家電塑料再生技術(shù)和再生利用技術(shù)的研究進展

黃軍左，劉熠純

(廣東石油化工學(xué)院工業(yè)催化研究所，廣東 茂名，525000)

家電塑料再生技術(shù)和再生利用技術(shù)的研究進展

黃軍左，劉熠純

(廣東石油化工學(xué)院工業(yè)催化研究所，廣東 茂名，525000)

家電塑料的再生利用技術(shù)與一般塑料再生利用技術(shù)并無本質(zhì)上的區(qū)別，其特點在于回收家電塑料需要進行拆卸、分類等前處理。因此，家電再生利用技術(shù)是家電塑料回收技術(shù)的重要組成部分。本文介紹了當前一些先進的科學(xué)研究與回收再生手段，闡述了廢舊家電再生技術(shù)和再生利用技術(shù)。

家電塑料;回收;再生技術(shù);再生利用技術(shù)

電子廢棄物的回收和處理問題已引起我國國內(nèi)公眾和學(xué)術(shù)界的關(guān)注［1～8］。塑料作為當今人類生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用的材料，在各種電子電器設(shè)備(EEE，electrical and electronic equipment)中均得到普遍使用。隨著這些電子電器產(chǎn)品大量進入報廢期，廢塑料在城市固體廢棄物(MSW，municipal solid waste)中所占比重越來越高，對生態(tài)環(huán)境和人類健康的危害問題也越發(fā)突出。電視機、電冰箱、洗衣機和空調(diào)器是最常用的四種家用電器，加強廢舊家用電器中廢塑料的再生利用研究已成為世界各國普遍關(guān)注的重要問題［9～16］。表1列出了一些常見塑料的回收方法［2］。根據(jù)目前國內(nèi)外廢塑料的回收現(xiàn)狀，本文闡述了家電塑料的再生技術(shù)和再生利用技術(shù)。

1 家電塑料的再生技術(shù)

家電塑料再生技術(shù)主要包括分離與分類技術(shù)、識別技術(shù)、材料再生技術(shù)、化學(xué)再生和熱分解還原單體技術(shù)、冷卻介質(zhì)和隔熱材料的回收技術(shù)等［17］。其中最主要的技術(shù)可分為以下幾個方面。

1.1 分離與分類技術(shù)

塑料材料分離與分類技術(shù)可分為兩類:一是將含有塑料材料的制品或部件進行拆卸或支解，然后通過磁性或密度上的區(qū)別進行分離或分類;二是先將其進行粉碎，然后通過磁性或密度上的區(qū)別進行分離或分類。主要分離技術(shù)如下。

1.1.1 塑料和金屬的分離

基于塑料與金屬材料性能之間的差異可實現(xiàn)塑料與其他材料的分離。雖然塑料的種類繁多，但卻具有相近的物理化學(xué)性能。例如，密度較小，大多不導(dǎo)電，與金屬材料相比機械強度較低等。利用這些差異，可采用渦流分選和電暈靜電分選的方法實現(xiàn)它們的高效分離，具體見表2。

1.1.2 塑料之間的分離

化學(xué)組成、表面化學(xué)性能、密度和玻璃化溫度等方面的差異是實現(xiàn)不同塑料分離的基礎(chǔ)［17］。采用人工分選、密度分選、浮選、摩擦靜電分選及光電分選等工藝可有效分離出各種塑料，廢塑料的主要分選工藝見表3。

表1 各種塑料的回收方法Table 1 Recovery methods of variours plastic

表2 廢舊家電塑料與金屬的分選工藝Table 2 Separation process of appliances and metal

表3 廢塑料的主要分選工藝比較Table 3 Main separetion process of waste plastic

1.2 識別技術(shù)

為拆卸和分類方便，不少發(fā)達國家常使用能識別塑料種類的材質(zhì)標識。對沒有標識的塑料材料，過去識別其種類最簡單的方法是觀其色(火焰的顏色和煙霧的顏色、外觀)，聽其音 (敲擊聲)，嗅其味(燃燒過程中發(fā)生的味)，需要豐富的經(jīng)驗。這些方法很難適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的需要。國外已經(jīng)開發(fā)出很多塑料識別設(shè)備，為塑料再生利用的機械化和自動化提供了良好的基礎(chǔ)。這類裝置使用方便，識別快，識別效果好，但目前我國還沒有類似的成熟產(chǎn)品。

1.3 已分類塑料的材料再生技術(shù)

對已分類的同種塑料尚應(yīng)進行清洗、除雜和除阻燃劑，以及改性和造粒，然后作為再生材料使用。清洗和分類也可同時進行。對難以通過粉碎、分類回收的塑料產(chǎn)品或部件，可采取化學(xué)/熱分解或熱能利用的處理方法。通過熱和壓力的作用，使廢舊塑料還原為石油制品或化學(xué)原料，也可作為高爐還原劑或高燃燒效率的固體燃料使用。

2 再生利用技術(shù)

塑料由于它具有可塑性和能重復(fù)利用的特點，其循環(huán)利用能有效地減少資源浪費和促進環(huán)境保護。西方發(fā)達國家的經(jīng)驗和做法值得借鑒，解決塑料發(fā)展與環(huán)境問題的成功策略是實施“三R”戰(zhàn)略，即塑料制品的減量(Reduce)，再使用(Reuse)和塑料廢棄物的回收利用(Recycle)。通常塑料再生利用的方法如表4所示，① 作為樹脂使用的方法——機械性的再利用;② 再生為樹脂原料單體的方法——化學(xué)性的再利用;③ 再生為油、氣，做塑料原料或燃料而利用的方法——供儲備再利用;④用作燃料進行燃燒利用能源的方法——回收能量。

表4 廢舊塑料回收和再生利用方法的具體情況一覽表Table 4 List of recovery and recycling technology of appliances plastics

2.1 機械性再利用

機械性再利用是不改變物質(zhì)的性質(zhì)，為了方便使用對現(xiàn)有塑料零部件進行破碎、造粒等機械處理的利用方法［17，18］。機械性再利用是節(jié)約能源，保護環(huán)境，實現(xiàn)材料再利用的最好途徑，它不僅能耗最低，而且產(chǎn)生的污染物質(zhì)量最小，特別是對一些大型的部件，例如電視機、復(fù)印機、計算機的外殼等更是如此。而且，這些大型部件目前又很多仍然用溴系阻燃塑料，所以這一方法宜用于阻燃塑料的回收。不過，機械性回收通常工序較多(見圖1)，因此目前機械回收的比例并不高。原因在于回收物的不確定性、分類的復(fù)雜性及雜質(zhì)消除的復(fù)雜性等，難以保障再生品的質(zhì)量要求，得到的回收料往往性能下降較大，只能用作次一級的原料。

圖1 機械回收工藝路線Fig.1 Process route of mechanical recycling

2.2 化學(xué)性再利用

一些塑料的回收由于物理法有其缺陷，從經(jīng)濟角度上，需要化學(xué)回收才更有價值、更科學(xué)?；瘜W(xué)性再利用是通過水解或裂解反應(yīng)，使廢塑料分解為初始單體或還原為類似石油的物質(zhì)再加工利用的技術(shù)［19］。此種方法主要適合于熱塑性聚烯烴類(如PP、PE、PS等)的回收。比如聚氨酯塑料，通過醇解、水解、堿解、氨解、熱解、酸解、加氫裂解等方法回收多元醇和其他一些物質(zhì)，用于合成其他聚合物。但化學(xué)回收過程比物理回收耗費更多的能量，過程控制要復(fù)雜得多，產(chǎn)生的氣體、液體、固體殘留物需要處理得當，才不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。

2.2.1 醇分解/水分解

聚酯(PET)、樹脂(ABS)、尼龍等含有氮、氯等元素，熱解時會產(chǎn)生有害氣體或腐蝕性氣體，不宜作熱解原料，回收難度較大。對于它們可用醇分解、水分解，能夠得到較高的回收率。

2.2.2 熱分解

對于熱塑性材料制品，聚合物可分解成單體或石油來進行回收。如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)等，當加熱到200℃時，PVC開始發(fā)生脫氯反應(yīng)，繼續(xù)加熱到300～500℃時，大部分分解成低碳化合物，進一步加熱會發(fā)生斷鏈反應(yīng)。

但是，酚醛樹脂等熱固性塑料則不適合作為熱解原料;ABS中有氮、氯等元素，熱解時會產(chǎn)生有害或腐蝕性氣體，也不宜作為熱解原料;至于含氯元素的原料，利用熱解法一定要進行脫氯處理。另外熱分解回收效率不高，通常聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)回收率在95%以上，PS回收率在42%，PE、PP僅在2%以下。為了提高回收效率，常采用“熱分解+催化劑”分解方法。

2.2.3 熱分解+催化劑分解

裂解熱塑性材料的油化工藝是將粉碎的廢塑料定量供給，并加熱至230℃ ～270℃被擠入熔融槽，再加熱至280℃ ～300℃時送入熱分解槽，當溫度到達350℃ ～400℃時進行熱分解，產(chǎn)生氣烴進入填充了合成沸石催化劑(ZSM－5)的裂解槽，接著進行分解回收［19］。該工藝適合熱塑性塑料的處理，對聚烯烴類(PE、PP、PS等)制油的回收率最高，質(zhì)量最好。

2.3 能源性再利用

能源利用是對難以進行材料再生的廢塑料通過焚燒，利用其熱能，常用于混合塑料［19，20］?？梢詫㈦y以再生的廢塑料粉碎與生石灰為主的添加劑混合、干燥、加壓、固化成直徑為20～50mm顆?！腆w燃料即RDF(reufesderivedufel)，這樣儲存方便、燃燒時尾氣排放量較少，日本正積極開展RDF產(chǎn)品的研究(見圖2)，以克服上述的缺點，當廢物燃燒產(chǎn)生高壓蒸汽流送給發(fā)電機，超過85%的能量被有效地回收了，低壓蒸汽流用于工業(yè)，熱水用于家庭取暖。目前各國普遍利用能量回收設(shè)備進行焚燒以獲取能量。

圖2 衍生燃料PDF的處理流程圖Fig.2 Flow chart of approach for reufesderivedufec

2.4 改性利用

廢舊塑料直接再生利用的主要優(yōu)點是工藝簡單、再生品的成本低廉，缺點是再生料制品力學(xué)性能下降大，不易制作高檔次的制品，為了改善廢舊塑料再生料的基本力學(xué)性能，滿足專用制品的質(zhì)量要求，可以采用各種改性方法對廢舊塑料進行改性，常用的改性方法有兩種:一是物理改性:① 活化無機粒子的填充改性:在廢舊熱塑性塑料中加入活化無機粒子，既可降低塑料制品的成本，又可提高溫度性能，加入量必須適當，并用性能較好的表面活性劑處理;②廢舊塑料的增韌改性:采用具有柔性鏈的彈性體或共混性熱塑性彈性體進行增韌改性，如將聚合物與橡膠、性塑料、熱固性樹脂等進行共混或共聚。另一是化學(xué)改性，指通過接枝、共聚等方法在分子中引入其他鏈節(jié)和功能基團，或交聯(lián)，或是通過成核劑、發(fā)泡劑改性，使廢舊塑料被賦予較高的抗沖擊性能、優(yōu)良的耐熱性、抗老化性等［21］。

塑料的改性利用市場十分廣闊。如對熱固性塑料可以粉碎為細料，按20% ～30%的比例作為填充料摻加到新樹脂中使用。軟聚氨酯破碎成所要求的尺寸，用作包裝的緩沖填料和地磚襯里料;或用膠粘劑回收，可壓塑再利用。硬聚氨酯精細磨碎，加到手工調(diào)制的清潔糊中，可制做磨蝕劑。對于廢聚氯乙烯塑料可配制成新型防水材料或輕質(zhì)保溫磚等。包裝用PS回收后可以用來加工成衛(wèi)生要求不高的文具和日用塑料品。再低一些品級的回收料可以用來生產(chǎn)儲運箱、護欄、隔柵、垃圾袋等產(chǎn)品。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)增長，家用電器早已走進了千家萬戶，近幾年來隨著家用電器的老化其淘汰率越來越大。大量的廢舊家電塑料沒有經(jīng)過回收利用而是直接填埋、焚燒，造成了資源的極大浪費。在積極推行節(jié)能減排、節(jié)約資源和材料的今天，設(shè)計廢舊家電塑料再生回收的工藝路線是相當有必要的。

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Development of Regeneration Technology and Recycling Technology of Appliances Plastics

HUANG Jun-zuo，LIU Yi-chun
(Institute of Industrial Catalysis，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，Guangdong，China)

Recycling technology of appliances plastics and it of general there is no essential difference，Its characteristics is the need of pre－ treatment of disassembly and dlassification etc.for plastic appliance recycling.Therefore，the recycling technology of appliances plastics is an important part for recovery technology of appliances plastics.This article describes some of the advanced scientific research and the current recycling methods，described regeneration technology and recycling technology of the waste home appliances.

appliances plastic;recovery;regeneration technology;recycling technology

TQ 321

2011－06－29