塑料回收與再生在建筑材料中應用的標準化研究

錢雨桐，沈冰清，趙之涵，張素銀，郭培培

（1.中國計量大學標準化學院，杭州310018；2.紹興市標準化研究院，紹興312000）

1　緒論

塑料作為繼金屬、木料、水泥和無機磚石之后的第五大建筑材料，具有以下優點：生產塑料建材時所需要的能耗低于等量鋼鐵建材，其制成的管道輸送能耗低于金屬質管道，且塑料的回收與再生利用性能均高于木材和無機材料磚石。這使得塑料建材不僅可以滿足國家節能環保的要求，還可以在建筑設計和材料選擇上提供更加廣闊的思路與范圍，進而打造更舒適的室內空間。

近年來隨著塑料建材需求量的不斷上升和市場的不斷擴大，塑料建材年產量大幅增長，大量建筑垃圾也由此產生，其中包含的塑料廢棄物將成為不容忽視的環境威脅。因此，對建材中廢舊塑料的回收以及再生塑料在建材中的應用研究與標準化，是環境污染、資源短缺現狀下的迫切需求，也是對國家相關法律法規與標準規范的積極響應，同時有利于建設環境友好型建材產業，規范塑料再生建材市場秩序。

2　國內外研究現狀分析

2.1　塑料回收技術國內外研究現狀

2.1.1國外進展

在國外一些發達國家，塑料回收技術的重點主要放在如何建立穩定的回收源體系和如何實現塑料垃圾的分類上。從前者來看，發達國家由于在垃圾分類回收上起步較早，因此已建立了較為完善的垃圾回收社會機制、商業體系及法律法規，更為重要的是民眾的垃圾回收及分類意識和企業的資源回收再利用意識較強，這就為垃圾回收體系的建立奠定了基礎。而由于環境保護立法的完善，大量專業性較強的資源回收企業與社會組織也應運而生，由此形成了一個較為完整的塑料資源回收商業產業鏈及社會自理生態。從后者來看，塑料資源回收的重點則在于如何將塑料垃圾從混雜各類形態物質的垃圾資源中分離篩選出來。事實上，雖然一些發達國家的民眾在垃圾分類上自覺性較高，但在工業廢棄物處理過程中仍然有部分垃圾分類和塑料分離受到技術難度的限制。目前，這些國家所使用的依靠水力、風力、X射線、熱源等識別塑料種類以進行分選的方法得到的效果相對較好，這也為塑料垃圾的分類篩選技術提供了新思路。

在塑料回收利用方面，歐洲、美國、澳大利亞和日本對于不同領域塑料垃圾的回收處理各有所長。在歐洲，塑料的平均回收率在40%以上；而美國通過建立垃圾回收與收集系統使得廢舊塑料的有效回收率不低于12%，其中，在所有進行回收利用的消費后塑料中，塑料建筑材料僅占18%，但在全球已屬于較高的水平；澳大利亞和日本在包裝塑料回收領域也均有所建樹。總體來看，從建材中回收的塑料占回收總量的比例在上述國家中均不高，回收利用技術的開發重點也不在建材回收處理上。

縱覽全球，技術水平、資金保障和塑料回收狀況差距明顯。據統計，全球每年所產生的塑料垃圾中，有超過65%來自發展中國家。因此，即使歐美日澳等發達國家及地區擁有先進的回收利用技術，其所能覆蓋的回收源依舊是少數，況且在工業建筑產生的塑料垃圾的回收分離及再利用方面還存在較多難點及問題。

2.1.2國內進展

不同于以上發達國家，我國的塑料垃圾回收利用工作起步較晚，比例低，絕對數量大，回收成分較為復雜。長期以來，大量的塑料資源得不到有效的回收利用，甚至包括一些純度高、回收較為方便的塑料。這是由于我國的垃圾分類回收體系不夠健全，眾多回收商認為生產新塑料的成本低，缺乏對這類資源回收的重視。此外，廢舊塑料的廢棄污染缺乏有效的監管與規范也加劇了這一問題的產生。

目前，我國在塑料回收技術上與發達國家存在較大差距，尤其在社會垃圾資源分類回收體系上。中國每年產生的塑料垃圾絕對總量排在世界前列，但被真正回收利用的占比卻較低。另外，塑料垃圾如何被正確地回收利用也是一個難點。利用的好將成為減少新塑料生產，推廣資源回收再利用的綠色典范；但若放任企業和民眾隨意回收利用，大量中小型企業甚至家庭作坊式的回收很有可能在市場逐利的推動下，因缺乏技術支持造成回收利用中的二次污染，與保護環境的初衷相違背。

2.2　再生塑料建材應用國內外研究現狀

再生塑料是指將經過一次消費后的塑料經過破碎等加工工藝，獲得一定硬度、耐熱耐高溫及其他多種性能的塑料產品。

2.2.1國外進展

在國外，廢棄塑料處理再生技術正在不斷更新換代并得到了廣泛應用，且其技術與成果被越來越多地運用于建筑材料制造行業。

在國外，再生塑料的主要用途之一是制造各類具有隔熱保溫功能的建材。實驗室研究發明了用木屑粉與廢舊熱塑性塑料混合加工成具有阻燃性能的建筑裝飾材料的工藝，最終制品的阻燃性能也符合我國國家標準GB/T 5464—2010《建筑材料不燃性試驗方法》中對于建筑材料可燃性的指標要求。同時國外的技術實踐也表明，在道路工程中運用再生的塑料建材是可行且優質的選擇。目前一些國家已將這種建材投入實際運行當中，例如俄羅斯道路建設人員在路面鋪展中將一種再生塑料泡沫用作路面的隔熱材料，取代了以往鋪設防凍層的做法，達到了預防路基凍結、脹裂和翻漿的目的。

此外，另一項新型的再生塑料建材研究是將處理后的回收塑料破碎成一定粒徑的顆粒與其他原料及助劑混合攪拌，以制作成被稱為再生塑料改性混凝土的新型混凝土。雖然將再生塑料摻入混凝土的技術尚未成熟，還需多方性能測試與試驗，但從國外已取得的文獻成果分析，塑料再生顆粒部分取代混凝土骨料對混凝土進行改性的技術有著較為廣闊的前景。

2.2.2國內進展

隨著經濟技術水平的不斷提高，整個社會對于環境保護和資源節約越發重視，再生塑料用作部分建材這種新思路在我國建材領域中已占據了一席之地。但就目前看來，國內建筑領域用到的塑料材料仍然較少，再生塑料所占比例更為低下。另外，在再生塑料的應用方面，我國與發達國家仍存在較大差距。我國再生塑料建材以塑膠地板、塑料水管、塑料包邊等塑料直接制成品為主，而發達國家則是將這種塑料作為一種添加劑制成混合物，進而提升建筑的整體質量及各類參數水平。

2.3　國內外現狀對比及標準化狀況分析

2.3.1現狀對比分析

目前，國內外在再生塑料建材的回收使用及處理水平上仍存在較大差距，這其中包括硬實力（再生塑料分離技術、再利用技術、建材使用水平等）和軟實力（社會塑料資源回收體系，群眾配合程度、認知水平等）兩方面。同時，我們也應考慮到我國巨大的市場規模、人口規模以及不斷提升的經濟技術水平，雖然再生塑料建材利用率不高，但能夠利用的絕對數量較多，因此我國的再生塑料建材市場潛力遠超部分發達國家。具體對比情況如表1所示：

表1　國內外塑料回收與再生在建筑中應用與發展的現狀對比表

2.3.2標準化狀況分析

目前，我國塑料回收行業已有塑料回收分級管理體系作為依托。此外，國家標準化管理委員會也出臺了大量有關塑料的標準及規范，例如關于塑料袋的標準GB/T 24984—2010《日用塑料袋》，關于塑料管材的標準GB/T 9647—2015《熱塑性塑料管材 環剛度的測定》和GB/T 19809—2005《塑料管材和管件聚乙烯（PE）管材/管材或管材/管件熱熔對接組件的制備》等等。由目前已出臺的標準規范可以看出，我國的塑料標準體系已基本建成，但是關于再生塑料建材的標準相對缺失。與國外相比，無論是塑料回收、分離環節，還是重新制造、整合環節，我國在工藝流程及參數設置上的標準體系均尚未建成，所設立的標準中也有指標不明確、流程不透明、數據有出入等問題。因此，建議對再生塑料的標準體系及其在建材領域的應用，尤其是關乎建筑安全性及環保性等方面，應多加重視。總體看來，我國再生塑料建材標準呈現出主體明確但缺乏細節的現狀，還有諸多問題有待解決。

3　建筑廢棄物中塑料回收處理技術的規范

3.1　建筑用塑料材料分類

3.1.1熱塑性塑料

在用于生產建筑材料的塑料中，在固定的溫度范圍內可以經升溫軟化，降溫硬化，并且能進行反復加工的塑料，統稱為熱塑性塑料，如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS塑料等。其中聚氯乙烯是建筑中應用最多的材料，耐化學腐蝕和電絕緣性能優良，難燃，但耐熱性較差，遇高溫易分解；聚乙烯通常用于制造防水、給排水管和絕緣材料，其質柔軟，耐低溫性能及加工性能好，而剛度、耐熱性以及耐老化性差；聚苯乙烯主要以泡沫的形式作為隔熱材料，具有電絕緣性能好、耐輻射、加工性好等優點，同時也具有脆性大、耐沖性和耐熱性能差等缺點；聚丙烯通常用于制成管材、衛生潔具和模板等；而ABS塑料以抗沖擊、耐化學腐蝕、耐高低溫、電氣性能優良、易加工且成型尺寸不易變化、表面有光澤等諸多優點，廣泛應用于建筑五金、各種管材、模板和異型管中，是一種用途非常廣泛的熱塑性工程塑料。

3.1.2熱固性塑料

遇熱后無法軟化或在某種特定條件下固化，之后無法復原的一類塑料被稱為熱固性塑料，如酚醛樹脂塑料、氨基塑料等。建筑材料中常見酚醛塑料的應用，其具有優良的電絕緣性能和力學性能，堅固耐用、成型尺寸不易變化等優點，使其適用于生產各種層壓板、玻璃鋼制品和涂料。

3.2　回收處理技術分類

3.2.1直接回收利用

直接回收利用是指只進行簡單分離、選揀、清潔、破碎等物理方法對混合塑料廢棄物進行處理，而不改變其化學性質。回收廢棄塑料的一個最基礎的方式是對混合的塑料廢棄物進行分離，分離成單個成分。未經分離的混合物因價值不高、化學物理性能不明而無法進行再次利用，而分離后得到的單一塑料物質可經一定工藝后制作成高價值的塑料產品。因此，出于經濟利益最大化的考量，一些發達國家在國內大力推廣根據塑料材質以及特性加以分類的標簽，解決了傳統上用眼、耳、鼻等感官辨別塑料種類的辦法，大大降低了依憑經驗判斷所產生的誤差，以便再生塑料生產企業對其進行精準識別與回收，同時保證了工業化以及規模化生產的效率。有效分離塑料的自動鑒別技術包括：浮降法、空氣分離、水旋法、近紅外分光法、X射線分析法、靜電分離技術、選擇性溶解等[1]。

廢舊塑料的直接回收利用需要經過預處理階段去除其表面帶有的雜質，預處理后經過加工成型便可得到再生塑料產品。預處理工藝流程如圖1所示：

圖1　廢舊塑料直接回收利用的預處理過程

3.2.2改性回收

直接回收利用的一大好處在于工藝流程簡便且生產成本低，但也存在再生塑料制品物化性能弱于消費前塑料制品性能的問題。若要得到高性能再生產品，則還需采用改性的方法使得產品的化學和物理性能發生改變，以滿足更高的功能要求。改性的方法可以分為物理改性、化學改性和物理化學改性三種。

物理改性主要是指將處理后的塑料原料與其他輔助料或聚合物進行機械共混，以使其力學上的性能有所增強，這類改性方式工藝程序繁雜，通常需要配有專業型的設備。化學改性則通過化學反應改變材料的性能，常用工藝有交聯改性、氯化改性、共聚反應改性等[2]。若要同時實現物理和化學上的性能改變，則可借助另一種方法，即原位反應擠出工藝的改性與成型[3]。此種方法一改單純物理或化學改性所造成的不連貫，大大提高了需要改性的塑料再生制品的生產效率，同時獲得綜合性能高的產品。

3.3　通用塑料回收過程應用于建筑材料的可行性分析

我國塑料回收再生行業因近幾年塑料產品的不斷開發與投入應用而欣欣向榮，中小企業如雨后春筍般出現，市場投資活躍，同時產業發展模式正從傳統家庭作坊式向依靠消費需求驅動的商業模式轉變，并逐漸形成了加工集群化、市場交易集約化、以市場需求和價格驅動為導向的環保型產業經濟。[4]我國從事塑料再生制品生產的企業有數萬家，全國各地均分布有回收網點。塑料回收再生企業數量與規模的壯大為建筑垃圾中塑料的回收提供了市場優勢。

雖然目前市場上回收量最高的塑料產品來源于塑料包裝，其在再生塑料來源中占比高達70%，但建筑行業的快速發展為新型再生塑料建材運用于建筑建造之中帶來更多可能，同時因為塑料管材、管件、隔熱防滲透建材等使用年限較長的結構性塑料建材報廢期的臨近，廢舊建筑塑料的回收利用將擁有更為廣闊的發展空間。

塑料建材所使用的塑料如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯以及ABS塑料等，均為常見的塑料種類，每一種都已具備較為完善的回收再生處理工藝，建筑塑料回收后經過預處理工序便可采用通用塑料回收技術或稍加改進的工藝對其加以利用、改性、成型為再生塑料制品。此外，建筑塑料的回收再利用價值較大，能夠帶來較好的經濟效益，使其能夠得到企業的重視。因此，大力發展建筑材料中塑料回收再利用具有較高可行性。

3.4　建筑廢棄物中塑料回收處理過程的規范化建議

一方面，從追根溯源的角度看，塑料回收行業的持續健康發展離不開對生產性污染和廢物排放的控制，對塑料回收處理的工藝設計和改性原料及助劑添加方面均應考慮是否對環境造成影響，通過改進技術降低原料的耗費與廢物的產生，對物理改性機械設備以及化學反應設備定期維護與改進，為回收處理過程提供保障。

另一方面，我國可借鑒發達國家對于塑料垃圾的分類標簽識別技術，將其應用于建筑廢棄物的分類回收之上，標識上的內容應包括廢塑料的種類、來源于何種建筑材料、消費后受污染程度、材質特性、處理建議等，以利于統籌規劃廢舊塑料去向，減少企業在回收過程中不必要的識別時間的浪費，提高處理效率的同時降低回收成本。在改性再生過程中所使用的原料和助劑應標準化、記號化，并賦予針對性，同類制品盡量采用統一品質的原料，同時對產品進行模塊化設計，以減少原料種類，促進塑料的循環利用，增強再生塑料建材的質量控制與規范，推動最后成型產品的標準化。

4　塑料再生建材應用途徑及標準化探索

4.1　塑料再生建材應用途徑

4.1.1在建筑涂料方面的應用

涂料是一種使用于物體表面并且能與該物基體物質牢固粘結，形成完整、具有一定硬度與韌性的保護膜的建材，其一般由成膜物質、顏填料、溶劑和助劑組成。我國建筑涂料產業在下游產業的推動下得到了長期性的發展，為了整個建筑涂料市場的持續健康增長，使企業能夠生產出具有高附加值、高質量、高于環保標準要求的產品，提倡環保與健康仍然是最關鍵的推動力。目前我國利用廢棄塑料制造建筑涂料所選用的塑料主要是廢舊聚苯乙烯泡沫塑料，因聚苯乙烯塑料具有抗水、防潮性和輕質、高硬度等特性，所以適合作為制造耐磨防水防霉涂料的原料。目前已有研究的塑料建筑涂料生產工藝包括：將PS泡沫塑料進行溶和改性、乳化等處理步驟，制造成乳膠漆，可用于建筑墻體的內部及外部涂刷；通過將廢棄的聚酯塑料與多元醇進行醇解、縮聚反應合成一種絕緣漆[5]；將廢料進行清潔、破碎后與二甲苯、松香水原料以一定配方溶解形成某種優質的調和油漆等，此外還有清漆、色漆以及墻面涂料等多種建筑涂料種類配方研究。

4.1.2在摻雜制成混凝土方面的應用

將廢棄的生產或生活性塑料進行分類回收，再由專業人員或設備進行清潔、粉碎等工藝流程后，所形成的顆粒物便是塑料再生環保顆粒。不同粒徑及種類的塑料再生顆粒以不同比例摻入混凝土的骨料中可獲得多種改性的新型混凝土材料，這類塑料再生混凝土的力學特性與物理特性可能與傳統配料產出的混凝土材料大相徑庭，但由于塑料顆粒可填補混凝土材料內部空隙及阻礙裂縫產生，同時其本身所具有的耐沖性和耐磨耗性，能夠使混凝土獲得更好的延展性及其他未經發掘的優良特性。國內外已有學者對再生塑料混凝土的物化及力學性能進行實驗與研究，如將改性聚丙烯廢棄塑料顆粒粉碎至2-3.5mm后按照不同的摻量百分比代替砂子加入混凝土中，測試混凝土密度與受壓彈性模量和基準混凝土相比所產生的變化[6]。根據不同摻雜配比標準獲得特定性能改性混凝土材料的領域，仍有很大的試驗與研究空間。

4.1.3在增強建材保溫性能方面的應用

經處理后的塑料回收物在提高建筑材料保溫性能方面的應用途徑主要有兩種：第一種是直接將經處理工藝后的塑料作為基料，同水泥、增粘劑或其他原料混合制成具有內在保溫性能的磚石和板材，如聚苯乙烯泡沫塑料保溫磚產品；第二種是將塑料制成一定粒徑的塑料再生顆粒，輔以水泥漿、粉煤灰、抗裂劑等添加劑制成能夠保溫的漿料，如膠粉聚苯顆粒漿料，將該類涂料涂刷于建筑的墻體表面、地表及屋頂可達到一定隔熱和保溫作用。兩種途徑各有優勢，適用于不同環境條件下建筑建造的需求。在第二種應用途徑方面，我國建筑工業行業已制定有標準如JG/T 158—2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統材料》等，對保溫材料中塑料顆粒的性能指標提出了要求。

4.2　塑料再生建材標準化需求分析

4.2.1清潔生產標準需求

在用于生產再生塑料建筑材料的塑料中，聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯四類塑料最為常見。而企業在利用回收這幾類廢塑料生產再生塑料建材時，通常采用的處理技術包括直接再生、催化或氫化裂解、真空裂解、共焦化、RDF以及高溫焚燒等。在使用這些技術生產建材過程不可避免會產生廢棄化學污染物，通過對聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯在常用加工工藝中產生的污染情況的研究發現：（1）使用直接再生方法生產廢PP過程中，干燥工藝過程易造成環境污染程度最高，同時整項生產流程中會產生二氧化碳排放、酸性物質污染以及大量煙塵和粉塵；（2）廢PE在進行氫化裂解時所產生的污染高于催化裂解，大約為催化裂解的2倍，而兩者都會產生的影響包括酸性物質污染、二氧化碳排放以及臭氧耗竭。

針對上述生產再生塑料建材可能造成的污染，需要從企業自身以及外部監督等方面進行控制，對清潔生產的各個方面做出規定與要求，如建立二氧化碳排放、酸化、煙粉塵等指標評價體系。近年來，我國在塑料回收再生循環領域制訂并頒布實施了《廢塑料加工利用污染防治管理規定》等多項規章規范性文件，在促進國內廢塑料再生行業法制化進程中發揮了積極作用。但我們也應看到在企業生產過程中仍未解決的諸多污染控制方面的需求，且規章尚未上升到法律的層面，相關配套的排放標準缺乏，均為政府與企業規范化的管理帶來困難。

4.2.2廢舊塑料再生配量標準需求

面對廢舊塑料資源化技術的不斷更新與研發進步、新型再生建材產品不斷涌現的現狀，各類產品生產工藝及原料配比僅由各個企業內部控制，無法對整個塑料再生行業的技術發展起到推動作用。促進塑料再生建材生產工藝與原料配量的規范化，將有利于控制產品質量、優化生產過程。行業標準《粉煤灰、煤矸石綜合摻量分析方法》制定項目的開展，為配量標準化提供了借鑒意義。規范化可通過企業內部制定企業標準加以規定，也可通過構建團體標準、行業標準從宏觀上進行控制。

4.2.3環保節能標準需求

塑料回收再利用產業本身就秉承著綠色、循環以及可持續發展思想，在國家節能減排的號召之下，其研發生產的塑料再生產品更應順應建筑行業節能化、環保化的發展趨勢，研發和生產符合建筑行業環保節能標準的塑料再生建材。由于利用廢舊塑料制造的再生建材本身所具有的特殊性，塑料摻雜對于建材性能的定量影響仍在實驗與開發之中，專門針對塑料再生建材環保節能性指標要求的標準尚未制定，無法對市場上所有塑料再生建材節能性質進行統一歸類與劃分，這將是今后建筑行業標準化工作開展與進步需要重點考慮的內容。

5　總結與建議

從廢棄建筑材料中回收塑料的過程與生產再生塑料建材的過程是一套完整連續的工藝體系，回收技術的研發與再生塑料的應用都具有廣闊的前景，其發展過程中也將產生諸多標準化的需求。對此提出以下建議：

（1）加強回收利用過程污染關鍵環節的規范控制

從建筑垃圾中分選出的建筑塑料表面通常帶有重金屬等有害有毒物質及污染的水分，使其在回收利用的化學反應發生過程中易產生毒性或有害氣體對環境造成再次污染。為避免再次污染的發生，必須對造成污染的關鍵技術環節進行實時監控，制定污染物處理規范，嚴格限定污染物排放量。政府可通過立法立規抬高塑料回收加工市場的準入標準，按照《環境影響評價法》對相關企業進行環保資格審查，對不合格企業進行停業整改，企業也應及時淘汰低技術含量的生產工藝和生產設備，形成政府、社會、企業聯動監管機制，以推動行業環保化、節能化發展。

（2）完善經濟扶持制度，促進建筑塑料回收再利用的產業化

塑料回收與利用產業作為發展循環經濟、提倡綠色環保可持續發展所必不可少的支持性產業，政府應重視其投入與回報差值，對經濟附加值較低、利潤不高的回收再生項目加大投資與引導力度，為生產技術落后的家庭式作坊或超小型企業提供技術支持以扶持其向商業化、高技術領域轉型。近年來建筑行業的發展及塑料建筑材料的大量應用使得塑料建筑垃圾廢棄比例不斷增高，再生塑料建材需求市場不斷增大，對此，政府應在重視其他行業塑料回收進展的同時，引導企業將重心部分轉移至建筑塑料的回收再利用領域，促進建筑塑料回收再利用的產業化與規模化。

（3）促進回收利用技術的研發工作及標準化整合

我國建筑行業產生廢塑料的分類識別技術、生產技術信息采集等工作尚未完善，實驗室研究的技術成果也未能在企業中得到有效運用和及時更新，這嚴重阻礙了技術進步的步伐。對現有已實施技術和未實施技術進行整合，建立相應的建筑塑料回收再利用技術資源數據庫，并制定配套的再生塑料建材產品標準和技術規范，有利于進一步規范中高低端企業的生產過程，進而提升行業的競爭力。