废旧塑料的回收和增值利用

废旧塑料的回收和增值利用　Ξ付晓婷1,何周坤1,丁明明1,宁南英1,范明凤1,傅　强1,谭头文2,龙　翰2(1.四川大学高分子材料科学与工程学院,四川成都610065;21绵阳长鑫新材料发展有限公司,四川绵阳621000) 摘要:综述了废旧塑料的回收和利用现状;介绍了废旧聚烯烃、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯以及混合塑料的回收和利用方法;重点介绍了这些材料的化学回收、加工改性等回收利用方式。

关键词:废旧塑料;回收;聚烯烃;聚苯乙烯;聚对苯二甲酸乙二醇酯 中图分类号:T Q32719 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2007)09-0004-03R euse and R ecovery of W aste PlasticsFU X iao 2ting 1,HE Zhou 2kun 1,DI NG Ming 2ming 1,NI NG Nan 2ying 1,FAN Ming 2feng 1,FU Qiang 1,T AN T ou 2wen 2,LONG Han 2(1.C ollege of P olymer Material Sci.and Eng 1,S ichuan Unuversity ,Chengdu 6100654,China ;2.Mianyang Changxin Advanced Material Development C o 1,Ltd 1,Mianyang 621000,China ) Abstract :The present situation of the reuse and recovery of waste plastics are reviewed ,including the reuseand recovery of waste poly olefine ,polystyrene ,poly (ethylene terephthalate )and their blends ,putting stress on the recovery by chemical method and m odification 1 K eyw ords :Waste Plastics ;Recovery ;P oly olefine ;P olystyrene ;P oly (ethylene terephthalate ) 近10年来,聚合物PE 、PP 、PS 和PVC 等的产量已经超过了钢材的产量[1]。

废旧塑料以每年25%的速度增长,而垃圾处理费用只以每年715%的速度增长[2]。

大多数废旧塑料是不可降解的,堆放容易污染环境、滋养病菌、引发火灾并且浪费能源,因此回收和利用废旧塑料尤为重要。

常采用的回收利用方式有:1)原形利用:废旧塑料经简单清洗后重新利用,这种方式的应用很有局限性[3]。

2)化学利用:包括高温裂解、气化、降解等方式。

3)加工利用:包括简单的机械回收、改性回收等方式。

4)热燃烧利用:粉碎废旧塑料作为燃料使用。

尤其适用于那些因为过度污染、分离困难或塑料性质恶化等因素不能被加工回收的废旧塑料[4]。

1　不同废旧塑料的回收方法111　聚烯烃(PP 、PE) 聚乙烯和聚丙烯这两种聚烯烃占了废旧塑料的86%[5],因此,对它们进行回收和合理的利用就显得尤为重要。

聚烯烃的回收方式主要有两种:1)热解回收;2)加工回收。

11111　化学热解回收 常用的热解回收技术有高温裂解、气化、降解等过程。

热解技术一般可以得到的最终产品有两种:1)化工原料(苯乙烯、乙烯、丙烯等);2)燃料(汽油、煤油、柴油等)。

塑料的高温裂解是在立式烘炉、高压釜、旋转窑、旋转输送机和流化床等中进行的热分解过程。

高温裂解又分为一般高温裂解[6～8]和高温催化裂解[9～13]两种方式。

11112　加工回收 由于加工回收是比较经济且环境友好型的回收方式,所以近几年得到了广泛的应用。

废旧塑料通过再造粒再成型回收后,聚合物的力学性能下降很多。

有学者认为,在回收塑料时加入抗氧剂和稳定剂可以降低材料的机械降解[14～16]。

加工回收一般包括简单的机械加工和改性利用两种方式,改性利用的方式得到越来越多的应用。

增强改性回收:Jonna S 和Ly ons J 将废旧PE 和PP 的片状混合物经低温冲击粉碎成细小的粉末后,材料的拉伸性能提高,然后在粉末中加入纳米黏土,材料的拉伸模量进一步提高[17]。

Dintcheva N T 在废旧的PE 、PP 中分别加入了碳酸钙、木纤维和玻纤作为填料,发现填料都提高了废旧塑料的热力学性能和・4・塑料工业CHI NA P LASTICS I NDUSTRY 第35卷第9期2007年9月Ξ作者简介:付晓婷,女,1985年生,在读硕士,主要从事复合材料加工研究。

g od 2mars @1631com弹性模量,材料的硬度增强[18]。

玻纤的改性效果最为显著。

同时还将废旧PE、PP和木纤维(质量分数20%～40%)混合,然后加入少量的PP2g2M AH和PP2g2AA,材料的弹性模量提高,然而材料的断裂伸长率和冲击强度下降,拉伸强度下降很少[19]。

Najafi S K等将锯末经过滤得到想要的粒径后加入废旧PP/ H DPE混合物中,模压成片材。

这种木塑复合材料的性能和原树脂复合材料的力学性能很接近[20]。

贝壳粉改性作阻燃材料:Chong M H在废旧聚乙烯中加入贝壳粉可以做阻燃塑料,贝壳粉主要由碳酸钙组成,高于800℃分解成CaO和C O2,C O2可以隔绝O2,阻止燃烧。

为了提高复合材料的力学性能,贝壳粉用溴化十六烷基三甲铵处理[21]。

金属箔片改性作吸声防噪材料:Murugan D将烯烃类废弃物与表面涂覆有塑料的废旧铝箔或者发泡聚苯乙烯混合,得到了性能优良的吸声防噪复合材料。

可用于建筑用材[22]。

木纤维改性作木塑复合材料:木塑复合材料(WPC)是将塑料和废旧木材,包括锯末、木材枝杈、糠壳、稻壳、农作物秸杆、花生壳等以一定的比例[23,24],添加特制的黏合剂,经高温高压处理后制成结构型材。

它可以直接挤出制品或将型材再装配成产品如托盘或包装箱。

吴清鹤等采用再生塑料与木质纤维为主要原料, PP2g2M AH为相容剂,研制合成出木塑复合材料,确定出木粉的最佳干燥条件。

考察了不同相容剂的用量、木粉用量对复合材料性能的影响。

按最佳配方生产的复合材料经中山市中标建材有限公司等企业试用,用于塑料型材等生产,结果表明该复合材料能达到型材产品的质量要求[25]。

改性沥青作铺路材料:骆光林等利用废旧聚乙烯回收后加入到沥青从而改善沥青的综合性能,显著提高沥青的耐候性,使之专门用于高等级路面[26]。

112　聚苯乙烯(PS) 废旧聚苯乙烯主要来自于包装用的发泡聚苯乙烯和各种一次性餐具,作为包装材料,发泡聚苯乙烯在塑料中是最易于回收的。

11211　化学热解回收 聚苯乙烯在高温下很容易分解生成芳香族化合物。

将废旧聚苯乙烯裂解不仅对环境无污染,而且能制得苯乙烯、苯、甲苯、乙苯等化工原料。

K aminsky W等间接地利用加热流化床高温裂解,主要生成单体、脂肪族碳氢化合物和芳香族碳氢化合物。

580℃下,聚苯乙烯降解可以得到65%的苯乙烯单体和10%的低聚物[27]。

刘德双等研究了废聚苯乙烯在氯化稀土(REC),硝酸铈(C N)和复合催化剂(CC)存在下裂解的情况。

裂解产物为苯、甲苯、苯乙烯和乙苯[28]。

11212　简单加工回收 简单机械加工回收方法是将发泡聚苯乙烯泡沫块先加热,使之缩小体积和脆化,再经粉碎、洗涤、干燥、脱泡、挤出、造粒等几个步骤,然后加工成型为新产品。

普通的聚苯乙烯经清洗、粉碎、干燥后,可直接用螺杆机造粒回收。

11213　改性回收 主要方法有:1)制备聚苯乙烯系列胶黏剂或涂料。

将PS溶于它的良溶剂中可以制成胶黏剂,再在其中加入颜料则制成涂料[29～32]。

2)增韧发泡聚苯乙烯。

采用共混技术使发泡聚苯乙烯废料增韧增强,可提高其回收再生产品的性能[33]。

3)直接粉碎和水泥混合作轻体建筑材料[34]。

4)制絮凝剂。

通常采用在PS苯环上引入磺酸的方法使其改性而具有水溶性。

5)改性其他塑料。

Leite A L等用过氧化苯甲酰为自由基引发剂,1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,将PU与废旧PS在苯乙烯单体溶剂中溶解反应,加入5%的废旧PS,就得到了增强的弹性体材料[35]。

6)通过磺化、炭化制备活性炭。

11214　其他回收方式 Brebu M于208℃下在高压釜中用不同浓度和体积的水或氢氧化钾溶液处理溴化聚苯乙烯,30m L的水可以使1g的HIPS2Br脱去90%的溴,但是塑料会严重降解。

他们用45m L或60m L的氢氧化钾热碱溶液可以脱去12g HIPS2Br中的溴,并且可以回收球状塑料,塑料的摩尔质量分布接近于初始的原料[36]。

113　聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)11311　解聚生成单体 PET解聚的方法主要包括甲醇解聚法、乙二醇解聚法、乙二醇分解/酯交换法、水解法以及其他解聚方法。

水解法是应用较广泛的一种回收单体的方法。

PET很容易在蒸汽气氛中水解生成大量纯的对苯二甲酸,在773K下只有不到1%的炭渣。

生成的对苯二甲酸可以再次用作PET合成时的单体[37]。

11312　超临界解聚生成单体 采用超临界流体技术可以将塑料快速、不用任何催化剂即分解成单体或低聚物,最大限度地利用资源和保护环境。

11313　加工回收 废旧PET的加工回收一般包括再生切片纺丝和・5・第35卷第9期付晓婷等:废旧塑料的回收和增值利用改性再利用两种方式。

114　塑料混合物 由于人工分类、磁选分离法及泡沫浮选法等分离回收塑料的成本较高,为了避免分类的高成本,常常采用废旧塑料混合回收的方式。

11411　化学热解回收 废旧塑料的热解回收方式很多,例如塑料降解成为单体,高温分解成单体或石油,气化成合成气等。

高温裂解:在热裂解条件下,废旧塑料可以分解成三种成分:气体,液体和固体残渣。

Buekens A G和Huang H将回收的废旧混合塑料催化裂解,得到的碳氢化合物作为石油化工原料。

液体产品常常含有更高沸点的碳氢化合物。

利用传统的液体裂解催化剂和转化催化剂,可以得到C6～C8的芳香族和环烷化合物作为汽油使用[13]。

Masuda T用一个新的反应系统高温催化裂解使废旧混合塑料转化为燃料。

混合塑料在这个反应釜系统中降解聚烯烃、聚酰胺、聚苯乙烯,生成少量碳的残留物。

PET在氮气气氛中降解生成许多炭残留物,而在蒸汽中可快速水解生成重柴油[38]。

Y amawaki T将含溴阻燃剂的废旧电器塑料在2000℃下高温处理后,气体骤冷到200℃以下,产生的稀薄气体被用作化工厂或者发电厂的原料。