合成材料的回收利用途径.docx
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合成材料的回收利用途径.docx
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合成材料的回收利用途径
合成材料的回收利用途径
高二〔4〕班孟想
合成材料品种很多,合成树脂〔塑料〕、合成纤维、合成橡胶就是通常所说的三大合成材料。
有机合成材料的出现是对自然资源的一种补充,主要通过化学合成将小分子有机物如烯烃等合成大分子聚合物。
有机合成材料不是纯洁物,而是混合物;主要原因是有机物在发生聚合反响时,一些分子链较长的分子往往会被拉断,从而形成构造相似、分子量不同的分子聚合在一起,即使是同种类型构造,化学、物理性质相似,也不能叫做纯洁物。
现代生活中的很多东西都是有机合成材料,比方很多眼镜都是有机玻璃做的,汽车上的内饰,轮胎,生活中的塑料制品,电磁炉上的底盘等。
合成材料与天然相比具有许多优良的性能,从日常生活到现代工业和国防科学技术等领域,都离不开合成材料。
有机合成材料的出现是材料开展史上的一次重大突破,从此,人类摆脱了只能依靠天然材料的历史,在开展进程中大大前进了一步,新型有机合成材料必将为人类创造更加美好的未来。
世界合成树脂的产量已达2亿吨,根据各种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种,通用塑料有五大品种,即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物〔ABS〕。
我国每年的塑料年产量超过2500万吨,居世界之首;废旧塑料回收压力巨大,年需回收1200万吨以上;废弃塑料的主要来源包括塑料薄膜、塑料丝及编织品、泡沫塑料、塑料包装箱及容器、各种日用塑料制品、各式各样的塑料袋和农用地膜等,大量消费后塑料的处理问题已成为当今地球环境保护的热点。
普通的合成纤维主要是指传统的六大纶纤维,即涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶纤维。
与天然纤维相比,合成纤维的原料是由人工合成方法制得的,生产不受自然条件的限制;合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能,如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外,不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。
2021年,产业用纺织品纤维加工量达900万吨,产业用纺织品纤维加工量占纺织品加工总量的比重将提高到25%;同时,废旧纤维回收再利用占产业用纺织品纤维加工量的比例将到达20%以上;非织造布纤维加工量达300万吨。
我国是世界上最大的橡胶消费国,约占世界橡胶年消费总量2700万吨的三分之一,已连续7年居世界第一位:
我国也是橡胶资源十分匮乏的国家,75%以上的天然橡胶依赖进口;我国还是世界上最大的废旧橡胶生产国之一,废橡胶制品污染问题不容无视。
废橡胶的利用形势将比较严峻。
因此,正确处理和利用废旧橡胶,是推进我国橡胶工业科学开展的必然选择。
1.废旧塑料制品的回收利用途径
塑料确实给人们生活带来了方便和实用,但是这种方便却带来长久的危害。
废弃塑料的主要来源包括塑料薄膜、塑料丝及编织品、泡沫塑料、塑料包装箱及容器、各种日用塑料制品、各式各样的塑料袋和农用地膜等;另外,工程塑料在汽车及电器商用领域应用较广,品种多而复杂。
汽车用塑料年用量已达40万吨,电子电器及家电配套用塑料年用量也到达100多万吨。
随着这些产品逐渐进入报废期,成为废弃塑料不易处理的一个重要源头。
据估计,国内废弃塑料年产生量假设按塑料年消费量3200万吨的25%估算约为800万吨,再加上进口的废弃塑料400多万吨,国内废弃塑料的年产生量约为1200万吨;这些废弃塑料的存放、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。
1.1卫生填埋。
废旧塑料由于具有大分子构造,故废弃后长
期不易分解腐烂,并且质量轻、体积大,暴露在空间可随风飞动或在水中漂浮。
因此,人们常利用丘陵凹地或自然凹陷坑池建立填埋场,对其进展卫生填埋。
卫生填埋法具有建立投资少、运行费用低和回收沼气等优点,已成为现在世界各国广泛采用的废塑料最终处理方法。
一般来说,填埋场均铺设防渗层,并用机械压实压平,上面覆盖土层,进展绿化,植草、建公园或自然景观,供人们休息游玩。
但填埋处理同时也存在着严重弊端:
塑料废弃物由于密度小、体积大,因此占用空间面积较大,增加了土地资源压力;塑料废弃物难以降解,填埋后将成为永久垃圾,严重阻碍水的渗透和地下水流通;塑料中的添加剂如增塑剂或色料溶出还会造成二次污染。
同时该法填埋了大量可利用的废塑料,这与可持续利用背道而驰。
1.2燃烧处置。
燃烧回收热能是废旧塑料处理的另一主要方法。
将废旧塑料进展燃烧的处理方法具有处理数量大、本钱低、效率高等优点,燃烧方式主要有3种:
l)使用专用燃烧炉燃烧废旧塑料回收利用热能,所用的燃烧炉有流动床式燃烧炉、浮游式燃烧炉、转炉式燃烧炉等;2)废塑料作为补充燃料与生产蒸汽的其他燃料掺混使用,这是一项可行而又比较先进的能量回收技术,例如热电厂即可使用废塑料作为补充燃料;3)通过氢化作用或无氧分解,使废塑料转化成可燃气体或其他形式的可燃物,再通过它们的燃烧回收热能。
目前,利用燃烧废塑料回收的热能约占塑料回收总量的38%,将回收的热能用于火力发电,发电量占火力发电总电量的6%左右。
废塑料燃烧的主要产物是二氧化碳和水,但随着塑料品种、燃烧条件的变化,也会产生多环芳香烃化合物、一氧化碳等有害物质,镉、铅等重金属化合物,这些化合物会随烟尘、燃烧残渣一起排放,污染环境。
因此,必须安排气体的处理设施以防止污染,否那么这些物质假设直接进入大气会破坏臭氧层,形成温室效应、酸雨,危及人类身体**。
1.3分类回收。
作为塑料回收,最重要的是进展分类。
常见的塑料有聚苯乙烯、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,这些塑料的差异一般人很难分辨。
现在的塑料分类工作大都由人工完成。
最近机器分类有了新的研究进展,德国一家化学科技协会创造以红外线来识别类别,既迅速又准确,只是分拣本钱较高。
分类回收塑料可二次回用或作为化工原料。
1.4直接利用。
废旧塑料的直接利用系指不需进展各类改性,将废旧塑料经过清洗、破碎、塑化,直接加工成型,或与其它物质经简单加工制成有用制品。
国内外均对该技术进展了大量研究,且制品已广泛应用于农业、渔业、建筑业、工业和日用品等领域。
例如,将废硬聚氨泡沫精细磨碎后加到手工调制的清洁糊中,可制成磨蚀剂;将废热固性塑料粉碎、研磨为细料,再以30%的比例作为填充料掺混到新树脂中,那么所得制品的物化性能无显著变化;可用作包装的缓冲中间填科和地毯衬里料;粗糙、磨细的皮塑料用聚氨脂粘合剂粘合,可连续加工成为板材。
1.5熔融再生。
熔融再生是将废旧塑料重新加热塑化而加以利用的方法。
从废旧塑料的来源分,此法又可分为两类一是由树脂厂,加工厂的边角料回收的清洁废塑料的回收;二是经过使用后混杂在一起的各种塑料制品的回收再生。
前者称单纯再生,可制得性能较好的塑料制品;后者称复合再生,一般只能制备性能要求相对较差的塑料制品,且回收再生过程较为复杂。
2种或2种以上的聚合物在熔融状态下进展共混,形成的新材料即为聚合物合金,主要有单纯共混、接枝改性、增容、反响性增容、互穿网络聚合等方法。
回收塑料的合金化是塑料工业中的热点,是改善聚合物性能的重要途径。
1.6物理改性再生。
废旧塑料直接再生利用的主要优点是工艺简单、再生品的本钱低廉,其缺点是再生料制品力学性能下降较大,不宜制作高档次的制品。
为了改善废旧塑料再生料的根本力学性能,满足专用制品的质量需求,研究人员采取了各种改性方法对废旧塑料进展改性,以到达或超过原塑料制品的性能。
采用物理方法对废旧塑料进展改性主要包括:
l)活化无机粒子的填充改性;在废旧热塑性塑料中参加活化无机粒子,既可降低塑料制品的本钱,又可提高温度性能,但参加量必须适当,并用性能较好的外表活性剂处理。
2)废旧塑料的增韧改性;通常使用具有柔性链的弹性体或共混性热塑性弹性体进展增韧改性,如将聚合物与橡胶、热塑性塑料、热固性树脂等进展共混或共聚;近年又出现了采用刚性粒子增韧改性,常用的刚性有机粒子有聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等。
3)增强改性:
使用纤维进展增强改性是高分子复合材料领域中的开发热点,它可将通用型树脂改性成工程塑料和构造材料。
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来的树脂;纤维增强改性具有较大开展前景,拓宽了再生利用废旧塑料的途径。
1.7化学改性再生。
化学改性指通过接枝、共聚等方法在分子链中引人其它链节和功能基团,或是通过交联剂等进展交联,或是通过成核剂、发泡剂进展改性,使废旧塑料被赋予较高的抗冲击性能,优良的耐热性,抗老化性等,以便进展再生利用。
目前国内在这方面已开展了较多的研究工作,用化学改性的方法把废旧塑料转化成高附加值的其他有用的材料,已成为当前废旧塑料回收技术研究的热门领域,并涌现出了越来越多的成果。
1.8热裂解分解。
热裂解分解技术是将废旧塑料制品中原树脂高聚物进展较彻底的大分子链分解,使其回到低摩尔质量状态,而获得使用价值高的产品〔燃料油或燃料气〕。
该技术是对废旧塑料的较彻底的回收利用技术。
不同品种塑料的热分解机理和热分解产物各不一样,PE、PP的热分解以无规那么断链形式为主,热分解产物中几乎无相应的单体;PVC的热分解先是脱除氯化氢,再在更高温度下发生断链,形成烃类化合物。
废塑料热分解工艺可分为高温分解和催化低温分解,前者一般在600-900℃的高温下进展,后者在低于450℃甚至在300℃的较低温度下进展,两者的分解产物不同。
废塑料热分解使用的反响器有:
塔式、炉式、槽式、管式炉、流化床和挤出机等。
高温裂解回收原料油的方法,由于需要在高温下进展反响,设备投资较大,回收本钱高,并且在反响过程中有结焦现象,因此限制了它的应用。
而催化低温分解由于在相对较低的温度下进展反响,因此研究较为活泼,并取得了一定的进展。
1.9化学分解。
化学分解是指废弃塑料的水解或醇解(乙醇解、甲醇解及乙二醇解等)过程通过分解反响,可使塑料变成其单体或低分子质量物质,重新成为高分子合成的原料。
化学分解产物均匀,易控制不需进展别离和纯化,生产设备投资少。
但由于化学分解技术对废旧塑料预处理的清洁度、品种均匀性和分解时所用试剂有较高要求,因而不适合处理混杂型废旧塑料。
目前化学分解主要用于聚氨醋、热塑性聚脂、聚酞胺等极性类废旧塑料。
1.10塑料降解。
降解塑料是塑料家族中带降解功能的一类新材料,它在用前或使用过程中,与同类普通塑料具有相当或相近的应用性能和卫生性能,而在完成其使用功能后,能在自然环境条件下较快地降解成为易于被环境消纳的碎片或碎末,并随时间的推移进一步降解成为二氧化碳和水,最终回归自然。
目前可降解塑料主要有光降解塑料、生物降解塑料和同时具有可控光降解与生物降解双重降解功能的塑料。
2.废旧合成纤维的回收利用途径
为了满足纺织工业生产所需原料,同时减少环境污染,国内外纺织界**都在不断地利用废旧纺织原料再生和开发新的原料资源。
回收不仅减少了对天然资源--棉花、毛等纤维的消耗,更重要的是对不可再生资源--石油的消耗,减少了对污染物的处置。
目前,可供回收利用、制造再生纤维的原料包括合成高分子废料,主要是合成纤维生产加工过程中的下脚料、边角料、废纱废丝、碎料布片,日常生活中的废旧衣物和其他废弃纺织品,以及其他塑料废弃料如聚酰胺、聚酯、聚丙烯等。
2.1聚酯的回收利用。
聚酯系列制品的应用愈来愈广泛,普及工业、农业和每个家庭。
产品包括服装、玩具、录音录像带、器皿、饮料瓶、汽车的零部件等。
聚酯的废弃物到处可见,已造成严重的环境污染。
再生聚酯短纤维价格低〔是常规聚酯短纤维的75%~80%〕、用途广、品质指标接近或到达常规涤纶短纤维标准,所以被广泛应用在非织造布和产业用纺织品上,在国内外市场上供不应求,其开展潜力很大。
再生聚酯短纤维原料来源广泛、本钱低。
聚酯瓶〔PET〕就是再生聚酯短纤维生产的一种主要原料,聚酯瓶经过一系列加工处理即可用来纺丝、制成非织造布和产业用纺织品原料。
2.2尼龙的回收利用。
尼龙是聚酰胺类高分子材料的俗称,其品种繁多,有脂肪族尼龙、芳香族尼龙等,其中以尼龙6和尼龙66应用最多,产量最大。
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