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随着世界塑料产量和用量的不断增加,产生的废旧塑料也触目惊心。废弃的塑料造成的“白色污染”现象越来越严重,如废旧农用聚乙烯地膜,回收不利的情况致使土地在几百年内都不能耕种;一次性快餐盒随处可见;还有各种各样的包装塑料袋满天飞,造成严重的视觉污染等等。所以,加强对废旧塑料资源的综合利用,不仅可以有效的减少“白色污染”,而且能够变废为宝,节约能源,保护环境。
1 废旧塑料的分类
废旧塑料的主要种类有:聚乙烯(ＰＥ)、聚丙烯(ＰＰ)、聚苯乙烯(ＰＳ)、聚氯乙烯(ＰＶＣ)等通用塑料;还有其他如聚对苯二甲酸乙二醇(ＰＥＴ)、聚氨酯(ＰＵ)和ＡＢＳ废弃塑料等[1]。同时还有一些塑料制品加工过程中的过渡料和边角料等废塑料。
2 废旧塑料的处理技术
2.1 焚烧法
废旧塑料的焚烧处置处理量大、减量性好、无害化彻底并可回收热能,因此被各国普遍采用。随着城市生活垃圾中废塑料比重日益增加,焚烧回收热能、发电的可能性越来越大。但是我国目前还没有专一的塑料焚烧炉,焚烧的稳定性差、产生成分复杂的废气和大量毒性极强的污染物,对大气环境造成二次污染,如多氯二苯并二恶英(ＰＣＤＤｓ)和多氯二苯并呋喃(ＰＣＤＦｓ),因此要对燃烧排放的气体进行控制,防止二次污染物对大气环境的影响。另外废旧塑料焚烧法还存在着投资大、设备损耗和维修运转费用高的问题。
2.2 卫生填埋法
与焚烧法相比,废塑料的卫生填埋法具有建设投资少、运行费用低和回收沼气等优点,成为现在世界各国广泛采用的废塑料最终处理方法。例如,北京市城区周围的几座大型现代化垃圾填埋场中,塑料垃圾比重很大。在填埋过程中只要合理调度,操作机械化,可以大幅度减少处理费用。但废旧塑料由于密度小、体积大,占用空间大;塑料废弃物难以降解,填埋后将成为永久垃圾,当真成了“不朽之物”;塑料中的添加剂析出后还会污染土壤和水体资源[2]。而且目前填埋作业不规范、技术水平低,填埋场产生的渗滤液污染地下水、大气和土壤。同时该法填埋了大量可利用的废塑料,这与可持续利用背道而驰,没能从根本上解决废旧塑料的资源化问题。
3 废旧塑料的再生利用
废塑料的再生利用可分为直接再生利用和改性再生利用两大类。直接再生利用是指将回收的废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒后直接加工成型。改性再生利用是指将再生料通过物理或化学方法改性(如复合、增强、接枝)后再加工成型。经过改性的再生塑料,机械性能得到改善或提高,可用于制作档次较高的塑料制品[3]。
3.1 废旧塑料的直接利用
废旧塑料的直接利用是不需要进行各种改性,直接将废旧塑料经过清洗、塑化加工成型或与其他物质经过简单加工制成有用的制品[2]。废旧塑料的这种直接再生制品已经广泛应用于农业、渔业、建筑业、工业和日用品等领域,在我国目前的废塑料回收水平下,废旧塑料的再生利用仍然具有广阔的前景。随着我国农膜、棚膜使用量的与日俱增,废旧农膜量的回收利用也越来越受到国家及各地方政府的关注。目前对废农膜的直接利用法有:开炼法塑化与模压成型等。其可以用来压制花盆、盘、垃圾桶等产品,达到废品回收利用的目的。其工艺流程为:
废农膜→计量→塑炼→热熔坯→在模具中压制→整理→制品
除了废旧ＰＥ外,其他废旧塑料制品如ＰＰ、ＰＶＣ等同样可以采用直接利用生产再生料。如废聚ＰＰ制品中编织袋、打包带、捆扎绳、仪表盘、保险杆等最常见,其再生利用工艺如下:ＰＰ再生打包带:挤出塑化→打包带机头→冷却水箱→前牵伸辊→加热水箱→后牵伸辊→轧花纹→卷取
3.2 废旧塑料的改性再生利用
为了改善废旧塑料再生料的基本力学性能,满足专用制品的质量要求,可以采取各种改性方法对废旧塑料进行改性以达到或超过原塑料制品的性能。对废旧塑料的改性再利用是很有发展前景的途径,越来越受到人们的重视。
3.2.1 共混增容改性回收技术
这种回收技术主要是将废旧塑料与其他塑料或物质共混,来提高废旧塑料的力学性能,制成有用的制品。据研究报道,在废旧ＰＰ中掺入质量分数为10%～25%的ＨＤＰＥ,其改性后的共混物的冲击强度比ＰＰ提高了8倍,且加工流动性增加,可适用于大型容器的注塑成型[3]。
冯英晖等[4]对废尼龙-6增强废ＰＰ/胶粉复合材料进行了研究,结果发现废尼龙-6短纤维起到了明显的增强作用,当粘合剂用量为短纤维用量的20%,短纤维长度为8ｍｍ、质量份数为6份时,环氧化天然胶乳和ＰＰ接枝马来酸酐增容处理废ＰＰ/胶粉体系的拉伸强度为26.6ＭＰａ。另据报道,把短玻璃纤维(ＳＧＦ)按10%～40%的比例增强废旧ＰＰ可以显著提高废旧ＰＰ的拉伸强度,这种改性ＰＰ材料可以广泛用于汽车配件,如散热器零件、照明设备零件、蓄电池外壳、防护板衬里等[3]。
Ｐａｒｋ[5,6]等人用ＣＰＥ增容废旧高密度聚乙烯(ＨＤＰＥ)和ＰＶＣ共混物,能够大幅度提高共混物的拉伸性能。黄玉惠、廖兵等人[7]用偶联剂处理过的木纤维增强废旧ＰＥ、ＰＰ和ＰＶＣ,可大幅度提高制品的拉伸强度和冲击强度,用来制备塑料丝筒、容器等制品;他们还用碳酸钙填充废旧ＰＶＣ,制成性能良好的ＰＶＣ钙塑材料,可制成塑料门窗用塑料加强筋等配件。
3.2.2 化学改性回收利用技术
用化学改性的方法把废旧塑料转化成高附加值的其他有用材料,是当前废旧塑料回收技术研究的热门领域。张向和等[8]用废旧热塑性塑料,按废塑料、混合溶剂、汽油、颜料+填料+助剂、改性树脂、树脂型增韧增塑剂的质量比等于(15～30):(50～60):适量:(0～45):(3～10):(0.5～5)的比例生产出了防锈、防腐漆、各色萤光漆等中、高档漆。其性能优良,附着力好,抗冲击力强,成本约为正规同类涂料的一半,且设备简单。
张松滨等[9]按废聚苯乙烯、溶剂、增塑剂、填料质量比等于(30～40):(50～60):(3～4):(1～2)的比例研制出了一种胶粘剂。该胶粘剂粘纸立即可干而且粘性特别好,可适用于粘信封、书籍等;粘玻璃效果非常好,浸酸浸碱48ｈ后无脱粘现象。
郑天亮等人[10]研究了用废聚苯乙烯塑料通过物理改性,制成性能优良的清漆、色漆、防锈底漆和建筑乳胶漆,用废旧塑料制漆既可解决大量废聚苯乙烯造成的环境问题,寻找出一条可再利用的出路,同时又获得了可供民用的几种不同类型的成本低廉的涂料,而且成本低于同类的醇酸漆。我国安徽大学高分子材料研究所通过改性发泡等工序,用废弃聚烯烃塑料生产泡沫片和硬质板材,泡沫片用作旅游鞋、皮鞋和布鞋的原料,硬质板材则用作弹性地板的原料[11]。
4 热分解法
热分解技术的基本原理是,将废旧塑料制品中原树脂高聚物进行较彻底的大分子链分解,使其回到低分子量状态,而获得使用价值高的产品。该技术可分为高温分解和催化低温分解,前者一般在600～900℃的高温下进行,后者在低于450℃甚至在300℃的较低温度下进行。该技术是对废旧塑料的较彻底的回收利用技术。高温裂解回收原料油的方法,由于需要在高温下进行反应,设备投资较大,回收成本高,并且在反应过程中有结焦现象,因此限制了它的应用。而催化低温分解由于在相对较低的温度下进行反应,因此研究较活跃,并取得了一定的进展[12,13]。
汤子强等[14]对低温煤焦油与废旧塑料共熔油化进行了研究。实验结果表明,在用Ｚ-Ｈ型催化剂,控制煤焦油的质量分数在10%～15%,恒温回流温度控制在300℃、反应时间3ｈ左右时转化率超过85%,催化裂解得到汽油的质量有所提高,而且改善了废塑料的传热性能,减小了结焦现象。席国喜等[15]对废聚苯乙烯的催化裂解进行了研究。结果表明:废聚苯乙烯在固体酸、固体碱和过渡金属氧化物存在的条件下进行裂解,催化性能由高到低的顺序为:固体碱、过渡金属氧化物、固体酸。
5 废旧塑料与其他材料复合技术
废旧塑料的性能虽然有所降低,但其塑料性能还是存在的。可以将废旧塑料和其他材料复合,形成具有新性能的复合材料。浙江三泰板业厂利用回收农膜与木屑复合制成塑质木材,抗折强度为20.8ＭＰａ,该材料除了具有与天然木材一样可锯、刨、钉、粘等性能外,还具有耐潮、防蛀等优点,而且制造的灵活性强,既可挤压成板材、型材,也可一次模压成产品。
李忠明等[16]人采用稻草秸秆,经粉碎、表面处理后与聚丙烯(ＰＰ)塑料复合制备秸秆/塑料复合材料。这将不仅让秸秆可望带来良好的经济效益,而且能节约紧缺的木材资源,是一种行之有效的废旧塑料处理利用方法。杨庆贤[17]研究了木屑和废旧塑料性能试验指出:木/塑复合材料可以加工成软材和硬材,片材和板材,管材和异型材,以及其他各种制品,复合材料的力学性能随着废旧塑料的含量的增加而下降。所以有必要通过试验研究出最佳木/塑比,以得到复合材料最好的力学性能。
胡圣飞等[18]以废弃ＰＥ、ＥＶＡ为改性剂,对铺路沥青进行改性。结果表明:ＥＶＡ能有效的改善废弃ＰＥ与沥青的相容性,克服了由于沥青含腊量高而造成的抗老化性、热稳定性、可塑性差等困难,达到了作为铺路材料的要求。哈尔滨工业大学的张志梅等[19]探讨了利用废旧塑料和粉煤灰制建筑用瓦的工艺方法和条件,为废旧塑料的回收利用开拓了一条新路,用废旧塑料制建筑用瓦是消除“白色污染”的一种积极方法,具有较好的社会、环境及经济效益。
6 结束语
废旧塑料造成的“白色污染”现象越来越受到人们的重视,在人们致力于解决“白色污染”的同时,更应重视废旧塑料的综合利用技术的研究,根据“减量化、无害化、资源化”的原则,回收资源,变废为宝,达到经济效益、环境效益和社会效益的统一。
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