1、废塑料再利用技术与绿色建材

.1、废塑料再利用技术与绿色建材一、前言面对人类未来的生存问题，我们在新的世纪里所要解决的问题是如何处理好资源、环境、发展三者之间的关系。在世界范围内取得共识的技术对策是所谓的“3C”原则，即：Clean、Cycle、Control。这也被称为绿色科学或环境友好科学。废弃材料的无污染回收利用已是当今世界科学研究的一个热点和重点。工业革命以来，人们将社会生产分为三类：从自然界获取自然资源的一次产业；将自然资源加工为商品的二次产业；以及为一次和二次产业服务的三次产业。现在已有人明确提出，由于废物再利用在物质循环方面的独特功能，是目前现实的社会经济系统中的任何一个产业门类都不能替代的。因此，废物再利用业显然应该是一个独立的产业门类，可将其命名为第四产业。目前，全世界塑料总产量已超过1亿t。与此同时，废塑料造成的环境污染已成为一个全球性环境问题。它难于自然降解，不为自然环境所亲和。为了消除这种白色污染，各国政府积极倡导废塑料的回收利用。从1988年到1998年美国对废塑料的回收利用量从7O105t上升到22106t，占消费量比例从3上升到8；欧洲从2上升到7；日本从1上升到5。现在废塑料的产生量不足塑料消费量的20，也就是说在今后若干年内，其余80将进入废塑料行列。从理论上讲，废塑料的产生量终将与塑料消费量持平。因此，对废塑料的处理越来越显得迫切和必要。废塑料再利用技术已成为消除白色污染、降低资源消耗、保持可持续发展的关键之一。废塑料的回收利用可分为简单再生利用和改性再生利用两大类。简单再生利用是将回收的废塑料经过分类、清洗、破碎(或熔融)、造粒后直接作为原材料加以利用。该法可分为单纯再生和复合再生。单纯再生制品性能较好；复合再生塑料制品因各种塑料混入的不同比例及其相容性各异而使制品质量不恒定，性能较差。简单再生利用的工艺比较简单，但作为制造塑料的原材料质量欠佳，一般只能做低档次的塑料制品。改性再生利用是将废塑料通过物理、化学方法改性后再加以利用。这类塑料改性工艺比较复杂，一般需要特定的机械设备。改性利用的方法主要有以下3种：(1)熔融法，即将废塑料重新熔融添加其他物质后形成产品。利用该法可以制备许多建筑材料，如防水剂、建筑板材、建筑砌块等。(2)热分解法，即将废塑料分选后加热分解成燃料油、 燃料气、建筑防水剂及无定型活性炭黑等。该法已被广泛应用，但工艺复杂，费用较高。(3)燃烧法，即将废塑料燃烧，回收放出的热量。该法还未能得到充分利用，且废塑料燃烧产生的烟气还会造成二次污染。本文对废塑料的再生利用方法和实用技术进行介绍。值得注意的是将废塑料用于制备建材制品有广阔前景。建材行业正由传统的水泥、玻璃、陶瓷向着多元化、复合制品方向发展。近十几年来迅速兴起的化学建材制品己成为第四大类建筑材料。化学建材主要包括塑料门窗、塑料管道、防水材料、建筑涂料、密封材料、隔热保温材料及建筑胶粘剂、混凝土外加剂等。它可以替代传统建材，具有良好的使用性能和经济性，尤其在节能、节材方面具有多种优点。发展化学建材已是必然的方向。化学建材的发展是离不开化工原料的。据 1995年统计 ，我国生产各种树脂已达450万t，其中PVC树脂产量为130万t，用于化学建材中的塑料管和门窗在20万t以上，占PVC总产量的15。2000年我国合成树脂能力达到700800万t，其中PVC树脂220万t。因此，我们说化学建材和其他建材一样，是资源消耗大户。我们必须考虑将废塑料等的再利用纳入到化学建材的生产环节，以缓解资源的不足和对资源的过度占用问题。其次，建材制品的质量要求范围很宽。既有高档材料，然而更大量的是中、低档材料。一般来讲，它的制造对原材料的纯度、形态等的要求并不苛刻。因此，废塑料进入建材制品的物质生产环节所要克服的阻抗要小得多，即废塑料的再利用易于被纳入到建材制品的物质生产环节。再次，建材制品无论是在生产上还是使用上，其产量和用量都是巨大的。这为废塑料进入建材制品的物质生产环节提供了广阔的空间，是其它行业所不能比拟的。建材行业必须建立生态效益概念，用最低限度的资源得到最大数量的产品。这就要求必须对废弃物进行再利用，从而实现物流的闭合回路。从总的趋势来看，废塑料进入建材制品的物质生产环节是符合我国对建材行业所提出的生产绿色建材、节省资源、消除污染的总的要求的。二、废塑料的来源及分类废塑料来自于两个方面，一是来源于工业固体废弃物，二是来源于城市固体垃圾。从总量上看，我国自1993年拉开清洁生产的序幕，国家环保局组织实施了促进中国的清洁生产(B4)示范项目。随着清洁生产策略的不断深化和推进，相信由工业生产所带来的废塑料将会呈下降趋势。而城市固体垃圾中废塑料的比例呈快速上升的趋势。据有关资料介绍，目前废塑料己占城市固体垃圾的7左右。从存在形态上看，工业生产产生的废塑料多以单一塑料的形式存在，可以直接再生利用。而大多数废塑料是以多种塑料混杂的形式存在于城市固体垃圾中。对这类废塑料的处理是废弃物再利用产业的问题关键所在。由于大多数塑料不同品种之间是不相容的，由混合塑料制得的塑料制品机械性能较差。因此，城市固体垃圾中的废塑料的再生利用不宜再用于制造塑料制品。考虑到建材制品的特点，将废塑料用于建材制品的制备是一个切实的选择。同时，其它的工业废弃物，比如说粉煤灰、高炉废渣、蔗糖废渣等通过用作废塑料再生利用的添加物而一并被消除了。城市固体垃圾中的废塑料主要成分是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、泡沫聚苯乙烯(PSF)和聚氯乙烯(PVC)。其它还有聚对苯二甲酸乙二醇(PET)、聚氨酯(PU)和ABS塑料等。这些废塑料并非是无用的、无价值的东西，他们可以重新回到物质生产环节。比如说聚苯乙烯是一种热塑性塑料，由于它具有质硬、透明、钢性、电绝缘性、低吸水性、价格低廉等优点，已成为当今世界四大塑料之一。泡沫聚苯乙烯广泛用作包装材料和隔音绝热材料等。据统计，我国目前仅电视机用PSF包装材料每年废弃量就达15万t以上。而用于一次性快餐饭盒的PSF废弃量就更是惊人的了。由于PSF废料在自然环境中不降解，因而造成环境污染，破坏生态平衡。由此产生的大量“白色垃圾”，已成为当今环境保护面临的一大难题。通过再生利用技术，不仅可以消除其对环境的不良作用，而且还可把它变成宝贵的再生资源。三、废塑料的再利用技术我国在废塑料回收利用方面取得了一定成就，许多研究单位、高等院校及民间团体、个体从基本原理到生产技术都做了许多工作并不断将其结果见诸报道。1利用废塑料和粉煤灰制建筑用瓦废塑料都不同程度地粘有污垢，一般须加以清洗，不然会影响产品的质量。但该法对废塑料的清洗要求并不十分严格，这有利于工业化应用中的实际操作。向塑料中加入适当的填料可降低成本，降低成型收缩率，提高强度和硬度，提高耐热性和尺寸稳定性。常用填料有碳酸钙、滑石粉、陶瓷粉等。从经济和环境角度综合考虑，选择粉煤灰、石墨和碳酸钙作填料是较好的选择。粉煤灰化学组成属于CaOAl2O3SiO2系统，其表面积很大，塑料与其具有良好的结合力，可保证制备的瓦具有较高的强度和寿命。加入碳酸钙能提高制品的硬度和韧性，减小其变形与收缩。加入石墨能在制瓦的脱膜过程起脱膜剂作用，并能阻止制品中的塑料成分的光氧化，提高制品的抗老化能力。熔融法制瓦工艺流程见图1。该法分为两步，第一步制备混合的粒状粉料：第二步热压成型。产品性能如下：(1)密度：1316gcm3。(2)吸水性：吸水量为0405gcm2(将瓦称重浸入252水中，24h后再称重)。(3)抗冻性：将瓦样放在252的水中浸泡24h后，再放入预先冷到30的冰箱中冷冻3h，然后取出放入1520的水中融化3h。如此反复进行15次，观察瓦样外观，测其抗折强度，并与冷冻前比较。(4)抗老化性：将瓦样放在沸水中煮1h，然后放入1520的水中冷却，如此反复5次，观察其外观，测试其抗折强度。(5)抗折强度：新制备瓦样为1419MPa，冷冻后为9517MPa，煮沸后为90165MPa。用废塑料制建筑用瓦是消除“白色污染”的一种积极方法；以粉煤灰作瓦的填料可实现废物的充分利用。该方法会有较好的社会、环境及经济效益。2利用废聚苯乙烯泡沫塑料作隔热保温材料随着化学工业的发展，聚苯乙烯泡沫塑料由用作包装材料、一次性餐具等转向了具有更大的市场前景的建筑保温材料领域。利用废聚苯乙烯经加热消泡后，可重新发泡制成隔热保温板材。将消泡后的聚苯乙烯泡沫塑料加入一定剂量的低沸点液体改性剂、发泡剂、催化剂、稳定剂等经加热使可发性聚苯乙烯珠粒预发泡，然后在模具中加热制得具有微细密闭气孔的硬质聚苯乙烯泡沫塑料板。该板可以单独使用，也可在成型时与陶粒混凝土形成层状复合材料。亦可成型后再用薄铝板包敷做成铝塑板。该板具有以下特点:(1)导热系数为0027Wmk，只有沥青玻璃棉毡、泡沫混凝土等的1/21/3。因此，保温性能好。在建筑房屋顶使用经冬天实际考验无反霜、结露现象。(2)密度为0.037g/cm3，仅为沥青膨胀珍珠岩的111。大大减轻了结构载荷，有利于抗震。按理论计算铺设10mm苯乙烯泡沫塑料板，荷载为017kgm2。而要达到同样热工性能要求需铺设266mm厚的沥青膨胀珍珠岩，荷载为144kgm2。聚苯乙烯泡沫塑料板荷载仅是通常使用的沥青膨胀珍珠岩保温材料荷载的185。(3)工程造价降低，施工操作方便，损耗量小。 建设部颁发的建筑节能设计(采暖居住建筑部分)要求要在1980一1981年通用设计标准的基础上再节能30。因此，在北方采暖地区，该法所生产的聚苯乙烯泡沫塑料保温板具有广泛用途和良好的发展前景。3利用废泡沫塑料制备防水涂料用合适的改性剂，对废泡沫塑料进行改性，可制备常温速干、耐水时间长的水乳性防水涂料。将废聚苯乙烯泡沫塑料用水洗净、晒干、粉碎，按一定比例加入到混合溶剂二甲苯乙酸乙酯环己酮(THH)中，边加边搅拌使其完全溶解。待成粘稠状后，再加入一定量的增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，充分搅拌制成油相液。将该油相液在一定温度下充分溶解1h后，加入一定量的乳化剂OP10，快速搅拌均匀。然后边激烈搅拌边将一定量的水慢慢加入油相液中，得到乳白色OW乳状液，即防水涂料成品。水乳性防水涂料的制备工艺流程如图2所示。该涂料的功能列于表1：废聚苯乙烯泡沫塑料可以制成水乳型防水涂料，工艺简单，用水调节粘度施工方便。该防水涂料可以代替防潮油用于瓦楞纸箱，也可用于纤维板的防水。4利用废聚苯乙烯硝化氧化制对硝基苯甲酸对硝基苯甲酸(PNBA)主要用于制造强力纤维、农药、医药、染料、树脂、金属表面防锈剂、防晒剂、彩色胶卷成色剂和滤光剂等多种产品。目前生产PNBA的原料是对硝基甲苯，利用回收的泡沫聚苯乙烯(PSF)废料生产PNBA不仅能消除环境污染，而且变废为宝，具有显著的环境效益和经济效益。采用加热消泡法，使废PSF的体积缩小为原来的125左右，自进料口加入反应装置。加硝酸至反应器中，加入少量催化剂(由过渡金属盐组成)，升温至沸腾，保持回流，冷凝器出口与压力表及安全阀相连，从安全阀逸出的气体用稀碱石灰溶液吸收。反应结束后降温，PNBA结晶析出，倒出。重新加料，重复以上操作。因反应时硝酸过量，故对反应产物先压滤再用水洗至微酸性，以减少粗PNBA中的硝酸含量。然后用乙醇重结晶法进行重结晶，乙醇循环使用。产品的质量测定结果与标准的对照见表2。经济效益分析：按该工艺建设日处理废PSF03t的装置，设备投资需40万元，年产PNBA约84t，t成本构成如下：废PSF(125t/t) 1500元硝酸(25tt) 6500元水电 1000元易耗材料(催化剂、乙醇等) l000元人工(按10人计) 700元维修折旧 200元贷款利息 500元管理费 200元销售费 100元税收(按环保产品计税) 500元产品成本共计 12200元t按t产品售价2万元计，则t产品利润为7800元。年产量84t，年产值168万元，年创利润655万元，经济效益显著。该法具有原料易得、工艺简单、产品附加值高等优点，既能消除“白色污染”，又能产生较好的经济效益，适合于在乡镇企业中推广。5利用废泡沫塑料裂解制苯乙烯通过废泡沫塑料裂解制苯乙烯有3种方法。(1)热裂解：将废旧泡沫塑料，装入裂解容器，然后进行加热，使其融化并排出白色气体。装上温度计和直形冷凝管，加热至一定温度进行热裂解。反应完成后，将热裂解装置改装成分馏装置，收集144146馏份。(2)催化裂解：将催化剂盛装在蒸发皿内，用电炉直接加热35min，至蓬松状。称取不同量的不同种物质作催化剂进行催化裂解试验，以便寻找出较理想的催化剂及其适宜用量。具体操作步骤同上。(3)无氧催化裂解：于加热前往密闭的反应装置内充N2以赶尽O2，然后加热进行催化裂解(根据试验b选用效果最好的催化剂)，期间间歇充氮气以保证无氧操作。不同裂解方法的试验结果见表3。对裂解产物进行分馏，取144146馏份为产品。产品为无色