再生聚丙烯的潔凈化和高質化應用

汪海,胡志華,楊霄云,李誠,程杰

（1.廣東金發科技有限公司，廣東 清遠511515；2.江蘇金發環保科技有限公司，江蘇邳州221300）

隨著高分子材料工業的快速發展，塑料制品已成為生產與生活的重要組成部分。2001年，全球年消耗塑料材料已經接近1 億t，近10年年消費量增長率在10%以上，2017年全球塑料消耗量已達5 億t。近3年，我國每年產生約5 000 萬t 廢舊塑料，其中1 400 萬t再生塑料沒有得到有效回收利用，這些不能有效回收的塑料經過物質運動回到了大海，成為海洋微塑料造成二次污染[1]。廢棄塑料在自然環境中難以分解，分解過程中的碎片化造成了更為嚴重的二次污染，因此在人類生態環境日益劣化的今天，再生塑料的循環利用越來越受到人們的關注。聚丙烯以其聚合工藝穩定、產品豐富和性價比高的特點，成為生產和生活中應用最廣泛的樹脂之一。

再生塑料按照塑料制品使用情況將其分為消費前（PIR）和消費后（PCR）再生塑料。消費前再生塑料是指樹脂合成過程中和制品成型、裝配過程中產生的邊角料以及殘次品；消費后再生塑料指失去使用價值或被廢棄的塑料制品產生的廢塑料[2]。消費前再生塑料成分相對穩定，可以廠內直接循環使用。通常所說的再生塑料是消費后再生塑料，這部分對環境污染大，回收比例低，資源浪費最嚴重。消費后再生塑料經過收集、分類和潔凈化處理后，可以實現循環利用。綜上所述，再生塑料來源廣，高附加值的循環利用再生塑料是一個重要的環境、資源、經濟和社會問題。

聚丙烯（PP）具有絕緣性好、耐熱性優、耐彎折、密度低、易加工等特點，同時可以通過增強、增韌、填充和阻燃等多種改性方式進行生產，因此聚丙烯被廣泛應用于汽車、家電、電子電器、日用品等行業。隨著聚丙烯產量和消費量的不斷增加，每年產生的再生聚丙烯快速增多，如何回收再生聚丙烯成為日益嚴峻的環境、資源和社會問題。再生聚丙烯來源復雜，性能各異，并且存在明顯的區域性、季節性和應用行業差異。文中結合再生聚丙烯的特點，利用現代分類、分選、潔凈化方式將其按照一定的性能標準進行分組，結合物料組內原料的特性，采取針對性循環利用方式，從而實現物盡其才的高質化利用。

1 再生聚丙烯的分類

聚丙烯種類復雜，應用廣泛，是最具可塑性的樹脂。為了方便對再生聚丙烯性能的把握，結合物料組的概念對其進行分類。將再生聚丙烯按照熔體流動速率從低到高依次分為：低熔、中熔和高熔三大類。其中低熔是指熔體流動速率小于5 g/10 min，中熔是指熔體流動速率介于5～15 g/10 min，高熔是指熔體流動速度大于15 g/10 min 的再生聚丙烯，熔體流動速率測試條件在230 ℃和2.16 kg 壓力下測定。對于臨界點附近材料并非完全界定，存在交叉情況。

1.1 低熔再生聚丙烯

根據再生塑料制品來源，低熔再生聚丙烯主要包括：PP 擠出線材、片材和板材，以及低熔注塑成型的啟動電池和水果筐等。為了能夠高質化利用這些物料，下面分別介紹該物料組內各產品的特性。PP 擠出管材中部分采用多層共擠的工藝嵌入了鋁箔層，這類再生聚丙烯往往含有鋁箔雜質；其次，回收過程中往往會帶入金屬管件，導致再生聚丙烯中含有銅、鐵等金屬雜質，需要借助金屬分離器凈化后使用。擠出線材主要是指室內電線、光纜外層，其中往往含有光纖為主的雜質，不適合直接用于填充和增韌改性；擠出片材性能較為穩定，但是對薄壁的片材破碎清洗后堆積密度小，需要特殊的強制喂料設備生產，否則容易架橋。低熔的注塑制件經過破碎、分選、色選后，能夠進行高質化改性利用。啟動電池性能相對穩定，具有較高的循環利用價值，但因使用和回收過程中存在鉛和酸污染，需要進行精細化前處理才能用于高端需求，或者通過增韌改性直接回到蓄電池殼體中，實現閉環回收。

1.2 中熔再生聚丙烯

中熔再生聚丙烯主要來源包括生活日雜、瓶蓋、電子料和噸包。其中日雜是指日常生活用塑料制品，經過色選分選后能夠得到顏色和材質純凈的再生原料。這類材料一般老化較嚴重，增韌難度較大。注塑瓶蓋性能較為穩定，但是資源量有限，材質存在區域性，主要是PP 和注塑級HDPE。電子料是來自小家電拆解的聚丙烯，常伴有ABS、HIPS、橡膠和隔音棉等雜質。噸包是指大型包裝袋，性能也存在明顯的地域性差異，歐美、日本主要是非填充的均聚PP，國內通常含有一定的無機填充，存在密度波動。

1.3 高熔再生聚丙烯

高熔體再生聚丙烯主要包括洗衣機殼體和底座、無紡布、一次性餐盒和汽車內外飾等。冰箱洗衣機殼體性能穩定，流動性較好，可以生產薄壁化制件，但是熔體流動速率不宜過高，防止老化嚴重。洗衣機底座含有一定的填充，另外常伴有浮選無法分離的金屬膜和橡膠雜質等。無紡布熔體流動速率較高，同樣存在區域性差異，日本的無紡布通常含有較高比例的TPE，國內的主要是纖維級聚丙烯。一次性餐盒雜質含量少，機械性能比較穩定，但是有機污染物殘留較高，需要進行嚴格的清潔化處理才能用于對揮發分和氣味要求較高的產品。汽車內外飾材料受拆解廠分選和貨物來源影響，性能波動較大。汽車內飾件材料一般為20%填充聚丙烯材料，常含有ABS，PC，PA 類雜質，需要進行靜電分選；汽車外飾件通常含有噴涂層，可以采用物理或化學方法祛除噴涂和鍍層。

2 再生聚丙烯改性方式

為了提升再生聚丙烯的附加值，需要對其進行填充、增強、增韌和阻燃等改性，制備滿足要求的專用料。再生聚丙烯的改性方式和新料改性有較大的差異，再生聚丙烯改性需要兼顧力學性能和表觀性能，對各物料進行物盡其用的改性利用，需要考慮再生原料的區域性、季節性和波動性進行適當改性。下面分別介紹再生聚丙烯改性方式的特點。

2.1 再生聚丙烯填充改性

聚丙烯填充改性可以提升材料的強度、耐溫性、尺寸穩定性和產品的質感，同時能夠降低產品成本。因此，填充改性是用途最為廣泛的改性方式，并且可以和增韌、阻燃、增強等結合制備高性價比產品[3]。填充改性是將無機填充物均勻分散在樹脂中提升產品性能的改性方式。因為填充物微觀結構的差異，以及填充物和他組分的拮抗作用，所以填充改性盡量避免含有填充的再生料。

2.2 再生聚丙烯增韌改性

聚丙烯增韌改性主要通過添加適當熱塑性彈性體和高抗沖聚丙烯提升產品韌性的改性方式，同時提升產品耐低溫性能[4－5]。再生聚丙烯增韌改性相對新料增韌改性需要考慮到產品老化和雜質影響，另外改性加工過程中不耐溫組分的分解會降低增韌效果。為了有效提升產品的韌性，優選降解程度較小的材料，如洗衣機底座、電子料等，盡量避免老化嚴重的日雜。

2.3 再生聚丙烯增強改性

再生聚丙烯的增強是指借助相容劑提升玻纖和樹脂之間界面強度，從而大幅提升材料強度和耐溫性的改性方式。再生聚丙烯增強不僅需要關注玻纖加工過程的損傷，取向的控制，還需要關注再生聚丙烯底料的選擇[6-7]。另一方面，為了提高再生聚丙烯和玻纖之間的界面強度，盡量選擇熔體流動速率高的再生料，例如洗衣機和無紡布等，這樣不僅有利于提升材料的浸潤性，而且能夠改善制品表面浮纖。

2.4 再生聚丙烯阻燃改性

聚丙烯阻燃改性按照阻燃劑體系的不同，可分為有鹵阻燃和無鹵阻燃。無鹵阻燃型，主要包括膨脹型和填充型，膨脹型阻燃劑（IFR）主要組分為磷化合物、季戊四醇（PER) 和三聚氰胺（MEL）等，填充型阻燃劑主要是Mg（OH）2和Al（OH）3等。另一類是含鹵阻燃型，主要是溴-銻體系[8]。阻燃PP 比其他改性方式復雜得多，不同阻燃劑之間容易出現拮抗作用。

3 再生聚丙烯高質化改性的方向

再生聚丙烯是再生塑料主要成員之一，受制于回收途徑、分選工藝和規模化效應，實際循環利用的比例低。另外循環利用的主要方式是簡單造粒后降級使用，回收過程常伴有二次污染。下面結合產業現狀，分別介紹提升再生聚丙烯循環利用比例和附加值的努力方向，希望通過全產業鏈的共同努力，讓再生聚丙烯行業能夠發展成為環境友好型高分子材料，不再被社會輿論誤導成“白色污染”材料。

3.1 深化前處理，提升穩定性

再生塑料雖然經過多年的發展，但是仍處于低端、污染、降本等初始階段。再生聚丙烯企業規模較小，專業人員少，停留在處于緩慢前進階段。傳統循環再生途徑主要采用初級分選技術進行凈化處理。再生產品的穩定性無法保障，限制高附加值循環利用的發展，另外，污染物和雜質使產品存在缺陷。因此，采用近現代智能化設備提升產品分選和前處理水平，從而得到穩定潔凈的再生聚丙烯，是高質化發展的首要方向。

再生塑料的分選技術可以分為傳統分選方式和近現代分選方式。傳統分選方式主要有人工分選、密度分選、風力分選等；近現代分選方法有色選、近紅外（NIR）、靜電、磁分選等。這些方法對分離混合廢舊塑料都有一定效果，但是這些方法的應用范圍、分離效率、準確性以及工業化應用方面各有優缺點，單一的分選方法很難徹底分選，需要將多種方法進行有效結合[9-11]。為了得到相對潔凈物料，需要從源頭盡量避免混合，過程逐步分級分選，最后結合具體雜質，有針對性地分選處理。

3.2 因地制宜，物盡其用

再生聚丙烯來源廣，種類繁多，受污染程度懸殊，必須結合材料特點，物盡其用。前文介紹了各種改性手段對材料的要求不同，為了實現高質化循環利用，不僅需要采用合適的途徑，更要全產業鏈參與，物盡其用，降低污染。按照物料特點，將再生聚丙烯大致分為四類：農業種植再生聚丙烯、拆解企業再生聚丙烯、生活源再生聚丙烯和工業邊角料。每種再生聚丙烯物性、雜質含量和可改性空間差異較大，下面分別介紹每種原料特點。

農業種植再生聚丙烯主要來自育苗盤和盆栽盆體與托盤，這類再生聚丙烯主要含有泥沙，機械性能較差，因此，這類產品進行破碎、清洗后可以通過增韌改性后回到農業制品中，形成閉環回收。這類再生聚丙烯很難產生較高的經濟價值，但是能夠發揮巨大的環境價值，尤其是農地膜的PE 材料。因此，這一部分再生聚丙烯的回收需要政策給予財稅支持和行業協會積極引導。如果這類再生塑料不能有效回收，就會回到農田和種植園中，碎片化再生塑料會嚴重阻礙植株生長和農田使用。

拆解企業的再生聚丙烯具有較高回收價值，拆解企業得到的再生聚丙烯相對純度高，雜質少。例如洗衣機拆解下來的洗衣機內外筒性能穩定，可以進行增強、增韌改性；汽車保險杠經過物理脫漆后，能夠進行填充和增韌改性。這類材料能夠創造較好的經濟價值，可以借助近現代分選技術，構建規模化產業園區，提升再生聚丙烯純度和穩定性，從而實現高附加值的回收體系。

生活源再生聚丙烯主要來自日常生活廢棄塑料制品，通過逐級回收和分選進行集中破碎、清洗得到。這類材料性能相對穩定，顏色混雜，部分含有熒光劑，經過增強改性可以得到較好強度，能夠產生較好的經濟價值。隨著城市垃圾分類的推行，這類再生聚丙烯能夠更好地有效回收。

工業邊角料再生聚丙烯性能相對穩定，污染少，隨著清潔生產的推廣，企業積極主動進行內部循環利用。這類再生聚丙烯隨著自動化、智能化制造使用，后續這類再生聚丙烯能夠在企業內部有效回收。但對于一些工程塑料的邊角料和水口，性能特殊，不宜直接回收，另外受制于材料量有限，不易形成專門的回收渠道。這類再生材料可以發揮行業協會的力量進行集中回收再利用，從而能夠取得較好的環境、經濟價值和社會效應。

3.3 穩步推進，可持續發展

塑料以其優異的加工性能，逐步滲透生產和生活的方方面面。在諸多應用領域，塑料已經替代了金屬、陶瓷、木材和棉麻等。人們在享受塑料帶來便利的同時，也受到廢棄塑料帶來的危害。為了適應可持續發展的要求，各個國家陸續出臺了相關政策，尤其涉及一次性塑料制品，提出了明確的限制和回收政策。

2019年3月27日，歐洲議會表決通過了一次性塑料制品禁令，自2021年起開始全面禁用一次性塑料制品，以控制塑料垃圾造成的環境污染。

2019年5月，187 個國家簽署協定，同意將“限制塑料廢物貿易”加入“巴塞爾公約”，“巴塞爾公約”旨在控制危險廢物從一個國家流向另一個國家。2020年4月，發改委、生態環境部等部門先后印發了《關于進一步加強塑料污染治理的意見》等政策文件，對商務領域禁塑限塑階段性任務提出明確要求，控制一次性塑料制品使用和回收，并建立相應的信息報送平臺。

為了響應各個國家出臺的關于限制原生樹脂使用和倡導再生塑料使用的號召，各大知名企業紛紛提出了自己的應對方案和發展計劃。

宜家致力于為人類和地球帶來積極的影響，計劃到2030年，所有使用塑料的產品均采用可再生或回收材料；歐萊雅、保潔、聯合利華等日化行業紛紛行動起來，聯合上下游企業積極推廣使用再生塑料，并提出聲明，到2025年將大力推廣使用PCR 和PIR 材料；作為汽車行業龍頭的奔馳公司也宣稱，到2025年將會使用25%再生材料，國內各車企也積極推廣使用再生材料，現在各大車企都已經進入材料開發驗證階段。

再生塑料一個典型特性就是難降解，如不能積極推進可持續發展的循環利用，這些廢棄塑料很快成為城市固體廢物、海洋垃圾和農田污染物的主要成分。因此，推進再生聚丙烯的循環利用，構建全產業鏈的閉環回收，推進生命周期評價體系，讓人們享受塑料帶來便利的同時，避免再生塑料帶來的困擾。

4 結論

根據再生聚丙烯物性和來源對其進行分類概述，結合國內再生聚丙烯回收現狀，分別介紹各種再生聚丙烯的特點。結合再生聚丙烯改性方式，實現再生聚丙烯的高質化改性利用。最后，結合再生聚丙烯國內現狀，提出再生聚丙烯高質化推進方向。