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废旧塑料改性再生技术研究现状及进展

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废旧塑料改性再生技术研究现状及进展

发布日期:2016-09-14 00:00 来源:http://www.sz-qy.cn 点击:

摘要:废旧塑料是一种可回收利用的资源,通过改性可以提高回收再生塑料的性能。本文介绍了废旧塑料的改性再生技术现状及最新进展,并就主要技术、产品及发展趋势提出了建议。 

废旧塑料改性再生技术研究现状及进展

塑料工业的发展不过百年,但它对人类社会的贡献却是巨大的,可以说没有塑料的今天难以想象。2004年世界塑料原料的年产量已超过2.1亿吨,全球塑料的体积产量已经超过钢铁。我国改性塑料粒子原料表观消费量由2000年的约2400万吨增至2004年3813.3万吨,居世界第2位,年均增长率达12.3%,预计到2009年塑料的需求量将突破6000万吨大关。 

塑料行业的迅猛发展,给人们生产生活带来便利的同时,也带来了负面作用。废旧塑料所引发的“白色污染”。有数据表明,塑料总量中约70%~80%的通用塑料在10年内转化为废弃塑料,其中有50%的塑料将在2年内转化为废弃塑料。由于这些废旧塑料生物降解性差、分解速度慢,长期分散于自然界中会造成环境污染和对人体健康的负面影响,据统计,若按其中30%为废弃物计算,则2004年我国的废旧塑料总量就超过1000万吨。业内专家称,近几年中国国内塑料回收量对塑料实际消费量的比率只有20%左右,而欧洲塑料平均回收率在45%以上。德国塑料回收率高达60%。如何处理这些废旧塑料,一直是人类迫切希望解决的一个社会问题。 

1我国废旧塑料处理的方针政策 

20世纪80年代以来,废旧塑料量激增,许多国家开始重视废旧塑料对环境造成的威胁并增加了科研投入,回收技术得以迅速发展。 

怎样搞好废旧塑料的回收利用一直是各国关注的焦点问题。目前,国外的一些回收处理的新办法、新工艺、新成果,值得我们借鉴和吸收。在解决环境污染的同时,创造经济效益,大力发展循环经济,使资源可持续发展是唯一选择。 

2006年6月15日在北京召开的“2006年塑料与可持续发展研讨会”上,专家提出,随着全球经济的日益发展,能源与环境已经成为最重要的两大主题,中国作为能源大国和需求大国,废旧塑料的回收循环利用可为国家节约资源,缓解国内塑料原料供需矛盾,是对我国塑料原材料紧缺的有益补充,也是国内塑料业可持续发展的必由之路。将废旧塑料回收加工后生成再生塑料,做到循环生产的同时,还可以减少对石化原料的消耗。再生塑料有着突出的价格优势,更强大的市场潜力,做好废旧塑料回收利用,节约能源、保护环境,应当得到社会各界的支持。 

2废旧塑料回收利用途径 

塑料的主要成分是合成树脂,为改进塑料的加工使用性能还要在聚合物中添加助剂,如填料、润滑剂、稳定剂、着色剂等。塑料主要分为PE、PVC、PPPS等,不同塑料加工工艺不同,其回收利用途径也不一样。 

目前处理废旧塑料的方法主要有:焚烧、填埋和回收利用。但焚烧会产生大量有毒气体造成二次污染,填埋会占用较大空间,填埋后土壤中残留的塑料碎片又会影响土壤透气性使农作物减产。因此,废塑料处理技术的发展趋势是回收利用,但目前废塑料的回收和再生利用率低,主要是回收利用技术难以配套,特别是改性再生技术不够完善。 

3废旧塑料的改性再生技术 

3.1直接再生利用 

直接再生利用指不需改性,将废旧塑料经过分选、清洗、破碎、塑炼、造粒,直接加工成型制品。国内外均对该技术进行了大量研究,且制品已广泛应用于工农业各个领域,例如:废软PU泡沫破碎为所要求尺寸碎块,可用作包装的缓冲填科和地毯衬里料;废旧PVC硬质板材、管材等硬制品经过上述处理后可直接挤出板材,用于建筑物中的电线护管。 

3.2改性再生利用 

直接利用的优点是工艺简单、成本低,其缺点是再生料制品力学性能低、应用面窄。改善再生料力学性能的最好途径就是采取改性方法对废旧塑料进行改性,以接近、达到或超过纯树脂的性能。 

改性再生利用是指将废旧塑料通过化学或物理方法进行改性,经过改性的废塑料性能尤其是力学性能得到了显著改善,常用的改性方法有物理改性和化学改性。 

(1)物理改性 

采用物理方法对废旧塑料进行改性包括: 

a.填充改性与增强改性 

现代意义上的填充改性已经不局限于使塑料制品的成本降低,更多的应用在于对某些性能的改善,例如废旧热塑性塑料中加入活性无机粒子,降低成本的同时,又可提高其温度性能,但加入量必须适当,粒子粒径要合适,并用适宜表面活性剂处理。用改性碳酸钙填充废旧PVC制成性能优良的PVC钙塑材料,可用于塑料门窗塑料加强筋等配件。 

使用一定长径比、径厚比的纤维填料进行增强改性是高分子复合材料领域中的开发热点,它可大大改善制品力学性能和耐热性能。回收的热塑性塑料(如PP、PVC、PE等)用纤维增强改性后其强度和模量可以超过原树脂。黄玉惠、廖兵等用偶联剂处理过的木纤维增强废旧PE、PP和PVC可大幅度提高其制品的拉伸强度和冲击强度。纤维增强改性拓宽了再生利用废旧塑料的途径,具有较大发展前景。

b.共混改性与塑料合金 

共混改性是将性质不同的两种或两种以上聚合物通过物理化学方法掺混,获得优异性能的高分子材料。对于塑料与塑料的共混或塑料中掺混橡胶,也称塑料合金,使用具有韧性链段的橡胶类弹性体,或采用刚性粒子进行增韧改性都可以提高回收塑料的抗冲击性、耐热性等等性能。如采用共混技术─SBS增韧回收EPS塑料,由于PS与SBS之间具有较好的相容性,单独使用SBS增韧EPS得到性能优异的共混物,但SBS用量较大;刚性粒子的加入(即在PS/SBS/CaCO3体系中)能有效增加橡胶粒子的体积分数,使共混物冲击性能得到大幅度提高,而不会导致刚性和强度下降很多,可替代市场上HIPS产品。 

两种塑料复合而又不易分离的,最理想的当然是无须分离就可使用,如果两种塑料互不相容的,如PVC和PE、PP和PA等,可以加入相容剂,或是和两种塑料都具有较好相容性的另一种物质,例如氯化聚乙烯(CPE)可以用于HDPE和PVC的混合物;ABS可以用于PE、PP和PS的混合物等。这种改性方法称之为共混增容改性,合金化是改善聚合物性能的重要途径。 

(2)化学改性 

化学改性指通过氯化、接枝、共聚等方法在分子链中引入其他链节和功能基团,或是通过交联剂等进行交联,或是通过成核剂、发泡剂进行改性,使废旧塑料赋予较高的抗冲击性能、优良的耐热性、抗老化性等,以便进行再生利用。目前国内在这方面已开展了较多的研究工作。 

中国科学院兰州分院成功开发出以废旧塑料制造水泥减水剂的技术,能将废旧塑料变成环保型产品。水泥减水剂是用于水泥混凝土拌制的一种添加材料,既可减少混凝土拌制时的用水量,提高混凝土的强度,又可使混凝土保持较好的流动性。这种技术所用原材料是废旧PS泡沫塑料,经过化学预处理后,加进有机溶剂、填料,制造出高效水泥减水剂。水泥减水剂添加到水泥混凝土中后,混凝土的各项技术指标达到和部分超过国际一等品水平,具有较大的市场潜力。 

4废旧塑料改性再生利用的应用领域 

4.1木塑材料 

近年来,木塑材料需求旺盛,仅美国2006年市场需求量就达20亿美元以上。木塑复合材料是环保型新材料,欧共体将以法规形式来有效限制PVC的应用,使木塑制品替代PVC门窗和其他型材市场快速增长。木塑复合材料90%的原料是废旧材料,由木屑、刨花以及木纤维填充废旧塑料挤出成型获得,可替代相应的天然木制品,解决木材短缺的问题。 

钟鑫等利用硝酸铈铵引发在纤维素纤维表面接枝甲基丙烯酸甲酯并在不添加任何其它相容剂偶联剂等的条件下使木粉与聚氯乙烯树脂复合最终材料的各方面性能显著提高 

4.2建筑材料 

废旧塑料在建筑领域的应用正越来越引起人们的关注。华大科瑞武汉科贸有限公司运用物理化学双重原理开发出以废旧塑料为原料的高分子防水材料——克漏王,产品具有耐水、耐酸碱、耐腐蚀、100℃不软化、-30℃不脆裂,粘性极强,施工层用刀无法撬起,渗透性强,能迅速渗透到水泥基下,防水效果良好,日本大成建设公司利用废旧PS泡沫塑料制造低成本吸音材料获得成功。废旧泡沫塑料被粉碎后,经红外线照射加热,体积减少到1/20以下,以它为主要原料与特殊的水泥相混合制成“米花糖”状的建筑材料,其吸音效果平均为60%,对某些频率的噪音吸收可达90%以上。这种材料的制造成本比现有的吸音材料大约低20%,目前已经被用作发电站隔音设施的墙壁和天花板,还能用来制作高速公路的隔音墙等室外隔音材料。 

4.3涂料和胶粘剂 

由废旧EPS制备高分子染料也是一个较新的研究方向,不仅可解决环境污染问题,而且可制备出具有优异性能的高分子染料。制备过程为将废EPS处理后,通过硝化、还原制得氨基聚苯乙烯,再经重氮化制得大分子重氮盐,选择不同的偶合组份与重氮盐偶合,制备出多种高分子染料。虽然回收废旧EPS制备高分子染料的研究刚刚处于探索阶段,但此种改性产品具有很高的研究价值和相当广阔的应用前景。 

4.4“黑白污染”共同治理 

火力发电产生的粉煤灰和塑料制品产生的废旧塑料,被称为“黑色污染”和“白色污染”,每年的排放量以10%以上的速度增长,成为难以解决的环境污染问题。中科院长春应化所在国内较早地开展了粉煤灰和废旧塑料复合的研发,成功研制出系列高附加值产品,如城市给排水井盖、包装用板材、建筑用管材等,为固体废弃物的循环利用开辟了新径。 

5结语 

综上所述,我国在废旧塑料的改性再生利用方面已取得了一定的进展,但如何更好地利用和开发废旧塑料资源仍是塑料工业面临的一大研究课题。废旧塑料的回收和改性利用是解决废旧塑料环境污染问题的有效方法,它不仅可以减少环境污染,而且能变废为宝,实现资源的循环利用,具有巨大的工业潜力,是塑料行业持续发展的必由之路。

根据我国国情,应以回收及再生利用为主,填埋、焚烧、热裂解等途径为辅。在废旧塑料的处理技术中,大力发展改性再生技术可以减少资源浪费,延长产品使用寿命,减少对石油的过分依赖,提高产品附加值,创造经济效益,具有极其广阔的发展前景,值得大力推广。 


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