论高分子材料的回收利用(共6页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 论高分子材料的回收利用 【摘要】 随着我国国民经济的不断发展，环境污染问题也日益严重，化工行业渗透在各个方面，与人们的衣、食、住、行密切相关，是国民经济十分重要的一部分，而化工环保也就显得尤为重要。这其中对原材料成本和副产品循环利用效率为重中之重。本文综述塑料、橡胶、复合材料和其他交联高分子材料回收利用现状和进展，简述了废弃高分子材料回收利用存在的科学与技术问题及其发展方向。目前全球高分子聚合物的产量已超过2亿吨，高分子材料在生产、处理、循环、消耗、使用、回收和废弃的过程中也带来了沉重的环境负担。聚合物废料的来源主要有：1、生产废料：生产过程中产生的废料如废品，边角

2、料等。其特点是干净，易于再生产；2、商业废料：一次性用于包装物品，电器，机器等包装材料，如泡沫塑料。3、用后废料：指聚合物在完成其功用之后形成的废料，这类废料比较复杂，其污染程度与使用过程，场合等有关，相对而言污染比较严重，回收和利用的技术难度高，是材料再循环研究的主要对象。我国每年废弃塑料和废旧轮胎占城市固态垃圾重量的10，体积30-40%，难以处理，形成所谓“白色污染”（废弃塑料）和黑色污染（废弃轮胎），影响人类生态环境，也影响高分子产业自身的进一步发展。因此废弃高分子材料的回收利用对建设循环经济、节约型社会意义重大。【关键字】 高分子材料 化工环保 回收利用 1、 国内外废弃高分子材料的

3、回收利用研究及现状1.1国内外废弃高分子材料的回收现状废弃高分子材料又叫废弃塑料，随着高分子材料工业的发展,塑料制品的应用也日益广泛，已成为人们生活中不可缺少的重要组成部分，2000年全世界塑料总产量已超过一亿一千万吨，中国总消费两也超过数百万吨，随着塑料产量的增加，废弃塑料数量也在不断增加，全球废弃塑料量也已经达到四千万吨，已成为全世界的“白色污染”，这是环境保护的一大公害，已造成资源的巨大浪费。由此，已引起全世界各国政府的重视和关注，根据各个国家的实际情况，有的国家投入巨大资金进行治理，美国采取限制塑料的生产，我国政府也非常重视，三令五申，严禁乱扔塑料薄膜袋，减少或杜绝“白色污染”。我国从

4、20世纪80年代已开始回收高分子材料的工作，但是人们对环境保护意识差，不自觉，乱扔，所以到处都是塑料袋，已造成对环境的“白色污染”。1988年我国废弃塑料收购量为22.7万吨，2000年收购量为125万吨，在1988年废弃工程塑料和聚酯树脂分别占其产量的2%和5%，各为400吨和5万吨，由于聚酯废弃量较大，故国内首先开发聚酯塑料的回收利用。在烯烃方面，回收废弃塑料量最大的是聚氯乙烯树脂，约占烯烃塑料的40%，其回收率也高，其次是聚乙烯约占5%-30%，而对聚乙烯包装袋回收利用还是比较低的，再其次是聚丙烯，其积压量很大，没有开展利用起来。我国从国外引进回收废塑料设备的企业有好几家。其中，北京从日

5、本引进一套废弃塑料回收装置；上海由联合国提供一套比利时回收废弃塑料装置；成都引进一套奥地利废弃塑料回收装置。另外中国还有几家自己制造的回收废弃塑料设备。其中有衡阳废弃塑料回收制造厂，江西回收废弃塑料制造厂。然而，国内引进的几套废弃塑料回收装置，都不能投入正常生产。其原因有二：一是废弃塑料难以集中起来，难以满足生产装备的需要，大部分的回收塑料（约占60%）都被乡镇企业所收购，尤其是江苏和浙江一带废旧塑料回收非常活跃，而城市塑料回收的原料满足不了生产，都处于停工和半停工状态；二是进口设备耗电量太高，每处理一吨废弃塑料需耗电在300KW·h以上，另外设备损坏率高，一个月要更换一次，需要大量

6、的外汇。全世界循环利用废旧塑料的数量由1988年的90万吨增加到1998年的430万吨，到2000年约为1250万吨，世界各国废塑料的处理中其利用率约占废旧量的7%左右。世界废弃旧塑料主要是在包装、建筑、消费、工业用途、汽车等领域的废弃物；按品种分为聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、尼龙、聚苯乙烯、工程塑料等。1.2废弃高分子材料回收技术现状 在美国和欧洲，聚合物的回收已经从20世纪90年代早期的机械回收发展到原料回收和焚烧能量回收一体化。在我国一般采用3种方法，一是物理法回收利用废旧高分子材料，二是化学法综合利用，三是通过燃烧废旧高分子材料回收与利用能量。物理法是废旧高分子材料经收集、分离、提纯、干燥

7、等程序之后，加入稳定剂等各种助剂，重新造粒，并进行再次加工生产的过程。目前许多高分子材料的循环利用是利用此法来实现的。化学法是利用光、热、辐射、化学试剂等使聚合物降解成单体或聚合物的过程。其产物用作油品或化工原料。能量回收是以高分子材料作为燃料或取热或产生蒸汽，进而进行发电，或用高分子材料作助燃料等过程。 填埋处理：填埋是处理垃圾或固体废弃物的最简单最古老的方法，世界各地普遍采用，但填埋将占有土地，就算填埋结束或者关闭后也不能用作它用，甚至周边土地也受影响，因为会产生污染迁移及不稳定性。而且填埋会产生渗漏液，渗漏液含有分解产物，许多毒性有机物、络合金属盐、有机金属化合物会从地下渗透到水源，进入

8、河湖，污染水源和土地。随着时间的延长，不同的污染产物会达到高峰浓度。同时固体废弃物填埋后分解的废物会产生许多气体，主要是CO2、CH4、H2、N2等，和有毒、不良味道的气体如H2S、挥发性硫醇、带臭味的有机酸。放出气体的臭味大、污染大且存在爆炸的危险。且聚合物废料相对密度较小，体积大，在土中难以分解，因而许多国家和地区正积极采取措施减少填埋处理，以减少填埋废料对“地下生态环境的影响”。 再循环：有效的、比较科学的处理废旧高分子材料的方法是再循环。循环是废旧高分子材料利用的有效途径，不仅使环境污染得到妥善解决，而且资源得到最有效的节省和利用。从资源的利用角度出发，对废旧高分子材料的利用首先应考虑

9、材料的循环，然后考虑化学循环。材料循环是指以废旧塑料制品为原料的再资源化和再利用。化学循环又称为化学裂解，是指通过化学反应使废旧塑料转化成低分子化合物或低聚物。所采用的工艺方法是将聚合物的长链切断，恢复其原有的性质，裂解出的原料可用来制作新的塑料。 能量回收：指燃烧不能以其它方法加工的混合塑料或残留物，以利用其释放的热能，包括焚烧废物获取能量（EFW,Energy From Waste）和燃烧废物燃料（RDF，Refuse-Derived Fuel）以获取能量。前者用垃圾作燃料源来产生蒸汽、热水和电；后者用废料制燃烧粒子，并在锅炉或焚烧器中燃烧产生能量。但是焚烧法会产生有毒气体，污染大气，焚烧

10、的无毒化处理设备投资大、成本高，目前还局限于发达国家和我国局部地区。能量回收是高分子材料循环利用中比较重要的循环方法，但要注意二次污染问题。2、高分子材料循环利用工艺2.1高分子材料物理循环工艺1）配料：单一高分子在实际过程中的应用是非常少的，一般情况下要加入各种添加剂，以满足材料的使用性能要求。利用挤出机或各种混炼机，在原料树脂中混入增塑剂、稳定剂、填料等助剂的操作过程称为配料。2）造粒及粉碎：经过混炼得到的炼成物，为了减少固体尺寸，一般须经造粒或粉碎，以备下一步成型使用，粉碎后的颗粒大小不均，而造粒可得到比较整齐且具有固定形状的粒子。3）挤出成型：亦称为挤塑成型或挤压成型，在热塑性塑料成型

11、中是一种用途广泛的加工方法，也是高分子材料循环利用的主要加工方法。热塑性塑料的挤出成型过程可分为三个阶段：塑化成型定型。挤出成型工艺生产过程连续，生产效率高；投资少见效快，操作简单，工艺容易控制；应用广泛，产品花样多，质量均匀。4）注塑成型：又称为注射成型，是高分子材料加工的重要方法，可以用于热塑性高分子材料和再生高分子材料的成型，近年也逐渐用于热固性高分子材料成型。5）压延成型：是热塑性塑料加工的主要工艺之一，对于生产回收薄膜和片材来说，是较佳的生产工艺。压延成型是先用各种塑炼设备将成型物料加热熔融塑化，然后使已熔融塑化的熔体通过一系列相向旋转的辊筒间隙，使之经受挤压与延展作用成为平面状的连

12、续塑性体，再经冷却定型和适当的后处理即可得到膜、片状塑料制品。6）吹塑成型：借助压缩空气，使处于高弹态或塑性状态的空心塑料型坯发生吹胀变形，再经冷却定型，获取塑料制品的成型加工方法称为吹塑成型。7）模压成型：又称压缩成型，此法是先将塑料或再生塑料放入具有一定温度的模具型腔中，然后闭模加压，使其成型并硬化，最后脱模取出制品。模压生产工艺为：嵌件安放加料闭模排气固化脱模模具清理8）热成型：利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的方法，制造时先将裁成一定尺寸和固定形样的片材夹在框架上并将它加热到高弹态，而后凭借施加的压力使其贴近模具的表面，得到与型面相仿的形样。9）发泡成型：泡沫塑料是以树脂为基

13、础而内部具有无数微孔性气体的塑料制品，又称为多孔性塑料。再生的热固性和热塑性塑料一般都能制成泡沫塑料。由于有气孔的存在，泡沫塑料具有密度低、隔热、吸音等优点。泡沫塑料的发泡方法可分为三种：物理发泡法、化学发泡法和机械发泡法。10）浇铸成型：塑料的浇铸成型类似于金属的浇铸，是从机械工业中的“翻砂”铸造发展起来的一种成型方法。浇铸成型是将聚合物的单体、预聚的浆状物、熔融的热塑性塑料、高聚物的溶液溶胶等倾倒到一定形状规格的模具里，然后固化定型或因溶剂挥发而硬化成为制品的一种方法。其工艺过程为：浇铸液的配制 过滤和脱色 浇注 硬化 脱模 后处理 制品2.2高分子材料化学循环工艺废旧高分子材料的化学循环

14、主要是指高分子材料通过粉碎、清洗、干燥后，再进行化学处理，从而得到有用的化工原料或油品的过程。一般的化学循环工艺为： 燃料气 气体 | 化工原料 | 化工原料 废旧高分子材料 裂解设备 | 液体 | 油品 | 铺路 固体 防漏材料2.3高分子材料能量回收工艺转炉窖和烧火炉是固体废弃物焚烧的最常用的两种，流化床炉适合于水煤渣。固体废弃物须进行分类，将不能燃烧的物质除去，以减少固体残留物和飞灰，增加焚烧废物的热量。焚烧的最佳材料是塑料、纸和木质产品，且粉状比较好，块状燃烧也常见，但底部残留物要高得多。废物由烧火炉栅格引入燃烧室，为了保证固体废弃物中所有有机物的完全燃烧和分解，炉温必须保持在1000

15、-1500。低温、空气流不足和滞留时间过短将会导致散发有机化合物，如二噁英、呋喃、PCB、CO、氯苯、多环芳香族化合物。废物 废物焚化炉 气体及灰层 后处理 排放 残留物 处理 填埋3、废弃高分子材料回收的若干科学和技术问题当前处理垃圾的国际潮流是“综合性废物管理”，实行3R行动，把垃圾的产生量减少下来。3R的行动口号“减量化(Reduce)、再使用(Reuse)、再循环(Recycle)”。对废弃高分子材料回收利用而言，以下几方面科学和技术问题值得关注并加以深入研究：3.1在高分子材料的制备方面采用高分子材料绿色工程概念。在单体的选择、合成、材料的制备阶段即考虑到材料使用后可回收利用性，制备

16、易于解聚、降解、可循环再生利用的高分子材料。研究新的聚合方法，在分子链中引入对热、光、氧、生物酶敏感的基团，为材料使用后的降解、解聚创造条件。注意发展线形热塑性、无毒高分子材料，尤其是聚烯烃材料；采用物理交联替代化学交联，改善材料的热塑性、加工流变性，为材料使用后的回收加工创造条件。发展可生物降解的高分子材料，研究淀粉、纤维素、甲壳素等天然高分子材料的结构、性能和应用。研究天然高分子和合成高分子材料的共混和复合材料的结构与性能，为制备高性能、价廉、可生物降解的高分子材料提供依据。3.2在废弃高分子材料的回收利用方面重视绿色加工技术的开发和应用。理想的绿色技术是通过反应性加工(反应性挤出、反应性

17、注射)、反应性增容以及采用高效、无污染的物理方法：如电晕、紫外线、电子束、T射线、微波辐照及力化学方法等，改善混杂废弃高分子材料的相容性和加工流变性，制备有不同使用价值的废弃再生高分子材料。研究再生高分子材料结构性能及使用历史，为确定能最大限度重复加工利用高分子材料提供依据。3.3在废弃高分子材料的回收利用新技术方面应侧重低成本回收利用新原理、新技术和设备的研究。废弃高分子材料的分类是材料回收过程中流程复杂，成本高的环节，如在HDPE废料中掺混l的PP将使用回收材料制备的HDPE塑料瓶的冲击性能大幅度下降；在PET废料中掺混lppm的PVC将使二次加工后的产品颜色变深、性能下降。因此不经分类(

18、分离)的混杂废旧高分子材料回收技术、原理和设备的研究非常重要。高分子废弃物的粉碎是回收利用的重要环节，利用聚合物固体粉碎过程的力化学效应开发高分子废弃物循环利用的新技术是这一领域颇具经济和环保优势的途径。聚合物固体在粉碎过程中除了颗粒微细化还伴随着多种力化学效应，如力降解、力合成、结晶结构转变或消失、玻璃化转变温度下降等现象，这些效应的有效利用可以改善聚合物的加工性质，提高材料的力学性能，制备新型高分子复合材料，因此，研究不同高分子废弃物组分间的力化学反应、以及粉碎过程中结构与形态的变化，为通过力化学方法实现废高分子材料的循环使用，建立环保，节能、高效的废弃高分子回收新方法具有重要意义。3.4

19、注重热固性高分子材料、后交联高分子材料(如XLPE等)、高分子发泡材料、高分子复合材料和废弃轮胎橡胶回收利用的研究热固性高分子材料、高分子复合材料和废弃轮胎橡胶的回收利用是废弃高分子回收利用中难度大的课题。如废弃轮胎的大量堆积至今仍然是个难于解决的问题，化学或物理手段脱硫和机械粉碎制备胶粉是目前橡胶回收利用的主要研究方向，其中废旧橡胶的常温超微粉碎和低成本、无污染脱硫技术已成为该领域研究的热点。4、力化学技术在废弃交联高分子材料再生利用中的应用力化学是研究在各种凝聚状态下的物质因机械力影响而发生化学或物理化学变化的一门边缘和交叉学科。力化学是一种简单有效的材料制备技术，有关理论和技术是当今材料

20、科学和粉体加工过程中最为活跃的研究方向之一，超细粉碎是为适应现代化工、电子、生物及其它新材料、新工艺对原料的细度要求而发展起来的一项新的粉磨工艺技术，其应用领域基金涉及到金属、无机材料、有机物、高分子材料等各个领域。以力化学和粉碎为基础的废弃高分子材料回收利用近年来得到人们的重视。4.1固相剪切粉碎回收废旧塑料技术：S3P粉碎过程在废弃高分子材料循环利用也已取得进展。将未经分类的、含有各种聚烯烃的回收塑料经S3P粉碎得到的粉末注射成型，其力学性能如拉伸强度、伸长率、冲击强度和弯曲强度与回收料直接成型对比力学性能甚至超过了用相应的新树脂原料经传统方法加工所得的材料；对回收LLDPE而言，S3P粉

21、料制成试件的伸长率比回收料直接成型试件高5-6倍，解决了回收料使用时伸长率大幅度下降的难题。含有PP、PE、PVC、PET等多组分的回收塑料经S3P工艺处理后，制品拉伸强度、硬度、弯曲模量和弯曲强度相当高，可以与由HDPE和LLDPE新树脂原料经传统方法加工所得的材料媲美。S3P工艺在废塑料回收利用的另一个非常有意义的例子是，含PVC和PET两组分的回收塑料经S3P处理后，可获得均匀的、可熔融加工的粉末，这是回收技术的一大进步，因为含有PVC和PET的共混物不能用传统的方法熔融加工，因PET的熔点高，在远低于PET的熔点时PVC即发生热分解。该技术所得粉体粒度为2001700 u m，再细化有

22、难度，不能实现高分子材料的超细粉碎，也不能粉碎强韧性或温度敏感性聚合物和刚性材料，目前还未实用化。Arastoopour等开发的固相剪切挤出粉碎，其原理是利用压力场剪切力场温度场的共同作用使聚合物材料发生弹性形变和破碎，在挤出过程中必须设置40135口多个温区，并快速冷却，冷却水温度为8口，在温度梯度场和应力场共同作用下，促使橡胶在高压状态下发生弹性形变，存储的弹性势能在剪切变形作用下爆发式的释放而引起橡胶内部微裂纹的迅速扩展、贯通，并最终转化为新生裂纹表面的自由能，颗粒细化。用S3E技术通常得到的橡胶粉末的粒度为40一1700tam，以200500pm的粒径占多数，在制备精细胶粉有较大限制，

23、经济可行性须进一步研究。Koch等采用金属材料机械合金化原理提出的低温冷冻机械合金化技术，将废橡胶和PMMA或PET用液氮冷却使其脆化，然后高能球磨粉碎，得到分散性较好的复合粉体，是机械合金化技术在废旧高分子材料回收利用的新应用，但是存在需液氮冷却、制备量只有几克或几十克，能耗高，不能连续生产，实用性不大等问题。以色列Daren开发了一种结构简单、粉碎效率高的设备，用于多组分塑料废弃物的再生回收利用的新工岂一均一微细化二次加工制品具有稳定的相结构，力学性能好。4.2磨盘形力化学反应器技术：本着实现资源亢分利用、环境保护和发展循环经济的Lq标，高分子材料工程同家重点实验室，四川大学高分子研究所利

24、用自主研制的设备一磨盘形力化学反麻器建市了基于应力诱导同相力化学原理的废弃高分子材料回收利用新技术，在难回收废弃高分子材料一一废旧轮胎、废旧交联聚乙烯电缆和废旧聚氨酯发泡材料的回收利用取得重要进展，研究成果已在有咒企业应用，产生重要的经济效益和社会效益，为节约型社会和埘民经济可持续发展的关键需求提供行之有效的新技术。其丰要原理足利用力化学反应器强大的粉碎、混台和力化学作用将空联高分了腹料在强的剪切作用F，使交联键选择性断开，把不可回收的交联废料变成可阿收的材料，形成县有自主知识产权的难回收高分子材料再生利Hj新技术。建立基于磨盘碾磨的聚台物粉碎和应力诱导反应废j口轮胎橡胶回收利用新技术，实现废

25、弃橡胶的常温超细粉碎和力化学活化、脱硫，磨盘形力化学反应器的作用特点是碾磨使胶粒缂受，高压缩下的剪切、拉伸、摩擦、变形等作用，巾于受到强大的剪切应力作用，碾麝过程一ss 键将破裂(s-s-键的键能小丁C c键，故s s 键首先破裂)，发生力化学脱硫，赋予废旧橡胶微粉町再加工性。因此通过j碾磨产生的力化学效应可改善腔粉的二敬加丁性能和与其它聚合物的相窖性。实验结果表明通过调控选择合适的碾麝条件通过改变剪切力、压力，上苎到促进脱硫、控制降解的目的，获得力学性能和加工性能良好的脱硫胶粉和橡胶制品。奉技术将为废旧橡胶回收利用的低成奉化提供节能、环境友好、易于工业化，具有市场竞争力的、燕成化关键技术。交

26、联聚乙烯电缆料通过过氧化物或硅烷交联制造而成含有交联结构，不溶、不熔难以用一般的方法回收，是目6i废弃塑料回收的难题。通过力化学反应器进行微细化和均一化处理，利用剪切应力产生的能量选择性地切断o_o键，si_一0键，使交联键断开增加热可塑性和熔融流动性，达到再生之目的，从而把不叮回收的交联废料童成可回收的材料。成功地利用废弁电缆塑料制备得到综合力学性能良好的回收塑料制品。为废弃XLPE电缆碾磨6后以及用00废料制成的片材其扯伸强度可达到I 86Mpa断裂身长率达到350，。采用的再牛过程中尤需漆加任何助剂。获得的废XLPE超细粉末活性高，与其他聚合物材料、橡胶具肯良好的相容性宴现变联聚乙烯电缆

27、废料的可再加工性，为交联高分子废料的回收利用提供新一代的技术路线。采用通过碾磨制备的XLPE废料代替2530聚乙烯，呵用于PE排水管制造。最近，我们利用建成的磨盘形力化学反应器示范生产线粉碎聚氨酯发泡材料(汽车顶棚内饰用，生产成奉32万元鹏)边角料和废弃汽车座垫Pu泡株得到超细Pu粉末将Pu粉未再次用于Pu拄泡材料的生产，为废弃Pu筮泡材料的回收利用提供行之肓效的新方法，为难回收Pu发泡材料的再生利用丌辟新的技术路线。4、 高分子材料循环的发展趋势和未来高分子材料再循环虽然是解决高分子材料污染的有效方法之一，但是实际上也存在许多问题，例如再生料的性能不如原始材料；再生过程如化学循环的代价很高，

28、缺乏市场竞争力；有的废旧高分子材料杂质多，不易除去，或各种混合材料不易分离等，这使材料回收工作存在不少困难。对物理循环来说，比较干净的高分子材料容易进行物理循环，如生产废料、大部件废料（如汽车保险杠、门窗架）等，并且再生材料具有较高的性能。尽管如此，再生料也大多与新料混合使用，据估计小于25%的再生料可以混入新的高分子材料中而不致使最终材料的性能损失太多。也可以把再生料复合在新料的中间（再生料作芯材，新料作表面材或壳材），做成复合瓶、复合板等。但污染严重、分离困难、分离不经济的材料往往不能加以利用；重复循环的材料因大分子降解而大大降低性能，甚至不能再应用。化学循环的主要目标是生产化工原料，为了保证化工设备的安全，对原材料有一定的要求，如原料中的含卤量要低于10mg/kg，重金属含量应尽量低，不致使油加工过程中的催化剂中毒或设备过早损坏；裂解产生的不饱和物质需立即进行后处理等，这些问题给裂解技术提出高要求。此外，经济效益也是制约