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塑料回收再生技术
来源:中国纤维网 添加人:service4 添加时间:2018-11-30

    

世界合成树脂的产量已达2亿t ,大量消费后塑料的处理问题已成为当今地球环境保护的热点。目前,消费后塑料的处理有下述几种途径:1、填埋;2、焚烧;3、堆肥化;4、回收再生;5、采用降解塑料。

第一节 塑料回收再生方法

塑料回收后再生方法有:熔融再生,热裂解,能量回收,回收化工原料及其他等方法。

(1)熔融再生熔融再生是将废旧塑料重新加热塑化而加以利用的方法。从废旧塑料的来源分,此法又可分为两类:一是由树脂厂,加工厂的边角料回收的清洁废塑料的回收;二是经过使用后混杂在一起的各种塑料制品的回收再生。前者称单纯再生,可制得性能较好的塑料制品;后者称复合再生,一般只能制备性能要求相对较差的塑料制品,且回收再生过程较为复杂。

(2)热裂解热裂解方法是将挑选过的废旧塑料经热裂解制得燃烧料油,燃料气的方法。

(3)能量回收能量回收是利用废旧塑料燃烧时所产生热量的方法。

(4)回收化工原料,一些品种的塑料,加了聚氨酯可通过水解获得合成时的原料单体。这是一种利用化学分解废旧塑料变成化工原料进行回收的方法。

(5)其他,除了上述废旧塑料的回收方法外,还有各种利用废旧塑料的方法,如将废旧聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后混入土壤中以改善土壤的保水性,通气性和排水性,或作为填料同水泥混合制成轻质混凝土,或加入粘合剂压制成垫子材料等。

塑料的回收再用与塑料固体废弃物的处理用石油和煤为原料生产塑料来替代天然高分子材料,曾经历了一条艰难的历程,整整一代杰出的化学家为实现目前塑料所具有的优良理化特性和耐用性能付出了辛勤的劳动。塑料以其质轻、耐用、美观、价廉等特点,取代了一大批传统的包装材料,促成了包装业的一场革命。但是出乎人胶预料的是,恰恰是塑料的这些优良性能性制造了大量耐久不腐的塑料垃圾。用后大量丢弃的塑料包装物已成为危害环境的一大祸害,其主要原因就是这些塑料垃圾难以处理,无法使其分解并化为尘土。在现有的城市固体废弃物中,塑料的比例已达到15%-20%,而其中大部分是一次性使用的名类塑料包装制品。塑料废弃物的处理已不仅是塑料工业的问题,现已成为公害国际社会的广泛关注。

为了适应保护地球环境的需要,世界塑料加工业研究出许多环保新技术。在节省资源方面,主要是提高产品耐老性能、延长寿命、多功能化、产品适量设计;在资源再利用方面,主要是研究塑料废弃物的高效分选,分离技术、高效熔融再生利用技术、化学回收利用技术、完全生物降解材料、水溶性材料、可食薄膜;在减量化技术方面,主要是研究废弃塑料压缩减容技术、薄膜袋装容器技术,在确保应用性能的前提下,尽量将制品薄型化技术;在CFC代用品的开发方面,主要是研究二氧化碳发泡技术;在替代物的研究方面,主要是开发PVC和PVDC代用品。

在城市塑料固体废弃物处理方面,目前主要采用填埋、焚烧和回收再利用三种方法。因国情不同,各国有异,美国以填埋为主,欧洲、日本以焚烧为主。采用填埋处理,因塑料制品质大体轻,且不易腐烂,会导致填埋地成为软质地基,今后很难利用。采用焚烧处理,因塑料发热量大,易损伤炉子,加上焚烧后产生的气体会促使地球暖化,有些塑料在焚烧时还会释放出有害气体而污染大气。采用回收再用的方法,由于耗费人工,回收成本高,且缺乏相应的回收渠道,目前世界回收再用仅占全部塑料消费量的15%左右。但因世界石油资源有限,从节约地球资源的角度考虑,塑料的回收再用具有重大的意义。为此,目前世界各国都投入大量人力、物力,开发各种废旧塑料回收利用的关键技术,致力于降低塑料回收再用的成本的开发其合适的应用领域。

一.回收热能法

大部分塑料以石油为原料,主要成分是碳氢化合物,可以燃烧,如聚苯乙烯燃烧的热量比染料油还高。有些专家认为,把塑料垃圾送入焚化炉燃烧,可以提供采暖或发电的热量,因为石油染料86%都直接烧掉了,其中只有4%制成了塑料制品,塑料用完以后再送去当热能烧掉是很正常的,热能使用是塑料回收的最后方法之一,不容轻视。但是许多环保团体反对焚烧塑料,他们认为,焚烧法把乱七八糟的化学品全部集中燃烧,会产生有毒气体。如PVC成分中一半是氯,燃烧时放出的氯气有强烈的侵蚀破坏力,而且是引起恶英的元凶。

目前,德国每年有20万吨的PVC垃圾,其中30%在焚化炉里燃烧,烧得人心惶惶,法律不得不对此拟定对策。德国联邦环境局已规定所有的焚化炉都必须符合每立方米废气值低于0.1ng(纳克)的限量。德国的焚化炉空气污染标准虽然已经属于世界公认的高标准,但仍然没有敢说燃烧方法不会因机械故障放出有害物质,所以可以预见,各国环保团体仍将大力反对焚化法回收热能。

二.分类回收法

作为塑料回收,最重要的是进行分类。常见的塑料有聚苯乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯等,这些塑料的差别一般人很难分辨。现在的塑料分类工作大都由人工完成。最近机器分类有了新的研究进展,德国一家化学科技协会发明以红外线来辨认类别,既迅速又准确,只是分拣成本较高。

三.化学还原法

研究人员开始设法提炼出塑料内化学成分以便再利用。所采用的工艺方法是将聚合物的长链切断,恢复其原有的性质,裂解出的原料可用来制作新的塑料。有些方法是通过加入化学元素促使相结合的碳原子化学裂解,或是加入能源促成其热裂解。

德国拜尔公司开发出一种水解式化学还原法来裂解PUC海绵垫。试验证明,化学还原法在技术上是可行的,但它只能用来处理清洁的塑料,例如生产制造过程中产生的边角粉末和其他塑料废料。而家庭里使用过的沾染上其他污物的塑料,就很难用化学分解法处理。这种还原法的应用,要到21世纪才会大量利用水解法处理废料。一些新的化学分解法还在研究过程中,美国福特汽车公司目前正在将酯解法运用于处理汽车废塑料件。

美国伦塞理工学院研制出一种可分解塑料废弃物的溶液,将这种已申请了专利的溶液和6种混合在一起的不同类型的塑料一起加热。在不同的温度下,可分别提取6种聚合物。实验中,将聚苯乙烯塑料碎片和有关溶液在室温条件下混合成溶解态,将其送入一个密封的容器中加热,再送入压力较低的“闪蒸室”中,溶液迅速蒸发(可回收再手),剩下的就是可再次利用的纯聚苯乙烯。

据称,研究所用的提纯装置,每小时可提纯1kg聚合物。纽约州政府与尼加拉.摩霍克电力公司正打算联手建造一座小规模试验性工厂。投资者声称,该厂建成后,每小时可回收4t聚合物原料。其成本仅为生产原料的30%,具有十分明显的商业价值。

四.氢化析解法

很多专家认为,氢化作用可用于处理混合塑料制品。将混合的塑料碎片置入氢反应炉内,加以特定温度现压力,便能产生合成原油和瓦斯等原料。这种处理方法可用于处理聚氯乙烯废料,其优点是不会产生有毒的二恶英与氯气。采用这种方法处理混合塑料物品,根据不同的塑料成分,可将其中的60%-80&的成分炼成合成原油。德国巴斯夫等国家三家化学公司在共同的研究报告中指出,氢化作用为热裂解法的最优良方式,析解出的合成原油品质量好,可用来炼油。

美国列克星敦肯塔基大学发明了一种废塑料变成优质塑料燃料油的工艺方法。用这种方法生产的燃料很像原油,甚至比原油更轻,更容易提炼成高辛烷值的燃料油。这种用废塑料生产的燃料油不含硫磺,杂质也极少。采用类似方法把塑料与煤一起液化。也能生产出优质燃料油。

研究人员在沐浴器中把各种塑料和沸石催化剂、四氢化萘等混合在一起,然后放进一种称之为“管道炸弹”的反应炉里,用氢加压并加热,促使大分子塑料分解成分子量较小的化合物,这一工艺过程类似于原油处理中的化合。废塑料经此处理后产油率很高,聚乙烯塑料瓶的出油率可达88%。当废塑料和煤以大致1:1的比例混合和液化时,可以得到更为优质的燃料油。经过此工艺方法的经济效益进行评估后预计,采用废塑料生产燃料油会在5-10年内变得蜕变具有高炉效益。目前,德国已开始在博特普建立一座有希望日产200t塑料燃油的反应炉。

五.减类设计法

研究开发部门在设计产品时就考虑到回收和拆卸处理的须要,美国适宜回收的材料,考虑的重点不在于制作个别的零部件应采用哪一种塑料最为理想,而是考虑可以广泛动用的材质,这是在构思上的革命性转变。

为了有利于回收,设计人员开始在设计产品时避免使用多种塑料,美国宝马公司准备在其新车设计中减少40%的塑料种类,目的是方便废塑料的回收。汽车工业之所以降低塑料使用种类,并且在设计上考虑加收性,主要是期望赢得重视环保的优良形象,受到消费者的欣赏。目前,这种设计构思正逐渐感染整个塑料加工业。

不过各方面的努力仍然无法使市场上通行的20种塑料中的任何一种绝迹。毕竟产品听多样性导致了塑料品种类别的千变万化,例如生产电子计算机使用的塑料和生产汽车使用的塑料就不一样。

为此,专家建议制定有关回收标准,规定特种行业只能使用指定的材料,否则无法控制有效的回收,电子与汽车行业都已开始制定这样的标准。

世界电子电气市场对废弃塑料回收利用已引起重视,国际商用机器公司(IBM)已开始将计算机和商用机器的塑料部件进行标码,并在开发可回收再用的塑料电子部件和简化拆卸设备的产品结构,同时还考虑取消元件的表面着色,控制塑料添加剂的外部粘合剂的用量减少使用不利用回收的工艺部件及外加零件。

废弃汽车零部件的回收工作也有了很大的进展,许多国家都是以可回收的易回收作为汽车塑料件原料选用和产品设计的前提。有些国家已制定了有效有汽车塑料件标准回收号码和回收计划,并在考虑制定有助于拆卸和分拣汽车塑料的统一标志体系。欧美等国还在研究化学解聚法回收汽车塑料。

六.生物降解法

在积极开发塑料回收再利用技术的同时,研究开发生物降解成为当今世界各国塑料加工业的研究热点。研究人员希望开发出一种能在微生物环境中降解的塑料,以处理大量一次性使用塑料,特别是地膜及多包装废弃物对农田、山林、海洋的污染。研究目标是开发出一种在使用过程中可以保证其名项使用性能,而一旦用完废弃后,可被环境中的微生物分解,从而完全进入生态循环的塑料。同时,这种塑料的生产成本较低,具有相应的经济性。如果是这样的生物分解性塑料,在使用后就可与普通生物垃圾一起堆肥,而不必花费很大代价进行收集、分类和再生处理。而且,分解产物进入生态循环,不产生资源浪费问题。

在生物降解塑料的研究开发方面,世界各国都投入了大量财力和人力,花费了很大的精力进行研究。塑料加工业普遍认为,生物降解塑料是21世纪的新技术课题。

80年代末,为了解决垃圾袋的降解问题,在美国玉米商的推动下,添加淀粉的聚乙烯塑料袋被作为生物降解塑料在欧美风靡一时。但由于其中的聚乙烯不能降解,故其应用研究已大大降温。只是由于淀粉的原料来源丰富,而价格便宜,目前仍有不少研究者在从事这方面的研究,希望通过各种配方技术,在降解性方面有所突破。

目前开发的技术路线主要有微生物发酵合成法、利用天然高分子(纤维素、木质素、甲壳质)合成法的化学合成法等,并已开发出一些生物降解塑料的水溶性树脂,但总的说来,其生产成本都未达到工业化批量生产的要求。

德国拜尔公司研究纤维制品的专家们经过数年研究,制成的一种可以完全分解为腐殖质的塑料。用这种塑料制成的包装薄膜,可以在土壤中迅速分解“分化瓦解”,10天之内可以回归大自然。根据环保组织的鉴定,此种塑料及其分解后的中和物对环境和人类均是安全可靠的。该公司研制成功的这种新型塑料,是将坚硬而不易延伸的纤维素与聚氨酯混和制得。把这种新型塑料埋入土中后,可成为土壤中微生物的可口佳肴,迅速繁殖的微生物很快能将这种材料完全消化成为腐殖质发。将这种材料制成的一种家用保鲜膜,14天后可完全成为粉末,8周后会失去80%的重量。用这种材料制作培养物的营养钵,植入土中数周后均化为腐殖质,充当起堆肥的角色。由于这项新技术的生产成本太高。是普通塑料的数倍,因而目前很难实现商品化生产。

  在应用实验方面,经过多年的努力,我国在生物降解聚乙烯地膜研究项目上已取得初步成功,开发出了生物降解地膜试样,并进行了小面积的试用,从其技术成熟性方面看来,尚未达到大面积推广的应用的程度。我国对添加型光降解塑料领域尚未涉足。美国将光降解塑料用于瓶装饮料的提环已有多年,以色列和加拿大对光降解地膜均有试用,但未见大面积应用的报道。

据预测,如将生物降解塑料的工业化研究算作100的话,目前的开发研究只处于30的相对阶段,预计2000年以后,可望实现工业化。目前,美国对这项技术的开发研究处于领先地位,欧洲居次,日本第三。

总的来说,在生物降解塑料研究开发中还有许多有待攻克的难题。首先,对塑料降解的定义尚无统一的认识,即生物分解究竟意味着什么?也就是说生物降解塑料的分解时间究竟确定为多长?另外,分解的产物应上什么?最终产物究竟是二氧化碳和水,还是对实际应用无害的任何形态的残留物?

其次,对生物降解塑料的评价试验尚无世界公认的统一的方法。目前美国材料试验协会、日本工业标准协会和国际标准化组织都在积极开展这方面的工作,虽然美国ASTM已正式颁布了多项结果也不能完全套用到实际塑料垃圾的处理中。