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废塑料的回收与资源化利用

《资源综合利用》课程论文

废塑料的回收与资源化利用

摘要

塑料制品的广泛应用给人类带来了极大的利益和文明，目前目前，全世界塑料总产量已超过1亿t。

塑料制品已经深入到人们生活和生产的各个领域中，已经成为其中的主要原料和辅助材料，市场消费一直呈上升趋势。

然而，大规模的生产与使用必然导致大量塑料废弃物的产生和排出。

废旧塑料造成的环境污染已成为全球性环境问题之一，在发达工业国家的城市固体废弃物中，废塑料约占10%～20%的体积，每年全世界要丢弃约4000万吨的废塑料，形成巨大的“白色污染”，造成地下水及土壤的污染，危及人类的健康与生存。

因此废塑料的综合回收利用已成为急待解决的社会问题。

关键词塑料资源化生活垃圾分解

正文

1塑料的来源

废塑料来源品种有塑料薄膜（包括塑料包装袋和农膜）、塑料丝及编织品、泡沫塑料制品、塑料包装箱及容器、电缆包覆料以及各种日用杂品、文体娱乐、卫生保健等日用塑料制品，其中薄膜、泡沫、包装箱及容器、编织、片材等塑料制品主要用于塑料包装。

塑料包装是废塑料的首要来源，此外还有一些其它塑料包装制品（如塑料托盘）、农用塑料制品（如农用塑料节水器材）、装饰装修用塑料制品的报废率也较高。

塑料是家电产品的重要组成部分，我国家用电器的保有量巨大，且每年都在飞速增加。

这些电器大多是在20世纪80年代中后期进人家庭的，预计近几年我国将迎来一个家电更新换代的高峰，家电产品按正常的使用寿命10～15年计算，每年需报废的家用电器就有几千万台。

近年来，电子通讯器材如电脑、手机、光盘、光盘等更新换代速度加快，每年报废数量急剧上升，带来了较为严重的环境问题。

在工业配套、信息、交通、航空航天等领域电子电器配套塑料配件应用广泛，产品更新换代很快。

再加上各种车辆的废旧轮胎等来源，越来越多的废塑料正堆在我们面前。

2废塑料的理化特性

废塑料的回收是进行再利用的基础。

回收的难度在于废塑料数量大、分布广、品种多、体积大，许多废塑料与其他城市垃圾混在一起，给回收造成很大困难。

由于几乎所有塑料都由不可再生的石油制成，主要成分是碳氢化合物，可以燃烧，如聚苯乙烯燃烧的热量比燃料油还高，是热值很高的大分子材料，具有耐酸、耐碱、耐气候老化等耐腐蚀、不易分解的特性，导致不能够被自然分解，尤其是一次性塑料包装废弃物、塑料农地膜被人们随意丢弃而造成的视觉污染，即所谓的“白色污染”，以及废塑料对环境造成的潜在危害，已引起政府有关部门和社会的普遍关注。

3世界范围内资源化利用情况

目前，国外在废塑料回收方面已积累了不少经验，他们把废塑料的回收作为一项系统工程，政府、企业、居民共同参与。

德国于1993年开始实施包装容器回收再利用，1997年回收再利用废塑料达到60万吨，是当年80万吨消费量的75％。

目前，德国在全国设立300多个包装容器回收、分类网点，各网点统一将塑料制品分为瓶、薄膜、杯、PS发泡制品及其他制品，并有统一颜色标志。

日本树脂再生利用成功的秘诀就在于建立了回收循环体制。

回收循环管理体制的核心就是尽量减少回收环节，各厂家在建立销售网点的同时也要考虑建立回收网点。

厂家负起回收利用自家生产的产品废旧物品的责任，在回收自家生产的废旧物品时，原标准零部件及其材料性能就容易把握，可以充分有效地再生利用，能够确保再生产品的性能。

同时，还可以减少热回收，减少烦琐程序和环境污染。

由于产品的模块化，使再生利用部分的技术研究开发方向更加明确在城市塑料固体废弃物处理方面，目前主要采用填埋、焚烧和回收再利用三种方法。

因国情不同，各国有异，美国以填埋为主，欧洲、日本以焚烧为主。

采用填埋处理，因塑料制品质大体轻，且不易腐烂，会导致填埋地成为软质地基，今后很难利用。

采用焚烧处理，因塑料发热量大，易损伤炉子，加上焚烧后产生的气体会促使地球暖化，有些塑料在焚烧时还会释放出有害气体而污染大气。

采用回收再用的方法，由于耗费人工，回收成本高，且缺乏相应的回收渠道，目前世界回收再用仅占全部塑料消费量的15%左右。

但因世界石油资源有限，从节约地球资源的角度考虑，塑料的回收再用具有重大的意义。

为此，目前世界各国都投入大量人力、物力，开发各种废旧塑料回收利用的关键技术，致力于降低塑料回收再用的成本的开发其合适的应用领域。

我国现阶段的垃圾综合处理技术是指在某一特定区域或集中场所内，同时运用相互之间有关联的两种及以上处理方式，形成既相对独立又互为补充，满足“三化”要求，追求综合效益最优化的生活垃圾处理系统。

我国生活垃圾综合处理技术的发展经历了由上世纪末以垃圾生化堆肥为主要处理技术，到现在涵盖了分类分选回收利用技术、生化处理（高温堆肥和厌氧消化等）技术、焚烧技术和卫生填埋技术等多种处理方式有机结合的综合处理技术。

不同处理技术适应的处理对象、产出物以及对前后道工艺的要求均各不相同。

现在较为普遍的综合处理技术组合为：

有机垃圾生化处理+无机垃圾分选回收+可燃物焚烧+残余物填埋。

4主要资源化利用工艺

4.1物理方法

4.1.1熔融再生

该法是将废塑料加热熔融后重新塑化。

根据原料性质，可分为简单再生和复合再生两种。

简单再生已被广泛采用，主要回收树脂生产厂和塑料制品厂生产过程中产生的边角废料，也可以包括那些易于清洗、挑选的一次性使用废弃品。

这部分废旧料的特点是比较干净、成分比较单一，采用简单的工艺和装备即可得到性质良好的再生塑料，其性能与新料相差不多。

现在塑料废弃物品约有20％采用这种回收利用方法，现阶段大多数塑料回收厂是属于这一类的。

复合再生所用的废塑料是从不同渠道收集到的，杂质较多，具有多样化、混杂性、污脏等特点。

由于各种塑料的物化特性差异及不相容性，它们的混合物不适合直接加工，在再生之前必须进行不同种类的分离，因此回收再生工艺比较繁杂，国际上已采用的先进的分离设备可以系统地分选出不同的材料，但设备一次性投资较高。

一般来说，复合再生塑料的性质不稳定，易变脆，故常被用来制备较低档次的产品，如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。

目前，我国大连、成都、重庆、郑州、沈阳、青岛、株洲、邯郸、保定、张家口、桂林以及北京、上海等地分别由日本、德国引进20多套（台）熔融法再生加工利用废塑料的装置，主要用于生产建材、再生塑料制品、土木材料、涂料、塑料填充剂等。

4.1.2改性再生

是指通过化学或机械方法对废塑料进行改性。

改性后的再生制品力学性能得到改善，可以做档次较高的制品。

日本宝冢市工业技术研究开发试验所发明了一种方法，可将废纸和废聚乙烯加工成合成木材，这种合成木材可以和天然木材一样加工，质地也和天然木材一样好。

澳大利亚克莱顿聚合物合作研究中心研究出一种用聚乙烯薄膜边角料和废纸纤维生产建筑业用木材替代物的生产工艺，该加工过程系在一台双螺杆挤出机内进行，工艺温度低于200℃，能避免纤维的降解。

用该方法生产的新闻纸／聚乙烯复合材料的外观、密度和机械性能与硬纤维板相似，可用标准工具进行切割、成型，在钉钉子时的防裂性也很好，防水性能比硬纤维板要好。

西堀贞夫的“爱因木”技术以干态研磨清洗达到塑料废弃物再资源化，使用再生原料PE、PP、PVC、ABS等混合废弃木屑，生产木屑含量超过50％以上的新型木板。

爱因木技术的问世引起了世界各国，特别是发达国家的关注并产生了强烈反响。

在化学添加剂方面，汽巴—嘉基公司生产出一种含抗氧剂、共稳定剂和其他活性、非活性添加剂的混合助剂，可使回收材料性能基本恢复到原有水平；荷兰也有人开发出一种新型化学增容剂，能将包含不同聚合物的回收塑料键合在一起。

美国报道采用固体剪切粉碎工艺（SolidStateShearPulverization，S3P）进行机械加工，无需加热和熔融便可对树脂进行分子水平上的剪切，形成互容的共混物，共混物大部分由HDPE和LLDPE组成，极限拉伸强度和挠曲模量可与HDPE和LLDPE纯料相媲美。

近两年出现的固相剪切挤出法、反应性共混法、多层夹心注塑技术以及反应挤塑法则使一些难以回收的废塑料的再生利用成为可能。

4.1.3木粉填充改性废塑料

木粉填充改性废塑料是一种全新的绿色环保塑木材料，其加工方法也是物理改性再生方法。

由于近几年来国内外对该方面的研究较多，发展较快，并且已有商品化产品出现，塑木材料及其相关技术的发展已成为一种趋势

木粉与废旧塑料复合材料的开发与研究不但可以提供充分利用自然资源的机会，而且也可以减轻由于废旧塑料而引起的环境污染，因此，这种木塑复合材料是一种节约能源、保护环境的绿色环保材料。

其应用范围很广，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、装饰材料及日常生活用具等方面，有广阔的发展前景。

从国内外专利调研中也可看出这点。

木粉作为塑料的一种有机填料，具有许多其他的无机填料所无法比拟的优良性能：

来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小。

但它并没有像无机填料那样得到广泛应用，原因主要有以下两点，与基体树脂的相容性差；在熔融的热塑性塑料中分散效果差，造成流动性差和挤出成型、加工困难。

①木粉的处理木纤维材料优选为炊木材料，如白杨木、雪松锯屑等。

②对塑木复合物的加工要求复合物颗粒挤出成材时，若采用的是无通风设备的挤出工艺，颗粒应尽可能干燥，含水量应在0．01％～5％（质量分数）之间，最好小于3．5％。

对复合物颗粒的截面形状作了研究，认为有规则几何形状的截面更有利，优选为有近似圆形或椭圆截面的规则圆柱体。

在挤出工艺中木纤维更宜沿挤出方向取向，这种定向能使相邻平行的木纤维与包覆在定向木纤维上的高分子相互交叠，从而能改善材料的物理性能。

通常取向度为20％，优选30％。

研究了木粉与废塑料的混合比例，优选条件为塑料45％（质量分数，后同）、木粉55％，还发现从塑料40％、木纤维60％到塑料60％、木纤维40％的混合比例都可生产合用的产品。

③相容性的改善由于木粉中主要成分是纤维素，纤维素中含有大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，吸湿率可达8％一12％，且极性很强，而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小。

使用适当的添加剂改性聚合物和木粉的表面，可以提高木粉与树脂之间的界面亲和能力，改性的木粉填料具有增强的性质，能够很好地传递填料与树脂之间的应力，从而达到增强复合材料强度的作用。

④添加剂的用量对复合材料性能的影响偶联剂的用量与填料的活化效果并非成正比关系，当添加剂含量为1％时，材料的拉伸强度和拉伸模量最好，随着添加剂用量的增加，材料的性能反而下降。

因此添加剂的用量不能太多，否则，既影响性能，又造成不必要的浪费。

⑤流动性能的改善对于挤出成型加工来说，要求所加工的物料有一定的流动性。

大多数情况下填充塑料都需要经过熔融、受力、变形后，经冷却定型制成各种制品，因此木粉填料的加人对熔体流变性能的影响是必须加以研究的。

其中最重要的是对熔体粘度的影响。

随着木粉含量的增加，聚合物熔体粘度升高，这与木粉在基体树脂中的分散状况有关。

木粉颗粒在基体中是以某种聚集状态的形式存在，呈聚集态的木粉对填充体系流动性能的影响是不利的，可加入适量的硬脂酸来降低木粉颗粒的集聚数量，改善成团现象，使其在基体树脂中充分分散。

此外，木塑复合材料在熔融状态时属于假塑性流体，随着剪切速率的增加，表观粘度下降。

所以为了使填充体系具有良好的加工流动性能，应当尽可能采用较高的剪切应力，以降低填充体系的剪切粘度，使之适合于挤出成型加工。

⑥加工条件的改善挤出成型、热压成型、注射成型是加工塑木复合材料的主要成型方法。

由于挤出成型加工周期短、效率高、成型工艺简单，因此挤出成型方法是一种较佳的选择方案。

4.2化学法

4.2.1回收热能法

大部分塑料以石油为原料，主要成分是碳氢化合物，可以燃烧，如聚苯乙烯燃烧的热量比染料油还高。

有些专家认为，把塑料垃圾送入焚化炉燃烧，可以提供采暖或发电的热量，因为石油染料86%都直接烧掉了，其中只有4%制成了塑料制品，塑料用完以后再送去当热能烧掉是很正常的，热能使用是塑料回收的最后方法之一，不容轻视。

目前，德国每年有20万吨的PVC垃圾，其中30%在焚化炉里燃烧，烧得人心惶惶，法律不得不对此拟定对策。

德国联邦环境局已规定所有的焚化炉都必须符合每立方米废气值低于0.1ng（纳克）的限量。

4,2,2化学还原法

研究人员开始设法提炼出塑料内化学成分以便再利用。

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。

有些方法是通过加入化学元素促使相结合的碳原子化学裂解，或是加入能源促成其热裂解。

德国拜尔公司开发出一种水解式化学还原法来裂解PUC海绵垫。

试验证明，化学还原法在技术上是可行的，但它只能用来处理清洁的塑料，例如生产制造过程中产生的边角粉末和其他塑料废料。

而家庭里使用过的沾染上其他污物的塑料，就很难用化学分解法处理。

美国伦塞理工学院研制出一种可分解塑料废弃物的溶液，将这种已申请了专利的溶液和6种混合在一起的不同类型的塑料一起加热。

在不同的温度下，可分别提取6种聚合物。

4.2.3氢化析解法

很多专家认为，氢化作用可用于处理混合塑料制品。

将混合的塑料碎片置入氢反应炉内，加以特定温度现压力，便能产生合成原油和瓦斯等原料。

这种处理方法可用于处理聚氯乙烯废料，其优点是不会产生有毒的二恶英与氯气。

采用这种方法处理混合塑料物品，根据不同的塑料成分，可将其中的60%－80＆的成分炼成合成原油。

德国巴斯夫等国家三家化学公司在共同的研究报告中指出，氢化作用为热裂解法的最优良方式，析解出的合成原油品质量好，可用来炼油。

美国列克星敦肯塔基大学发明了一种废塑料变成优质塑料燃料油的工艺方法。

用这种方法生产的燃料很像原油，甚至比原油更轻，更容易提炼成高辛烷值的燃料油。

这种用废塑料生产的燃料油不含硫磺，杂质也极少。

采用类似方法把塑料与煤一起液化。

也能生产出优质燃料油。

4.3生物法

4.3.1生物降解法

在积极开发塑料回收再利用技术的同时，研究开发生物降解成为当今世界各国塑料加工业的研究热点。

研究人员希望开发出一种能在微生物环境中降解的塑料，以处理大量一次性使用塑料，特别是地膜及多包装废弃物对农田、山林、海洋的污染。

研究目标是开发出一种在使用过程中可以保证其名项使用性能，而一旦用完废弃后，可被环境中的微生物分解，从而完全进入生态循环的塑料。

同时，这种塑料的生产成本较低，具有相应的经济性。

德国拜尔公司研究纤维制品的专家们经过数年研究，制成的一种可以完全分解为腐殖质的塑料。

用这种塑料制成的包装薄膜，可以在土壤中迅速分解“分化瓦解”，10天之内可以回归大自然。

根据环保组织的鉴定，此种塑料及其分解后的中和物对环境和人类均是安全可靠的。

该公司研制成功的这种新型塑料，是将坚硬而不易延伸的纤维素与聚氨酯混和制得。

把这种新型塑料埋入土中后，可成为土壤中微生物的可口佳肴，迅速繁殖的微生物很快能将这种材料完全消化成为腐殖质发。

将这种材料制成的一种家用保鲜膜，14天后可完全成为粉末，8周后会失去80%的重量。

用这种材料制作培养物的营养钵，植入土中数周后均化为腐殖质，充当起堆肥的角色。

由于这项新技术的生产成本太高。

是普通塑料的数倍，因而目前很难实现商品化生产。

6结论与建议

     通过分析比较国外的资源化途径，为使我国废塑料回收再生资源化利用快速、健康发展，建议应注意以下几个问题：

1、塑料再生行业基础薄弱，相关政策扶持力度不够

     近几年,我国重视发展循环经济,在政策研究、资金投入、行业扶持方面做了很多工作,但是整个废弃物回收利用行业基础薄弱的现状并没有得到根本性的改变。

多年来,科技投入不足、人员素质偏低、政策扶持不到位等仍制约行业发展,还未形成一个合理完善的回收再利用体系。

2、科技和环保投入不足，二次污染仍然严重

     塑料再生行业大部分对先进技术装备投入不足,传统粗放式经营导致的资源浪费和二次污染状况未得到显著改善。

据调研,目前我国塑料再生利用企业普遍存在技术水平低、环保措施不到位的情况,存在较大的污染隐患。

如果方法不当，塑料回收再生利用过程中也会对环境造成二次污染,这样一方面虽然回收了资源,而另一方面又污染了环境,得不偿失。

因此,只有企业以环境友好的方式对再生资源进行回收利用,才能真正促进循环经济的发展。

3、塑料再生行业呼唤一个可行的技术分类标准体系

      目前我国废弃塑料年产生量1000万吨左右,再加上进口废塑料近500万吨,社会拥有量约1500万吨左右。

应用好这些废旧塑料会给社会和企业带来巨大收益,但在存放、运输、加工应用以及后序处理如果管理不好,势必给环境带来压力。

消费后塑料具有与原塑料差不多的性能,直接回用或者加以改性仍然能够作为原料使用。

为了有效地使消费后塑料充分回用,其鉴别和分类是关键,所以塑料制品的原料身份标识显得很重要。

建议强制推行塑料回收标志与标识国家标准,加强塑料再生技术管理工作。

同时推进塑料再生行业交易分类体系的建立,为行业标准的推出打下基础,推动产业升级。

塑料回收再生利用行业呼唤一个科学的、切实可行的再生塑料分类技术标准和回收再生利用技术规范,促进产业升级。

     废塑料的再生资源回收利用是我国经济、社会可持续发展的战略选择。

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