塑料包裝廢棄物再生利用綠色化理念及技術進展

張友根

塑料廢棄物再生利用綠色化是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分，我國政府進一步加大塑料廢棄物再生利用的扶持力度，財政部出臺《包裝行業(yè)高新技術研發(fā)資金管理辦法》，支持包裝廢棄物處理和利用項目。

國際上對塑料廢棄物的回收相當重視，特別在再生利用技術方面不斷開發(fā)新工藝、新技術、新設備，達到資源利用率的最大化，并作為保護資源的措施。對于不同的廢棄塑料包裝制品采取不同的回收利用方式，達到資源利用率的最大化。

一、回收利用綠色化貫穿塑料制品研發(fā)全過程的理念

塑料制品生命周期綠色化不但強調(diào)塑料制品實現(xiàn)綠色化，而且廢棄物必須再生利用，實現(xiàn)資源利用循環(huán)高效化的可持續(xù)發(fā)展。塑料制品廢棄物作為資源，實現(xiàn)資源的持續(xù)利用和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性合理開發(fā)和集約高效利用資源。塑料制品廢棄物既是生命周期的結束，也是實現(xiàn)再次生命周期的開始。

回收利用綠色化貫穿塑料制品研發(fā)的全過程。塑料制品研發(fā)選用的原料、結構型式、阻隔型式和工藝等，首先必須考慮到是否有利于資源回收利用最大化、綠色化循環(huán)經(jīng)濟。

不同材料多層組合提高了制品阻隔性能，但對回收利用帶來了技術難題。采用納米技術填充改性達到同一材料具有不同的阻隔性能，實現(xiàn)同一材料多層組合，利于回收利用。意大利Fiat汽車公司用PA納米復合材料作為燃油管阻隔材料替代原來的PVDF阻隔材料，多層燃油管包括PA12外層、PA6/PA12共聚物粘結層、含2%納米粘土的PA6/PA66共聚物阻隔層、PA66內(nèi)層，對汽油的阻隔性高三倍，燃油管全都由PA材料組成，以便于回收利用。

化學發(fā)泡效率高，成型工藝簡單，但回收利用易造成環(huán)境污染。氮氣、空氣、二氧化碳等發(fā)泡，成本低，工藝復雜，但回收利用無環(huán)境污染。一些展會顯示，氣體發(fā)泡正逐漸取代化學發(fā)泡。MuCell微發(fā)泡采用物理介質的無污染清潔型發(fā)泡，如超臨界CO2成核氣泡為微泡沫，技術達到包裝容器輕量化，減少對樹脂的消費量可高達30%，廢棄物更易回收。

二、回收利用技術的發(fā)展

資源利用率最大化、回收利用高附加值化、回收利用無污染化是回收利用綠色化的主要內(nèi)涵。

我國普遍存在對塑料包裝廢棄物的回收率低、再生利用附加值低，尚未建立完善的社會回收系統(tǒng)等問題。塑料廢棄物實現(xiàn)優(yōu)質再生，塑料邊角料、澆口、飛邊等在線直接回收利用，高附加值的回收利用已成為塑料廢棄物的發(fā)展方向。

國際上對塑料廢棄物的回收相當重視，特別在再生利用技術方面不斷開發(fā)新工藝、新技術、新設備，達到資源利用率的最大化，并作為保護資源的措施。對于不同的廢棄塑料包裝制品采取不同的回收利用方式，達到資源利用率的最大化。

我國塑料包裝廢棄物的回收利用沒有一套比較完善的法律法規(guī)，不利于塑料包裝廢棄物的回收利用成為共識。比如，德國政府規(guī)定，使用聚酯原料生產(chǎn)的企業(yè)必須使用不少于25%的再生聚酯料，不足部分課以兩倍的稅款，這有力地刺激了德國再生聚酯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應用。

1.PET廢棄瓶的物理法“瓶-瓶”回收循環(huán)利用

“瓶-瓶”即將廢棄PET塑料瓶回收清洗粉碎直接作為原料成型加工PET瓶。

赫斯基HyPET再生粉碎料（RF）系統(tǒng)，全球首款可大量采用食用級再生PET粉碎料生產(chǎn)瓶坯的注塑系統(tǒng)。HyPETTMRF食品級再生粉碎瓶坯注射系統(tǒng)，經(jīng)過不斷改進，由使用50%比例的再生粉碎料提高到100%的再生粉碎料，HyPET RF300注塑系統(tǒng)，配一副72腔的模具，對含有50%新料和50%再生粉碎料的混合料進行加工，以10.5s的周期生產(chǎn)34.7g的E-coBaseTM瓶坯。

日本青木固研究所開發(fā)出從廢PET瓶粉碎的碎片直接回收制瓶專用機AOKI 250 LL-50S型“一步法”注拉吹PET瓶塑機，中間不經(jīng)過碎片造粒，而且采用100%的回收料，該專用機是包括成型機、模具和除金屬裝置等完整的“回收PET瓶專用系統(tǒng)”。注射機構配有脫水（氣）裝置，進行廢PET碎片脫水；廢PET碎片在料斗內(nèi)邊攪拌邊向注射機構進料。采用該設備是實現(xiàn)不需混入PET新樹脂、直接利用價格便宜的廢PET瓶碎片的新技術，直接生產(chǎn)洗發(fā)香波和洗滌劑等非食品領域的大量應用的日用包裝瓶，為理想的“瓶-瓶”工藝。

2.PET廢棄瓶的物理法“瓶-材-瓶”回收循環(huán)利用

“瓶-材-瓶”即將廢棄PET塑料瓶回收清洗粉碎，再生切片可替代原生切片，循環(huán)利用節(jié)約能源。

Gneuss Kunststofftechnik GmbH公司研發(fā)的“瓶-材-瓶”成套回收設備，直接采用未經(jīng)任何預處理的100%回收PET瓶片擠出加工成用于熱成型的食品接觸級片材，產(chǎn)量300kg/h，符合美國食品藥品管理局（FDA）的規(guī)定和德國聯(lián)邦風險評估所（BFR）的準則。這種循環(huán)利用法只能成型加工有色PET瓶。

德國克朗斯公司成功開發(fā)國際領先的PET瓶回收再利用技術，該項技術是將被壓扁的PET瓶切割成片，經(jīng)過初篩、去除金屬、分離標簽和瓶蓋、分離雜質、深度清洗等步驟后，加入一定比例的新PET材料融合，制成食品級可用的飲料包裝材料，符合FAD食品級標準的要求，而且產(chǎn)品的乙醛和黃色素含量低，能滿足純凈和質量方面的要求，特別適用于食品和飲料工業(yè)，而且其成本比一般的新材料低20%-30%。該回收利用的技術特點是：廢舊PET瓶不需要人工除去瓶蓋和標簽，而是通過一系列物理方法在處理過程中自動將瓶蓋和標簽除去；采用化學涂層消除技術，以燒堿為化學涂層消除劑除去PET瓶的表面，從而能去除粘附其上的污染物。

北京盈創(chuàng)再生資源有限公司引進了國際先進技術的再生瓶級PET切片作業(yè)線，已通過美國FDA認證。生產(chǎn)線回收、處理、加工、潔凈聚酯碎片生產(chǎn)能力為5萬t/年，其中生產(chǎn)再生瓶級聚酯切片能力為每年3萬t。再生瓶級切片的質量與原生瓶級切片的品質、性質、功能、衛(wèi)生等各項指標完全一致，符合國家聚酯切片食品衛(wèi)生標準(GB13114)，達到GB17931-2003瓶用聚酯標準中強制執(zhí)行的乙醛含量標準，完全可替代原生瓶級切片。

3.PET廢棄瓶的物理法“瓶-材”回收循環(huán)利用

意大利Filature Miroglio公司以從意大利北部地區(qū)回收的使用過的塑料聚酯瓶為原料，經(jīng)過循環(huán)再生工藝生產(chǎn)出滌綸長絲紗線“Pruvf”?！癙ruvf”循環(huán)再生紗線具有品質好、性能穩(wěn)定、應用廣泛等特點，可加工為具有防紫外線性能的功能性產(chǎn)品，是理想的窗簾用織物原料，非常適宜用于戶外遮陽棚等用途。生產(chǎn)加工是以機械加工的方式而非化學加工過程實現(xiàn)的。這些廢棄的聚酯瓶在回收過程中首先被專業(yè)的公司進行分類，然后由Filature Miroglio公司進行清洗、物理切割后，聚酯瓶變成了適宜于化纖紡絲用的切片，然后加工成適宜于多種用途的高性能回收再生聚酯紗線產(chǎn)品。這種紗線產(chǎn)品的性能可以與用原始材料初次制成的聚酯紗線產(chǎn)品相媲美。根據(jù)專業(yè)機構測算，每生產(chǎn)1t再生聚酯紗線可從垃圾填埋場中利用2.4t塑料原料，與傳統(tǒng)聚酯紗線產(chǎn)品相比節(jié)約43600L水資源，減少3t垃圾焚化過程中的碳排放，節(jié)能減排非常明顯。

青島順德塑料機械有限公司展示達到100%PET回收料，且無需干燥結晶的片材生產(chǎn)線。研發(fā)出多段獨特的剪切方式使物料在短時間可達到多層快速塑化從而無需干燥結晶的螺桿新型結構；創(chuàng)新使回料的潮氣和水分在主機運轉中自動排除的排氣裝置，成功解決了生產(chǎn)制品結塊和氣泡的技術難題。

4.PET廢棄瓶的化學法回收循環(huán)利用

廢棄PET瓶化學法回收利用實現(xiàn)了真正意義的完全循環(huán)再利用。物理法再生PET瓶級切片在生產(chǎn)飲料瓶原料的比例受到一定限制，而且只能生產(chǎn)有色瓶，不能實現(xiàn)PET的完全閉環(huán)回收利用，而且只能生產(chǎn)有色瓶，隨著加工次數(shù)的增多，PET的特性粘度、分子量分布和雜質含量都會不斷變化，最終變得無法采用物理法進行回收利用?；瘜W法回收的優(yōu)點是可以實現(xiàn)廢棄PET的完全循環(huán)再生利用，特別是隨著市場對PET瓶的各種功能化要求增加，共聚PET產(chǎn)品、復合PET產(chǎn)品、涂層PET產(chǎn)品和PETG等非單一PET材料產(chǎn)品使用量在快速增加，物理法對這些產(chǎn)品的回收利用十分困難，只有化學法回收利用才能夠解決這些技術難題。例如乙二醇解聚PET化學回收法，固特異、杜邦、Hoechst和臺灣遠東紡織等公司實現(xiàn)了商業(yè)裝置運轉，該方法一般在 180～250℃，0.1～0.6MPa 下進行，為加快反應速度需要加入少量的催化劑（一般為ZnAc2），比例約為PET重量的0.5%。解聚的主要產(chǎn)物為對苯二甲酸乙二醇酯（BHET），因為BHET是PTA與EG聚合生產(chǎn)PET的中間體，也可以直接用作合成PET的原料。沙特基礎展示了占很大比例的廢棄PET瓶回收料的Xenoy iQ材料，應用于行人保護吸能塊。

目前化學法回收工藝技術面臨的主要挑戰(zhàn)有：降低生產(chǎn)成本；開發(fā)更加簡單的工藝路線；如何充分回收利用復合PET材料中其他各種物質。。

5.廢棄瓶回收純潔新技術

廢棄瓶種類復雜，從源頭上純潔回收料，為后續(xù)再生利用創(chuàng)造基礎，節(jié)能高效綠色化運行是發(fā)展的方向。

不同材料瓶分揀系統(tǒng)。自動快速分揀高效率化，提高處理能力。德國RTT Systemtechnik公司的Unisoft NIR分選系統(tǒng)通過近紅外線光譜技術,能夠自動分離出出共聚和均聚HDPE瓶。Closed Loop Recycling公司的Pellenc系統(tǒng)，能夠從本色的HDPE瓶中分離出PET瓶和彩色瓶。

瓶標分離系統(tǒng)。PET瓶標為熱收縮工藝加工，廢棄PET瓶標的分離成為純潔回收料的頭道工序。張家港聯(lián)盈再生資源科技發(fā)展有限公司針對打包壓縮的廢棄PET瓶，開發(fā)了包括開包機、預冼鍋、帶水脫標機、分揀平臺、輸送系統(tǒng)等自動瓶標分離系統(tǒng)。

瓶片清冼及干燥系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括破碎、浮冼、漂冼、熱冼、摩檫、脫水、蒸鍋等。張家港聯(lián)盈再生資源科技發(fā)展有限公司吸收國外先進技術，蒸鍋實現(xiàn)二十四小時不間斷運行，清冼效率是傳統(tǒng)蒸鍋的三倍；脫水效率高達98%，實現(xiàn)高速節(jié)能運行。

6.裂解油化回歸利用

廢塑料裂解油化的方法，不僅對環(huán)境無污染，而且能將原先用石油制成的塑料制品還原成石油制品，并且能有效的回收能源。采用高性能的催化劑，將高密度聚乙烯或聚丙烯塑料“解聚”，能生產(chǎn)出符合國家標準的柴油和汽油，產(chǎn)油率達到65%以上。如果加裝必要的裝置，還可回收液化氣和碳黑。通過改變催化劑，又可以生產(chǎn)甲苯、二甲苯及純苯等化工產(chǎn)品。青島科技大學和濟南一公司共同研究出的工業(yè)連續(xù)化廢塑料低溫裂解油化成套新技術、新工藝及新裝備，在低溫（300℃左右）實現(xiàn)工業(yè)連續(xù)化，開發(fā)出高熱焓固體導熱介質加熱工藝，保證裂解反應器內(nèi)溫度分布均勻，使廢塑料裂解油化，燃料油產(chǎn)出率達到65%以上，解決國內(nèi)外同類設備無法解決的技術難題。項目獲得2011年國家科學技術進步二等獎。

7.缺氧高溫分解

英國沃里克大學研發(fā)出一種新技術，可以使絕大多數(shù)種類的塑料被分解，以供循環(huán)利用。這種新技術通過在缺氧狀態(tài)下，對塑料垃圾進行高溫分解，可獲得用于生產(chǎn)潤滑劑的蠟、塑料制品的對苯二酸、活性吸附劑的碳等多種用途的材料，這項技術不僅有助于環(huán)保，而且可以獲得較高的經(jīng)濟效益。

三、結 語

我國普遍存在對塑料包裝廢棄物的回收率低、再生利用附加值低，尚未建立完善的社會回收系統(tǒng)的問題，提高不可再生高分子原料的利用率成為循環(huán)經(jīng)濟的一個重要部分。低水平回收造粒越來越不適合綠色技術的開拓，回收料在擠出造粒過程中，加入各種助劑來賦予材料新的功能，進行共混改性，拓展其使用范圍，提高回收料的附加值，實現(xiàn)優(yōu)質再生，成為回收料循環(huán)利用的發(fā)展方向。