塑料回收再生技術
時間:2006-02-24
世界合成樹脂的產量已達2億t ,大量消費后塑料的處理問題已成為當今地球環境保護的熱點。目前,消費后塑料的處理有下述幾種途徑:1、填埋；2、焚燒；3、堆肥化；4、回收再生；5、采用降解塑料。
第一節 塑料回收再生方法
塑料回收后再生方法有：熔融再生，熱裂解，能量回收，回收化工原料及其他等方法。
（1）熔融再生熔融再生是將廢舊塑料重新加熱塑化而加以利用的方法。從廢舊塑料的來源分，此法又可分為兩類：一是由樹脂廠，加工廠的邊角料回收的清潔廢塑料的回收；二是經過使用后混雜在一起的各種塑料制品的回收再生。前者稱單純再生，可制得性能較好的塑料制品；后者稱復合再生，一般只能制備性能要求相對較差的塑料制品，且回收再生過程較為復雜。
（2）熱裂解熱裂解方法是將挑選過的廢舊塑料經熱裂解制得燃燒料油，燃料氣的方法。
（3）能量回收能量回收是利用廢舊塑料燃燒時所產生熱量的方法。
（4）回收化工原料，一些品種的塑料，加了聚氨酯可通過水解獲得合成時的原料單體。這是一種利用化學分解廢舊塑料變成化工原料進行回收的方法。
（5）其他，除了上述廢舊塑料的回收方法外，還有各種利用廢舊塑料的方法，如將廢舊聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后混入土壤中以改善土壤的保水性，通氣性和排水性，或作為填料同水泥混合制成輕質混凝土，或加入粘合劑壓制成墊子材料等。
塑料的回收再用與塑料固體廢棄物的處理用石油和煤為原料生產塑料來替代天然高分子材料，曾經歷了一條艱難的歷程，整整一代杰出的化學家為實現目前塑料所具有的優良理化特性和耐用性能付出了辛勤的勞動。塑料以其質輕、耐用、美觀、價廉等特點，取代了一大批傳統的包裝材料，促成了包裝業的一場革命。但是出乎人膠預料的是，恰恰是塑料的這些優良性能性制造了大量耐久不腐的塑料垃圾。用后大量丟棄的塑料包裝物已成為危害環境的一大禍害，其主要原因就是這些塑料垃圾難以處理，無法使其分解并化為塵土。在現有的城市固體廢棄物中，塑料的比例已達到15%－20%，而其中大部分是一次性使用的名類塑料包裝制品。塑料廢棄物的處理已不僅是塑料工業的問題，現已成為公害國際社會的廣泛關注。
為了適應保護地球環境的需要，世界塑料加工業研究出許多環保新技術。在節省資源方面，主要是提高產品耐老性能、延長壽命、多功能化、產品適量設計；在資源再利用方面，主要是研究塑料廢棄物的高效分選，分離技術、高效熔融再生利用技術、化學回收利用技術、完全生物降解材料、水溶性材料、可食薄膜；在減量化技術方面，主要是研究廢棄塑料壓縮減容技術、薄膜袋裝容器技術，在確保應用性能的前提下，盡量將制品薄型化技術；在CFC代用品的開發方面，主要是研究二氧化碳發泡技術；在替代物的研究方面，主要是開發PVC和PVDC代用品。
在城市塑料固體廢棄物處理方面，目前主要采用填埋、焚燒和回收再利用三種方法。因國情不同，各國有異，美國以填埋為主，歐洲、日本以焚燒為主。采用填埋處理，因塑料制品質大體輕，且不易腐爛，會導致填埋地成為軟質地基，今后很難利用。采用焚燒處理，因塑料發熱量大，易損傷爐子，加上焚燒后產生的氣體會促使地球暖化，有些塑料在焚燒時還會釋放出有害氣體而污染大氣。采用回收再用的方法，由于耗費人工，回收成本高，且缺乏相應的回收渠道，目前世界回收再用僅占全部塑料消費量的15%左右。但因世界石油資源有限，從節約地球資源的角度考慮，塑料的回收再用具有重大的意義。為此，目前世界各國都投入大量人力、物力，開發各種廢舊塑料回收利用的關鍵技術，致力于降低塑料回收再用的成本的開發其合適的應用領域。
一．回收熱能法
大部分塑料以石油為原料，主要成分是碳氫化合物，可以燃燒，如聚苯乙烯燃燒的熱量比染料油還高。有些專家認為，把塑料垃圾送入焚化爐燃燒，可以提供采暖或發電的熱量，因為石油染料86%都直接燒掉了，其中只有4%制成了塑料制品，塑料用完以后再送去當熱能燒掉是很正常的，熱能使用是塑料回收的最后方法之一，不容輕視。但是許多環保團體反對焚燒塑料，他們認為，焚燒法把亂七八糟的化學品全部集中燃燒，會產生有毒氣體。如PVC成分中一半是氯，燃燒時放出的氯氣有強烈的侵蝕破壞力，而且是引起惡英的元兇。
目前，德國每年有20萬噸的PVC垃圾，其中30%在焚化爐里燃燒，燒得人心惶惶，法律不得不對此擬定對策。德國聯邦環境局已規定所有的焚化爐都必須符合每立方米廢氣值低于0.1ng(納克)的限量。德國的焚化爐空氣污染標準雖然已經屬于世界公認的高標準，但仍然沒有敢說燃燒方法不會因機械故障放出有害物質，所以可以預見，各國環保團體仍將大力反對焚化法回收熱能。
二．分類回收法
作為塑料回收，最重要的是進行分類。常見的塑料有聚苯乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯等，這些塑料的差別一般人很難分辨。現在的塑料分類工作大都由人工完成。最近機器分類有了新的研究進展，德國一家化學科技協會發明以紅外線來辨認類別，既迅速又準確，只是分揀成本較高。
三．化學還原法
研究人員開始設法提煉出塑料內化學成分以便再利用。所采用的工藝方法是將聚合物的長鏈切斷，恢復其原有的性質，裂解出的原料可用來制作新的塑料。有些方法是通過加入化學元素促使相結合的碳原子化學裂解，或是加入能源促成其熱裂解。
德國拜爾公司開發出一種水解式化學還原法來裂解PUC海綿墊。試驗證明，化學還原法在技術上是可行的，但它只能用來處理清潔的塑料，例如生產制造過程中產生的邊角粉末和其他塑料廢料。而家庭里使用過的沾染上其他污物的塑料，就很難用化學分解法處理。這種還原法的應用，要到21世紀才會大量利用水解法處理廢料。一些新的化學分解法還在研究過程中，美國福特汽車公司目前正在將酯解法運用于處理汽車廢塑料件。
美國倫塞理工學院研制出一種可分解塑料廢棄物的溶液，將這種已申請了專利的溶液和6種混合在一起的不同類型的塑料一起加熱。在不同的溫度下，可分別提取6種聚合物。實驗中，將聚苯乙烯塑料碎片和有關溶液在室溫條件下混合成溶解態，將其送入一個密封的容器中加熱，再送入壓力較低的“閃蒸室”中，溶液迅速蒸發（可回收再手），剩下的就是可再次利用的純聚苯乙烯。
據稱，研究所用的提純裝置，每小時可提純1kg聚合物。紐約州政府與尼加拉．摩霍克電力公司正打算聯手建造一座小規模試驗性工廠。投資者聲稱，該廠建成后，每小時可回收4t聚合物原料。其成本僅為生產原料的30%，具有十分明顯的商業價值。
四．氫化析解法
很多專家認為，氫化作用可用于處理混合塑料制品。將混合的塑料碎片置入氫反應爐內，加以特定溫度現壓力，便能產生合成原油和瓦斯等原料。這種處理方法可用于處理聚氯乙烯廢料，其優點是不會產生有毒的二惡英與氯氣。采用這種方法處理混合塑料物品，根據不同的塑料成分，可將其中的60%－80＆的成分煉成合成原油。德國巴斯夫等國家三家化學公司在共同的研究報告中指出，氫化作用為熱裂解法的最優良方式，析解出的合成原油品質量好，可用來煉油。
美國列克星敦肯塔基大學發明了一種廢塑料變成優質塑料燃料油的工藝方法。用這種方法生產的燃料很像原油，甚至比原油更輕，更容易提煉成高辛烷值的燃料油。這種用廢塑料生產的燃料油不含硫磺，雜質也極少。采用類似方法把塑料與煤一起液化。也能生產出優質燃料油。
研究人員在沐浴器中把各種塑料和沸石催化劑、四氫化萘等混合在一起，然后放進一種稱之為“管道炸彈”的反應爐里，用氫加壓并加熱，促使大分子塑料分解成分子量較小的化合物，這一工藝過程類似于原油處理中的化合。廢塑料經此處理后產油率很高，聚乙烯塑料瓶的出油率可達88%。當廢塑料和煤以大致1：1的比例混合和液化時，可以得到更為優質的燃料油。經過此工藝方法的經濟效益進行評估后預計，采用廢塑料生產燃料油會在5－10年內變得蛻變具有高爐效益。目前，德國已開始在博特普建立一座有希望日產200t塑料燃油的反應爐。
五．減類設計法
研究開發部門在設計產品時就考慮到回收和拆卸處理的須要，美國適宜回收的材料，考慮的重點不在于制作個別的零部件應采用哪一種塑料最為理想，而是考慮可以廣泛動用的材質，這是在構思上的革命性轉變。
為了有利于回收，設計人員開始在設計產品時避免使用多種塑料，美國寶馬公司準備在其新車設計中減少40%的塑料種類，目的是方便廢塑料的回收。汽車工業之所以降低塑料使用種類，并且在設計上考慮加收性，主要是期望贏得重視環保的優良形象，受到消費者的欣賞。目前，這種設計構思正逐漸感染整個塑料加工業。
不過各方面的努力仍然無法使市場上通行的20種塑料中的任何一種絕跡。畢竟產品聽多樣性導致了塑料品種類別的千變萬化，例如生產電子計算機使用的塑料和生產汽車使用的塑料就不一樣。
為此，專家建議制定有關回收標準，規定特種行業只能使用指定的材料，否則無法控制有效的回收，電子與汽車行業都已開始制定這樣的標準。
世界電子電氣市場對廢棄塑料回收利用已引起重視，國際商用機器公司（IBM）已開始將計算機和商用機器的塑料部件進行標碼，并在開發可回收再用的塑料電子部件和簡化拆卸設備的產品結構，同時還考慮取消元件的表面著色，控制塑料添加劑的外部粘合劑的用量減少使用不利用回收的工藝部件及外加零件。
廢棄汽車零部件的回收工作也有了很大的進展，許多國家都是以可回收的易回收作為汽車塑料件原料選用和產品設計的前提。有些國家已制定了有效有汽車塑料件標準回收號碼和回收計劃，并在考慮制定有助于拆卸和分揀汽車塑料的統一標志體系。歐美等國還在研究化學解聚法回收汽車塑料。
六．生物降解法
在積極開發塑料回收再利用技術的同時，研究開發生物降解成為當今世界各國塑料加工業的研究熱點。研究人員希望開發出一種能在微生物環境中降解的塑料，以處理大量一次性使用塑料，特別是地膜及多包裝廢棄物對農田、山林、海洋的污染。研究目標是開發出一種在使用過程中可以保證其名項使用性能，而一旦用完廢棄后，可被環境中的微生物分解，從而完全進入生態循環的塑料。同時，這種塑料的生產成本較低，具有相應的經濟性。如果是這樣的生物分解性塑料，在使用后就可與普通生物垃圾一起堆肥，而不必花費很大代價進行收集、分類和再生處理。而且，分解產物進入生態循環，不產生資源浪費問題。
在生物降解塑料的研究開發方面，世界各國都投入了大量財力和人力，花費了很大的精力進行研究。塑料加工業普遍認為，生物降解塑料是21世紀的新技術課題。
80年代末，為了解決垃圾袋的降解問題，在美國玉米商的推動下，添加淀粉的聚乙烯塑料袋被作為生物降解塑料在歐美風靡一時。但由于其中的聚乙烯不能降解，故其應用研究已大大降溫。只是由于淀粉的原料來源豐富，而價格便宜，目前仍有不少研究者在從事這方面的研究，希望通過各種配方技術，在降解性方面有所突破。
目前開發的技術路線主要有微生物發酵合成法、利用天然高分子（纖維素、木質素、甲殼質）合成法的化學合成法等，并已開發出一些生物降解塑料的水溶性樹脂，但總的說來，其生產成本都未達到工業化批量生產的要求。
德國拜爾公司研究纖維制品的專家們經過數年研究，制成的一種可以完全分解為腐殖質的塑料。用這種塑料制成的包裝薄膜，可以在土壤中迅速分解“分化瓦解”，10天之內可以回歸大自然。根據環保組織的鑒定，此種塑料及其分解后的中和物對環境和人類均是安全可靠的。該公司研制成功的這種新型塑料，是將堅硬而不易延伸的纖維素與聚氨酯混和制得。把這種新型塑料埋入土中后，可成為土壤中微生物的可口佳肴，迅速繁殖的微生物很快能將這種材料完全消化成為腐殖質發。將這種材料制成的一種家用保鮮膜，14天后可完全成為粉末，8周后會失去80%的重量。用這種材料制作培養物的營養缽，植入土中數周后均化為腐殖質，充當起堆肥的角色。由于這項新技術的生產成本太高。是普通塑料的數倍，因而目前很難實現商品化生產。
在應用實驗方面，經過多年的努力，我國在生物降解聚乙烯地膜研究項目上已取得初步成功，開發出了生物降解地膜試樣，并進行了小面積的試用，從其技術成熟性方面看來，尚未達到大面積推廣的應用的程度。我國對添加型光降解塑料領域尚未涉足。美國將光降解塑料用于瓶裝飲料的提環已有多年，以色列和加拿大對光降解地膜均有試用，但未見大面積應用的報道。
據預測，如將生物降解塑料的工業化研究算作100的話，目前的開發研究只處于30的相對階段，預計2000年以后，可望實現工業化。目前，美國對這項技術的開發研究處于領先地位，歐洲居次，日本第三。
總的來說，在生物降解塑料研究開發中還有許多有待攻克的難題。首先，對塑料降解的定義尚無統一的認識，即生物分解究竟意味著什么？也就是說生物降解塑料的分解時間究竟確定為多長？另外，分解的產物應上什么？最終產物究竟是二氧化碳和水，還是對實際應用無害的任何形態的殘留物？
其次，對生物降解塑料的評價試驗尚無世界公認的統一的方法。目前美國材料試驗協會、日本工業標準協會和國際標準化組織都在積極開展這方面的工作，雖然美國ASTM已正式頒布了多項結果也不能完全套用到實際塑料垃圾的處理中。
