廢舊塑料回收利用技術(shù)研究進(jìn)展

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

廢舊塑料回收利用技術(shù)研究進(jìn)展

王 晴，李 思，張金輝

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

目前，廢舊塑料回收率低，且產(chǎn)量大，給環(huán)境帶來巨大壓力，同時也造成了資源嚴(yán)重浪費(fèi)，因此，開發(fā)高效可行的廢舊塑料回收工藝具有重大的研究意義。主要介紹了復(fù)合法，改性再利用法，建筑材料改良劑法，機(jī)械物理法，熱裂解法等技術(shù)在廢物回收方面的現(xiàn)狀，并對今后的研究方向提出了幾點(diǎn)建議。

廢舊塑料；復(fù)合法；改性法；機(jī)械物理法；熱裂解法

塑料不易降解，直接填埋會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，不可降解塑料制品進(jìn)入土壤，會使土壤內(nèi)物質(zhì)成分發(fā)生改變，據(jù)估計，1萬t廢舊塑料會對667 m2的土壤造成影響。同時，大量廢棄的塑料也是一種資源的浪費(fèi)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對廢舊塑料的回收利用方法研究較多，筆者對現(xiàn)有的幾種回收方法進(jìn)行了簡要概述，包括復(fù)合法，改性再利用法，建筑材料改良法，機(jī)械物理法以及熱裂解法，并對今后的發(fā)展方向提出了幾點(diǎn)建議，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 廢舊塑料回收利用方法

1.1 復(fù)合法

復(fù)合法是指將廢舊塑料與其它材料復(fù)合，從而生產(chǎn)出具有一定附加值的產(chǎn)品，目前研究較多的有木塑復(fù)合材料以及塑料復(fù)合建筑材料等。復(fù)合法不但可以實(shí)現(xiàn)廢棄塑料的回收處理，還能滿足建筑、家裝等對傳統(tǒng)木材的需求。

高芙榮[1]以PVC和木粉為原料制備木塑復(fù)合材料[2]。為了防止產(chǎn)品起泡，作者首先對木粉進(jìn)行了熱處理，去除其含有的水分和易分解物質(zhì)，并用偶聯(lián)法和表面接枝法對其進(jìn)行高分子包覆，使其具有親油性。篩選出最佳復(fù)合材料合成條件為：PVC：木粉： DOP：CaCO3：ACR-401為100：45：6：2：4.5，穩(wěn)定劑處理溫度為190～230 ℃，鋁酸脂偶聯(lián)劑-XL-955和過氧化苯甲酰作為助劑。對復(fù)合材料的性能進(jìn)行考察后發(fā)現(xiàn)：鋁酸脂和丙烯酸偶聯(lián)后的木粉所制備的PVC材料力學(xué)性能顯著提高；DOP的加入也會顯著改善PVC/木粉材料的力學(xué)性能和加工性能。藺燾[3]以城市垃圾中分選出的廢棄塑料以及山東省無棣縣的棉稈刨花為原料，采用熱壓法制備復(fù)合板。考察了廢舊塑料的形態(tài)以及純度對復(fù)合板性能的影響，結(jié)果顯示：廢舊塑料的重均粒徑越小，復(fù)合材料的性能越佳；塑料的純度越高，復(fù)合材料的性能越好。張志梅[4]等人以廢舊塑料和粉煤灰為原料制造建筑用瓦。實(shí)驗(yàn)首先對廢棄塑料進(jìn)行稀堿水清洗預(yù)處理，然后用粉煤灰、石墨和碳酸鈣作為填料，在熱壓溫度為(145±5)℃，熱壓壓力為130～140 MPa的操作條件下進(jìn)行制備。結(jié)果顯示：當(dāng)聚乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%左右時，瓦的抗折強(qiáng)度最大，聚乙烯含量過低會使瓦的抗折強(qiáng)度變低，而過高時，瓦的硬度會變低，因此應(yīng)控制好聚乙烯的含量。

雖復(fù)合法具有可觀的發(fā)展前景，但工藝流程復(fù)雜，同時還受到廉價的水泥等建筑材料的市場沖擊。此外，在制備過程中，各種塑料的混入比率不當(dāng)及相容性差異會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，性能較差。

1.2 改性再利用法

改性再利用法是將塑料廢棄物通過物理或者化學(xué)方法進(jìn)行改性后再加工成型。經(jīng)過改性過的廢舊塑料在性能上尤其是力學(xué)性能會有很大提高。

杜拴麗[5]等人以廢舊家用電器中的熱固性塑料和熱塑性塑料為原料，用不同方法進(jìn)行回收再利用，最終確定了廢舊電器塑料具有可回收再利用的性質(zhì)。結(jié)果表明苯乙烯-順丁烯二酸酐塑料（SMAH）對共混物的增容作用最好，當(dāng)共混物比例為ABS∶PS-HI=70∶30，SMAH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8% 時，共混物力學(xué)性能有較大的提高。當(dāng)SEBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%，ABS 和PS-HI共混物的沖擊強(qiáng)度達(dá)到 20 kJ/m以上，且拉伸強(qiáng)度≥ 28 MPa，斷裂伸長率≥ 40%，彎曲強(qiáng)度≥ 45 MPa。嚴(yán)義芳[6]等人用聚醋酸乙烯酯乳液和松香作為改性劑，對廢聚苯乙烯進(jìn)行改性，并用于乳膠漆的制備。結(jié)果顯示：聚苯乙烯：聚醋酸乙烯為5:1，混和溶劑體積比為3:1:3 ，復(fù)合乳化劑體積比1:4時，乳膠漆的性能較好，附著力范圍是5，表面干燥時間小于40 min，實(shí)際干燥時間小于10 h。

改性法再生產(chǎn)品性能會得到提高,質(zhì)量也會相對較好，但是制作工藝復(fù)雜，往往需要特定的配套設(shè)備和大的投資。

1.3 建筑材料改良劑

該法主要是通過再生技術(shù)對廢舊塑料進(jìn)行再生，并作為改性劑添加到建筑材料中，使建筑材料性能有所提高。

廖利[7]等人以混合廢塑料和線性SBS（改性劑）為研究對象，驗(yàn)證了混合廢塑料可以用于改善道路瀝青，作者還考察了聚合物瀝青和廢塑料等其他物質(zhì)的各種性能指標(biāo).。試驗(yàn)中當(dāng)PI＜2時，瀝青具有較大的溫度敏感性;當(dāng)PI＞2時,瀝青具有較差的低溫塑性;當(dāng)PI=-2～2之間時,瀝青性能較好。對于SK-90#瀝青，單獨(dú)摻加廢塑料時,4%的摻加量會使聚合物瀝青綜合性最優(yōu)；混合摻加廢塑料、SBS時, 3%的SBS摻量、1%的廢塑料摻量會使聚合物瀝青綜合性能最優(yōu)。趙云騰以[8]5%、10%、15%三種摻量再生的 ABS／PC 塑料顆粒為原料，將其摻入普通混凝土中，研究不同摻量的再生塑料顆粒對混凝土各種力學(xué)性能所產(chǎn)生的影響。從強(qiáng)質(zhì)比折線圖看出，隨著塑料碎料顆粒摻量不斷增加，強(qiáng)質(zhì)比先升高到6.87之后又降低到5.98，但摻塑料后的強(qiáng)質(zhì)比均比未處理的混凝土高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，塑料再生后的顆粒摻入普通混凝土后，能夠改善混凝土的部分力學(xué)性能。

用廢舊塑料對生產(chǎn)建材[9]進(jìn)行改性雖具有投資少，效益高等優(yōu)點(diǎn)，但是用于建材的廢舊材料需要進(jìn)行分類篩選，且回收后的塑料雜質(zhì)多而且品質(zhì)較差。

1.4 機(jī)械物理法

機(jī)械物理法是指通過各種強(qiáng)烈持久的復(fù)合機(jī)械力對廢舊塑料進(jìn)行作用，從而使材料的物理性質(zhì)或形態(tài)發(fā)生改變，然后對其進(jìn)行回收再利用的過程。

賴微[10]將廢舊塑料噴吹進(jìn)入高爐，從而代替煤粉或重油等傳統(tǒng)燃料[11]，并對此法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。噴煤粉的燃燒率為50%～60%，而噴廢塑料的燃燒率可達(dá)80%，可見塑料效果好于煤粉。此外，由于高爐封口溫度極高，且系統(tǒng)處于強(qiáng)還原性狀態(tài)，因此，氣體中二惡英等有毒有害物質(zhì)的量并沒有增加。吳仲偉[12]等人采用剪切、擠壓、碰撞等機(jī)械作用對廢舊塑料進(jìn)行粉碎再生，并對再生機(jī)理進(jìn)行了分析。復(fù)雜的外力作用會使熱固性塑料交聯(lián)度降低，恢復(fù)一定的塑性，且表面能會有所增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時，30 min后可觀察到塑料的塑性增強(qiáng)，立即擠壓會有明顯的固化成型現(xiàn)象。洪東[13]等人研發(fā)了新型翻蓋式廢塑料脫水機(jī)，彌補(bǔ)了老式脫水機(jī)產(chǎn)能低、對螺桿平衡要求高、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。新型翻蓋式脫水機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)2 940 rad/min，對標(biāo)準(zhǔn)的PET 瓶片進(jìn)行脫水，效率在2%以內(nèi)。同時，更換螺桿和撥片的時間縮減到原來的1/4，極大的提高了工作效率。

機(jī)械物理法對原材料的利用率較高，不產(chǎn)生有害氣體，處理費(fèi)用也較低，但這些機(jī)械需要有人看管操作，達(dá)不到自動化要求。

1.5 熱裂解法

熱裂解法是指在缺氧條件下，利用熱能使廢棄塑料中樹脂高聚物的化合鍵斷裂，由大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子量的燃料氣、液狀物（油、油脂等）及焦炭等。

劉賢響[14]等人制備了一種新型的粉煤灰基固體酸催化劑，并將其應(yīng)用到廢聚苯乙烯裂解制燃料油的過程中。結(jié)果顯示最佳反應(yīng)條件為：溫度為380℃，裂解時間60 min，此時裂解率可高達(dá)81.8%，產(chǎn)油率達(dá)90%以上，所得產(chǎn)物有較高利用價值。董芃[15]等人以廢棄塑料為原料，采用熱解法在連續(xù)給料的鼓泡流化床反應(yīng)器中進(jìn)行液體燃料制備，同時考察溫度對產(chǎn)率的影響以及產(chǎn)生氣體的主要成分。結(jié)果表明，液體產(chǎn)率均可達(dá)90%以上，且溫度升高時，液體產(chǎn)率降低，氣體產(chǎn)率增加，熱解氣的主要成分為甲烷、乙烯和乙烷，凈能量收益為15 040 kJ/kg。王吉林[16]等人利用裂解法，以廢聚乙烯為原料，并加入適當(dāng)溶劑輔助，進(jìn)行聚乙烯蠟的制備。考察了溶劑種類、溶劑加入量、溫度、時間對產(chǎn)物收率和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：芳烴類溶劑為最佳的溶劑助劑，最佳的反應(yīng)溫度為425 ℃，最佳反應(yīng)時間為15 min，且溶劑的加入并不會時聚乙烯蠟的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，溶劑易于回收。

傳統(tǒng)熱裂解法由于傳熱不均易產(chǎn)生積碳，且產(chǎn)品相對分子質(zhì)量范圍過大，轉(zhuǎn)化率低，因此，如何改良單純的熱裂解法，從而提高效率是今后研究的重點(diǎn)。

2 結(jié) 論

廢舊材料的回收利用是化工行業(yè)亟待解決的重大問題。筆者對近年來處理廢舊塑料回收利用方法進(jìn)行了綜述，建議今后主要從以下幾個方面展開工作著重研究：第一，對復(fù)合法的工藝流程進(jìn)行簡化，盡可能降低復(fù)合材料的生產(chǎn)成本，篩選最佳的復(fù)合材料制備條件。第二，探究簡便可行的改性再生方法，盡量降低再生成本。第三，開發(fā)高效的廢舊塑料雜質(zhì)去除方法，設(shè)計更為自動化的機(jī)械物理法設(shè)備。第四，對單純熱裂解法進(jìn)行改進(jìn)，彌補(bǔ)其受熱不均、效率不高等缺點(diǎn)。

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Research Progress of Waste Plastics Recycling Technology

WANG Qing, LI Si, ZHANG Jin-hui
（Liaoning Shihua Chemical University, Liaoning Fushun 113001, China）

Nowadays, large amount of waste plastics are produced, and the rate of recovery is low, which has brought great pressure on the environment and led to serious waste of resources. Thus, it’s of great significant to develop feasible and effective waste plastics recycling technology. In this paper, research progress of waste plastics recycling technology were reviewed, including compounding method, modification method, modifying agent for building material, mechanical method, and thermal cracking method. Finally, some suggestions were put forward.

Waste plastics; Compounding material; Modification method; Mmechanical method; Thermal cracking method

X 705

： A

： 1671-0460（2014）04-0600-03

2013-09-12

王晴，女，天津?qū)氎嫒耍芯糠较颍涵h(huán)境影響與評價。E-mail：510094522@qq.com。

張金輝（1963-），男，遼寧撫順人，教授。研究方向：石油及化工產(chǎn)品的應(yīng)用研究。E-mail：zhangjinhui422@126.com。