廢舊塑料的再生與改性

1、PAGE 研究生課程考試答題紙考試課程：循環(huán)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展題號(hào)分?jǐn)?shù)任課教師簽名一題號(hào)分?jǐn)?shù)任課教師簽名一二三四五六七八九十總分研究生學(xué)號(hào)：研究生姓名： 學(xué)生類別：博士 碩士 工程碩士 進(jìn)修生考試時(shí)間：PAGE 5廢舊塑料的再生與改性摘要：本文主要介紹了塑料的定義、分類和對(duì)廢舊塑料的主要處理方法，包括焚燒、填埋和再生造粒等，其中著重地介紹了廢舊塑料的再生與改性利用方法。分為直接再生和改性再生利用，分別介紹了它們的定義、類別，并用工藝實(shí)例作為鋪墊。本文的主要目的是想喚醒人們對(duì)廢舊塑料的再生與改性利用方法的認(rèn)識(shí)，使其能夠成為今后主要的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：塑料；再生；改性Recycling and mo

2、difing of waste plasticsAbstract:this paper mostly introduces definition,classification and treatment methods of waste plastics.Including incineration, landfill and recycling granulation, which focuses on the description of the recycling and the use of modified methods of waste plastics.It is divide

3、d into the direct recycling and modified recycling. respectively, I presented their definitions, categories, and use technology as an instance of foreshadowing. The main purpose of this paper is to awaken people to understand the waste plastics recycling and the use of modified methods, to enable th

4、em to become the main direction of development.Key words: plastics; recycling; modifing科學(xué)發(fā)展觀、循環(huán)經(jīng)濟(jì)日漸成為我們的理念和指南，作為廣闊資源的高分子材料（特別是廢舊塑料）可以不同形式、在不同領(lǐng)域多次或無(wú)限地循環(huán)利用下去，這一點(diǎn)不僅有充分的理論依據(jù)，也有大量可行性的工業(yè)實(shí)踐。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，塑料制品在人們工作生活中占據(jù)日益重要的地位。從家居用品、家電、電子通訊等產(chǎn)品到汽車、建筑材料等，塑料制品在生活的每一個(gè)角落都隨處可見(jiàn)。不可否認(rèn)，塑料給人們帶來(lái)了極大的方便和實(shí)惠，但同時(shí)，

5、廢棄塑料也不斷增多，污染問(wèn)題隨之而來(lái)，并衍生出一個(gè)專有詞匯：白色污染。另一方面，從原料來(lái)源來(lái)看，石油和天然氣作為不可再生的資源，儲(chǔ)量及產(chǎn)量會(huì)日益減少，塑料的成本和價(jià)格必然將上升。因此，廢舊塑料的回收利用作為一項(xiàng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的措施，必將會(huì)受到重視。據(jù)了解，歐洲再生塑料平均回收率在45以上，德國(guó)塑料回收率達(dá)60，而我國(guó)的回收利用率只有251。這就是說(shuō)我國(guó)每年大約有1400萬(wàn)噸廢舊塑料沒(méi)有得到回收利用，直接資源浪費(fèi)高達(dá)280億元1。因此，加強(qiáng)對(duì)廢舊塑料的處理不但有利于保護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境，而且對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。綜上所述，回收和綜合開(kāi)發(fā)利用廢舊塑料的工作已刻不容緩，一些

6、工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此尤為重視，已把它作為防止環(huán)境污染和開(kāi)發(fā)再生資源的兩大規(guī)劃目標(biāo)，而我國(guó)在這方面雖然起步晚，但經(jīng)過(guò)不懈的努力也得到的長(zhǎng)足的發(fā)展。1 塑料的定義和分類1.1 塑料的定義高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，其中塑料是我要介紹的內(nèi)容。塑料一般指以天然或合成的高分子化合物為基本成分, 可在一定條件下塑化成型, 而產(chǎn)品最終形狀能保持不變的固體材料。也指樹(shù)脂與配合劑的復(fù)合體或制品。如PVC樹(shù)脂與其它助劑混合制成PVC塑料制品，在PVC塑料制品中含有PVC樹(shù)脂成分，這種樹(shù)脂組分也稱基質(zhì)或基體。1.2 塑料的分類根據(jù)塑料在加熱時(shí)能

7、否熔融，可將其分為兩大類：加熱時(shí)能熔融的為熱塑性塑料；不能熔融的為熱固性塑料。熱塑性塑料按其用途、性能還可劃分為一般塑料、一般工程塑料和高性能工程塑料10。熱塑性塑料：指加熱后會(huì)熔化，可流動(dòng)至模具冷卻后成型，再加熱后又會(huì)熔化的塑料；即可運(yùn)用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生可逆變化(液態(tài)固態(tài))，是所謂的物理變化。通用的熱塑性塑料其連續(xù)的使用溫度在100以下，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并稱為四大通用塑料。熱塑料性塑料又分烴類、含極性基因的HYPERLINK /view/1168806.htm乙烯基類、工程類、HYPERLINK /view/42247.htm纖維素類等多種類型。受熱時(shí)變軟，冷卻時(shí)變硬，

8、能反復(fù)軟化和硬化并保持一定的形狀?？扇苡谝欢ǖ娜軇?，具有可熔可溶的性質(zhì)。熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、HYPERLINK /view/632791.htm環(huán)氧塑料等。熱固性塑料又分甲醛交聯(lián)型和其他交聯(lián)型兩種類型。熱加工成型后形成具有不熔不溶的固化物，其樹(shù)脂分子由線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。對(duì)回收高分子材料工作而言，識(shí)別是區(qū)分的前提，分離則是區(qū)分的目的，回收工作應(yīng)做到盡可能地區(qū)分并分選出不同類別、不同品級(jí)的高分子材料?？梢哉J(rèn)為，分選的層次越細(xì)，回收再利用的收效和價(jià)值越高。2 廢舊塑料的主要處理方法目前廢舊塑料的處理方法有很多，但以填埋、焚燒和再生造粒等

9、為主。2.1 填埋處理廢舊塑料由于具有大分子結(jié)構(gòu), 故廢棄后長(zhǎng)期不易分解腐爛,并且質(zhì)量輕、體積大, 暴露在空氣中可隨風(fēng)飛動(dòng)或在水中漂浮。因此,人們常利用丘陵凹地或自然凹陷坑池建設(shè)填埋場(chǎng),對(duì)其進(jìn)行衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋法具有建設(shè)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。但填埋處理存在著嚴(yán)重的缺點(diǎn):（1）塑料廢棄物由于密度小、體積大, 因此占用空間面積較大, 增加了土地資源壓力；(2）塑料廢棄物難以降解, 填埋后將成為永久垃圾, 嚴(yán)重妨礙水的滲透和地下水流通；(3)塑料中的添加劑如增塑劑或色料溶出還會(huì)造成二次污染。2.2 焚燒處理焚燒回收熱能是廢舊塑料處理的另一主要方法。將廢舊塑料進(jìn)行焚燒的處理方法具有處理數(shù)量大、成

10、本低、效率高和能回收熱能等優(yōu)點(diǎn)，與直接填埋相比, 焚燒處理對(duì)廢舊塑料進(jìn)行了有效的利用,已經(jīng)變廢為寶。但焚燒處理同樣存在諸多的缺點(diǎn):(1)隨著塑料品種、焚燒條件的變化, 廢舊塑料在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳香烴化合物、一氧化碳等有害物質(zhì)；(2)在廢舊塑料中還含有鎘、鉛等重金屬化合物,在焚燒過(guò)程中,這些重金屬化合物會(huì)隨煙塵、焚燒殘?jiān)黄鹋欧? 同樣污染環(huán)境。2.3 再生顆粒將廢舊塑料回收后制造再生塑料顆粒,是廢舊塑料回收技術(shù)的一大進(jìn)步。運(yùn)用專用造粒設(shè)備可將廢舊聚乙烯、聚丙烯等塑料通過(guò)破碎清洗加熱塑化擠壓成型工藝,加工生產(chǎn)出市場(chǎng)暢銷的再生顆粒。與簡(jiǎn)單填埋和焚燒處理相比,再生塑料顆粒可以作為塑料工業(yè)的原料

11、投入再利用,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的資源循環(huán)利用。3 廢舊塑料的直接再生利用本章主要從三點(diǎn)來(lái)介紹直接再生利用，它的定義、類別和應(yīng)用實(shí)例，其中第三部分選取了一種塑料制品作為主要介紹。3.1 直接再生利用的定義廢舊塑料的直接再生利用是指廢舊塑料直接塑化或破碎后塑化，即經(jīng)過(guò)相應(yīng)前處理破碎塑化后，再進(jìn)行成型加工制得再生塑料制品的方法。3.2 直接再生利用的類別依據(jù)廢舊塑料的不同來(lái)源、不同使用目的可分為3種直接再生利用方法。不需要分揀、清洗等預(yù)處理，直接破碎后塑化成型。必須經(jīng)過(guò)清洗、干燥、破碎后造?；蛑苯铀芑尚?。直接再生利用前的特別預(yù)處理。一種是如電纜護(hù)套的剝離往往需要特種處理方法；另一種如各類泡沫塑料制品

12、。3.3 直接再生利用的應(yīng)用實(shí)例本節(jié)用廢舊聚乙烯制品（廢農(nóng)膜）作為模型，通過(guò)三種成型方法來(lái)展開(kāi)，使我們更清晰的了解直接再生利用方法。3.3.1 開(kāi)煉法塑化與模壓成型工藝路線：主要的設(shè)備：雙輥塑煉機(jī)、平板液壓機(jī)和模具。開(kāi)煉法壓制成型工藝的優(yōu)點(diǎn)是，投資少、見(jiàn)效快，產(chǎn)品多樣化。缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度較大。3.3.2 擠出法塑化與成型此種工藝與開(kāi)煉法塑化的主要區(qū)別在于使用的塑化設(shè)備不同。該工藝使用單螺桿擠塑機(jī)制備熱熔料坯，并趁熱立即將料坯放在液壓機(jī)上的模具中進(jìn)行冷壓定型。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小。工藝路線：主要設(shè)備是單螺桿擠塑機(jī)、平板液壓機(jī)和模具。工藝操作中螺桿轉(zhuǎn)速一般取2030r/min，擠塑機(jī)

13、各段溫度分布為加料段130140、塑化段為150160、均化段160170、機(jī)頭150155。103.3.3 吹塑中空成型吹塑中空成型與擠塑塑化壓制成型的不同之處在于，熔融料坯放入中空成型中的磨具內(nèi)，然后通入壓縮空氣吹脹而定型。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是可生產(chǎn)較大制件，生產(chǎn)的機(jī)械程度高，生產(chǎn)能力大。工藝路線：主要設(shè)備是單螺桿擠塑機(jī)、機(jī)頭、中空成型機(jī)、模具、空氣壓縮機(jī)。廢舊塑料的簡(jiǎn)單直接再生利用的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、再生品的成本低廉。其缺點(diǎn)是再生料制品力學(xué)性能下降較大，不宜制作高檔次制品。為了改善廢舊塑料再生料的基本力學(xué)性能，滿足專用制品的質(zhì)量要求，可以采用各種改性方法對(duì)廢舊塑料進(jìn)行改性以達(dá)到或超過(guò)原塑料制

14、品的性能。對(duì)廢舊塑料的改性再利用是很有發(fā)展前景的途徑，將會(huì)越來(lái)越受到人們的重視。4 廢舊塑料的改性再生利用4.1 改性再生利用的定義改性再生是采用活化的無(wú)機(jī)填料進(jìn)行填充改性、用彈性體對(duì)廢舊熱塑性塑料進(jìn)行增韌改性、用纖維進(jìn)行增強(qiáng)改性、用不同樹(shù)脂制備高分子合金等得改性方法。4.2 改性再生利用改性的方法對(duì)廢舊塑料的改性方法可以分為兩種：物理改性法和化學(xué)改性法。4.2.1 物理改性物理改性是采用混煉工藝制備多元組分的共混物和復(fù)合材料。其中，以共混增容改性回收技術(shù)最為成熟。共混增容改性回收技術(shù)主要是將廢舊塑料與其他塑料或物質(zhì)共混,來(lái)提高廢舊塑料的力學(xué)性能,制成有用的制品。例如在廢舊PP中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

15、10%25%的HDPE,其改性后的共混物的沖擊強(qiáng)度比PP提高了8倍,且加工流動(dòng)性增加,可適用于大型容器的注塑成型。34.2.2 化學(xué)改性化學(xué)改性是采用交聯(lián)改性、接枝共聚改性或氯化改性的改性方法。用化學(xué)改性的方法把廢舊塑料轉(zhuǎn)化成高附加值的其它有用的材料,是當(dāng)前廢舊塑料回收技術(shù)研究的熱門領(lǐng)域?；瘜W(xué)改性的具體改性方法有：回收聚乙烯的交聯(lián)改性、回收聚乙烯的氯化改性、無(wú)規(guī)聚丙烯的氯化改性、回收聚氯乙烯的氯化改性、回收聚丙烯的接枝共聚改性等。國(guó)外,在聚烯烴類廢塑料(如PE,PP)降解回收烯類單體的研究方面取得較大進(jìn)展,研制出一套自動(dòng)降解回收裝置,單體回收率比其它降解回收方法高16%4。國(guó)內(nèi),等把廢舊PS化

16、學(xué)改性成PS離聚體,制成用水乳化的改性PS水基微乳液,并把它調(diào)配成建筑外墻用水基料,產(chǎn)品價(jià)格低廉,質(zhì)量好,具有較高的附加值。這些都是化學(xué)改性在實(shí)際應(yīng)用的體現(xiàn)。4.3 改性再生利用的應(yīng)用實(shí)例本節(jié)主要從物理改性和化學(xué)改性出發(fā)，利用兩個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明其在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用，讓我們更加了解它的方法、工藝和制備過(guò)程。4.3.1 活化無(wú)機(jī)粒子的填充改性對(duì)于無(wú)機(jī)粒子填充改性，首先應(yīng)充分了解各種填充材料的物理化學(xué)性能，了解并掌握填料與塑料的復(fù)合原理、影響復(fù)合效果的各種因素，以便增強(qiáng)界面作用。常用塑料填料的基本力學(xué)性能見(jiàn)表4110。表1 常用填料的基本性能Table 1 Basic properties of c

17、ommonly used fillers種類相對(duì)密度PH值莫氏硬度熔點(diǎn)/顆粒形狀粒徑/比表面積/()CaCO3(輕質(zhì))2.71792.51339柱 021800CaCO3(重質(zhì))2.72.9793.01339塊 109000硅灰石2.994.51540針、粒62514000滑石粉2.72.87912片560000云母2.73.17231420片28000高嶺土2.65822.51785塊0.9359500由上表可見(jiàn)，不同產(chǎn)地填料的成分比例有一定差距，其性能也不盡相同，即使同品種填料因制取工藝不同，其結(jié)構(gòu)與性能也有一定差異。用不經(jīng)活化處理的填料填充塑料對(duì)力學(xué)性能有一定的不利影響，而經(jīng)偶聯(lián)劑活化處

18、理的填料比未處理的填充共混物的性能有較大提高，甚至還高于原樹(shù)脂的的性能，由此可見(jiàn)無(wú)機(jī)填料表面改性的效果。表42給出了活化填料對(duì)聚酯的改性作用10。表2 活化填料對(duì)聚酯的改性作用Table2 activation filling the role of modified polyester填料種類填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%黏度/Pa*s彎曲強(qiáng)度/MPa未處理已處理未經(jīng)水煮經(jīng)8h水煮未處理已處理未處理已處理滑石粉100583060.771.030.349.6云母401042819.344.817.924.1二氧化硅120521471.0122.059.3100.6硅酸鈣150905471.7107.653.

19、186.2由表2可以看出，活化后的填料皆比未活化的顯著地提高了材料的黏度和彎曲強(qiáng)度。4.3.2 回收聚乙烯的交聯(lián)改性對(duì)高密度聚乙烯或低密度聚乙烯樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)，稱之為交聯(lián)聚乙烯?；厥站垡蚁┰偕弦部煞抡諛?shù)脂的交聯(lián)改性，交聯(lián)后可提高聚乙烯的拉伸強(qiáng)度、模量、耐熱性能、耐環(huán)境與耐候性、尺寸穩(wěn)定性、耐磨性和耐溶劑性等性能。聚乙烯經(jīng)過(guò)充分交聯(lián)后，其大分子鏈之間已形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而成為熱固性塑料，其力學(xué)性能改善相當(dāng)顯著。如表43所示PE膜輻照交聯(lián)后的性能15。這類交聯(lián)聚乙烯的加工成型有兩種方法：一種是在聚乙烯軟化點(diǎn)上使之充分塑化并混入交聯(lián)劑，且在該類交聯(lián)劑分解溫度之下進(jìn)行造粒，在模壓工藝中使交聯(lián)反應(yīng)成型進(jìn)一

20、步完成；另一種方法是在交聯(lián)劑分解溫度以下制成坯型，然后加熱到產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)的溫度之上完成固化，這就是所謂的兩步法成型。交聯(lián)改性聚乙烯可通過(guò)化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)制得。表3 PE膜輻照交聯(lián)后的性能Table 3 PE film after irradiation crosslinking performance性能交聯(lián)PELDPEHDPE拉伸強(qiáng)度/MPa5010010202070斷裂伸長(zhǎng)率/%6090506005400熱封口溫度/1502501251751401755 結(jié)語(yǔ)當(dāng)前，廢舊塑料造成的白色污染現(xiàn)象越來(lái)越受到人們的重視在人們致力于解決白色污染的同時(shí)，更應(yīng)重視廢舊塑料的綜合利用技術(shù)的研究，根據(jù)“減

21、量化、無(wú)害化、資源化”的原則，回收資源，變廢為寶，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。參考文獻(xiàn)：1.曹玉亭與張錦賡,廢舊塑料的再生利用.當(dāng)代化工, 2011(02).2.典平鴿與杜玲枝,廢舊塑料的綜合利用.浙江化工, 2006(03).3.徐靜等,廢舊塑料的綜合利用.再生資源研究, 2004(01).4.薛娜與孫可偉, 廢舊塑料綜合利用技術(shù)的應(yīng)用.再生資源研究, 2005(05).5.汪海,楊松偉與陳慶華, 簡(jiǎn)析廢舊塑料回收現(xiàn)狀.中國(guó)資源綜合利用, 2009(07).6.丁明潔等,我國(guó)廢舊塑料回收利用的現(xiàn)狀及前景分析.中國(guó)資源綜合利用, 2004(06).7.董芃等,在流化床中熱解廢舊塑料的實(shí)驗(yàn)研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006(10).8.廖紅,循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論:對(duì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境管理的新思考.中國(guó)發(fā)展, 2002(02).9.高濤,章煜君與潘立,我國(guó)廢舊塑料回收領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展綜述.機(jī)電工程, 2009(06).10.陳占勛,廢舊高分子材料資源及綜合利用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.11.張智勇等,廢舊塑料在瀝青路面中的應(yīng)用.國(guó)外建材科技, 2008(03).12.周在泉與劉本志, 廢舊高分子改性混凝土的研究進(jìn)