塑料包裝廢棄物的回收再生工藝綜述
商品的增多也帶來了包裝廢棄物的增多,在這些包裝廢棄物中,塑料材料占到了首位。只有將這些塑料包裝的廢棄物回收處理或再生利用,才能解決這些廢棄物給周圍環(huán)境帶來的污染問題。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展,包裝也越來越受到人們的重視,現(xiàn)在產(chǎn)品的包裝已成為商品不可缺少的一部分。塑料有良好的物理、化學(xué)性能,具有較好的力學(xué)性能、可隨意造型、良好的印刷性等優(yōu)點,成為包裝商品的首選。目前,全球每年的塑料產(chǎn)量超過1億噸,包裝占到了整個市場的30%以上。
塑料包裝之所以發(fā)展迅速,關(guān)鍵是它在材料的性能價格比上超過了現(xiàn)今的所有材料,但商品使用后,包裝即被廢棄,從其回收處理的角度來說,這種材料不易回收利用,且不易分解,大量的廢棄塑料會造成社會環(huán)境的嚴(yán)重污染,也會由此引發(fā)眾多嚴(yán)重的社會問題。塑料包裝廢棄物已占到廢棄塑料中的85%以上,因此,回收處理與再生利用技術(shù)也越來越受到社會的關(guān)注。
回收再生利用
“回收再生利用”是一種最積極的促進材料再循環(huán)使用的方式,是保護資源,保護生態(tài)環(huán)境的最有效處理方法。
回收可循環(huán)使用(復(fù)用)
這種方法主要針對硬質(zhì)、光滑、干凈且易清洗的大型容器,包括大容量的液體瓶、塑料桶等。
其工藝大致如下:
分裂篩選水洗 亞硫酸氫鈉浸泡 水洗 蒸餾水洗
五十度烘干 相應(yīng)的衛(wèi)生檢驗 循環(huán)再用
再生技術(shù)(二次利用)
機械處理再生利用:包括了直接再生利用及改性再生利用。
直接再生利用原理簡單,但篩選工藝較為復(fù)雜。其中分為“閉合”及“非閉合”兩種。所謂“閉合”(如HDPE牛奶瓶回收后經(jīng)加工重新做回牛奶瓶),即在再生加工時加入大量新鮮同類樹脂,約90%左右,通過這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品在用途和機械運行特征中與新鮮樹脂制品沒有明顯的區(qū)別,再生性能優(yōu)良。“非閉合”(如用HDPE牛奶瓶回收后做成洗衣店用的HDPE洗滌劑瓶,然后再次回收后又做成塑料箱)即直接加工清洗,不用或少用新鮮樹脂,在混合的工程中加入一些配合劑用以調(diào)節(jié)樹脂的物理化學(xué)性能,由于材料在上次使用過程中老化以及在再加工過程中老化,故此種再生塑料制品的力學(xué)性能相比新鮮樹脂較低。
直接再生利用又可廢棄塑料的來源及途徑分為三種方法。
1.不必分檢、清洗等處理,直接破碎后塑化成型。這種方法在對塑料包裝廢棄物的使用中用于一些雖經(jīng)使用,但十分干凈,沒有任何污染的塑料容器。
2.要經(jīng)過分離清洗、干燥、破碎等處理。對于沒有污染的容器,經(jīng)清洗以防破壞儀器。這種方法的對象一般為來自商品流通消費后由不同渠道收集的包裝廢棄物,各種途徑和各種形狀的包裝容器、薄膜等。
3.要經(jīng)過特別的預(yù)處理。如PS塑料緩沖材料,事先要進行脫泡減容的處理,再輸入機器進行處理。
改性再生利用的目的是為了提高再生料的基本力學(xué)性能,以滿足再生專用制品質(zhì)量的需要。改性再生主要分為兩類,物理改性和化學(xué)改性。
物理改性借助混煉工藝,在塑料廢棄物活化后加入一定量的無機填料,同時還應(yīng)配以較好的表面活性劑,以增加填料與再生塑料材料之間的親和性。但在加工過程中,填料表面與樹脂表面易形成界面層,對再生材料性能影響很大,可對填料進行活化處理后再進行復(fù)合。
廢舊塑料再生后存在一大問題,即力學(xué)性能較差,在加工的同時可對再生材料進行增韌改性,即加入彈性體或共混熱塑彈性體,在通過共混來提高材料的韌性。也可利用增強改性以增強其力學(xué)性能,這類增強往往使用纖維來增強塑料的,再生后的材料各方面的性能將大大提高,強度,模量均會超過原廢舊塑料的值。其耐熱性,抗蠕變性、抗疲勞性均有提高,但制品脆性會有所增大,即其拉斷力增大,而斷裂深長率會大大減小。
在回收再生的過程中,可將幾種聚合物在相溶劑的作用下混合,使其結(jié)構(gòu)和分子間力發(fā)生變化,使其合金化,此種方法可使再生材料兼很多有優(yōu)良的性能。在加工過程中有目的的加入某種有特性的主要再生材料,可達(dá)到預(yù)期的力學(xué)效果。如用25%的LLDPE與LDPE共混,經(jīng)吹塑成地膜,厚度會比一般的地膜減少33%,其拉伸強度會增大45%以上,直角撕裂強度也會提高50% 以上。這樣可大大延長農(nóng)用膜的使用壽命,減少使用量,降低成本。
對塑料包裝廢棄物的化學(xué)改性,就是通過化學(xué)反應(yīng)的手段對材料進行改性,使其在分子結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化,從而獲得更優(yōu)良的特殊性能。
化學(xué)改性的方法很多,但其本質(zhì)都是在舊的大分子鏈上或鏈間起到化學(xué)反應(yīng),依靠分子鏈或鏈端的反應(yīng)性基團進行再次反應(yīng),在鏈上接上某種特性基團,接上一個特征支鏈,或在大分子鏈間反應(yīng)基團進行反應(yīng),形成膠聯(lián)結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致材料性能的改變。
膠聯(lián)改性有化學(xué)膠聯(lián)和輻射膠聯(lián)兩種,化學(xué)膠聯(lián)通常在材料的軟化點之上使材料充分塑化,然后加入過氧化物類的膠聯(lián)劑,使材料分子膠聯(lián)。輻射膠聯(lián)即應(yīng)用輻射源的各種高能射線,將加有膠聯(lián)劑的材料輻射膠聯(lián)。
再生產(chǎn)應(yīng)用中可以將物理、化學(xué)改性同時運用于同一材料上,在特定的螺桿擠出機中,使多種材料一邊進行物理改性,以便進行化學(xué)改性,然后將兩者共混,這種技術(shù)方式既可以縮短改進過程的時間和生產(chǎn)周期,生產(chǎn)連續(xù)化,也能得到較好的改性效果。
化學(xué)處理再生,使直接將包裝廢棄塑料經(jīng)過熱解或化學(xué)試劑的作用進行分解,其產(chǎn)物可得到單體、不同聚體的小分子、化合物、燃料等化工產(chǎn)品。這種回收處理的方式可以使自然資源的使用形成一個“封閉”的循環(huán)。此種處理再生有著顯著的優(yōu)點,分解生成的化工原料在質(zhì)量上與新的原料不分上下,可以與新材料等同使用。
化學(xué)處理再生利用:主要有熱分解和化學(xué)分解兩類。
1.熱分解
熱分解以所得的產(chǎn)物:油、氣、固體或混合體的不同以及工藝的不同可分為:油化工藝、氣化工藝及炭化工藝。
熱分解油化工藝的特點是分解產(chǎn)物產(chǎn)物主要是油類物質(zhì),另外還有一些可利用的氣體和殘渣。此種工藝可以處理多種塑料廢棄物,如PE、PS、PMMA、PVC等。
熱分解氣化工藝主要是用于城市內(nèi)混有塑料包裝廢棄物的垃圾及一些多種混雜的廢舊塑料垃圾。這種工藝程序簡單,對要處理的廢舊塑料,不需要預(yù)先處理,不需要分選篩檢,只要將混雜垃圾置入加熱分解爐中,經(jīng)過分解反應(yīng),就可以得到分解產(chǎn)品。
熱分解炭化工藝在廢舊塑料進行分解處理的過程中會產(chǎn)生一定的炭化物質(zhì),或在更高的溫度下進行分解以得到某種特定的炭化物質(zhì)。這些炭化物質(zhì)可以當(dāng)作固體燃料。
2.化學(xué)分解
化學(xué)分解即通過化學(xué)的方法把廢棄塑料分解成小分子單體。這種工藝設(shè)備簡單,分解產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)、均勻、易控制,且產(chǎn)物不需要分離和純化,但只能用于單一品種的塑料,而且必須是經(jīng)過預(yù)處理的廢舊塑料。
化學(xué)分解可用于多種廢舊塑料,但目前只用于熱塑性聚酯類、聚氨酯類等具有極性的材料。其分解方法也有多種,主要有催化劑分解法和試劑分解法。
催化分解法是在復(fù)合催化劑的作用下,在常溫常壓下進行分解反應(yīng)。分解產(chǎn)物為廢舊聚合物的原單體。此種分解方法工藝簡單,但對于催化劑的選用,裝載比較精細(xì)。處理聚酯所需的復(fù)合催化劑為醋酸鋰,醋酸鈣,醋酸鋅。
試劑分解法中醇解應(yīng)用最為廣泛,將廢舊塑料進行清潔干燥等預(yù)處理,破碎后送入反應(yīng)器中。分解后可獲得多元醇類產(chǎn)品。水解反應(yīng)也是一種較為方便的回收手段,使縮合反應(yīng)的逆反應(yīng),所以水解的對象也多位縮聚物。由于這些分子中具有羥基形成的眾多氫鍵,分子間作用力強,故可作為塑料材料,但也由于它的基團具有親水性或易水解性,其最終產(chǎn)物為葡萄糖。
廢棄材料的應(yīng)用
PP
將回收后的PP包裝制品進行破碎清洗,除去上面附著的灰塵及塵埃雜質(zhì),晾干,在加熱熔融的塑煉后,直接造粒,形成能再次加工的半成品。PP的半成品中可加入適當(dāng)?shù)脑鏊軇?jīng)過注塑工藝可制成各種工藝品、容器、零配件、板材等。
將等量的回收PP與新的PP混合,在與10%左右的PE原料相混合,可拉成絲制成編織袋、集裝袋等,在使用中,各方面的性能與新鮮樹脂制成的同類產(chǎn)品無明顯差別。
PS
回收后的PS緩沖材料包裝制品經(jīng)清洗后,粉碎為;蚰,包裝后運送至塑料加工廠。也可對其進行脫泡處理,收縮后加工再用。將新鮮的PS加入到處理后的PS中,加入一定量的增塑劑,加熱熔融混煉后可制成各種塑料制品。
PET
機械處理后的PET,再造后不能用于食品包裝。廢舊的PET回收處理后只能用于包裝農(nóng)藥、機油、器具、模型等。加工方法也如同其他塑料材料。在適宜的環(huán)境和工藝下,可制成聚酯纖維和服裝材料,還可加入醇、酚等原料制成油漆材料。
以上簡單介紹了有限幾種常用的塑料廢棄物的回收再生工藝,以及廢棄材料的應(yīng)用。這些方法已在很多較發(fā)達(dá)國家應(yīng)用多年,我國在塑料廢棄物的回收再生利用方面相對比較薄弱,但近些年,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,塑料廢棄物的日益增多,由這些廢棄物引起的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重,越來越多的人開始關(guān)注塑料材料的再生問題,經(jīng)這些曾經(jīng)污染環(huán)境的廢棄物回收處理,形成原材料,在保護環(huán)境的同時也節(jié)省了大量的自然資源。將廢棄塑料重新做回商品,循環(huán)使用。
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