（材料物理与化学专业论文）聚苯乙烯泡沫塑料回收与改性利用的研究.pdf

东北大学博士学位论文摘要 聚苯乙烯泡沫塑料回收与改性利用的研究 摘要 本论文研究从我国的市场要求出发，结合我国国情，筛选出对废弃聚苯乙烯泡 沫塑料溶解快，溶量大的高效、无毒或低毒溶剂，用以实现聚苯乙烯的回收，充分 挖掘废弃聚苯乙烯泡沫塑料的用途并研究其循环使用的可行方法。通过实验探索将 废弃聚苯乙烯泡沫塑料改性加工成涂料、胶粘剂。努力达到变废为宝、综合利用资 源、控制环境污染，力争实现可持续性的循环经济发展。 利用沉淀法回收聚苯乙烯泡沫塑料。工艺过程只需简单的加热，节省能源。石 油裂解副产物c5 馏分经过预处理，可以作为回收聚苯乙烯泡沫塑料的溶剂，充分 挖掘了石油副产品的用途。选择沉淀剂通过重结晶提纯法提纯聚苯乙烯，从而回收得 到高质量聚苯乙烯颗粒。所用溶剂和沉淀剂低毒、资源丰富、价廉易得，溶剂回收 率高，溶剂及沉淀剂均可循环使用。采用间歇式投料并附加溶剂挥发分回收装置的 工艺，降低了溶剂挥发损失，无二次污染。对回收聚苯乙烯的性能进行了测试，测 试结果与标准级样品对比符合要求；红外光谱显示沉淀法回收的聚苯乙烯符合聚苯 乙烯的特征吸收；回收的聚苯乙烯进行碳、氢元素分析表明实验值与理论值相符。 蒸馏溶剂法回收聚苯乙烯泡沫塑料。根据相似相溶原理，通过对大量有机溶剂、 石油化工副产物、有机化工原料中间体等进行适合作为回收聚苯乙烯泡沫塑料溶剂 的筛选，优化出适合的溶剂一环己烯，并对环己烯的性质，结构进行分析。环己烯 是苯氢化制备环己烷的中间体，煤焦油中也含有环己烯，原料容易得到。将废弃聚 苯乙烯泡沫塑料溶于溶剂环己烯后，经过消泡减容、沉降、蒸馏回收溶剂，回收得 到聚苯乙烯塑料。对回收聚苯乙烯的性能进行了测试，测试结果与标准级对比符合 要求。采用该工艺回收聚苯乙烯泡沫塑料，溶剂回收率超过9 3 ，且能循环使用溶 剂，聚苯乙烯的回收率最高可达9 8 。 利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料制备涂料。实验系统地研究了溶剂、改性剂、增塑 剂、乳化剂、颜填料及成膜物质对涂料的影响。由于聚苯乙烯是非极性物质，其分 子结构中含有苯环，降低了高分子链节的柔韧性，在钢铁、木材表面的附着力差， 漆膜的强度差，利用其作为涂料的成膜物质必须用其它极性的树脂对它改性，以增 强涂料的附着力。按适合的比例加入松香改性剂后，所成漆膜的附着力明显提高， 没有添膜脱落现象。实验选择了邻苯二甲酸酯为涂料的增塑剂，邻苯二甲酸酯性能 较全面，具有与树脂聚苯乙烯的相溶性好、价格便宜等特点，不但增塑效果好，而 且用量少，降低了涂料生产成本。采用石油裂解副产物为溶剂，不仅可以提高涂料 的涂膜性能、降低体系的粘度，而且作为涂料的主要成分，还大幅度地降低了涂料 一i i 东北大学博士学位论文摘要 的成本。实验选用非离子乳化剂o p 一1 0 与阴离子乳化剂十二烷基苯磺酸钠组成的复 合体系作为稳定剂，随着乳化剂用量的增加，乳液的稳定性增加，当乳化剂用量达 到2 6 时，可获得稳定的乳液涂料。选用钛白粉和自碳黑作为涂料的遮盖剂和着色 剂，并有防腐、耐磨和增稠作用。根据使用要求，实验提供了两种涂料配比，性能 测试结果表明该涂料常温下干燥速度适中，防水防腐性能好，粘附力大，抗冲击力 强，其涂膜光亮美观，应用广泛，尤其适于用做外墙涂料。涂料的制作工艺简单， 生产成本低。 利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料制备胶粘剂。实验系统地研究了溶剂、p s 树脂基料、 s b s 粘接增强剂、松香极性增强剂、邻苯二甲酸酯增塑剂、二氧化硅填料对胶粘剂 的影响。性能测试结果表明该胶粘剂的性能符合要求。该胶粘剂的制作工艺简单， 生产成本低。 关键词：废弃聚苯乙烯泡沫塑料；白色污染治理；循环经济；溶剂法：回收；改性 涂料；胶粘剂 i i i 东北大学博士学位论文a b s t e a c t t h er e s e a r c ho f r e c y c l i n ga n dm o f i d i c a t i o no fw a s t ef o a m d p o l y s t y r e n ep l a s t i c s a bs t r a c t f o rt h er e q u e s t so fm a r k e t ，l i n k i n gw i t hc h i n as o c i e t ys i t u a t i o n ，n o - t o x i c i t yo r l o w t o x i c i t ys o l v e n ti sa d o p t e dt or e c y c l ew a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s ( f p s ) i nt h i s r e s e a r c h t h ew a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c sd i s s o l v eq u i c k l yi nt h es o l v e n ta n dt h e s o l u b i l i t yi sh i g h t h ea p p l i c a t i o no fw a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s i se x c a v a t e d s u f f i c i e n t l ya n dt h ef e a s i b l em e t h o d so fr e u s i n gf p sa r es t u d i e d ；t h r o u g hm o d i f i c a t i o n d u r i n ge x p e r i m e n t t h ec o a t i n ga n da d h e s i v ea r em a d eb yw a s t er o a r e dp o l y s t 3 ，r e n e p l a s t i c s i no r d e rt or e a l i z et h ed e v e l o p m e n to f c i r c u l a t i o ne c o n o m y , t h eg o a lo f t u r n i n g r u b b i s hi n t ot r e a s u r ei s d i l i g e n t l y a c h i e v e d ，r e s o u r c e sa r ef u l l yu s e da n dt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni st h o r o u g h l yu n d e rc o n t r 0 1 u s ep r e c i p i t a t i o nm e t h o dt or e c y c l ew a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s t h ep r o c e s s o n l yn e e d ss i m p l yh e a t i n g u ps ot h ee n e r g yi ss a v e d a f t e rt h ep r e t r e a m e n to fc5 d i s t i l l a t ei np e t r o l e u md e c o m p o s i t i o nb y p r o d u c t ，t h ep r o d u c tc a nb eu s e da st h es o l v e n t t or e c y c l ew a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s t h ea p p l i c a t i o no f p e t r o l e u md e c o m p o s i t i o n b y - p r o d u c ti sf u l l ye x c a v a t e d t h ep r e c i p i t a t i n ga g e n ti s c h o s e nt op u r i f yp o l y s t y r e n e t h r o u g ht h er e c r y s t a l l a t i o nm e t h o d ，t h u st h eh i g hq u a l i t yp o l y s t y r e n en a n o p a r t i c l e si s o b t a i n e d t h el o w - t o x i c i t ys o l v e n ta n d p r e c i p i t a t i n ga g e n t a r ec h e a p ，r i c h ，e a s i l yg a i n e d a n dr e u s e d t h es o l v e n tr e c o v e r yr a t ei sh i g h t h er o t a r yi n t e r m i t t e n t - f e de q u i p m e n tw i t h r e c y c l i n gu n i to fs o l v e n tv o l a t i l ei su s e di ne x p e r i m e n t ，s ot h el o s so fs o l v e n ti sr e d u c e d a n dt h e r ei sn os e c o n dp o l l u t i o n t h ep e r f o r m a n c eo fr e c y c l e dp o l y s t y r e n ei st e s t e da n d t h er e s u l ts h o w st h a tt h eq u a l i t yo fr e c y c l e dp o l y s t y r e n em e e t st h es t a n d a r d s ；i n f r a r e d s p e c t r aa n a l y s i so fr e c y c l e dp o l y s t y r e n es h o w st h a tt h ep r o d u c ti s s u i t a b l ef o rt h e a b s o r b a n c eo fp o l y s t y r e n e ；c 、ha n a l y s i so fr e c y c l e dp o l y s t y r e n es h o w st h a tt h e e x p e r i m e n t a lv a l u e sa g r e ew i t ht h e o r e t i c a lv a l u e s u s et h em e t h o do fd i s t i l l a t i o ns o l v e n tt or e c y c l ew a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s a c c o r d i n gt ot h er u l et h a tt h el i k ed i s s o l v e se a c ho t h e r ，a m o n gm o s to r g a n i cs o l v e n t s ， p e t r o l e u mc h e m i c a li n d u s t r yb y p r o d u c t s ，t h eo r g a n i cc h e m i c a li n d u s t r y i n t e r m e d i a t e s a n ds o0 1 1 ，t h es o l v e n ts u i t a b l ef o rr e c y c l i n gw a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c si sc h o s e n w es t u d yt h en a t u r ea n ds t r u c t u r eo fe y e l o h e x e n e c y e l o h e x e n ei st h ei n t e r m e d i a t eo f b e n z e n eh y d r o g e n a t i o nt op r e p a r ec y c l o h e x a n e i ta l s oe x i s t si nt h ec o a l t a ro i l t h ek i n d o fm a t e r i a l si se a s i l yo b t a i n e d u s i n gc y c l o h e x e n ed i s s o l v i n gw a s t ef o a m dp o l y s t y r e n e 东北大学博士学位论文 a b s t c a c t p l a s t i c s ，b yt h ec o u r s eo f a n t i f o a m i n g ，v o l u m ed e c r e m e n t ，p r e c i p i t a t i o na n dd i s t i l l a t i o n ， w eo b t a i nt h er e c y c l e dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s t h ep e r f o r m a n c eo fr e c y c l e dp o l y s t y r e n ei s t e s t e da n dt h er e s u l ts h o w st h a tt h e q u a l i t yo fr e c y c l e dp o l y s t y r e n em e e t st h e r e q u i r e m e n to fs t a n d a r d s u s i n gt h i sm e t h e dt or e c y c l ep o l y s t y r e n e ，t h es o l v e n ti s r e c y c l a b l ea n di t sr e c o v e r yr a t ec a ns u r p a s s9 3 ，t h er e c o v e r yr a t eo fp o l y s t y r e n em a y r e a c h9 8 u s ew a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c st op r e p a r ec o a t i n g s t h ee 凰c t so ft h e s o l v e n t ，m o d i f i e r ，p l a s t i c i z e r ，e m u l s i f i e r ，p i g m e n ta n df i l m b u i l d e ro nc o a t i n g sa r e i n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y a sak i n do f n o n - p o l a rs u b s t a n c e ，t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo f p o l y s t y r e n ei n c l u d e s t h e b e n z e n e r i n gw h i c hr e d u c e st h ep o l y m e rf l e x i b i l i t y t h e a d h e s i v et ot h es u r f a c eo fs t e e la n dw o o di sp o o r t h ei n t e n s i t yo fp a i n tf i l mi sl o w i fw e u s ep o l y s t y r e n ea st h ep a i n tf i l m ，t h ep o l a rr e s i nm u s tb ec h o s e na sm o d i f i e rt o s t r e n g t h e n t h ea d h e s i v eo ft h ec o a t i n g s a f t e ra d dt h er o s i nm o d i f i e ro fs u i t a b l e p r o p o r t i o nt ot h ec o a t i n g s ，t h ei n t e n s i t yo fp a i n tf i l mi si m p r o v e da n dt h ep a i n tf i l mo f c o a t i n g sd o e sn o th a v et h ep h e n o m e n o no ff a l l i n go f f p h t h a l a t ee s t e r sa r ec h o s e na st h e p l a s t i c i z e ro ft h ec o a t i n gi nt h ee x p e r i m e n t t h ep e r f o r m a n c eo fp h t h a l a t ee s t e r si sm o r e c o m p r e h e n s i v e p h t h a l a t ee s t e r sa r ec h e a pa n dt h e i rs o l u b i l i t yi np o l y s t y r e n er e s i ni s g o o d n o to n l yt h ep l a s t i c i z a t i o ne f f e c to f p h t h a l a t ee s t e r si sg o o d ，b u ta l s ot h ea m o u n ti n u s ei ss m a l l s ot h ep r o d u c t i o nc o s to f c o a t i n g s i sr e d u c e d w eu s ep e t r o l e u m d e c o m p o s i t i o nb y - p r o d u c ta st h es o l v e n t t h es o l v e n tc a ne n h a n c et h es t r e n g t ho fp a i n t f i l ma n dr e d u c et h ev i s c o s i t yo fs y s t e m a sp r i n c i p a lc o n s t i t u e n to ft h ec o a t i n g s ，t h e c h e a ps o l v e n tc a ng r e a t l yr e d u c et h ec o s t o fc o a t i n g s i nt h ee x p e r i m e n tn o n i o n i c e m u l s i f i e ro p 一1 0a n da n i o n i ce m u l s i f i e rs o d i u md o d e c y lb e n z e n es u l f o n a t ea r es e l e c t e d t of o r mt h ec o m p o s i t ea ss t a b i l i z e r s w i t ht h ea d d i t i o no fe m u l s i f i e r ，t h es t a b i l i t yo f e m u l s i o ni n c r e a s e s ，w h e nt h ee m u l s i f i e ra m o u n ti su pt o2 6 ，t h es t a b l e c o a t i n g - e m u l s i o ni so b t a i n e d t i t a n i u mo x i d ep o w d e ra n ds i l i c aa r ec h o s e na sc o v e r i n g a g e n ta n dc o l o r a n to f t h ec o a t i n g ，p l a y i n gt h er o l eo f a n t i c o r r o s i o n ，w e a r - r e s i s t a n c ea n d c h i c k e n i n g a c c o r d i n g t ot h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t ，w ep r o v i d et w og r o u p so f p r o p o r t i o no fc o a t i n g si nt h ee x p e r i m e n t t h ea n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e st h a ta tn o r m a l t e m p e r a t u r et h ed r y i n gs p e e do ft h ec o a t i n g si sm o d e r a t e ；t h ec o a t i n g sh a v eg o o d w a t e r p r o o f ，e x c e l l e n ta n t i c o r r o s i o n ，b i ga d h e s i v ef o r c e ，s t r o n ga n t i i m p a c tf o r c ea n d b r i g h tf i l m ；t h ea p p l i c a t i o no f t h ec o a t i n g si sw i d e s p r e a d ，e s p e c i a l i yf o ro u t e rw a l l t h e m a n u f a c t u r ec r a f to ft h ec o a t i n g sj ss i m p l e t h ep r o d u c t i o nc o s ti sl o w u s ew a s t er o a r e dp o l y s t y r e n ep l a s t i c st op r e p a r ea d h e s i v e t h ee f f e c t so ft h e s o l v e n t ，p o l y s t y r e n er e s i n ，s b sa d h e s i v ei n t e n s i f i e r ，r o s i np o l a ri n t e n s i f i e r ，p h t h a l a t e v 一 东北大学博士学位论文a b s t e a c t e s t e r sp l a s t i c i z e ra n ds i l i c af i l l e ro na d h e s i v ea r ei n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y t h e a n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea d h e s i v ec a nm e e tt h er e q u i r e m e n t o fs t a n d a r d s t h em a n u f a c t u r ec r a f to ft h ea d h e s i v ei ss i m p l e ，t h ep r o d u c t i o nc o s ti sl o w k e y w o r d s ：w a s t ef o a m dp o l y s t y r e n ep l a s t i c s ；w h i t e p o l l u t i o nc o n t r o l ； c i r c u l a t i o ne c o n o m y ；m e t h o do fs o l v e n t ；r e c y c l i n g ；m o f i d i c a t i o n ； c o a t i n g s ；a d h e s i v e v i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果 除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包 括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 害粥 日期： 州，3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规 定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索、交流。 学位论文作者签名： 日期： 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期签字日期： 东北大学博士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 塑料与钢材、木材、水泥构成了当今世界的四大基础材料。随着塑料工业的发 展，塑料制品的应用日益广泛，塑料废弃物的处理已经成了十分棘手的问题，其产 生的白色污染已经成为全球性的公害。由于塑料制品种类繁多，用量大，收集、分 类、回收工作量大，通常在自然条件下很长时间不容易分解，很多被丢弃的塑料品， 如塑料袋、农用地膜、泡沫塑料等，对生态环境的影响已引起了人们的关注。对塑 料废弃物的回收利用是从根本上解决其影响生态环境的有效途径。 随着经济的发展，资源缺乏目益突出，废旧材料的再生、再用十分重要l l j 。在 各种塑料中，聚苯乙烯( p s ) 及发泡级聚苯乙烯( f p s ) 广泛应用，近几年，全球 每年消费聚苯乙烯超过1 0 0 0 万吨，其中发泡级聚苯乙烯超过2 0 0 万吨，并呈逐年 上升趋势。令人担心的是这类废旧品在自然条件下即使2 0 0 年也不降解，也就是说 现在的聚苯乙烯可以对几代乃至十几代人的生存环境产生影响，当前聚苯乙烯等废 料日益增加，已经造成严重的“白色污染”，导致生态环境日益恶化。对此，世界 各地致力于其替代品的研究，由于替代品存在成本高，性能指标达不到要求等问题难 于广泛适用。所以回收再利用仍是目前各国呼吁并研究的热门话题【2 】，通过广泛而 深入的讨论并取得了共识，归纳起来废弃塑料的处理原则是：减少来源( r e d u c t i o n a tt h es o u r c e s ) ；再利用( r e u s e s ) ；循环( r e c y c l i n g ) ；回收( r e c o v e r y ) 。人们称之 为“四r 原则”p 。 废弃塑料的回收级别可分为四个等级： 一级回收是指采用通常的加工方法把可回收的废弃塑料( 边角料等) 加工成与 新料性能相同或相近的产品。 二级回收是指把废弃塑料( 边角料等) 经一种或多种加工方法加工成比新料性 能稍差的产品。 三级回收是指回收废弃塑料的化学成分，使之成为单体或燃料。 四级回收是指通过焚烧从废弃塑料中获得能量。 一级和二级回收的划分往往是不明显的，如酚醛塑料常常被添加到纯化合物中 用于生产性能变化不大的同类产品，由于废弃酚醛塑料在与纯的化合物混合过程中 仅起填料的作用，而其本身不具备纯化合物的性能，所以酚醛塑料的回收仍被划分 为二级回收。同样三级和四级的划分也存在相似的问题。 。 一级和二级回收属于再利用或循环利用聚苯乙烯塑料，符合“四r 原则”。三 东北大学博士学位论文第一章绪论 级回收同样利用了聚苯乙烯塑料，但回收成本很高。四级回收容易产生二次污染。 在研究回收、利用废弃聚苯乙烯塑料时，应尽力实现一级或二级回收，合理、科学 地利用资源。在我国，人均资源量较低，经济发展速度又很快，要想实现可持续的 经济发展，必须建立节约型的发展模式，充分的利用现有的资源，努力做到发展循 环经济。 废弃聚苯乙烯塑料的回收利用主要包括以下几种方法：1 热分解回收苯乙烯单 体、油和沥青等【5 j ；2 熔融挤出法再生聚苯乙烯原料；3 直接破碎成粒，加入到新料 中；4 溶剂法回收；5 利用废弃聚苯乙烯生产涂料、胶粘剂等产品。就普通聚苯乙 烯和高抗冲型聚苯乙烯而言，回收方法简单，经过清洗后可直接破碎熔融挤出造粒， 如果此类废弃物不含杂质，如生产加工过程中的边角料等，可直接加入到新料中使 用。由于废弃聚苯乙烯制品在不同程度上含有杂质，其再生制品有杂色或不透明， 通常用于制造非食品接触性产品，使用效果依然不错。据美国d o w 化学公司研究 表明，高抗冲型聚苯乙烯在多次热加工使用后，平均相对分子质量降低，局部分子 链发生断链，而橡胶组分局部发生交联，经过5 次以上的循环使用后仍然保持8 0 的冲击强度，9 0 的断裂伸长率。只要适当地选择再加工制品，回收废弃聚苯乙烯 可以达到使用要求。 美国近十几年就开始了废弃聚苯乙烯泡沫材料制品的回收利用工作，主要方法 是把聚苯乙烯废弃物收集起来，经过切粒、清洗后再造粒加工，制成板材、包装盒、 绝缘材料、托盘、玩具垃圾箱等产品。日本因大量使用聚苯乙烯泡沫塑料制造鱼箱， 每年需处理数万吨聚苯乙烯泡沫废弃物。7 0 年代以焚烧填埋为主，从8 0 年代开始 回收利用。一般是现场减容后运到回收工厂，加工成要求不高的产品，如渔业浮 泡沫级聚苯乙烯由于表面松软、密度很小等特点，收集、运输、清洗等前期处 理工作比较复杂，回收成本相应提高。采用以上几种回收方法回收聚苯乙烯泡沫塑 料，其中热分解方法工艺复杂、设备投资大；熔融挤出法能耗大，不便就地处理， 运输费用高。直接破碎成粒的方法的再利用能力有限，粉碎的飞沫对人体健康有害。 第四种方法回避了上述不利因素，溶剂易回收、投资少、设备简单、操作安全、污 染小或基本无污染而受人们的广泛青睐，但大部分由于所利用的溶剂有毒或价格昂 贵而未能推广应用。如何有效地回收利用聚苯乙烯泡沫塑料倍受重视 “。 溶剂法回收依据溶剂来源又分为两类：( 1 ) 有机天然溶剂( 如橘子油、葡萄皮 提出油、衣兰油等) ( 2 ) 有机化工溶剂( 如苯、甲苯、乙苯、氯仿等) 。有机天然 溶剂溶解能力强但价格昂贵，有机化工溶剂价格低但多数有毒，且溶解能力差，速 度慢。 对于聚苯乙烯泡沫材料制品的使用，目前各国态度不一，有的国家，如美国、 德国、意大利和日本等，由于它不便回收，又污染环境，就下令禁止在快餐饮食业 和某些包装场合使用，而使用其替代品。 2 东北大学博士学位论文第一章绪论 我国属于发展中国家，快餐饮食业近十几年兴起，快餐盒、杯、盘等聚苯乙烯 泡沫材料制品也是近几年才使用的，就人口大国而言，人均占有量还很低，如果也 效仿工业发达国家禁止使用聚苯乙烯泡沫材料制品，改用其它材料替代，就我国目 前的经济状况、生产能力而言并不现实。另外，国内很多聚苯乙烯泡沫材料制品的 生产设备都是近些年从国外巨资购进的，一旦停产，耗费巨大，如果完全禁止聚苯 乙烯泡沫塑料制品的生产，经济损失十分巨大，又造成了一定的社会问题。因此， 就我国的实际情况来看，聚苯乙烯泡沫材料制品在相当长的一段时间里还要继续使 用。在其替代品还没有完全工业化之前，关键是做好聚苯乙烯泡沫材料制品的回收 和综合利用问题1 7 j 。 1 2 废弃塑料的来源及影晌 塑料，特别是热塑性塑料，从生产加工到消费使用的每一个环节都会产生废料， 我们称之为废弃塑料( w a s t ep l a s t i c s ) 。生产加工时产生的废弃塑料叫消费前废弃塑 料或工业生产废弃塑料( p r e c o n s u m e ro ri n d u s t r i a lw a s t ep l a s t i c s ) ，其总量少、回收 成本低且回收价值大，通常由生产加工部门直接回收。消费使用后产生的废弃塑料 叫消费后废弃塑料( p o s t c o n s u m c rw a s t ep l a s t i c s ) ，其总量很大、分散地很不集中， 这类废弃塑料回收成本高，容易造成环境污染。本论文提及的废弃塑料是指后者。 1 2 1 废弃塑料的来源 塑料具有质轻、耐腐蚀、机械加工性能好、比强度高等特点，广泛应用于国民 经济的各个领域。全球塑料年产量十分巨大，以2 0 0 1 年为例，全球塑料的需求情 况1 8 l 见表1 1 ： 表1 12 0 0 1 全球各地聚苯乙烯产销情况( 万吨) t a b l e l 1p r o d u c t i o na n ds a l e si 1 12 0 0 1i nt h ew o r l d 塑料制品广泛地应用工业、农业等诸多产业上，并和人们的生活密切相关，同 时也产生了大量塑料废弃物，废旧塑料的来源有如下几个方面： 3 东北大学博士学位论文 第一章绪论 1 2 1 1 工业生产废弃塑料 在这个环节里，产生的废旧塑料少，也容易回收。 ( 1 ) 来自于树脂生产。主要是合成树脂生产中产生的等外品，副产品以及过筛 时残渣等。这些废旧塑料，一般厂方采用循环使用的方法来处理，而实际上没有形 成废料。 ( 2 ) 来自于塑料制品的生产。塑料制品中不可避免有余边、浇口、次品，这些 都属于废料之列。塑料二次加工所产生的边角料、次品等也是废旧塑料的来源，但 大多数加工厂可自行消化解决。 1 2 1 2 消费后废弃塑料 在这个环节里，产生的废旧塑料多。占的比例也比较大，使用寿命也比较短促， 回收也比较困难。 ( 1 ) 工、农业领域中的废旧塑料。我国是一个制造工业大国，也是农业大国， 工、农用塑料占塑料制品中的比重大，这个比例还在逐年上升。工业领域中的废旧 塑料制品来源有包装材料、管件、管道等；农业领域中的废旧塑料制品来源有下列 几个方面：农用地膜和棚膜；编织袋，如化肥、种予、粮食的包装编织袋；农用水 利管件，包括硬质、软质、排水、输水管道；塑料绳索和网具等。 ( 2 ) 商业部门废弃的塑料制品。经销环节：杂货店和私人经营店、批发店， 这些部分可回收塑料制品为一次性包装材料，它们本身基本上无污染，该类塑料制 品可通过一次回收、分类，即可再生处理；消费环节：旅店、饭店、旅游区、餐厅、 火车、汽车等出售的食品盒、饮料瓶、包装袋等塑料杂品，这一类塑料制品均用过， 有污染，除了分类之外，还要进行清洗处理。 ( 3 ) 家庭中日用废旧塑料用品。日常生活中所用的塑料用品在整个塑料用品 中比重大，且呈现上升趋势。一次性塑料用品：主要是包装材料，如包装绳、包装 袋、包装盒、家用电器的聚苯乙烯泡沫塑料的减震材料；非一次性用品：各种塑料器 皿、灯具、文具、饮具、厕具、化妆用具等塑料物品。这几种日常用品被随时随地 丢弃，这类废弃塑料数量很大，大部分存在于城市生活垃圾之中，约占城市生活垃 圾的2 。1 0 ，回收利用时分选、清洗等前期处理成本高，无论是直接回收利用， 还是改性综合利用都很困难【9 1 。目前已经对环境造成严重污染，通常所说白色垃圾， 主要是指这部分废弃塑料。它们基本是聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。 1 2 2 废弃塑料的影响 塑料的大量生产，也导致大量废弃塑料的产生，美国1 9 8 9 年塑料废弃物的排放 量为1 0 5 0 多万吨，n 2 0 0 0 年已经增加到1 6 0 0 多万吨，日本1 9 9 0 年塑料生产量为1 2 6 0 万吨，塑料废弃物量5 5 0 多万吨，塑料废弃物量接近生产量的一半。如果这些废弃 正 东北大学博士学位论文 第一章绪论 塑料全部进入环境，在自然环境中逐渐积累起来，形成了白色污染，生态环境就 会不堪重负【l o i ，由此带来的损害主要表现在以下几点： ( 1 ) 废弃塑料的逐渐积累造成垃圾堆放点增多，填埋所用耕地面积加大费用 增加，同时耕地的减少，又会引发粮食问题f j 。 ( 2 ) 焚烧废弃塑料【12 】虽然可以获得能量，由此而产生的二氧化碳、氯化氢、 二嗯英等有害物质对环境造成二次污染。 ( 3 ) 大块泡沫塑料、农用地膜等进入土壤，残留时间长，特别是聚苯乙烯泡 沫塑料，在土壤中可数百年不分解，影响了土地的渗透性，使土质变坏，长期影响 农作物生长。 ( 4 ) 江河、湖泊及海洋漂浮物中多半以上是废弃塑料，水生物误食或缠结后， 大量死亡。1 9 8 4 年，意大利居民在亚德利亚海打捞上一头死鲸鱼，经解剖发现，它 吞下了5 0 多个塑料袋，有几个塑料袋卡在喉咙窒息而死。 ( 5 ) 废弃塑料中常混有各种污染物和有害物，生活垃圾主要来源于家庭及商 业服务业，这类塑料夹杂着大量污染物并携带各种细菌和病原体，污染环境。医疗 塑料中含有更多的细菌，象结核杆菌、肺炎球菌等。它们在收集、运输和储存的条 件下，会发生细菌病原体的蔓延与繁殖，以及有机物腐败会产生恶臭气味和黑臭垃 圾水，这些污染物进入环境，会造成直接或潜在的严重危害f 坩j 。 总之，严重危害生态环境的塑料废弃物已成了全球公害，治理废弃塑料污染已 是迫在眉睫的问题。 1 3 回收利用废弃塑料的经济效应和社会效应 废旧塑料的回收利用，从经济和社会角度来说，有着巨大的潜在力和现实意义n 4 j 。 废旧塑料是城市固体废物中含有能量最高的一种，抛弃废旧塑料就等于抛弃了有价 值的能源。将废旧塑料回收利用，制造各种再生制品如一般的塑料包装材料，节约 了用于制造树脂的石油原料和树脂制造能耗，故回收利用废旧塑料是值得的。当然， 焚烧废旧塑料也可以回收能量，但利用率不及再生制品。加之，我国一方面塑料的 原料不足，且需求量又大，所以应该回收再利用废旧塑料作为二次材料源。塑料原 料的价格，随油价的上升而上升。新原料塑料制品的价格比回收利用再生制品的价 格高得多，只要满足使用的要求条件，再生制品的潜在价格优势相当可观。 利用废旧塑料可以制成具有一定质量级别再生制品，虽然性能较新 的制品差一些，色泽外观要降级，但是其价格比新原料塑料制品低得多，何况再生 制品在某些部门，如农业、建筑和工业的某些领域并不构成安全隐患问题。p v c 聚 氯乙烯直接利用废旧p v c 潜力很大，废i f j p v c $ 4 品量年均2 6 万吨之多。再生管材如 普通的再生制品建筑业中的电线外管，其要求在受热可弯曲不塌陷。然而在具体做 法上，应注意e v e , 0 品的类别，钙型p v c 制品( 已有大量的填料) ，再生料的溶融 ，5 东北大学博士学位论文 第一章绪论 流动性及力学性能低，这时应该与其它添料适当配合使用。 废旧塑料的综合利用。燃料化：因废旧塑料是热量值很高的材料，用其制造燃 料也是很有价值的。对于那些难以清洗、分选处理、无法回收利用的混杂废旧塑料， 可以在焚烧炉中焚烧，回收其散发的热能，木材的燃烧热约为1 5 g j k g ，聚乙烯的燃 烧热为4 3 g j k g ，聚氯乙烯的燃烧热为1 8 g j k g ，废旧塑料的燃烧热一般皆高于木材， 其热能回收颇具有潜力，是一种理想的燃烧，它可以制成固体燃料，也可先液化成 油类，再制成液体燃料，但用于燃烧，其中氯的量应控制在0 4 以下。制成多功能 树脂胶：用废旧塑料生产多功能的树脂胶、木板胶、印刷胶。利用聚苯乙烯塑料可溶 于苯的同系物和卤代烷系列等有机溶剂的特性，可制成多种涂料和胶粘剂。防渗剂： 它主要以废旧塑料中的聚苯乙烯泡沫塑料为原料，加入少量增塑剂，采用热熔工艺 生产而成，此法生产的防渗剂具有良好的密封性，附着力强，耐酸碱、抗老化、成 本低、效益好，其防水、防腐蚀性大大超过沥青油膏，使用寿命可达2 0 年以上。防 锈剂：用废旧塑料生产的防锈漆，成本低廉，可直接涂于钢铁表面，有防渗透、防锈、 防腐作用，还可以适用于民用家具的表面油漆。 1 4 废弃塑料的前期处理 1 4 1 废弃塑料的收集 废弃塑料的收集是回收过程的第一步，由于废弃塑料分散在各个地方，收集措 施、方式的不同，直接影响收集效率、收集成本。我国的塑料生产工业近几年发展 很快，但废弃塑料的回收工作相对落后【l5 1 ，我国废弃塑料的回收率不及世界平均水 平的三分之一，原因是我们的收集方法落后，收集成本高、效率低，民众 环境意识差等。 废弃塑料回收业发达的国家十分重视以下几点： ( 1 ) 建立完善的废弃塑料收集体系。此点涉及诸多因素，如专业社会收集体 系的建立，垃圾的分类投放，收集点的废弃塑料盛放仪器，运输车辆，减容设备等。 我国e t 前为止没有形成专业的社会收集体系，也没有专门的收集法规，绝大多数城 市还没有实现垃圾分类投放。 ( 2 ) 强制执行塑料制品的标识码。标识码有助于消费者的投放及回收企业的 分离，已被很多国家采用，并证明是行之有效的方法。我国也于1 9 9 6 年底制订了 相关的标准，但执行的塑料生产企业很少，有必要强制执行。 ( 3 ) 引导企业放弃一些