Пластик ABS: можно ли его перерабатывать? Является ли он биоразлагаемым?

Спрос на прочные защитные материалы во время Второй мировой войны запустил производство полимерных пластиков. Цель — пуленепробиваемые сополимерные листы. Корпорация Borg-Warner запатентовала ABS в 1948 г., но коммерческий запуск состоялся через 6 лет под маркой Cycolac. Телефонная компания Bell первой применила ABS для корпусов телефонов.

Сегодня существует более 6000 марок ABS для самых разных применений. Некоторые пластики перерабатывают. Программы утилизации снижают загрязнение воздуха, воды и энергопотребление. Разберемся, является ли ABS возобновляемым материалом для предотвращения отходов.

Перерабатывается ли ABS?

Да, ABS считается перерабатываемым, так как это термопластик: его можно нагреть и экструдировать снова в филамент.

Однако молекулярные связи разрушаются при каждом тепловом цикле, снижая прочность. Чтобы сохранить долговечность, к переработанному ABS нужно добавлять первичный (девственный) полимер.

Что такое пластик ABS?

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS) — нефтеполимер, меняющий свойства при нагреве. Термопластики при нагревании становятся мягкими/резиноподобными, при остывании — твердеют снова.

ABS — аморфное вещество: не имеет четкой температуры плавления, вместо этого — температура стеклования 105 °C (переход из твердого состояния в резиноподобное).

ABS — терполимер из трех полимеров: акрилонитрил, стирол и полибутадиен. Молекулярная структура: длинная цепь полибутадиена, к которой крестообразно прикреплены цепочки стирола и акрилонитрила.

Свойства, задаваемые компонентами:

Акрилонитрил — жесткость, твердость, температуру деформации, химическую и механическую стойкость (нитрильные группы усиливают прочность).
Стирол — глянец, негигроскопичность, твердость, жесткость.
Полибутадиен — вязкость, пластичность, ударную стойкость.

Типичный состав: 15–30% акрилонитрила, 5–30% бутадиена, 40–60% стирола. Пропорции варьируются по маркам и назначению (например, для спортивного инвентаря больше полибутадиена).

Как производится ABS?

Три полимера получают отдельно:

Акрилонитрил — из нефти и аммиака.
Бутадиен — нефтеуглеводород, получают термическим крекингом.
Стирол — дегидратацией этилбензола (удаление водорода).

Два способа производства ABS:

Эмульсионная полимеризация — многоступенчатый процесс: бутадиен + вода → эмульсия → катализатор → каучуковый латекс → добавление стирола, акрилонитрила, латекса → катализатор → смесь частиц ABS в воде → центрифуга → сушка → чистый ABS. Минусы: много стадий → нестабильность качества, примеси катализаторов/эмульгаторов → низкое качество, желтоватый цвет.
Непрерывная массовая полимеризация — один длинный этап, минимум добавок. Полимеризованные гранулы бутадиена → растворение в смеси стирола и акрилонитрила → реактор → полимеризация с непрерывным перемешиванием → изоляция мономеров для рецикла. Дает стабильный, высококачественный, непрозрачный ABS.

Где применяется ABS?

Помимо FDM-печати, ABS широко используется:

Автопром: панели, ручки дверей, ремни безопасности, приборные панели (замена тяжелым металлам).
Быт: панели управления, розетки, пылесосы, фарфоры, холодильники, мебель, чемоданы.
Сантехника: трубы и фитинги (не корродирует).
Электроника: клавиши клавиатур, корпуса компьютеров.
Игрушки: LEGO — классический ABS.
Музыкальные инструменты: блок-флейты, гобои, кларнеты, пианино.
Медицина: нерасплавляющиеся швы, искусственные сухожилия, системы доставки лекарств, ингаляторы, небулайзеры.

Как перерабатывать ABS

ABS имеет код смолы #7 («другие пластики»). Большинство переработчиков его не принимают — уточните в вашем муниципалитете. Некоторые компании организуют сбор #7 пластиков.

Если принимают: разделение пенофлотацией (водно-масляная среда) → дробление в гранулы → экструзия в листы, филамент или впрыск в формы.

Отпечатки ABS можно переработать в филамент на машине типа Filastruder (создает филамент нужного цвета/диаметра). Важно: гранулы ≤5 мм, иначе засор/неравномерность. Загрязнения в гранулах попадут в готовый филамент — тщательная очистка обязательна. При повторных нагревах ABS теряет термостойкость (разрушение молекулярных связей) — нужно добавлять первичный ABS для прочности.

Является ли ABS токсичным?

В готовом изделии (игрушки, приборы) ABS нетоксичен, стабилен, не выделяет веществ, не канцероген. Но не регламентирован для контакта с пищей и имплантатов.

Опасен при обработке:

При экстремальных температурах горюч, выделяет CO и синильную кислоту (HCN).
Любой процесс плавления (в т.ч. ацетоновое сглаживание) разрушает терполимер на мономеры (стирол, акрилонитрил) — токсичны.
Пыль и мелкие частицы при печати — ирританты глаз, кожи, легких.
Под УФ-деградацией химикаты могут выделяться со временем.

Является ли ABS биоразлагаемым?

Нет. Биоразлагаемые материалы разлагаются микроорганизмами. ABS в свалках веками. Существует заблуждение, что «биоразлагаемый пластик» перерабатывается — заводы его не берут (низкое качество компоста), а в природе он разлагается годами.

Итоги

ABS формально перерабатываем (термопластик), но деградирует при каждом цикле. Есть недостатки: легко царапается, растворители (ацетон) могут растворить деталь, чувствителен к некоторым маслам/смазкам (трещины). Улучшение — сплавы с поликарбонатом (больше прочность, жесткость, термостойкость).

Альтернативы для 3D-печати:

PLA (полилактид): полиэфир из возобновляемых ресурсов (ферментированные растения). Прочнее и жестче ABS, становится гибким при более низкой температуре без усадки. Минус — при умеренных температурах теряет долговечность, трескается.
Нейлон (полиамид): первый искусственный термопластик. Менее прочный и жесткий, чем PLA/ABS, но лучше выдерживает ударные нагрузки и устойчив к химикатам — для промышленности. Требует высокую температуру экструзии. Появились композиты с волокнами для усиления.

Мнение: пластики + высокие температуры = риск для здоровья. Изучайте материал перед печатью. Есть более экологичные варианты. Если печатаете ABS — избегайте вдыхания паров и пыли, делайте закрытую камеру, обеспечивайте вентиляцию.