廢舊塑料的再生及其在制管行業中的應用

陳冬年，顧焰波，劉顯明

（南京理工大學泰州科技學院化工系，江蘇泰州225300）

塑料是三大合成材料之一，自發明以來，因其獨特的性能，而在人們的生活、生產中獲得廣泛的應用。塑料的生產和消費量巨大，2012年僅中國累計生產初級形態的塑料5 213.3萬t。塑料在給人們生活帶來便利的同時，也會產生大量的塑料廢棄物，也就是廢舊塑料。

塑料廢棄物按其來源可分為三大類。一是樹脂合成中產生的廢料，包括粘釜料、結塊料、反應不完全廢料、反應過頭的一些殘渣；二是在塑料成型加工過程中產生的廢料，包括開機料、分解料、不合格產品、邊角料、飛邊料等；三是塑料制品失去使用價值被拋棄而產生的廢料，所有塑料制品都有一定的使用壽命，最終都將被當做垃圾拋棄，隨著塑料消費量的增加，這類廢料必將越來越多。前兩類廢料是在塑料的生產中產生的，可稱為生產廢料；后一類是在塑料制品消費后產生的，可稱為消費廢料。

隨著塑料工業的快速發展，上述塑料廢棄物日益增加，與環境保護之間的矛盾也日益突出。為降低對環境的污染，必須對這些廢舊塑料進行合理的處置。

1 廢舊塑料的處置方式

1.1 回收再生利用

廢舊塑料的再生是指廢舊塑料經過適當的處理后得到再生料，再生料仍用于制作塑料制品。按制作再生料的過程的復雜性可分為簡單再生、改性再生。簡單再生是廢舊塑料經分選、清洗、破碎、熔融造粒等不復雜的過程制作再生料的過程。由于氣候老化等原因，廢舊塑料相對于新生塑料其使用性能會下降，為提高使用性能，在廢舊塑料再生過程中添加改性劑并應用合適的工藝制作再生料的過程為改性再生。

不同的廢舊塑料，再生過程有一定差異，但都是從分選開始的。分選對于再生料的品質和用途有至關重要的影響。國內多采用人工分選的辦法，一般先將塑料中雜物挑選出來，再按樹脂的品種以及廢舊塑料的顏色、來源、老化程度等進行分類。鑒別樹脂的品種是正確分類的前提，可通過塑化溫度、密度、燃燒、外觀等方法鑒別[1-2]。發達國家已開發了利用各種塑料光、電、磁、密度、溶解性的差異對廢舊塑料進行分選的機器設備，相對于人工分選，機器分選的效率更高[3]。

加工好的再生料也應分類包裝貯存，不可混雜，否則會給再生料后續的成型加工帶來不利影響。

目前，市場上已有各種再生料出售，塑料成型加工企業可購買使用，但不可為了降低成本而盲目使用。使用前，應對再生料進行必要的性能檢測，并進行成型加工試驗，調整加工工藝參數，在使用中應注意再生料質量的穩定性。

1.2 回收降解利用

回收降解利用是將回收的廢舊塑料經高溫或化學試劑處理，其中的樹脂高聚物發生大分子鏈的分解，變成低分子量狀態，得到單體、低聚物、燃料以及其他化工產品。主要有熱降解、熱催化降解、化學降解等方法。比如，廢聚乙烯在無氧的條件下加熱，高溫下會產生各種有機氣體或燃料油[4]。高溫下可將廢聚氯乙烯處理成鹽酸和燃料油[5]。廢聚乙烯在Ni，Cu，Al等金屬混合物催化劑作用下裂解，可制取燃料油[6]。廢聚氯乙烯碎屑可在充氧的氫氧化鈉溶液中，于150～260℃及高壓下氧化成草酸和苯甲酸[3]。

1.3 焚燒回收熱能

焚燒法可將不能再生利用的混雜的塑料垃圾在焚燒爐中焚化，產生可供利用的熱能。廢舊塑料混雜于垃圾中，難以分離出來，但可提高垃圾的熱值，當垃圾的熱值達3 350 kJ/kg以上時即可直接用于焚燒發電[7]。可將廢舊塑料從垃圾中分離出來，制成垃圾固形燃料，也可制成適宜的粒度噴入高爐或水泥回轉窯作燃料，用于煉鋼或制水泥[8]。要注意焚燒過程中利用各種技術減少二次污染，這樣才能達到通過焚燒廢塑料來凈化環境的目的。

1.4 作為固體垃圾填埋

有些廢舊塑料混雜于其他垃圾中，這些垃圾熱值不高，但要將廢舊塑料從中分離出來成本較高或不能進行有效分離時，往往進行深填掩埋處理。雖然廢舊塑料長期不易分解腐爛，但其內部的有害添加劑仍然可能釋放到環境中，所以填埋時必須考慮有害添加劑的擴散對土壤和地下水可能造成的危害。

1.5 各處置方式的選擇

以上是廢舊塑料4種主要的處置方式，它們各有利弊，應針對廢舊塑料的狀況作出合理的選擇。一般而言，當廢舊塑料品種單一、不混雜，并且老化程度不深，此時有較好的再生價值，應優先選擇再生利用，因為再生利用不僅可減少廢舊塑料對環境造成的污染，也可減少資源消耗。當然再生利用的前提是廢舊塑料必須進行細致、合理分類，這會使再生利用的成本提高。對廢舊塑料進行降解，制備低分子量的燃料或化工產品，是有發展前景的處置方式，但處理技術要求比較高，有些種類廢舊塑料降解利用的技術尚不成熟。焚燒回收熱能適用于難以再生利用的混雜的廢舊塑料，目前西方發達國家較多采用這樣的處置方式，為防止二次污染，必須使焚燒設備的燃燒效率和廢氣的處理都必須處在良好的狀態。填埋法不是處置廢舊塑料最好的方法，因為土地資源有限，垃圾填埋場地會越來越少，但對于那些毫無回收利用價值的塑料垃圾，填埋法卻是目前最實用、最經濟的方法。

2 廢舊聚氯乙烯（PVC）塑料的再生及其在制管行業中的應用

2.1 廢舊PVC塑料再生的方法

2.1.1 單一PVC廢料的再生

單一PVC廢料有兩個來源：一是PVC制品生產過程中產生的開機料、分解料、不合格產品、邊角料等；二是僅由PVC制成的制品，比如PVC瓶、管材、門窗異型材等，在使用后產生的廢料。這一類PVC廢料制成再生料相對簡單。一般工藝過程[9]如下：

PVC廢料→清理→破碎→PVC再生料

為保證再生料在后續的成型加工中有較好的應用，應按來源、填料含量、顏色等分級分類，不要混雜。

2.1.2 PVC復合廢料的再生

為了獲得所需要的使用性能，有不少PVC產品都是PVC與其他材料的復合制品。很難從這些復合制品中分離出較純的PVC塑料，通過簡單的機械再生工藝得到的再生料只能用于那些能容忍這些雜質的低端產品中。Solvay公司開發了一種基于選擇性溶解原理的PVC復合廢料的再生工藝，通過該工藝可獲得較純的PVC再生粉料，但過程較為復雜[5]。

2.2 PVC再生料在制管行業中的應用

能用于生產PVC-U塑料管材的PVC再生料一般都是單一PVC再生料，其品質較好，一般由PVC管材成型加工中產生的廢料或是舊PVC-U管材得到。這些PVC再生料可以回用，也可以降級使用[10]。

2.2.1 PVC再生料的回用

PVC一次再生料品質較好，可作為新生料使用，回用于生產原用途管材[10]。

當PVC一次再生料量較多時，可完全使用再生料生產管材。生產時注意工藝參數的變化，適當補充穩定劑、潤滑劑等加工助劑，必要時添加抗沖改性劑，提高產品質量，使再生料制品性能達到新生料制品的水平。

當PVC一次再生料量不夠生產一批產品時，可將再生料摻入新生料中生產。一般可將5%～15%的再生料均勻地混和在配混料中進行擠出成型加工，其產品性能不會有明顯下降。生產中要注意熔體壓力和扭矩均會有所下降，出料明顯增加，同時也要注意因再生料與新生料塑化性能不同可能導致公差波動甚至擠出失敗，但在工藝控制上及時調整，即可得到合格產品。

2.2.2 PVC再生料的降級使用

隨著再生次數的增加或老化程度的加深，PVC再生料的一些性能會發生劣化，這些劣質再生料只能降級使用，生產質量要求較低的產品，不可回用。

例如：德國的Westeregeln建設了一個年加工能力為5 000～7 000 t的回收裝置，將廢PVC管材及管件通過手工分揀，然后破碎制成PVC再生料，以10%～20%的比率摻入新生料中，制成中等質量的管材[5]；由型材、波紋管成型加工過程中形成的甲級PVC再生料，其中填充劑含量少，且大多為白色，可用作生產要求較低的電工冷彎穿線管；由給水管和埋地排污管產生的灰色甲級PVC再生料，可用于生產埋地電纜護管等色彩要求為灰色的低級別的產品，降級使用的再生料中填充劑含量相對少一些，可適當補充填充劑并添加一些其他加工助劑[10]。

也可將PVC再生料降級用到管材的次要部位。例如，可用PVC再生料作芯層材料，用PVC新生料作內外層材料，采用共擠出成型技術生產PVC芯層發泡管材[11]。

3 廢舊聚乙烯（PE）塑料的再生及其在制管行業中的應用

3.1 廢舊PE塑料再生的方法

由廢舊PE塑料制再生料的方法可分為簡單再生和改性再生兩類。

3.1.1 廢舊PE塑料簡單再生

廢舊PE塑料簡單再生已被廣泛應用，主要適用于樹脂生產廠和塑料制品廠在生產過程中產生的PE邊角廢料，也可用于那些易于清洗、挑選的一次性使用的廢棄品，比如食品、藥品包裝瓶等。這些廢舊料的特點是干凈、成分單一。采用比較簡單的工藝和裝備即可生產出和新料性能相差不多的PE再生料，在很大程度上可作為新料使用[8]。大致工藝流程如下：

廢PE塑料→配合→捏合→擠出造粒→PE再生料

PE制品中，農用薄膜的比例最大，所以舊農膜是再生利用的重點，可通過開煉塑化法或擠出塑化法得到再生料。該類再生料可直接用于生產各種低檔次制品[4]。

3.1.2 廢舊PE塑料改性再生

PE再生料一般是在自然環境下經歷一段時間的老化后的塑料，聚合物分子鏈因氧化降解與交聯作用而產生新的支化、歧化、交聯等結構，所以其力學性能比新生料有較大幅度的下降。通過一定的手段對再生料進行改性，可提高其力學性能，拓寬應用范圍。例如，通過特殊的熱機械再生法改性，因混煉中聚合物的分子結構發生一定變化，所得再生料的力學性能比傳統方法得到的再生料明顯提高[12]。通過添加高效炭黑、穩定劑、紫外光吸收劑等助劑，再生料的強度和韌性得到一定程度的提高[13]。

3.2 PE再生料在制管行業中的應用

因為PE再生料價格比新生料低，所以有些企業開發將PE再生料用于生產塑料管材的技術。熊大康研究了以LDPE再生料生產塑料管材的工藝和設備要求[14]。鹽城光源管業有限公司按PE再生料∶新生料為7∶3的比例，開發了注塑技術生產管道的工藝[15]。江蘇常盛管業有限公司開發了三層復合管的生產工藝，內外層為全新高密度低壓聚乙烯，中間層為廢舊聚乙烯再生料，該技術能在保證管材整體性能的基礎上，降低成本[16]。天津市耀新科技發展有限公司將高密度聚乙烯再生料和新生料混合制備出預應力塑料波紋管[17]。常熟科盈復合材料有限公司以高密度聚乙烯再生料為主要原料，生產出高質量的排水排污管[18]。

4 廢舊聚丙烯（PP）塑料的再生及其在制管行業中的應用

4.1 廢舊PP塑料再生的方法

廢舊PP塑料再生與廢舊PE塑料再生過程類似，也有簡單再生和改性再生兩類。

簡單再生主要適用于PP塑料生產加工過程中產生的品種比較單一的邊角料、下腳料等，也適用于易于分選和清洗的一次性廢品。若老化程度低，則再生料可與新生料混合，用于制造與原樹脂同用途的制品，也可用于制作低檔次產品[19]。若老化程度較深，廢舊制品出現剝裂，則不能簡單再生利用，但通過一定的手段進行改性仍可在一定場合應用。

制備改性PP再生料的主要方法有：填充改性、共混改性、增強改性、增韌改性、化學改性[19]。比如，通過將回收料與新聚丙烯樹脂共混、用乙丙橡膠增韌、用玻璃纖維增強，可制得力學性能較佳的PP再生料[20]。添加了增溶劑、β-成核劑以及納米碳酸鈣的PPR再生料，有較好的力學性能[21]。

4.2 PP再生料在制管行業中的應用

與PE再生料用于制管行業類似，也有企業開發了PP再生料用于制造管材。例如，武漢化工學院開發了將廢舊編織袋產生的聚丙烯再生料用于制造模壓聚丙烯排水管[22]。基本過程：將廢舊編織袋經過切碎清洗、烘干、熔融、造粒等工藝制備PP再生料，向此再生料中添加一定量的玻璃纖維和炭黑增強劑、硅烷偶聯劑、對苯二酚抗氧劑以及新生聚丙烯料，通過液壓式塑料注射成型機，制造內徑為200～1 500 mm的聚丙烯埋地排水管。

5 廢舊氯化聚氯乙烯（CPVC）塑料的再生及其在制管行業中的應用

目前，國內氯化聚氯乙烯（CPVC）塑料主要用于制造管材和管件。一般情況下，CPVC廢料僅在企業成型加工過程中產生[10]。

5.1 管材CPVC廢料的再生利用

CPVC管材一般經雙螺桿擠出成型工藝制成，產生的廢料雜質較少，污染也較少，可回用于制管材。成型過程中所產生的廢料立即處理，在清除已分解或嚴重變色的廢料后，經粉碎、磨粉細化可得再生料。將再生料以5%～15%的比例摻入新料中混合均勻，即可生產性能下降很少的CPVC管材。注意不同種類的管材生產中產生的CPVC廢料不可混雜，應按產品種類歸類和利用[10]。

5.2 管件CPVC廢料的再生利用

管件CPVC廢料大多為注塑生產時的流道料、飛邊料、開機空射料及不合格產品等。管件廢料一般比較清潔，不需做任何清理。將注塑管件廢料粉碎后，適當補充一些輔助劑，經單螺桿擠出機造粒，即可得到管件CPVC再生料。將該再生料加入到新料中混勻，經注塑加工可得到性能和外觀質量比較好的CPVC管件[10]。

6 結語

為消除廢舊塑料對環境造成的危害，必須對其進行合理的處置。品種單一、老化程度低的廢舊塑料有良好的再生利用價值，在許可的條件下應優先考慮再生利用，而將再生塑料用于制管行業是其重要的用途之一。為簡化廢舊塑料再生過程中的分選工藝，在設計塑料制品時就應考慮其回收問題。采用品種單一的塑料生產塑料制品，在塑料制品上標注其樹脂類型，這些措施便于塑料廢棄物的分類回收。同時也應注意再生技術的改進，除提高再生料的性能外還應注意不造成二次污染。

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