廢棄塑料的鑒別和分選方法

張亨

（錦西化工研究院有限公司，遼寧葫蘆島125000）

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廢棄塑料的鑒別和分選方法

張亨

（錦西化工研究院有限公司，遼寧葫蘆島125000）

塑料在國民經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺，廢棄塑料量大面廣。概括了廢棄塑料的來源，詳細介紹了廢棄塑料的鑒別和分選方法。

廢棄塑料；鑒別；分選；方法

塑料在國民經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺，與木材、水泥和鋼鐵構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)的四大基礎(chǔ)材料。國內(nèi)外工業(yè)化的合成樹脂和塑料品種已有1 000多種，常用的也有幾百種，具有不同的物理、化學(xué)、機械和電氣性能。按用途分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。通用塑料用途廣、產(chǎn)量大、價格低，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等。工程塑料機械強度和耐熱性較好，適用于工程結(jié)構(gòu)、機械部件和化工設(shè)備等，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、PET、PBT、PPS等。特種塑料具有特種功能，應(yīng)用于特殊用途，如氟塑料、導(dǎo)電塑料、磁性塑料等。根據(jù)可塑性分為熱塑性塑料和熱固性塑料，通常熱塑性塑料制品可被回收利用，熱固性塑料制品則不能。根據(jù)光學(xué)性能分為透明塑料、半透明塑料及不透明塑料，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等屬于透明塑料，其余大多數(shù)塑料為不透明塑料。這種分類法并非是絕對的，有的增強通用塑料（如增強聚丙烯）機械性能顯著提高，也用作工程塑料。塑料加工方法有擠出、注射、壓延、吹塑、模壓、層壓、澆鑄等，可制得管、棒、板、中空制品、薄膜、異形材等。

廢棄塑料是混雜物，含有大量有機物、混雜金屬、玻璃、泥沙和織物等生活垃圾。廢棄塑料回收利用成為塑料行業(yè)發(fā)展必須解決的重要課題。不同塑料制品熔點、軟化點不同，加工溫度相差懸殊，難以在同一溫度下加工成型。不同的塑料分子極性不同，即使混合加工后也會“貌合神離”，再生制品在使用過程中仍然發(fā)生分層、性質(zhì)劣化現(xiàn)象。同一形狀規(guī)格的塑料制品可用不同的樹脂來制造，如鈣塑管材和農(nóng)用薄膜可能是聚氯乙烯或聚乙烯材料，外觀難以區(qū)分。廢棄塑料再生利用或處理前必須按原樹脂品種進行鑒別和歸類［1］。

1　廢棄塑料的來源

塑料在樹脂合成、成型加工和消費使用等各個環(huán)節(jié)中，均有一部分東西不符合或喪失應(yīng)有的性能和使用價值，被當作廢物拋棄于正常的生產(chǎn)和消費領(lǐng)域之外。全球每年產(chǎn)生幾千萬噸廢棄塑料，主要來自廢棄樹脂、加工廢料和廢棄塑料制品等方面［2］。

樹脂生產(chǎn)過程中或多或少產(chǎn)生不合格品、結(jié)塊或破乳料、粘釜料、地溝跑料、過篩篩余物、包裝及運輸過程中的落地料等。這種廢料一般不超過生產(chǎn)總量的5%，即每年以萬噸計的廢料被拋棄而污染環(huán)境。

在塑料混配和成型過程中不可避免出現(xiàn)邊角料、流道、澆口的飛邊、加工切屑料、過渡料、試驗料及廢品等。其數(shù)量約占加工總量的3%。有些小型加工廠邊角料不進行二次加工，成為廢棄物向外排放。

廢棄塑料制品是在消費過程中產(chǎn)生的，這是廢棄塑料的主要來源，也是需要研究回收、再生處理的基本點。廢棄塑料制品包括包裝材料、家庭日用品、玩具、家電材料、建筑材料、市政管道、家具、電線電纜、薄膜等。在廢棄塑料制品回收過程中，建筑材料、管材、型材和大面積家用薄膜的使用比較集中，相對容易回收。一次性包裝材料、日用塑料制品、零星農(nóng)膜分布范圍廣，涉及千家萬戶，丟棄的隨意性較大，到處都有，品種雜，多與其他塑料制品及生活垃圾混雜。許多農(nóng)膜殘留在土壤中難以收集，回收和分離工作難度甚大。

2　廢棄塑料鑒別方法

塑料常用的鑒別方法包括外觀鑒別法、燃燒鑒別法、密度鑒別法、加熱塑化鑒別法、溶解法、熱解鑒別法、顯色反應(yīng)鑒別法、儀器鑒別法、標記法等［2］。

2.1外觀鑒別法

外觀鑒別法根據(jù)塑料的表面狀態(tài)、硬度、光澤、透明性等特征加以區(qū)分（表1）。外觀鑒別法可初步鑒別塑料制品所屬大類：熱塑性塑料、熱固性塑料或彈性體。熱塑性塑料一般有結(jié)晶性和無定形兩類。結(jié)晶性塑料外觀半透明、乳濁狀或不透明，僅在薄膜狀態(tài)呈透明狀，硬度從柔軟到角質(zhì)。無定形一般無色（無添加劑時透明），硬度高于橡膠（加增塑劑等）。熱固性塑料不加填料時透明，加填料不透明。彈性體具橡膠狀手感，有一定的拉伸率。

表1　通用塑料的外觀性狀

2.2燃燒鑒別法

燃燒鑒別法是用小火燃燒塑料試樣，根據(jù)在火中和火外時的燃燒難易程度、火焰顏色、氣味、熄火后熔融塑料的落滴形式等鑒別塑料種類（表2）。

表2　幾種常用塑料的燃燒特征

2.3密度鑒別法

不同塑料品種，密度有差異。利用測定密度的方法鑒別塑料，比較簡單。配制一定密度的已知溶液，將各種塑料制品浸入其中，根據(jù)沉浮即可判別（表3，表4）。對于填充塑料或發(fā)泡制品，由于填料添加量不同，該法不適用。

2.4加熱塑化鑒別法

熱固性塑料加熱至化學(xué)分解前，保持其原有硬度不軟化，尺寸較穩(wěn)定，至分解溫度炭化。加熱彈性體直到化學(xué)分解溫度前，不發(fā)生流動，至分解溫度炭化。熱塑性塑料在一定溫度下可被塑化。不同種類塑料的塑化溫度不同。同一種塑料由于分子量（聚合度）、分子量分布、結(jié)晶度不同，熔點和軟化點不同。如軟質(zhì)PVC制品在150℃左右塑化，硬質(zhì)PVC的塑化溫度大于170℃。測定塑化溫度方法較多，用轉(zhuǎn)矩塑化儀比較準確，最為方便；或用雙輥塑煉機也很方便，不同塑料制品，若塑化溫度比較接近，無明顯差別，需結(jié)合其他方法加以鑒別。如軟質(zhì)PVC薄膜和HDPE膜的塑化溫度相差不大。硬質(zhì)PVC和PP塑化溫度比較接近，難以分清（表5）。

表3　常用塑料密度鑒別法所用溶液

表4　常用塑料或樹脂的密度

表5　熱塑性塑料的塑化溫度

2.5溶解法

不同種類塑料在不同溶劑中的溶解性有較大差異（表6）。熱塑性塑料在溶劑中發(fā)生溶脹，一般不溶于冷溶劑。如PE和PP在常溫下不溶于任何溶劑。有的熱塑性塑料溶于熱溶劑中，如PE溶于二甲苯中。熱固性塑料在溶劑中不溶，不發(fā)生溶脹或僅輕微溶脹。彈性體不溶于溶劑，但發(fā)生溶脹。

2.6熱解鑒別法

熱解鑒別法是在熱解管中加熱塑料至熱解溫度，用石蕊試紙或pH試紙測試逸出氣體pH值進行鑒別的方法（表7）。

表6　塑料或樹脂的溶解性

表7　常用塑料熱解逸出氣體石蕊和pH試紙測試結(jié)果

2.7顯色反應(yīng)鑒別法

顯色反應(yīng)鑒別法是通過不同的指示劑鑒別某些塑料（表8）。在2mL熱乙酸酐中溶解或懸浮幾毫克試樣，冷卻后加入3滴50%的硫酸（等體積水和濃硫酸配成），立即觀察顯色反應(yīng)，放置試樣10min后觀察顏色，再在水浴中加熱至100℃，觀察顏色。該顯色反應(yīng)稱為Liebermann-Storch-Morawski反應(yīng)。

表8　幾種塑料或樹脂的Liebermann-Storch-Morawski顯色反應(yīng)

含氯樹脂或塑料還可通過吡啶顯色反應(yīng)鑒別（表9）。將乙醚萃取除去增塑劑的試樣溶于四氫呋喃，濾去不溶成分，加入甲醇使之沉淀，萃取后在75℃以下干燥。干燥的少量試樣用1mL吡啶與之反應(yīng)，幾分鐘后，加入2滴5%氫氧化鈉甲醇溶液（1g氫氧化鈉溶于20mL甲醇），立即觀察顏色，5min和1h后分別觀察一次。

尼龍還可通過對二甲基氨基苯甲醛顯色反應(yīng)來鑒別。在試管中加熱0.1～0.2g試樣，將熱解物置于棉花塞上，在上面滴加濃度14%的對二甲基氨基苯甲醛的甲醇溶液，再滴濃鹽酸，若為尼龍顯示棗紅色。用對二甲基氨基苯甲醛顯色反應(yīng)鑒別聚碳酸酯，顯示深藍色。

2.8儀器鑒別法

不同種類的塑料或樹脂可用現(xiàn)代分析儀器進行檢測鑒定。包括紅外光譜法（FT-IR）、質(zhì)譜法（MS）、差示掃描量熱法（DSC）、X射線檢測法、電磁法和透光率法等。

利用DSC法測定，根據(jù)不同塑料的玻璃化溫度（Tg）、熔點（Tm）、軟化點（Tf）等轉(zhuǎn)變溫度的不同，可進行比較準確的鑒定。同一種塑料有時由于牌號、制品組分不一樣，其轉(zhuǎn)變溫度可能相差較大，需要綜合判斷。

X射線法是利用氯原子在X射線照射下發(fā)出熒光的特性，采用高敏感度的X射線檢測器進行鑒別。

電磁法利用氯原子在磁場中能量吸收的原理，可鑒定和分離PVC，PET和PE塑料。

透光率法根據(jù)PVC，PET和PP等塑料制品的不同透光率特性，利用帶微處理機的傳感器進行鑒定和分離。

2.9標記法

目前許多國家采用SPI的標識方案，制定了塑料制品使用的塑料種類的標志代碼，在3個箭頭組成的代表循環(huán)的三角形中間，加上數(shù)字標志，將三角形的回收標記附于塑料制品上，用數(shù)字1～7和英文縮寫指代塑料所使用的樹脂種類（表10）。這樣塑料品種的識別變得簡單容易，回收成本大幅度削減。

表10　不同塑料SPI（Society of Plastics Industry）識別

3　廢棄塑料的分選方法

分選是把不同品種或加工不相容的塑料分開，得到優(yōu)質(zhì)的再生塑料制品，否則影響再生塑料制品的質(zhì)量。分選是廢舊塑料再生利用的關(guān)鍵和難點。分選可除去金屬、砂石或織物等雜物，這些雜物影響再生制品的外觀和性能，又會損傷設(shè)備，必須徹底清除。

廢舊塑料再生常用的分選方法包括手工分選法、電磁分選法、靜電分選法、風(fēng)力分選法、溫差分選法、密度分選法、懸浮分選法、熔融分離法、傳感器分離法、X-射線檢測分離法、溶解分離法等［2-4］。

3.1手工分選法

手工分選法是常用和比較可靠的方法。將塑料制品中的雜物（石塊、木材、紙張等）除去，再把油污制品、變質(zhì)（變黑、變焦）制品挑揀出去。然后按相應(yīng)的鑒別方法進行分類。

3.2電磁分選法

電磁分選法可清除塑料中混雜的金屬。也可利用PVC的氯原子磁場特性，把PVC從PET，PE等非極性塑料中分選出來。

3.3靜電分選法

靜電分選法利用靜電吸引力之差進行分離。將混合塑料粉碎成6mm碎塊，加入表面活性劑，然后振動摩擦產(chǎn)生靜電，在高壓電場下帶負電荷的PVC被吸附到陽極，帶正電的PET、PP等被吸附到陰極。中間部分混合料再重復(fù)操作，直到分離完成。該法分離出的PVC純度＞99.5%。

3.4風(fēng)力分選法

風(fēng)力分選法適用于分離混雜物中石塊、砂泥和密度差異較大的塑料，隨著風(fēng)力大小和飄移的距離不同而加以分離。

3.5溫差分選法

溫差分選法適用于脆化溫度相差較大的塑料分選。PVC和PE的脆化點分別為-40℃和-100℃，在-50℃下進行處理，PVC因脆化而粉碎，PE不能粉碎。該法成本較高，實用性不大。

3.6密度分選法

密度分選法依照塑料在特定溶液中沉浮不同而達到分離（如圖1所示）。用水將PE和PP分離出去，再用密度1.2g/cm3的鹽水將PS與PVC分選出來。為提高分選效率，將廢舊塑料制品粉碎成小塊，其粒度大小2～6mm，加入定量表面活性劑進行預(yù)處理使之充分濕潤。

圖1　混合塑料密度分離法示意圖

德國Thyssen Henschel公司利用水力旋風(fēng)分離器密度差法，將組分PO∶PVC∶PS=65∶15∶20的混合塑料進行分離，密度小的塑料從水力旋風(fēng)分離器上部分離出來，密度大的PVC從分離器底部排出。美國和日本均有相應(yīng)的分離裝置在運行。

3.7懸浮分選法

對于密度十分接近的廢塑料，利用其親水性和疏水性的不同進行分離。將空氣吹入水中，疏水性的PET會帶著氣泡從水中浮上來，親水性的PVC則下沉，使PVC與PET進行分離。

3.8熔融分離法

熔融分離法依據(jù)塑料不同的熔融溫度進行分離。例如PVC和PET制品外觀相似，密度相近，很難區(qū)別，但其熔融溫度差異很大，把PVC和PET混合塑料放在傳送帶上，PVC的熔融溫度195～215℃，PET的熔融溫度245～255℃?；旌衔锝?jīng)過加熱室時，PVC熔融粘在傳送帶上，PET至傳送帶終端落下，實現(xiàn)自動分離。德國Refrakt公司、美國Dttavio Tassielli公司和Sonoco Graham公司均建立相應(yīng)的工業(yè)化處理裝置。

3.9溶解分離法

溶解分離法利用塑料在一定溶劑中和不同溫度下溶解性能不同而達到分離的目的。例如PVC，PP，PS，PE和PET混合物在四氫呋喃溶劑中，25℃下PVC和PS先被溶解，70℃下LDPE被溶解，160℃下PP和HDPE被溶解，190℃下PET被溶解。在二甲苯溶劑中，25℃下PS和PVAC被溶解，75℃下LDPE被溶解，105℃下HDPE被溶解，118℃下PET被溶解，138℃下PVC被溶解，最后142℃以上PP才被溶解。也可采用二甲苯和甲苯兩種溶劑在不同溫度下進行分離（如圖2所示）。

圖2　混合塑料溶解分離法示意圖

3.10傳感器分離法

不同塑料透光率不同，采用微處理機的傳感器來識別和分離PVC，PET及PP等透明瓶。

3.11X射線檢測分離法

采用X射線檢測分離法可從PET，PE，PVC廢塑料中鑒別和回收PVC。美國國家回收技術(shù)公司和意大利Govoni公司均建立相應(yīng)的檢測分離裝置。

4　結(jié)束語

廢棄塑料的回收利用，是減少環(huán)境污染的必要措施，是物盡其用的重要途徑，也是實現(xiàn)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略［5］的基本任務(wù)。廢棄塑料實際并不“廢”，必須依靠消費者自覺的環(huán)保意識，良好的社會教育，方便的回收設(shè)施，政府立法等措施，適當?shù)慕?jīng)濟利益驅(qū)動，完善的“回收—運送—處理”組織管理系統(tǒng)等措施相結(jié)合，自力和他力相結(jié)合。把回收廢棄塑料列入防治環(huán)境污染的主要內(nèi)容，讓每位公民認識到，回收廢棄塑料是必須承擔的社會責任，成為自覺的行為規(guī)范。在設(shè)計產(chǎn)品時要有易于回收利用的工程設(shè)計思維，為回收廢棄塑料提供方便條件。廢棄塑料的鑒別和分離方法很多，實際應(yīng)用時應(yīng)該考慮回收成本等問題。

［1］潘祖仁.塑料工業(yè)手冊聚氯乙烯［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：968-971.

［2］廖正品.中國廢棄塑料基本現(xiàn)狀與回收處置原則初探［J］.塑料工業(yè)，2005，33（S1）：1-6，16.

［3］王振華，付振喜.廢棄塑料包裝材料的資源化再利用特性分析［J］.中國包裝，2010，30（6）：27-31.

［4］賴寒.廢棄塑料的回收利用［J］.山東化工，2012，41（2）：35-37.

［5］黃璐，鄭楠.我國廢棄塑料再生循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.橡塑資源利用，2015（6）：27-33.

“廢白土在橡膠中的應(yīng)用”項目通過鑒定

徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院開展的廢白土在橡膠中的應(yīng)用項目，已通過了徐州市科技局主持的市級鑒定。與此同時，多個廢白土利用項目也正在展開或已取得成果，這標志著價低、量大、一直被堆放或填埋處理的廢白土將走向高值和無害化利用之路。

徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程學(xué)院徐云慧副教授研發(fā)的廢白土在橡膠中的應(yīng)用新成果，采用廢白土做橡膠填料，應(yīng)用于天然橡膠及丁苯橡膠。經(jīng)與同份數(shù)的普通填料——陶土相比較，采用廢白土能同時起到軟化劑作用，膠料部分性能得到改善，膠料流動性好、密度小、硬度低，沖擊彈性好，扯斷永久變形小，耐老化性能好，耐磨性能好，松基彈性、防老化性能比碳酸鈣、陶土性能要好。廢白土應(yīng)用在橡膠中，添加聚乙二醇、三聚氰胺等活性劑，能改善生產(chǎn)中的硫化體系，縮短硫化時間30%～40%，大大提高了硫化效率。利用廢白土做橡膠填充劑和軟化劑，既可做到廢物利用、保護環(huán)境，又可節(jié)約成本，提高膠料部分性能。 對于廢白土高值利用，粘過大豆、花生等植物油廢白土不能堆放在一起，這樣成分不固定且復(fù)雜，處理起來難度大，用于橡膠制品中時會導(dǎo)致硫化速度較慢。

廢白土主要來自兩個渠道：一是植物油脂精煉過程中，通常使用油重2%～5%的活性白土（主要成分是有機膨潤土）進行吸附脫色，脫色后的廢白土中一般吸附有20%～40%的油脂；二是煉油廠廢白土來自石蠟和潤滑油精制工序，為灰黑色泥土狀，帶有輕微溶劑氣味，含蠟或油在30%左右。目前廢白土經(jīng)提取油分后直接填、堆、埋，不能從根本上解決廢渣二次污染問題。提油后得到廢白土仍然含有油脂等成分，如植物油脂的廢白土含有中性油脂、非水化磷脂、天然色素、脂肪酸和維生素等。隨著我國植物油脂、煉油產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，廢白土的產(chǎn)出量也越來越大，如果不能無害化利用，不僅浪費資源，而且污染環(huán)境。（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐惠彬供稿）

Methods for the identification and sorting of waste plastics

ZHANG Heng
（Jinxi Research Institute of Chemical Industry Company Limited，Huludao 125000，China）

Plastics play an important role in the development of the national economy，so，waste plastics have the characteristics of large amount and wide range.This paper summarizes the source of waste plastics，and introduces the methods for identification and sorting of waste plastics in detail.

waste plastics；identification；sort；method

X783

A

1674-0912（2016）07-0039-06

2016－04－17）

張亨（1967－），男，內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)人，理學(xué)碩士，高級工程師，從事精細化工產(chǎn)品研發(fā)和信息調(diào)研工作。