廢舊塑料的再生及其在制管行業(yè)中的應(yīng)用

陳冬年，顧焰波，劉顯明

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院化工系，江蘇泰州225300）

塑料是三大合成材料之一，自發(fā)明以來，因其獨(dú)特的性能，而在人們的生活、生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。塑料的生產(chǎn)和消費(fèi)量巨大，2012年僅中國累計(jì)生產(chǎn)初級(jí)形態(tài)的塑料5 213.3萬t。塑料在給人們生活帶來便利的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量的塑料廢棄物，也就是廢舊塑料。

塑料廢棄物按其來源可分為三大類。一是樹脂合成中產(chǎn)生的廢料，包括粘釜料、結(jié)塊料、反應(yīng)不完全廢料、反應(yīng)過頭的一些殘?jiān)?；二是在塑料成型加工過程中產(chǎn)生的廢料，包括開機(jī)料、分解料、不合格產(chǎn)品、邊角料、飛邊料等；三是塑料制品失去使用價(jià)值被拋棄而產(chǎn)生的廢料，所有塑料制品都有一定的使用壽命，最終都將被當(dāng)做垃圾拋棄，隨著塑料消費(fèi)量的增加，這類廢料必將越來越多。前兩類廢料是在塑料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的，可稱為生產(chǎn)廢料；后一類是在塑料制品消費(fèi)后產(chǎn)生的，可稱為消費(fèi)廢料。

隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，上述塑料廢棄物日益增加，與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾也日益突出。為降低對(duì)環(huán)境的污染，必須對(duì)這些廢舊塑料進(jìn)行合理的處置。

1 廢舊塑料的處置方式

1.1 回收再生利用

廢舊塑料的再生是指廢舊塑料經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗蟮玫皆偕?，再生料仍用于制作塑料制品。按制作再生料的過程的復(fù)雜性可分為簡單再生、改性再生。簡單再生是廢舊塑料經(jīng)分選、清洗、破碎、熔融造粒等不復(fù)雜的過程制作再生料的過程。由于氣候老化等原因，廢舊塑料相對(duì)于新生塑料其使用性能會(huì)下降，為提高使用性能，在廢舊塑料再生過程中添加改性劑并應(yīng)用合適的工藝制作再生料的過程為改性再生。

不同的廢舊塑料，再生過程有一定差異，但都是從分選開始的。分選對(duì)于再生料的品質(zhì)和用途有至關(guān)重要的影響。國內(nèi)多采用人工分選的辦法，一般先將塑料中雜物挑選出來，再按樹脂的品種以及廢舊塑料的顏色、來源、老化程度等進(jìn)行分類。鑒別樹脂的品種是正確分類的前提，可通過塑化溫度、密度、燃燒、外觀等方法鑒別[1-2]。發(fā)達(dá)國家已開發(fā)了利用各種塑料光、電、磁、密度、溶解性的差異對(duì)廢舊塑料進(jìn)行分選的機(jī)器設(shè)備，相對(duì)于人工分選，機(jī)器分選的效率更高[3]。

加工好的再生料也應(yīng)分類包裝貯存，不可混雜，否則會(huì)給再生料后續(xù)的成型加工帶來不利影響。

目前，市場(chǎng)上已有各種再生料出售，塑料成型加工企業(yè)可購買使用，但不可為了降低成本而盲目使用。使用前，應(yīng)對(duì)再生料進(jìn)行必要的性能檢測(cè)，并進(jìn)行成型加工試驗(yàn)，調(diào)整加工工藝參數(shù)，在使用中應(yīng)注意再生料質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.2 回收降解利用

回收降解利用是將回收的廢舊塑料經(jīng)高溫或化學(xué)試劑處理，其中的樹脂高聚物發(fā)生大分子鏈的分解，變成低分子量狀態(tài)，得到單體、低聚物、燃料以及其他化工產(chǎn)品。主要有熱降解、熱催化降解、化學(xué)降解等方法。比如，廢聚乙烯在無氧的條件下加熱，高溫下會(huì)產(chǎn)生各種有機(jī)氣體或燃料油[4]。高溫下可將廢聚氯乙烯處理成鹽酸和燃料油[5]。廢聚乙烯在Ni，Cu，Al等金屬混合物催化劑作用下裂解，可制取燃料油[6]。廢聚氯乙烯碎屑可在充氧的氫氧化鈉溶液中，于150～260℃及高壓下氧化成草酸和苯甲酸[3]。

1.3 焚燒回收熱能

焚燒法可將不能再生利用的混雜的塑料垃圾在焚燒爐中焚化，產(chǎn)生可供利用的熱能。廢舊塑料混雜于垃圾中，難以分離出來，但可提高垃圾的熱值，當(dāng)垃圾的熱值達(dá)3 350 kJ/kg以上時(shí)即可直接用于焚燒發(fā)電[7]?？蓪U舊塑料從垃圾中分離出來，制成垃圾固形燃料，也可制成適宜的粒度噴入高爐或水泥回轉(zhuǎn)窯作燃料，用于煉鋼或制水泥[8]。要注意焚燒過程中利用各種技術(shù)減少二次污染，這樣才能達(dá)到通過焚燒廢塑料來凈化環(huán)境的目的。

1.4 作為固體垃圾填埋

有些廢舊塑料混雜于其他垃圾中，這些垃圾熱值不高，但要將廢舊塑料從中分離出來成本較高或不能進(jìn)行有效分離時(shí)，往往進(jìn)行深填掩埋處理。雖然廢舊塑料長期不易分解腐爛，但其內(nèi)部的有害添加劑仍然可能釋放到環(huán)境中，所以填埋時(shí)必須考慮有害添加劑的擴(kuò)散對(duì)土壤和地下水可能造成的危害。

1.5 各處置方式的選擇

以上是廢舊塑料4種主要的處置方式，它們各有利弊，應(yīng)針對(duì)廢舊塑料的狀況作出合理的選擇。一般而言，當(dāng)廢舊塑料品種單一、不混雜，并且老化程度不深，此時(shí)有較好的再生價(jià)值，應(yīng)優(yōu)先選擇再生利用，因?yàn)樵偕貌粌H可減少廢舊塑料對(duì)環(huán)境造成的污染，也可減少資源消耗。當(dāng)然再生利用的前提是廢舊塑料必須進(jìn)行細(xì)致、合理分類，這會(huì)使再生利用的成本提高。對(duì)廢舊塑料進(jìn)行降解，制備低分子量的燃料或化工產(chǎn)品，是有發(fā)展前景的處置方式，但處理技術(shù)要求比較高，有些種類廢舊塑料降解利用的技術(shù)尚不成熟。焚燒回收熱能適用于難以再生利用的混雜的廢舊塑料，目前西方發(fā)達(dá)國家較多采用這樣的處置方式，為防止二次污染，必須使焚燒設(shè)備的燃燒效率和廢氣的處理都必須處在良好的狀態(tài)。填埋法不是處置廢舊塑料最好的方法，因?yàn)橥恋刭Y源有限，垃圾填埋場(chǎng)地會(huì)越來越少，但對(duì)于那些毫無回收利用價(jià)值的塑料垃圾，填埋法卻是目前最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)的方法。

2 廢舊聚氯乙烯（PVC）塑料的再生及其在制管行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 廢舊PVC塑料再生的方法

2.1.1 單一PVC廢料的再生

單一PVC廢料有兩個(gè)來源：一是PVC制品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的開機(jī)料、分解料、不合格產(chǎn)品、邊角料等；二是僅由PVC制成的制品，比如PVC瓶、管材、門窗異型材等，在使用后產(chǎn)生的廢料。這一類PVC廢料制成再生料相對(duì)簡單。一般工藝過程[9]如下：

PVC廢料→清理→破碎→PVC再生料

為保證再生料在后續(xù)的成型加工中有較好的應(yīng)用，應(yīng)按來源、填料含量、顏色等分級(jí)分類，不要混雜。

2.1.2 PVC復(fù)合廢料的再生

為了獲得所需要的使用性能，有不少PVC產(chǎn)品都是PVC與其他材料的復(fù)合制品。很難從這些復(fù)合制品中分離出較純的PVC塑料，通過簡單的機(jī)械再生工藝得到的再生料只能用于那些能容忍這些雜質(zhì)的低端產(chǎn)品中。Solvay公司開發(fā)了一種基于選擇性溶解原理的PVC復(fù)合廢料的再生工藝，通過該工藝可獲得較純的PVC再生粉料，但過程較為復(fù)雜[5]。

2.2 PVC再生料在制管行業(yè)中的應(yīng)用

能用于生產(chǎn)PVC-U塑料管材的PVC再生料一般都是單一PVC再生料，其品質(zhì)較好，一般由PVC管材成型加工中產(chǎn)生的廢料或是舊PVC-U管材得到。這些PVC再生料可以回用，也可以降級(jí)使用[10]。

2.2.1 PVC再生料的回用

PVC一次再生料品質(zhì)較好，可作為新生料使用，回用于生產(chǎn)原用途管材[10]。

當(dāng)PVC一次再生料量較多時(shí)，可完全使用再生料生產(chǎn)管材。生產(chǎn)時(shí)注意工藝參數(shù)的變化，適當(dāng)補(bǔ)充穩(wěn)定劑、潤滑劑等加工助劑，必要時(shí)添加抗沖改性劑，提高產(chǎn)品質(zhì)量，使再生料制品性能達(dá)到新生料制品的水平。

當(dāng)PVC一次再生料量不夠生產(chǎn)一批產(chǎn)品時(shí)，可將再生料摻入新生料中生產(chǎn)。一般可將5%～15%的再生料均勻地混和在配混料中進(jìn)行擠出成型加工，其產(chǎn)品性能不會(huì)有明顯下降。生產(chǎn)中要注意熔體壓力和扭矩均會(huì)有所下降，出料明顯增加，同時(shí)也要注意因再生料與新生料塑化性能不同可能導(dǎo)致公差波動(dòng)甚至擠出失敗，但在工藝控制上及時(shí)調(diào)整，即可得到合格產(chǎn)品。

2.2.2 PVC再生料的降級(jí)使用

隨著再生次數(shù)的增加或老化程度的加深，PVC再生料的一些性能會(huì)發(fā)生劣化，這些劣質(zhì)再生料只能降級(jí)使用，生產(chǎn)質(zhì)量要求較低的產(chǎn)品，不可回用。

例如：德國的Westeregeln建設(shè)了一個(gè)年加工能力為5 000～7 000 t的回收裝置，將廢PVC管材及管件通過手工分揀，然后破碎制成PVC再生料，以10%～20%的比率摻入新生料中，制成中等質(zhì)量的管材[5]；由型材、波紋管成型加工過程中形成的甲級(jí)PVC再生料，其中填充劑含量少，且大多為白色，可用作生產(chǎn)要求較低的電工冷彎穿線管；由給水管和埋地排污管產(chǎn)生的灰色甲級(jí)PVC再生料，可用于生產(chǎn)埋地電纜護(hù)管等色彩要求為灰色的低級(jí)別的產(chǎn)品，降級(jí)使用的再生料中填充劑含量相對(duì)少一些，可適當(dāng)補(bǔ)充填充劑并添加一些其他加工助劑[10]。

也可將PVC再生料降級(jí)用到管材的次要部位。例如，可用PVC再生料作芯層材料，用PVC新生料作內(nèi)外層材料，采用共擠出成型技術(shù)生產(chǎn)PVC芯層發(fā)泡管材[11]。

3 廢舊聚乙烯（PE）塑料的再生及其在制管行業(yè)中的應(yīng)用

3.1 廢舊PE塑料再生的方法

由廢舊PE塑料制再生料的方法可分為簡單再生和改性再生兩類。

3.1.1 廢舊PE塑料簡單再生

廢舊PE塑料簡單再生已被廣泛應(yīng)用，主要適用于樹脂生產(chǎn)廠和塑料制品廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的PE邊角廢料，也可用于那些易于清洗、挑選的一次性使用的廢棄品，比如食品、藥品包裝瓶等。這些廢舊料的特點(diǎn)是干凈、成分單一。采用比較簡單的工藝和裝備即可生產(chǎn)出和新料性能相差不多的PE再生料，在很大程度上可作為新料使用[8]。大致工藝流程如下：

廢PE塑料→配合→捏合→擠出造?！鶳E再生料

PE制品中，農(nóng)用薄膜的比例最大，所以舊農(nóng)膜是再生利用的重點(diǎn)，可通過開煉塑化法或擠出塑化法得到再生料。該類再生料可直接用于生產(chǎn)各種低檔次制品[4]。

3.1.2 廢舊PE塑料改性再生

PE再生料一般是在自然環(huán)境下經(jīng)歷一段時(shí)間的老化后的塑料，聚合物分子鏈因氧化降解與交聯(lián)作用而產(chǎn)生新的支化、歧化、交聯(lián)等結(jié)構(gòu)，所以其力學(xué)性能比新生料有較大幅度的下降。通過一定的手段對(duì)再生料進(jìn)行改性，可提高其力學(xué)性能，拓寬應(yīng)用范圍。例如，通過特殊的熱機(jī)械再生法改性，因混煉中聚合物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化，所得再生料的力學(xué)性能比傳統(tǒng)方法得到的再生料明顯提高[12]。通過添加高效炭黑、穩(wěn)定劑、紫外光吸收劑等助劑，再生料的強(qiáng)度和韌性得到一定程度的提高[13]。

3.2 PE再生料在制管行業(yè)中的應(yīng)用

因?yàn)镻E再生料價(jià)格比新生料低，所以有些企業(yè)開發(fā)將PE再生料用于生產(chǎn)塑料管材的技術(shù)。熊大康研究了以LDPE再生料生產(chǎn)塑料管材的工藝和設(shè)備要求[14]。鹽城光源管業(yè)有限公司按PE再生料∶新生料為7∶3的比例，開發(fā)了注塑技術(shù)生產(chǎn)管道的工藝[15]。江蘇常盛管業(yè)有限公司開發(fā)了三層復(fù)合管的生產(chǎn)工藝，內(nèi)外層為全新高密度低壓聚乙烯，中間層為廢舊聚乙烯再生料，該技術(shù)能在保證管材整體性能的基礎(chǔ)上，降低成本[16]。天津市耀新科技發(fā)展有限公司將高密度聚乙烯再生料和新生料混合制備出預(yù)應(yīng)力塑料波紋管[17]。常熟科盈復(fù)合材料有限公司以高密度聚乙烯再生料為主要原料，生產(chǎn)出高質(zhì)量的排水排污管[18]。

4 廢舊聚丙烯（PP）塑料的再生及其在制管行業(yè)中的應(yīng)用

4.1 廢舊PP塑料再生的方法

廢舊PP塑料再生與廢舊PE塑料再生過程類似，也有簡單再生和改性再生兩類。

簡單再生主要適用于PP塑料生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的品種比較單一的邊角料、下腳料等，也適用于易于分選和清洗的一次性廢品。若老化程度低，則再生料可與新生料混合，用于制造與原樹脂同用途的制品，也可用于制作低檔次產(chǎn)品[19]。若老化程度較深，廢舊制品出現(xiàn)剝裂，則不能簡單再生利用，但通過一定的手段進(jìn)行改性仍可在一定場(chǎng)合應(yīng)用。

制備改性PP再生料的主要方法有：填充改性、共混改性、增強(qiáng)改性、增韌改性、化學(xué)改性[19]。比如，通過將回收料與新聚丙烯樹脂共混、用乙丙橡膠增韌、用玻璃纖維增強(qiáng)，可制得力學(xué)性能較佳的PP再生料[20]。添加了增溶劑、β-成核劑以及納米碳酸鈣的PPR再生料，有較好的力學(xué)性能[21]。

4.2 PP再生料在制管行業(yè)中的應(yīng)用

與PE再生料用于制管行業(yè)類似，也有企業(yè)開發(fā)了PP再生料用于制造管材。例如，武漢化工學(xué)院開發(fā)了將廢舊編織袋產(chǎn)生的聚丙烯再生料用于制造模壓聚丙烯排水管[22]?；具^程：將廢舊編織袋經(jīng)過切碎清洗、烘干、熔融、造粒等工藝制備PP再生料，向此再生料中添加一定量的玻璃纖維和炭黑增強(qiáng)劑、硅烷偶聯(lián)劑、對(duì)苯二酚抗氧劑以及新生聚丙烯料，通過液壓式塑料注射成型機(jī)，制造內(nèi)徑為200～1 500 mm的聚丙烯埋地排水管。

5 廢舊氯化聚氯乙烯（CPVC）塑料的再生及其在制管行業(yè)中的應(yīng)用

目前，國內(nèi)氯化聚氯乙烯（CPVC）塑料主要用于制造管材和管件。一般情況下，CPVC廢料僅在企業(yè)成型加工過程中產(chǎn)生[10]。

5.1 管材CPVC廢料的再生利用

CPVC管材一般經(jīng)雙螺桿擠出成型工藝制成，產(chǎn)生的廢料雜質(zhì)較少，污染也較少，可回用于制管材。成型過程中所產(chǎn)生的廢料立即處理，在清除已分解或嚴(yán)重變色的廢料后，經(jīng)粉碎、磨粉細(xì)化可得再生料。將再生料以5%～15%的比例摻入新料中混合均勻，即可生產(chǎn)性能下降很少的CPVC管材。注意不同種類的管材生產(chǎn)中產(chǎn)生的CPVC廢料不可混雜，應(yīng)按產(chǎn)品種類歸類和利用[10]。

5.2 管件CPVC廢料的再生利用

管件CPVC廢料大多為注塑生產(chǎn)時(shí)的流道料、飛邊料、開機(jī)空射料及不合格產(chǎn)品等。管件廢料一般比較清潔，不需做任何清理。將注塑管件廢料粉碎后，適當(dāng)補(bǔ)充一些輔助劑，經(jīng)單螺桿擠出機(jī)造粒，即可得到管件CPVC再生料。將該再生料加入到新料中混勻，經(jīng)注塑加工可得到性能和外觀質(zhì)量比較好的CPVC管件[10]。

6 結(jié)語

為消除廢舊塑料對(duì)環(huán)境造成的危害，必須對(duì)其進(jìn)行合理的處置。品種單一、老化程度低的廢舊塑料有良好的再生利用價(jià)值，在許可的條件下應(yīng)優(yōu)先考慮再生利用，而將再生塑料用于制管行業(yè)是其重要的用途之一。為簡化廢舊塑料再生過程中的分選工藝，在設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)就應(yīng)考慮其回收問題。采用品種單一的塑料生產(chǎn)塑料制品，在塑料制品上標(biāo)注其樹脂類型，這些措施便于塑料廢棄物的分類回收。同時(shí)也應(yīng)注意再生技術(shù)的改進(jìn)，除提高再生料的性能外還應(yīng)注意不造成二次污染。

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