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隨著世界塑料產量和用量的不斷增加,產生的廢舊塑料也觸目驚心。廢棄的塑料造成的“白色污染”現象越來越嚴重,如廢舊農用聚乙烯地膜,回收不利的情況致使土地在幾百年內都不能耕種;一次性快餐盒隨處可見;還有各種各樣的包裝塑料袋滿天飛,造成嚴重的視覺污染等等。所以,加強對廢舊塑料資源的綜合利用,不僅可以有效的減少“白色污染”,而且能夠變廢為寶,節約能源,保護環境。
1 廢舊塑料的分類
廢舊塑料的主要種類有:聚乙烯(ＰＥ)、聚丙烯(ＰＰ)、聚苯乙烯(ＰＳ)、聚氯乙烯(ＰＶＣ)等通用塑料;還有其他如聚對苯二甲酸乙二醇(ＰＥＴ)、聚氨酯(ＰＵ)和ＡＢＳ廢棄塑料等[1]。同時還有一些塑料制品加工過程中的過渡料和邊角料等廢塑料。
2 廢舊塑料的處理技術
2.1 焚燒法
廢舊塑料的焚燒處置處理量大、減量性好、無害化徹底并可回收熱能,因此被各國普遍采用。隨著城市生活垃圾中廢塑料比重日益增加,焚燒回收熱能、發電的可能性越來越大。但是我國目前還沒有專一的塑料焚燒爐,焚燒的穩定性差、產生成分復雜的廢氣和大量毒性極強的污染物,對大氣環境造成二次污染,如多氯二苯并二惡英(ＰＣＤＤｓ)和多氯二苯并呋喃(ＰＣＤＦｓ),因此要對燃燒排放的氣體進行控制,防止二次污染物對大氣環境的影響。另外廢舊塑料焚燒法還存在著投資大、設備損耗和維修運轉費用高的問題。
2.2 衛生填埋法
與焚燒法相比,廢塑料的衛生填埋法具有建設投資少、運行費用低和回收沼氣等優點,成為現在世界各國廣泛采用的廢塑料最終處理方法。例如,北京市城區周圍的幾座大型現代化垃圾填埋場中,塑料垃圾比重很大。在填埋過程中只要合理調度,操作機械化,可以大幅度減少處理費用。但廢舊塑料由于密度小、體積大,占用空間大;塑料廢棄物難以降解,填埋后將成為永久垃圾,當真成了“不朽之物”;塑料中的添加劑析出后還會污染土壤和水體資源[2]。而且目前填埋作業不規范、技術水平低,填埋場產生的滲濾液污染地下水、大氣和土壤。同時該法填埋了大量可利用的廢塑料,這與可持續利用背道而馳,沒能從根本上解決廢舊塑料的資源化問題。
3 廢舊塑料的再生利用
廢塑料的再生利用可分為直接再生利用和改性再生利用兩大類。直接再生利用是指將回收的廢舊塑料制品經過分類、清洗、破碎、造粒后直接加工成型。改性再生利用是指將再生料通過物理或化學方法改性(如復合、增強、接枝)后再加工成型。經過改性的再生塑料,機械性能得到改善或提高,可用于制作檔次較高的塑料制品[3]。
3.1 廢舊塑料的直接利用
廢舊塑料的直接利用是不需要進行各種改性,直接將廢舊塑料經過清洗、塑化加工成型或與其他物質經過簡單加工制成有用的制品[2]。廢舊塑料的這種直接再生制品已經廣泛應用于農業、漁業、建筑業、工業和日用品等領域,在我國目前的廢塑料回收水平下,廢舊塑料的再生利用仍然具有廣闊的前景。隨著我國農膜、棚膜使用量的與日俱增,廢舊農膜量的回收利用也越來越受到國家及各地方政府的關注。目前對廢農膜的直接利用法有:開煉法塑化與模壓成型等。其可以用來壓制花盆、盤、垃圾桶等產品,達到廢品回收利用的目的。其工藝流程為:
廢農膜→計量→塑煉→熱熔坯→在模具中壓制→整理→制品
除了廢舊ＰＥ外,其他廢舊塑料制品如ＰＰ、ＰＶＣ等同樣可以采用直接利用生產再生料。如廢聚ＰＰ制品中編織袋、打包帶、捆扎繩、儀表盤、保險桿等最常見,其再生利用工藝如下:ＰＰ再生打包帶:擠出塑化→打包帶機頭→冷卻水箱→前牽伸輥→加熱水箱→后牽伸輥→軋花紋→卷取
3.2 廢舊塑料的改性再生利用
為了改善廢舊塑料再生料的基本力學性能,滿足專用制品的質量要求,可以采取各種改性方法對廢舊塑料進行改性以達到或超過原塑料制品的性能。對廢舊塑料的改性再利用是很有發展前景的途徑,越來越受到人們的重視。
3.2.1 共混增容改性回收技術
這種回收技術主要是將廢舊塑料與其他塑料或物質共混,來提高廢舊塑料的力學性能,制成有用的制品。據研究報道,在廢舊ＰＰ中摻入質量分數為10%～25%的ＨＤＰＥ,其改性后的共混物的沖擊強度比ＰＰ提高了8倍,且加工流動性增加,可適用于大型容器的注塑成型[3]。
馮英暉等[4]對廢尼龍-6增強廢ＰＰ/膠粉復合材料進行了研究,結果發現廢尼龍-6短纖維起到了明顯的增強作用,當粘合劑用量為短纖維用量的20%,短纖維長度為8ｍｍ、質量份數為6份時,環氧化天然膠乳和ＰＰ接枝馬來酸酐增容處理廢ＰＰ/膠粉體系的拉伸強度為26.6ＭＰａ。另據報道,把短玻璃纖維(ＳＧＦ)按10%～40%的比例增強廢舊ＰＰ可以顯著提高廢舊ＰＰ的拉伸強度,這種改性ＰＰ材料可以廣泛用于汽車配件,如散熱器零件、照明設備零件、蓄電池外殼、防護板襯里等[3]。
Ｐａｒｋ[5,6]等人用ＣＰＥ增容廢舊高密度聚乙烯(ＨＤＰＥ)和ＰＶＣ共混物,能夠大幅度提高共混物的拉伸性能。黃玉惠、廖兵等人[7]用偶聯劑處理過的木纖維增強廢舊ＰＥ、ＰＰ和ＰＶＣ,可大幅度提高制品的拉伸強度和沖擊強度,用來制備塑料絲筒、容器等制品;他們還用碳酸鈣填充廢舊ＰＶＣ,制成性能良好的ＰＶＣ鈣塑材料,可制成塑料門窗用塑料加強筋等配件。
3.2.2 化學改性回收利用技術
用化學改性的方法把廢舊塑料轉化成高附加值的其他有用材料,是當前廢舊塑料回收技術研究的熱門領域。張向和等[8]用廢舊熱塑性塑料,按廢塑料、混合溶劑、汽油、顏料+填料+助劑、改性樹脂、樹脂型增韌增塑劑的質量比等于(15～30):(50～60):適量:(0～45):(3～10):(0.5～5)的比例生產出了防銹、防腐漆、各色螢光漆等中、高檔漆。其性能優良,附著力好,抗沖擊力強,成本約為正規同類涂料的一半,且設備簡單。
張松濱等[9]按廢聚苯乙烯、溶劑、增塑劑、填料質量比等于(30～40):(50～60):(3～4):(1～2)的比例研制出了一種膠粘劑。該膠粘劑粘紙立即可干而且粘性特別好,可適用于粘信封、書籍等;粘玻璃效果非常好,浸酸浸堿48ｈ后無脫粘現象。
鄭天亮等人[10]研究了用廢聚苯乙烯塑料通過物理改性,制成性能優良的清漆、色漆、防銹底漆和建筑乳膠漆,用廢舊塑料制漆既可解決大量廢聚苯乙烯造成的環境問題,尋找出一條可再利用的出路,同時又獲得了可供民用的幾種不同類型的成本低廉的涂料,而且成本低于同類的醇酸漆。我國安徽大學高分子材料研究所通過改性發泡等工序,用廢棄聚烯烴塑料生產泡沫片和硬質板材,泡沫片用作旅游鞋、皮鞋和布鞋的原料,硬質板材則用作彈性地板的原料[11]。
4 熱分解法
熱分解技術的基本原理是,將廢舊塑料制品中原樹脂高聚物進行較徹底的大分子鏈分解,使其回到低分子量狀態,而獲得使用價值高的產品。該技術可分為高溫分解和催化低溫分解,前者一般在600～900℃的高溫下進行,后者在低于450℃甚至在300℃的較低溫度下進行。該技術是對廢舊塑料的較徹底的回收利用技術。高溫裂解回收原料油的方法,由于需要在高溫下進行反應,設備投資較大,回收成本高,并且在反應過程中有結焦現象,因此限制了它的應用。而催化低溫分解由于在相對較低的溫度下進行反應,因此研究較活躍,并取得了一定的進展[12,13]。
湯子強等[14]對低溫煤焦油與廢舊塑料共熔油化進行了研究。實驗結果表明,在用Ｚ-Ｈ型催化劑,控制煤焦油的質量分數在10%～15%,恒溫回流溫度控制在300℃、反應時間3ｈ左右時轉化率超過85%,催化裂解得到汽油的質量有所提高,而且改善了廢塑料的傳熱性能,減小了結焦現象。席國喜等[15]對廢聚苯乙烯的催化裂解進行了研究。結果表明:廢聚苯乙烯在固體酸、固體堿和過渡金屬氧化物存在的條件下進行裂解,催化性能由高到低的順序為:固體堿、過渡金屬氧化物、固體酸。
5 廢舊塑料與其他材料復合技術
廢舊塑料的性能雖然有所降低,但其塑料性能還是存在的。可以將廢舊塑料和其他材料復合,形成具有新性能的復合材料。浙江三泰板業廠利用回收農膜與木屑復合制成塑質木材,抗折強度為20.8ＭＰａ,該材料除了具有與天然木材一樣可鋸、刨、釘、粘等性能外,還具有耐潮、防蛀等優點,而且制造的靈活性強,既可擠壓成板材、型材,也可一次模壓成產品。
李忠明等[16]人采用稻草秸稈,經粉碎、表面處理后與聚丙烯(ＰＰ)塑料復合制備秸稈/塑料復合材料。這將不僅讓秸稈可望帶來良好的經濟效益,而且能節約緊缺的木材資源,是一種行之有效的廢舊塑料處理利用方法。楊慶賢[17]研究了木屑和廢舊塑料性能試驗指出:木/塑復合材料可以加工成軟材和硬材,片材和板材,管材和異型材,以及其他各種制品,復合材料的力學性能隨著廢舊塑料的含量的增加而下降。所以有必要通過試驗研究出最佳木/塑比,以得到復合材料最好的力學性能。
胡圣飛等[18]以廢棄ＰＥ、ＥＶＡ為改性劑,對鋪路瀝青進行改性。結果表明:ＥＶＡ能有效的改善廢棄ＰＥ與瀝青的相容性,克服了由于瀝青含臘量高而造成的抗老化性、熱穩定性、可塑性差等困難,達到了作為鋪路材料的要求。哈爾濱工業大學的張志梅等[19]探討了利用廢舊塑料和粉煤灰制建筑用瓦的工藝方法和條件,為廢舊塑料的回收利用開拓了一條新路,用廢舊塑料制建筑用瓦是消除“白色污染”的一種積極方法,具有較好的社會、環境及經濟效益。
6 結束語
廢舊塑料造成的“白色污染”現象越來越受到人們的重視,在人們致力于解決“白色污染”的同時,更應重視廢舊塑料的綜合利用技術的研究,根據“減量化、無害化、資源化”的原則,回收資源,變廢為寶,達到經濟效益、環境效益和社會效益的統一。
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