Проф.Стойко Факиров, PhD, DSc, Dhc, родился в январе 1936 года в небольшой деревне у подножия Балканских гор в Болгарии. Он ходил в начальную школу, а в соседнем городке - в среднюю. В 1959 году он получил степень магистра наук по химии в Софийском университете (Болгария), где сразу же был назначен ассистентом профессора (доцентом). Два года спустя он начал свою аспирантуру в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова (Россия). В 1987 году он был назначен профессором полимеров в химии в Софийском университете. В настоящее время он является почетным академиком кафедры машиностроения Оклендского университета, Новая Зеландия. Он имеет мировую признание в области полимерной науки и техники. По данным Google Scholar, он имеет 8000+ цитат, H-индекс = 48 и находится на 21-й позиции во всемирном списке по теме “Полимерные композиты”. Стойко имеет более 350+ публикаций, из которых 220 перечислены в Web of Science. Он написал 16 книг по полимерам с Wiley, Springer, Hanser, Cambridge University Press и другими (некоторые из отредактированных книг имеют 1000 страниц). В список книг также входит учебник “Основы полимерной науки для инженеров” (Wiley-VCH, 2017), состоящий из 25 глав. Он получил 9 патентов США и провел более 120+ приглашенных исследовательских семинаров по всему миру. Кроме того, он является членом редколлегии 16 международных полимерных журналов.

Его важный вклад в науку и технологию полимеров состоит в формулировке, демонстрации и названии явлений “Химического заживления”, “Химически высвобожденной диффузии”, “Последовательного переупорядочения в конденсационных сополимерах” и “Плавления кристаллов полимера ниже температуры стеклования того же полимера”. Стойко вывел также уравнение, известное как “уравнение Факирова”, создал новый тип полимерных композитов, известный как “Микрофибриллярные композиты (MFC)”, который он далее развил до “Нанофибриллярных композитов (NFC)”, включая нанофибриллярные одиночные полимерные композиты, а также сформулировал и продемонстрировал “Концепцию преобразования вместо добавления” (технологию преобразования практически любого объемного полимера в наноразмерный материал).

Еще в 1980 - е годы он был стипендиатом Александра фон Гумбольдта, а в 2000 году получил самую престижную награду в Германии за научные достижения - “Исследовательскую премию Александра фон Гумбольдта”. Международная ассоциация передовых материалов (IAAM) наградила его Медалью года 2017 за его заметный и выдающийся вклад в области передовых материаловедения и технологий, а в 2018 году он получил степень “Почетный доктор Софийского университета”, Болгария.

Профессор Стойко Факиров по-прежнему активен и будет продолжать это делать и после своего 85-летия, которое приходится на 19 января 2021 года. Мы его поздравляем и желаем ему крепкого здоровья на долгие годы в области полимерной науки, а также удачи в его рыболовном хобби.

Около 70-80 лет назад, когда на рынок были выведены первые синтетические полимеры, их называли “искусственными” (в Европе) или “созданные человеком” (в США) материалами, чтобы подчеркнуть тот факт, что они не являются “натуральными” материалами, то есть не обладают такими же превосходными качествами. Шаг за шагом, в последующие годы, они находили все более и более широкое применение, достигая в последние десятилетия большого числа применения, но и во многих случаях, не заменяемых никаким другим материалом. Это связано с тем, что синтетические полимеры как материалы имеют много привлекательных преимуществ по сравнению с классическими материалами, такими как дерево, металлы, керамика и стекло. Они заметно легкие (с плотностью около или ниже 1), достаточно легко обрабатываемые (обычно одноэтапное изготовление изделий сложной формы), неограниченные возможности окрашивания в массе, безвредные для окружающей среды при их использовании из-за их химической стойкости к воздействию окружающей среды и атмосферных факторов. В этом отношении синтетические материалы превосходят все другие материалы. Как ни странно, именно это неотъемлемое преимущество пластмассовых материалов превращается в их самый серьезный недостаток, когда они становятся отходами или мусором – они не окисляются, как металлы, и химически не разлагаются, как материалы на основе целлюлозы и белка.

Народная надежда на то, что химики создадут биоразлагаемый пластик для массового производства, оказалась призрачной – немногочисленные примеры в этом отношении экономически неуместны. Об этом свидетельствует недавнее решение Европейского Союза запретить производство 10 пластмассовых изделий в одну сторону, поскольку они являются основным компонентом засорения морских вод. ЕС состоит из 27 стран, некоторые из которых принадлежат к мировым промышленным и научным лидерам, и тем не менее они не могли предложить лучшего решения, кроме резкого сокращения упаковочной продукции, создающей основной пластиковый мусор. Это означает следующее, что решение негативной экологической проблемы, возникающей из-за пластиковых отходов, является задачей не только ученых, но и всего общества. Люди должны быть осведомлены о правильном сборе пластиковых отходов, а правительства должны финансово поддерживать перерабатывающую промышленность, поскольку переработка не является прибыльным бизнесом из-за небольшой разницы в ценах на свежие и переработанные пластмассы.

Попытки уменьшить количество свежих синтезированных полимеров вряд ли являются подходящим решением, так как потребности в них постоянно растут. Например, ежегодный рост производства PET для бутылок в настоящее время составляет 10%! Производство пластмасс для упаковочных целей также увеличится, так как в бедных странах 50% продуктов питания портится из – за плохой упаковки (в Индии это 50%, а в Великобритании-2-3%).

Сегодня ежегодно производится более 300 миллионов тонн пластика, из которых 8 миллионов попадают в океаны. Если мы будем продолжать загрязнять моря таким образом, то, по оценкам, к 2050 году масса пластика в океанах превысит массу рыбы. Также сообщалось, что каждый третий вид морских обитателей был найден запутавшимся в морском мусоре, а 90% всех морских птиц имеют пластик в желудках. Пластиковая упаковка является крупнейшим сегментом рынка конечного использования, на долю которого приходится почти 40% всего мирового потребления пластика. Ежегодно во всем мире используется более 500 миллиардов пластиковых пакетов, а средний срок службы пластикового пакета составляет 15 минут.

Опять же: надлежащего решения проблемы можно ожидать, если в дополнение к усилиям ученых будут предприняты юридические шаги всех правительств, регулирующие надлежащее обращение с пластиковыми отходами.

Следует подчеркнуть, что утилизация отходов не решает проблему негативного воздействия пластмасс на окружающую среду, а лишь откладывает это решение. Это происходит потому, что после окончания срока службы переработанных пластмасс они снова превращаются в отходы или мусор. Применение свежих или переработанных пластмасс, предполагающих “сжигание” в виде смешивания с бетоном, изготовление изделий, которые используются в зданиях, дорожных сооружениях, гидроинженерии или других подобных областях применения, не гарантирующих дальнейшего появления этих материалов в нашей жизни, является правильным решением проблемы. Другим аналогичным решением является сжигание свежих или переработанных пластмассовых материалов, когда объемные полимеры превращаются в газы. В обоих случаях пластмассы “исчезают” из нашей жизни и больше не загрязняют нашу Природу.

Материалы, собранные в Специальных выпусках (Часть 1 и Часть 2), подготовлены учеными-полимерами с мировым именем (число цитирований некоторых из них составляет от 10 000 до 50 000, а их h-индекс-от 50 до 100 соответственно). Тем не менее, они не предлагают решения пандемических проблем, создаваемых пластиковыми отходами, а лишь предлагают пути сокращения количества пластикового мусора путем переработки пластмассовых отходов.

Эти материалы сгруппированы в две отдельные публикации: (i) Переработка полимерных смесей и композитов (Часть 1) и (ii) Переработка чистых полимеров (Часть 2). Это делается потому, что обе группы материалов имеют некоторые специфические характерные особенности, которые делают подходы к переработке довольно разными. Хорошим примером в этом отношении является присутствие стекловолокна (до 30%) в армированных стекловолокном полимерных композитах.

Пластмассы широко используются в настоящее время из-за их низкой удельной стоимости и сбалансированных характеристик, которых нет у других материалов. Однако за этим следует огромное количество отходов пластмасс, которые трудно обрабатывать и не поддаются разложению. Эти отходы раньше не помещались в нужное место после потребления, что приводило к огромному давлению на окружающую среду. Согласно отчету Программы ООН по окружающей среде, в мире производится 9 миллиардов тонн пластмассовых изделий, и только 9% из них перерабатываются.

Есть старая китайская поговорка, что делателю лучше отменить то, что он сделал, подразумевая, что решение вышеупомянутой проблемы может прийти само собой. Хорошо известно, что у термопластика есть очевидное преимущество. То есть их можно многократно формовать при относительно низкой температуре (ниже 300°C) по сравнению с металлами и керамикой. В этом контексте, независимо от того, являются ли они новыми, старыми или выброшенными, они могут быть переработаны и повторно использованы, если они должным образом обработаны. В частности, когда отходы пластмасс перерабатываются безопасным, эффективным и экологически чистым способом, мы можем обеспечить мощную стратегию сокращения выбросов углерода, достижения пика выбросов углерода и нейтральности углерода. Это будет перспективный путь для будущего развития пластмасс.

С промышленной точки зрения ЛайонделлБазелл, Dow, SABIC, BASF, а также Adidas, Nike, IKEA, Coca-Cola, Pepsi, Unilever, Procter & Gamble, Danone, Nestle и другие гиганты отрасли разработали технологии переработки пластмасс или приобрели переработанные пластиковые изделия. Что касается политики, то Соединенные Штаты запустили зеленый электронный инструмент оценки продукции EPEAT еще в 2004 году, который явно требует использования переработанных пластмасс. В 2019 году Европейская "зеленая сделка" предложила содействовать преобразованию промышленности в чистую круговую экономику. Например, к 2030 году все продукты EU будут использовать многоразовую или перерабатываемую пластиковую упаковку, тем самым способствуя достижению цели 2050 года по достижению углеродной нейтральности. В сентябре 2020 года председатель КНР Си Цзиньпин заявил на Генеральной Ассамблее ООН, что Китай примет решительную политику для достижения углеродного пика к 2030 году и углеродной нейтральности к 2060 году. Как крупнейшая страна по производству и потреблению пластмасс, Китай сталкивается с проблемой управления, утилизации и переработки отходов пластмасс. До сих пор китайское правительство и компании осознавали важность зеленой переработки пластмасс для устойчивого развития. Kingfa Sci.& Tech.Co., Ltd. также будет активно следовать национальной политике и активно посвятит себя этому бизнесу.

На самом деле, Kingfa Sci. & Tech.Co., Ltd. использует переработанные пластмассы в качестве сырья в своих продуктах с 2003 года. Kingfa произвела более 1,2 миллиона тонн высококачественных переработанных пластмасс, помогая партнерам сократить выбросы углерода примерно на 1,5 миллиона тонн за последние пятнадцать лет. Теперь у нас есть годовая производственная мощность в 285.000 тонн переработанных пластмасс, включая высококачественную упаковку из переработанного PE, переработанного PP и PA для транспортных средств, высокоэффективные переработанные PC и сплавы, а также переработанные огнезащитные HIPS. Kingfa добилась 30-процентного роста продаж переработанных пластмасс в 2020 году. В будущем мы будем продолжать модернизировать наши базы по производству переработанных пластмасс в городе Цинъюань, провинция Гуандун и городе Сюйчжоу, провинция Цзянсу, и стремиться к достижению производственной мощности в 1 миллион тонн в год в общей сложности к 2025 году.

Материалы, публикуемые в Специальном выпуске, возглавляет профессор Стойко Факиров. Она знакомит с последними достижениями и научно-исследовательским прогрессом переработки пластмасс и композитов. Читатели должны иметь возможность извлечь пользу из этих работ для построения устойчивой "углеродной" цепочки производства пластмасс. Я хотел бы воспользоваться этой возможностью, чтобы выразить самые искренние поздравления профессору Стойко Факирову.

Растущая потребность в многофункциональных материалах с индивидуальными свойствами привела в последние десятилетия к разработке новых коммерческих полимерных смесей, обладающих превосходными физическими свойствами по сравнению с традиционными матрицами и демонстрирующих экономические преимущества в отношении синтеза новых пластмасс. В связи с прогрессивным ростом экологических проблем обращения с пластиковыми отходами, сложностями в технологиях сортировки и ограниченной химической совместимостью между большей частью полимерных пар технический потенциал полимерных смесей часто остается неиспользованным при рассмотрении стадии переработки. В некоторых случаях также добавление компатибилизаторов в переработанные смеси не является удовлетворительным решением для сохранения и/или адаптации их свойств.

Целью настоящего обзора является проведение критического анализа потенциальных возможностей переработки полимерных смесей. После вводного раздела, посвященного проблемам и определениям переработки пластмасс, излагаются некоторые основные понятия о физическом поведении полимерных смесей. Третий раздел обзора посвящен анализу механической переработки полимерных смесей и проводится общее различие между методами переработки, применяемыми к совместимым и несовместимым полимерным смесям. В этой главе также представлен анализ потенциала переработки смешанных пластмасс, полученных из несортированных отходов, и влияния термической переработки на морфологическое и термомеханическое поведение полимерных смесей Учитывая растущее значение биопластиков в современном обществе, четвертая глава настоящего обзора посвящена механической и химической переработке смесей, содержащих биопластики, с особым вниманием к смесям на основе полимолочной кислоты (PLA) и термопластичного крахмала (TPS). Ключевые аспекты технологий переработки полимерных смесей и перспективы на будущее кратко изложены в последнем разделе обзора.

Армированные углеродным волокном полимеры (CFRP) обладают выдающимся легким потенциалом и могут играть ключевую роль в современных концепциях энергетики и мобильности. Однако производство углеродных волокон энергоемко и затратно, в то же время уровень отходов общепринятых технологий производства достаточно высок, а возможности ремонта поврежденных деталей все еще ограничены. Поэтому для достижения приемлемой экономической эффективности и устойчивости срочно требуются целостные подходы к переработке. Что делает переработку такой сложной задачей, так это тот факт, что настоящая переработка, то есть повторное использование волокон в высокоэффективных композитах, требует сохранения высокой длины волокон и обеспечения точной ориентации волокон. Это создает компромисс между наилучшим использованием свойств волокна и усилиями по минимизации затрат на переработку. Таким образом, в данной статье не только дается краткий обзор технологий извлечения углеродных волокон из отходов и их переработки в новые компоненты из углепластика. Кроме того, представлены различные подходы, которые используют специфические характеристики полу готовых продуктов на основе переработанных углеродных волокон для достижения многофункциональности, связанной с процессом или материалом. Это включает в себя квазипластическую деформацию (позволяет проводить глубокую вытяжку или размещение изогнутой пакли), улучшение качества поверхности за счет уменьшения сквозной печати волокон, надежную пропитку полимера через пересыщенные нетканые материалы и высокое поглощение энергии.

Переработка углеродных волокон является важнейшим шагом в повторном использовании углеродных волокон в экономике с замкнутым циклом. Оценка восстановленных волокон с точки зрения их механических свойств, чистоты поверхности волокон и термической стабильности является ключевым моментом при изучении новых высокоэффективных применений. В этой публикации сообщается об исследовании термической стабильности пиролизованных углеродных волокон и первичных волокон как в отдельности, так и в композиционных материалах с использованием термогравиметрического анализа (TGA) и сканирующей электронной микроскопии (SEM).

Коммерческая ткань для пиролиза (неизмененная по длине) была обработана как первичное высокопрочное углеродное волокно, чтобы исследовать потенциал переработки необработанных волокон и продемонстрировать их переработку без дальнейшего спада. Были изготовлены идентичные компоненты из первичных и пиролизных волокон. Сравнивается связь между этими композитами и поведением терморазлагаемого волокна со скоростью нагрева и температурным диапазоном в различных газовых средах. Для дальнейшего анализа полученных данных было проведено кинетическое исследование. Кроме того, для визуализации и исследования образцов использовалась световая микроскопия и SEM-визуализация.

Наблюдался небольшой сдвиг в сторону более низких температур в поведении термического разложения пиролизованных углеродных волокон. Разложение матрицы было аналогичным в измерениях TGA, но, возможно, из-за отсутствия размера и более низкой ориентации волокон была рассчитана более высокая массовая доля полимера, а также более высокие значения энергии активации. Деградация фракции углеродного волокна показала наибольшие различия. Предполагается, что это связано с кристаллической структурой углеродного волокна, но для проверки необходимо выполнить дополнительную работу.