциально многоразовые или более приспособленные для регенерации, для шипучих

напитков являются примерами того, что может получить распространение в ближайшем будущем. Развитие

рынка пластмасс продолжается, и существует еще масса потенциальных новых приложений.

b) Некоторые статистические данные по пластикам.

В табл. 3.8 показано развитие мирового производства пластмасс в 1900-1990 годах. Его резкое

увеличение в 1930-х и 1950-х годах является следствием открытия новых продуктов и областей применения,

например, для изоляции глубоководных телекоммуникационных кабелей или для использования в военной

технике. Рост в 1960-х годах, несомненно, явился результатом общей тенденции к развитию предупаковки

товаров, параллельно с развитием магазинов самообслуживания в тот же период. Поразительный рост

использования пластмасс, таким образом, можно объяснить следующим:

1. инновационной деятельностью и новыми применениями (изоляция в электротехнике,

автомобилестроение и т.д.);

2. проникновением на рынки более традиционных материалов, таких как металлы, цемент, кожа и

бумага, и распространением этих рынков в сферы торговли стройматериалами, мебельного бизнеса,

текстильной и кожевенной промышленности;

3. развитием и повсеместным использованием упаковки.

Скорости производства показывают, что в настоящее время мы находимся в начале более

стабильного, зрелого периода, характеризуемого тем, что главным источником нового роста и изменений

является инновационная деятельность. Доли разных стран в общем производстве и потреблении приведены

в табл. 3.9. Из этих данных следует, что действительное потребление (производство плюс импорт минус

экспорт) в западных странах изменяется от 30 до 180 кг на душу населения.

Мировое производство пластмасс (тыс. тонн) в 1900-1990 гг. [187]

Таблица 3.8

1990 20 1965 14000 1980 49000

1913 50 1967 17990 1981 52000

1924 60 1969 25345 1982 48000

1929 85 1970 28 186 1983 50000

1939 350 1971 31000 1984 53000

1947 870 1972 37000 1985 58000

1950 1500 1973 40000 1986 59000

1953 2150 1974 41000 1987 60000

1955 2800 1975 35000 1988 61000

1957 4000 1977 43000 1989 61000

1960 6900 1979 51700 1990 62000

Производство и потребление пластмасс в различных странах в 1977-1990 гг.

Таблица 3.9

Страна Доля в ми-

ровом про-

изводстве,

Годовое потребление на душу населения, кг

1977 1980 1988 1990

Производство, тыс. тонн

1989 %

США 34,5 64 65,7 99,0 104 27,000 —

ФРГ 14,6 89 73,1 130,9 137 6,000 23,9

Япония 13,6 41 58,8 89,6 92,6 11,000 —

Россия 7,2 13 15,1 — — — —

Франция 6,2 48 50 64,0 68,0 3,611 13,9

Италия 5,8 41 45,1 70,0 74,0 4,000 15,4

Великобритан

ия

5,7 44 51 60,5 61,1 3,4454 13,3

Испания 2,3 32 31,9 54,4 57,9 2,053 7,9

Бельгия 1,4 44 48,2 144,0 151,0 1,424 5,5

Нидерланды 1,1 31 34,5 75,0 — 1,120 4,3

Швеция — 79 106,4 — — 822 3,2

Австрия — 71 71,4 101,7 117,9 766 3,0

Швейцария — 60 39,1 93,2 96,5 627 2,4

Финляндия — 92 123 83,0 81,0 423 1,6

Норвегия — 57 99,2 73

8 — 310 1,2

Дания — 83,4 97,2 92.7 100 470

1,8

Потребление (тыс. тонн) различных пластмасс в соответствии с их применением в Бельгии

Таблица 3.10

Год/пластик Фенольные

смолы

Полиэф

ир

Полиэт

илен -

Полистирол Поливини

лхлорид

Полимеры

на основе

целлюлозы

Другие Итого

1980

1981

1987

1988

1989

24,7

46,4

36,4

28,3

14,6

22,5

33,3

33,1

37,0

169,5

170,5

261,9

272,8

311,5

52,9

61,2

69,0

66,3

100

97,4

126,6

143,4

166,9

88,4

101

125,3

137,2

143,9

45,8

43,9

41,9

57,7

74,5

488,9

512,9

696,6

749,6

828,4

Сектор/

категория

1980 % 1981 % 1987 % 1988 % 1989 %

Упаковка 118,8 26,9 112 23,5 155,4 23,3 173,8 23,1 192,1 22,8

Полотно

и пленка

96,2 21,8 107,7 22,7 208,1 31,2 226,5 30,1 264,5 31,4

Бытовые

товары

24,4 5,5 27,5 5,8 48,6 7,3 54,4 7,2 51,1 6,1

Строительс

тво

137,4 31,0 125,6 26,4 164,8 24,7 193,4 25,8 227,2 26,9

Спорт 1,2 0,3 1,6 0,3 1,0 0,2 1,2 0,2 1,0 0,1

Другие 64,0 14,5 100,8 21,2 88,9 13,3 101,9 13,6 106,7 12,7

Мировое потребление (тыс. тонн) пяти важнейших пластмасс

Таблица 3.11

Страна Пластик

Поливинил

хлорид

Полиэтилен

низкой

плотности

Полиэтилен

высокой

плотности

Полипропи

лен

Полистирол

США 4082 5428 4010 3738 2297

Япония 2028 1621

958

1793 1277

Зап. Европа 4745 4982 2807 3369 1611

Канада 4 1 8

511 281 186 188

Другие 2188 1416 1081 1176

963

Итого 13467 13958 9137 10312 6270

в 1990,% 25,33 26,27 17,19 19,47 11,80

Итого 10225 10350 4860 4315 6358

в 1980, % 28,3 28,7 13,5 12,0 17,6

Обычно потребление пластмасс, используемых для упаковки, достигает от 23 до 33%.

Стройиндустрия, упаковка и электронная промышленность занимают 55-65% общего рынка пластмасс

(табл. 3.10). Типичные уровни потребления пяти важнейших пластиков даны в табл. 3.11. Хотя доля

потребления поливинилхлорида возросла, упаковочный сектор потребляет гораздо меньше ПВХ, чем

полиэтилена. Средние уровни потребления различных пластмасс в Бельгии в 1980-1990 гг. приведены в

табл. 3.10.

с) Производство некоторых пластмасс и их влияние на окружающую среду

Как уже отмечалось, в настоящее время имеется широкий выбор пластмасс. Для понимания экологических

проблем, сопряженных с промышленным производством пластмасс, необходимо учитывать общие особен-

ности любого химического процесса. Продукты обычно получают в жидкой среде при нагревании или

охлаждении реакционного сосуда. Обычно полимерный продукт не является единственным в данной

реакции, образуются также и другие вещества. Это означает, что после разделения продукт должен быть

очищен, а нежелательные вещества должны остаться в реакционной среде. Значения БПК и количества

взвешенных частиц на столько велики в стоках из реакторов, что их нельзя без специальной обработки

направлять в моря, озера или реки. Главной проблемой является присутствие в них небольших количеств

некоторых токсичных загрязнителей, таких как катализаторы, растворители, мономеры, зловонные вещества

(содержащие серу или азот), которые трудно удалить из промстоков.

Другая проблема заключается в регулировании рН (нейтрализации) одной среды: поскольку

органические молекулы реагируют медленно, может случиться, что новые связи образуются уже после того,

как будет проведена обработка сточных вод, так что традиционные автоматизированные системы могут и не

гарантировать требуемой степени чистоты отработанных вод. Таким образом, в производстве пластмасс

основной проблемой является очистка водных промстоков.

Пластмассы, используемые в упаковке, можно разделить на две основные группы по виду сырья,

используемого в их производстве.

Полусинтетические смолы

Полусинтетическими являются смолы, в которых природные высокомолекулярные соединения

химически «модифицированы» (т.е. не разложены на более мелкие молекулы). В качестве типичного

примера можно привести такой важный природный продукт как целлюлоза, используемая для производства

упаковочных пленок из целлофана, ацетата целлюлозы, этилцеллюлозы и нитрата целлюлозы.

Регенерируемая целлюлозная пленка получается путем растворения очищенных волокон целлюлозы в

щелочном растворе гидроксида натрия и сероуглерода (дисульфида углерода), в котором образуется

натриевая соль ксантата целлюлозы. Это производное целлюлозы представляет собой сиропообразный

раствор ярко-красного цвета (обусловленного связью с серой). При продавливании его через длинную щель

в баню с разбавленной серной кислотой регенерируется целлюлоза в виде чистой прозрачной пленки. Для

целей упаковки ее необходимо обработать пластификаторами, такими как глицерин или этиленгликоль.

Пластифицированную пленку нельзя запечатывать путем нагревания, и она все еще весьма проницаемая для

паров воды. Поэтому ее покрывают с одной или с обеих сторон тонкой пленкой нитроцеллюлозы и воска

или только синтетического пластика, например, поливинилденхлорида. Таким образом, имеются различные

целлюлозные пленки, различающиеся толщиной и покрытием. Схема реакции и коммерческие коды

целлюлозных пленок приведены ниже:

Ксантат целлюлозы реагирует с серной кислотой с образованием нерастворимой целлюлозы (теперь

уже в виде пленки), СS

, воды и сульфата натрия (Na

SO4). Обычный и обработанный целлофан кодируют

следующим образом:

РТ: обычная прозрачная пленка целлюлозы;

QMS: полувлагонепроницаемая пленка целлюлозы (с односторонним покрытием);

MSAT: пленка целлюлозы, покрытая нитроцеллюлозой (влагонепроницаемая);

MXXT/S: целлюлоза с покрытием из сополимерного растворителя (запечатываемая);

МХХТ/А: целлюлоза с покрытием из дисперсии сополимера (запечатываемая);

PE/MSAT: целлюлозная пленка с полиэтиленовым покрытием на одной стороне и

нитроцеллюлозным покрытием — на другой.

Из-за наличия серосодержащих соединений, обычно зловонных и токсичных, которые попадают в

атмосферу и жидкие сбросы в процессе регенерации, предприятия, производящие целлюлозные пленки,

вынуждены принимать меры для ограничения попадания этих вредных веществ в окружающую среду (CS2

и производные).

Целлюлозные пленки в прошлом чаще всего использовались для упаковки хлеба, пирожных, имбирных

пряников, ирисок, шоколодных конфет, печенья, хрустящего картофеля и т.д. Хорошие результаты были по-

лучены при использовании влагостойкой целлюлозной пленки для заворачивания фармацевтических и

текстильных товаров, нуждающихся в защите от влаги. Из-за экологических проблем, связанных с

производством, а также по экономическим соображениям большая часть рынка целлюлозных пленок в 1980-

х гг. была занята полипропиленовой пленкой.

Ацетат целлюлозы образуется в реакции целлюлозы с уксусным ангидридом; он растворим в

диметилкетоне (ацетоне). Летучий растворитель испаряется из 30%-ного раствора ацетата целлюлозы,

рекуперируется и возвращается в цикл при изготовлении пленки. Очень чистые пленки используются в

ламинатах и в качестве «окон» в бумажных и картонных коробках.

Ацетатная пленка почти нерастворима в воде, но проявляет высокую проницаемость по отношению

к кислороду и диоксиду углерода, а также водяному пару, поэтому она подходит для упаковки таких

товаров, как фрукты, овощи и цветы, которые «дышат».

Полностью синтетические пластмассы

Полностью синтетические пластмассы синтезируют из веществ (этилена, пропилена, бензола,

толуола и др.), получаемых при крекинге нефти, а также из вторичных продуктов, таких как стирол,

винилхлорид, этиленгликоль и фталевая кислота.

Нефтехимическая промышленность занимается переработкой (крекингом) сырой нефти с целью

производства разнообразного углеводородного горючего и смазочных масел. Как нефтеперегонка, так и

переработка нефти сопряжены с серьезными проблемами обращения с отходами. Проблемы

нефтехимической промышленности в этом плане особенно сложны из-за большого разнообразия

промежуточных и конечных продуктов. Главной заботой являются загрязнения водных сбросов;

газообразные вещества обычно горючие и могут быть сожжены перед выбросом в атмосферу.

Водопотребление и объем промстоков в настоящее время сократились в нефтехимической

промышленности, что привело к повышению концентраций нежелательных компонентов, и это необходимо

учитывать при разработке технологии очистки промстоков. Хотя сегодня образуется только от 1 до 3 м

водных стоков на тонну этилена, потенциал загрязнения окружающей среды остается существенным из-за

большого объема производства (более 1000 тонн/сут). Водопотребление (а, следовательно, и сброс

отработанной воды) на нефтехимическом заводе можно разделить (согласно немецким статистическим

данным) следующим образом:

85% — охлаждающая вода (возможное термическое заражение окружающей среды);

6% — вода, питающая бойлерные установки (возможное весьма ограниченное загрязнение

атмосферы);

8% — «процессная» вода (вода из реакторов, следовательно, возможно загрязнение воды);

1%— санитарная вода.

Необработанные промстоки содержат некоторые неорганические и органические, растворимые и

нерастворимые вещества.

Табл. 3.12 дает средние значения (основанные на данных для 25 нефтеперерабатывающих заводов)

для некоторых параметров, рассмотренных в главе II. В той же таблице приведены стандарты для

промстоков, принятые в Бельгии.

Характеристики промстоков нефтеперерабатывающих заводов

Таблица 3.12

Параметр Нормы для сброса в поверхностные воды

Min Мах Средние Общие В нефте-

химии

Для

нефтеперегон

ки

Температу

ра(

с) pН

9,2

6,5<рН<9

6<рН<9

6,5<рН<9

Взвешенные

частицы

(мг/л)

50 200 80 60 300 60

Осаждающи

еся твердые

вещества

(мг/л)

— __ __ 0,5 1 0,5

Углеводоро

ды

(мг/л)

5 100 35 5 25 20

Жиры и

масла (мг/л)

3 30 10 10

Детергенты

(мг/л)

1 10 3

3 __ 3

БПК

(мг/л)

20 500 150 15 300 50

ХПК

(мг/л)

200 2000 600 __ 2000 300

Общий азот

(мг/л)

__ __ __ __ __

Фенолы

(мг/л)

__ __ __ __ __ 1

Полностью синтетические пластмассы можно классифицировать, исходя из особенностей

используемой реакции:

1. Поликонденсаты образуются из единственного мономера или из бинарной смеси разных

мономеров, каждый из которых имеет, по крайней мере, две реакционные группы. В ходе последовательных

реакций всегда реагирует последнее образовавшееся соединение — каждый раз с удалением молекулы

воды.

Общий механизм можно представить следующим образом:

Типичными примерами являются полиэфир, один их основных пластиков для упаковки,

полиэтилентерефталат, образующийся из фталевой кислоты и этиленгликоля при конденсации в автоклавах

при высоких давлении и температуре в присутствии катализаторов:

В США этот полиэфир известен под торговым названием «Mylar» (Du Pont). Продукт ICI

называется «Melinex». Благодаря своим хорошим механическим свойствам, полиэтилентерефталат

используется для упаковки твердых пищевых продуктов, например, мешки для замороженных продуктов.

Сегодня полиэтилентерефталатные бутылки используются для упаковки некрепких напитков: они

выдерживают давление углекислого газа, для которого они являются хорошим барьером.

2. Полимерные соединения: В отличие от поликонденсации, в процессах полимеризации не

выделяются малые молекулы, такие как Н

О. Реакционная способность мономеров в данном случае

обусловлена наличием двойных связей. Под влиянием специальных катализаторов (пероксидов) и

благоприятных условий температуры и давления двойные связи раскрываются, так что процесс

полимеризации можно представить следующим образом:

Полиэтилен высокой плотности (р = 0,940...0,965 г/см

) выдерживает температуру до 125°С, и,

следовательно, его можно стерилизовать в кипящей воде и использовать для изготовления контейнеров

(например, бутылки для молока и ящики), также как и пленок. Полиэтилен низкого давления (р =

0,910...0,925 г/см

) обычно используется в качестве пленки ли покрытия бумаги и картона. Полиэтилен

низкой плотности имеет точку плавления ниже, чем полиэтилен высокой плотности, не может сте-

рилизоваться и менее подходит для упаковки масел, жиров и чувствительных к действию кислорода

продуктов.

Другим важным «полиолефином» является полипропилен, химически аналогичный полиэтилену,

как это следует из формулы:

Он обладает еще лучшими физическими свойствами и более низкой проминаемостью в отношении

кислорода и водяного пара. Мешки, вытканные из полипропиленовой ленты, служат для упаковки овощей,

фруктов круп.

При замещении одного или более атомов водорода в молекуле олефина на атомы других

элементов (например, -С1, -F) или группы (например, -ОН; -Ас, -C

) получается широкая гамма

полимеров, про являющих самые различные свойства. В упаковке используются:

поливинилхлорид:

Свойства этих «винильных» смол зависят, в основном, от заместителя. Они обычно более

кристалличны (следовательно, тверже), чем полиолефины, и их газопроницаемость ниже. Как правило, они

устойчивее к действию жиров и масел. Минеральная вода и масла упаковываются в бутылки из

поливинилхлорида; твердые жиры (маргарин) и йогурты -- в коробки из полистирола. Мясо и сыры также

заворачиваются в пленку из поливинилхлорида. Сополимер винилхлорида и винилиденхлорида, известный

как Saran, служит в качестве покрытия для других пленок.

Другими основными пластмассами, используемыми в упаковке, являются:

фторированные полимеры — пластики (например, тефлон), очень устойчивые к действию кислот, с

низкой газо- и паропроницаемостью. Из-за высокой стоимости, они применяются в качестве упаковочных

аксессуаров только в случае, если другие пластики не могут их заменить.

Иономеры — пластмассы, в которых имеются ионные связи между полимерными цепями за счет

введения металлических ионов (например, цинка). Иономер, аналогичный полиэтилену, известен на рынке

под названием «Surlyn А». Он более устойчив к действию высокой температуры, чем полиэтилен низкой

плотности, и может использоваться для изготовления более тонких покрытий. Из-за своей высокой

прочности на разрыв мономеры могут применяться также для упаковки замороженных продуктов.

Эпоксидные смолы обладают замечательной адгезией к металлам и высокой химической

стойкостью; поэтому их применяют как лаки для защиты металлических банок.

Сополимер этилена и винилацетата, в качестве пленки, служит для заворачивания мяса и птицы

(например, цыплят); пленка хорошо растягивается и сжимается, поэтому тугое обертывание возможно без

нагревания.

d) Некоторые свойства пластмасс, определяемые молекулярной структурой

Термопластичные свойства

Пластмассы, которые мы кратко описали, состоят из молекул с длинной цепью. Если бы полимеры

получались из мономеров, имеющих три реакционные группы на каждую молекулу (например, глицерин с

тремя группами -ОН), то мы бы имели дело с трехмерными пластиками. Линейные молекулы с длинной

цепью обусловливают термопластичные свойства: пластик размягчается при увеличении температуры,

поскольку ослабляются ван-дер-ваальсовы силы, действующие между цепями. Трехмерные пластмассы не

размягчаются и не плавятся с ростом температуры, но при нагревании до примерно 350°С они разлагаются.

Большинство пластмасс, используемых для упаковки, являются термопластичными, что дает возможность

изготавливать из них различные упаковочные формы. Для исключения возможности разрушения или

окисления этих органических материалов при нагревании и в процессе формования в них добавляются

стабилизаторы и антиоксиданты. Более того, добавки улучшают устойчивость к погодным условиям

(влияние атмосферного кислорода, дождя, УФ-излучения) — см. также табл. 6.7.

Барьерные свойства

На практике структура различных полимеров не так проста, как это описано выше: не только длина

полимерных цепей различается, но имеются и другие структурные нарушения (например, латеральные

ответвления), которые препятствуют плотной «упаковке» молекул. Поэтому внутри пластмассовой пленки

встречаются зоны упорядоченной (кристаллической) структуры и зоны разупорядоченной (аморфной)

структуры полимерных молекул (см. рис. 3.6). В аморфных зонах большее межмолекулярное расстояние

ответственно за более высокую газопроницаемость.

Рис. 3.6. Кристаллические (А) и аморфные (В) зоны в структуре пластика

Если по какой-либо причине (например, особые условия реакции или стереоспецифичность

мономера, как в случае стирола, винилхлорида и винилиденхлорида) структура полимерных молекул

оказывается упорядоченной (например, в полистироле, поливинилхлориде, поливинилиденхлориде),

степень кристалличности материала увеличивается, возрастает прочность на разрыв и уменьшается

газопроницаемость. Напряжение, приложенное к пленке, способствует упорядоченному расположению мо-

лекул при растяжении, следовательно, прочность на разрыв и барьерные свойства могут быть улучшены при

механической обработке.

Размягчение или температура стеклования T

Переходная температура T

, также как и точка плавления, является основным параметром,

определяющим утилитарные свойства полимера. Она указывает точку, в которой переохлажденная

жидкость достигает стеклообразного состояния. Рис. 3.7, на котором представлены зависимости удельного

объема от температуры, иллюстрирует различные возможности: