廢舊聚苯乙烯泡沫塑料的回收與再生方法*

左艷梅，傅智盛

(1 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127；

2 浙江大學(xué)高分子研究所，浙江杭州 310027)

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廢舊聚苯乙烯泡沫塑料的回收與再生方法*

左艷梅1，傅智盛2

(1 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127；

2 浙江大學(xué)高分子研究所，浙江杭州 310027)

摘要：聚苯乙烯泡沫塑料具有密度低、吸水率低、耐酸堿、隔熱隔音性好、防震等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用做機(jī)械設(shè)備、家用電器、精密儀器儀表、玻璃器皿的緩沖包裝及快餐食品的包裝。由于其體積大、重量輕、化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，造成資源的浪費(fèi)。該文著重研究在能源和資源面臨短缺的今天，廢棄聚苯乙烯泡沫塑料如何變廢為寶，將其進(jìn)行合理的再生利用，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)減少環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：聚苯乙烯，泡沫塑料，回收，再生

1前言

聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是一個比較古老的塑料品種[1]。它早在20世紀(jì)50年代德國BASF公司投產(chǎn)，隨后帶動了整個歐洲、美洲，形成了巨大的塑料工業(yè)體系。聚苯乙烯泡沫塑料已成為塑料行業(yè)的重要組成部分，也是泡沫塑料的重要品種之一[2-3]。聚苯乙烯泡沫塑料是一種熱塑性材料，經(jīng)加熱發(fā)泡后，每立方分米體積內(nèi)含有300～600萬個獨(dú)立密閉氣泡，內(nèi)含空氣的體積為98%以上，這樣的結(jié)構(gòu)使它具備了許多優(yōu)良的特性：密度低、減震性好、保溫隔熱性能優(yōu)良、隔音效果好、比強(qiáng)度高、防水、耐酸堿性能好[1]。此外，泡沫結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯是一種非結(jié)晶塑料，從-18℃到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度95℃之間不會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。因此，可以長期在極低的溫度下使用[4-5]。由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于夾芯墻板、外墻保溫材料[6]、地板采暖隔熱、道路工程、包裝領(lǐng)域、可降解發(fā)泡餐具、泡沫浮材[7-8]等多個領(lǐng)域中。1979年，我國的產(chǎn)量還不到5000噸，其中60%的原材料還需進(jìn)口，到2001年，我國的加工企業(yè)有500多家，生產(chǎn)能力已達(dá)120萬噸，產(chǎn)量68萬噸，原料基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化[9]。

聚苯乙烯泡沫塑料制品在用于減震包裝材料時(shí)，使用過程均非常短暫，用后即棄，特別是高分子材料，仍然保持良好的物理、機(jī)械和化學(xué)方面的性能，這就為回收利用奠定基礎(chǔ)[10]。

目前，國內(nèi)外許多科研單位對聚苯乙烯泡沫塑料再生利用的研究，有的已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化的程度，有的則遇到這樣或那樣問題，還只是停留在實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模試驗(yàn)階段[11]。該文對目前廢舊聚苯乙烯泡沫塑料的回收與再生方法進(jìn)行綜述，希望對其合理的再生利用，這樣不僅可以變廢為寶，還可以消除環(huán)境白色污染。

2廢舊聚苯乙烯泡沫塑料的回收與再生方法

2.1　物理再生方法

所謂物理法再生，是不破壞聚苯乙烯分子結(jié)構(gòu)情況下，對廢舊聚苯乙烯泡沫塑料進(jìn)行物理處理，重新制得聚苯乙烯泡沫塑料的方法。

2.1.1熱熔再生

傳統(tǒng)的簡單再生法是對廢舊的聚苯乙烯泡沫塑料產(chǎn)品進(jìn)行熔融造粒，包括粉碎、洗滌、干燥、脫泡、擠出、造粒等步驟[12]。德國在這方面的技術(shù)比較先進(jìn)，如Walex公司的聚苯乙烯泡沫塑料回收系統(tǒng)，將脫泡、擠出、造粒集中在一個裝置中完成，設(shè)備緊湊而且效率很高[12]。更簡單的再生利用方法就是將廢舊的聚苯乙烯泡沫塑料制品直接進(jìn)行機(jī)械破碎，去靜電處理，與充填膠結(jié)料充分混合，模制成型，重新制得聚苯乙烯泡沫塑料成品。該方法不需溶劑，不需加熱，也省去了原材料的清洗、分離工序，同時(shí)省去消泡處理及再發(fā)泡過程，簡便易行，是泡沫塑料生產(chǎn)廠或其相關(guān)制品廠回收邊角廢料的傳統(tǒng)方法。

2.1.2溶劑再生法

將廢舊聚苯乙烯泡沫塑料溶于溶劑中，通過過濾、擠壓并與溶劑分離可以回收聚苯乙烯樹脂，該法不經(jīng)歷高溫過程，避免高分子鏈的降解，產(chǎn)品性能接近懸浮法聚苯乙烯。有文獻(xiàn)報(bào)道[13]一種以氯化銼、硝酸鈉、碳酸鈣、氯化鈣、碳酸鎂、燒堿、鹽鹵水等無機(jī)助劑的水溶液為溶劑回收聚苯乙烯的方法，將溶劑加熱到80℃～280℃后噴淋于聚苯乙烯泡沫塑料上使其消泡、過濾、擠壓溶劑至溶劑含量為7%～21%，此時(shí)可以不進(jìn)行溶劑分離，直接進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)品的加工應(yīng)用。一種由100%的天然植物提取液為溶劑回收聚苯乙烯泡沫塑料的方法[14]，是將廢舊聚苯乙烯在減容機(jī)中減容成一種凝膠體，該凝膠體經(jīng)薄膜蒸發(fā)造粒機(jī)造粒，就可得到聚苯乙烯粒子該工藝簡單，整個生產(chǎn)只需減容機(jī)和薄膜蒸發(fā)造粒機(jī)兩套設(shè)備，同收粒子的生產(chǎn)成本低，僅為新粒子成本的49%[14]。

2.1.3非溶劑熱介質(zhì)消泡回收

聚苯乙烯泡沫塑料回收工作中的一個難題是其密度小，體積大，運(yùn)輸費(fèi)用占回收成本的很大一部分，解決方法是就地消泡減容。常用的消泡方法是熱壓法，即將其加熱到80℃～100℃加壓消泡。有文獻(xiàn)[15]介紹了用非溶劑熱介質(zhì)消泡回收的新工藝，該方法是將廢聚苯乙烯泡沫塑料投入消泡罐中，加熱到一定溫度的熱介質(zhì)，使泡沫塑料接觸并與正在消泡收縮的物料一起溶入加熱貯槽中，然后將已消泡的物料和所使用的介質(zhì)分離即可得到已消泡的回收料，整個消泡過程只需30s～50s。根據(jù)消泡操作的地點(diǎn)、能源和用途，可分別使用油性、水性、氣相或固相介質(zhì)。

2.2　改性再利用方法

2.2.1改性制備抗沖聚苯乙烯塑料

回收聚苯乙烯泡沫塑料制備的聚苯乙烯塑料質(zhì)脆，色澤及透明度都遠(yuǎn)遜于通用透明聚苯乙烯，有必要對其進(jìn)行改性以提高其性能。歐陽曉東[16]等用線型SBS或SBS/CaCO3復(fù)合增韌劑對回收聚苯乙烯泡沫塑料進(jìn)行增韌改性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SBS與聚苯乙烯具有良好的相容性和分散性，加入適量的這類增韌劑不但能使回收聚苯乙烯抗沖強(qiáng)度得到大幅度的提高，還能改善共混物的成型性能。

2.2.2改性制備涂料和膠粘劑

利用廢聚苯乙烯泡沫塑料制備改性聚苯乙烯系列膠粘劑和涂料，其生產(chǎn)工藝較為簡便，通過不同的改性方法和工藝可制得滿足不同需要的產(chǎn)品，是目前廢聚苯乙烯泡沫塑料綜合利用的有效途徑。傅叔余等人[17]以廢棄的聚苯乙烯泡沫塑料為原料，選擇合適的混合溶劑和乳化劑制取水乳性瓦楞紙箱防潮涂料。該涂料具有良好的附著力、耐候性及耐擦性，多項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到GB 9755-88要求，適合作建筑外墻涂料[17]。

王志玲等[18]采用聚合物共混改性技術(shù)以廢聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯醇、溶劑油、甲苯、鄰苯二甲酸二丁酯等為原料制備了建筑用密封膠。徐溢通過加入酚醛樹脂、丁苯橡膠、松香及異氰酸醋改性劑，在適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行聚合反應(yīng)，制得戶性能優(yōu)良的建筑用膠粘劑。此外，還可用 EPS來制取水乳型涂飾劑[19]、建筑外墻用水基涂料[20-21]、高效防腐涂料[22]、防腐防水涂料[23]、醇酸改性環(huán)保涂料[24]。

2.2.3改性制備阻燃劑

將回收的聚苯乙烯泡沫塑料經(jīng)清洗、干燥后溶于有機(jī)溶劑，用液溴與其進(jìn)行反應(yīng)可制得阻燃劑溴化聚苯乙烯。與其他有機(jī)阻燃劑相比，溴化聚苯乙烯在燃燒過程中不會釋放出二惡英等致癌物質(zhì)，是一種良好的阻燃劑[25]。用該方法制備的溴化聚苯乙烯阻燃劑其性能可以與商品溴化聚苯乙烯相媲美。

2.3　裂解回收再利用方法

聚苯乙烯的熱裂解已研究了多年，其裂解反應(yīng)工藝也有較多的報(bào)道，目前已研究成功的有溶液降解、催化降解、金屬熔降解、管式反應(yīng)器降解等，降解產(chǎn)物中苯乙烯含量最高，回收率在60%左右。為了提高回收率，黃發(fā)榮[26]等全面考查了聚苯乙烯的裂解反應(yīng)，探討了裂解介質(zhì)、反應(yīng)溫度、催化劑等因素對降解反應(yīng)的影響，獲得了優(yōu)化的裂解工藝參數(shù)，使苯乙烯的回收率提高到70%左右。聚苯乙烯裂解可得苯、烷基苯及苯乙烯低聚物等，還可以裂解制油。姚致遠(yuǎn)[27]等研究將處理過的廢聚苯乙烯泡沫塑料經(jīng)擠出機(jī)制成泡沫塑料碎塊，加熱到350℃～400℃，進(jìn)行催化裂解，得到汽油、煤油、輕油等產(chǎn)物。用單純的廢聚苯乙烯泡沫塑料可得到90%以上的油品，油品中芳香烴占81%、烷烴占5%、烯烴占4%，這些油品可用作化工原料和溶劑[28]。

日本Sawaguchi T[29]等人用改進(jìn)型反應(yīng)器在310℃～350℃下控制聚苯乙烯熱裂解，產(chǎn)物為苯乙烯單體、二聚體、三聚體，這些產(chǎn)物以可重復(fù)使用，節(jié)約大量資源。日本[30]將催化劑粉末與聚苯乙烯泡沫塑料充分混煉、裂解得到的產(chǎn)物中苯乙烯含量達(dá)77.4%。德國曾立法允許對廢聚苯乙烯泡沫塑料進(jìn)行裂解產(chǎn)生可燃?xì)怏w供給電廠或化工廠，禁止將廢聚苯乙烯泡沫塑料直接簡單焚燒生熱或發(fā)電[31]。

2.4　制作建筑保溫材料

根據(jù)使用需要，將廢聚苯乙烯泡沫塑料粉碎成一定粒徑的碎塊后與水泥或乳化瀝青、砂等混合可制成磚或板材等輕質(zhì)混凝土制品，是優(yōu)良的輕質(zhì)保溫隔熱材料，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益顯著。麥?zhǔn)亓x[32]將聚苯乙烯泡沫塑料破碎成粒徑小于20mm的碎顆粒，然后與水泥和膨脹珍珠巖粉料拌合，均勻鋪設(shè)在屋面上養(yǎng)護(hù)3天，自然干透后用水泥砂漿將其上面鋪平，從而制成混凝土保溫屋面。歐洲有許多國家新修的建筑使用外墻保溫材料可降低能源消耗，還可改善生活環(huán)境，降低建筑成本。如在德國廣泛應(yīng)用的外墻保溫飾面系統(tǒng)中大量使用了聚苯乙烯泡沫塑料板，這些聚苯乙烯泡沫塑料板大多是對廢舊聚苯乙烯進(jìn)行處理加工制成的，減輕污染[33]。

2.5　與乙烯焦油共碳化改性制備針狀焦

針狀焦具有低的熱膨脹系數(shù)和高度定向排列，可作為超高功率電弧爐煉鋼電極的主要材料。查慶芳等[34]研究了乙烯焦油和廢聚苯乙烯共碳化制備針狀焦乙烯焦油(ETP)。通過該法制得可以生成高度定向排列的針狀焦，熱膨脹系數(shù)從接近普通石油焦的3.2×10-6/℃降低到優(yōu)質(zhì)針狀焦的0.3×10-6/℃。

2.6　制備絮凝劑

周偉等[35]利用廢聚苯乙烯泡沫塑料制備絮凝劑的方法是先預(yù)處理好的聚苯乙烯泡沫塑料溶解于環(huán)己酮溶劑中，然后用硫酸進(jìn)行磺化，用AlCl3作催化劑，水浴加熱，使其充分混合反應(yīng)后，降至室溫，靜置、熟化2h左右，即得聚硅酸鐵溶液。根據(jù)聚硅酸鐵溶液中聚苯乙烯泡沫塑料的含量，并加入適量絡(luò)合劑，水浴加熱至70℃左右，反應(yīng)結(jié)束后，即得最終產(chǎn)物有機(jī)無機(jī)復(fù)合絮凝劑。該絮凝劑可以用于印染污水的處理，具有良好的絮凝作用[35]。

3結(jié)語

綜上所述，前面介紹的 EPS廢舊料回收再資源化技術(shù)各有所長。如物理回 收 、造粒再生以及催化裂解制單體及燃油等再資源化技術(shù)，雖然一次性投資大，但處理EPS廢塑料量大、效率高、成本低，其中催化裂解制技術(shù)可免去廢塑料分揀，可處理各種分解結(jié)構(gòu)不同的塑料垃圾；其它回收再利用技術(shù)，投資小、設(shè)備簡單、EPS 再生后的物料用途廣泛、成本低，尤其是溶劑型消泡減容的回收裝置，可設(shè)計(jì)成車載形式以利到各EPS 廢舊料回收點(diǎn)流動運(yùn)作，減少運(yùn)輸成本[36]。就我國國情而言，各地根據(jù)資金 、操作地點(diǎn)、能源和環(huán)境以及再生后的物料用途等來確定 EPS 廢舊料回收再資源化技術(shù)的工業(yè)化實(shí)施方案。

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*基金項(xiàng)目： 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題

專論與綜述

Polystyrene Foamed Plastic Recovery and Regeneration Process Research

ZUO Yan-mei1，F(xiàn)U Zhi-sheng2

(1 Department of Chemistry Engineering Technology of Yangzhou Polytechnic Institute，Yangzhou 225127，Jiangsu，China；2 Department of Polymer Science and Engineering of Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang，China)

Abstract：Polystyrene foam has a low density，low water absorption，good acid and heat insulation，shock，etc. So it is widely used as machinery，household appliances，precision instruments，glassware cushion packaging and snack food packaging. Because of its large size，light weight，chemically more stable，resulting in a waste of resources. This paper focuses on the energy and resource shortages today，waste Styrofoam how to change waste into treasure，which is reasonable recycling，resource conservation，achieve a reduction of environmental pollution.

Key words：polystyrene，foam plastics，recovery，regeneration

中圖分類號：TQ 328.4

通訊作者：左艷梅，碩士，講師，主要從事高分子材料應(yīng)用技術(shù)相關(guān)教學(xué)科研工作；E-mail：40279242@qq.com；Tel：13952753634