论高分子材料的回收利用

论高分子材料的回收利用【摘要】随着我国国民经济的不断发展，环境污染问题也日益严重，化工行业渗透在各个方面，与人们的衣、食、住、行密切相关，是国民经济十分重要的一部分，而化工环保也就显得尤为重要。

这其中对原材料成本和副产品循环利用效率为重中之重。

本文综述塑料、橡胶、复合材料和其他交联高分子材料回收利用现状和进展，简述了废弃高分子材料回收利用存在的科学与技术问题及其发展方向。

目前全球高分子聚合物的产量已超过2亿吨，高分子材料在生产、处理、循环、消耗、使用、回收和废弃的过程中也带来了沉重的环境负担。

聚合物废料的来源主要有：1、生产废料：生产过程中产生的废料如废品，边角料等。

其特点是干净，易于再生产；2、商业废料：一次性用于包装物品，电器，机器等包装材料，如泡沫塑料。

3、用后废料：指聚合物在完成其功用之后形成的废料，这类废料比较复杂，其污染程度与使用过程，场合等有关，相对而言污染比较严重，回收和利用的技术难度高，是材料再循环研究的主要对象。

我国每年废弃塑料和废旧轮胎占城市固态垃圾重量的10％，体积30-40%，难以处理，形成所谓“白色污染”（废弃塑料）和黑色污染（废弃轮胎），影响人类生态环境，也影响高分子产业自身的进一步发展。

因此废弃高分子材料的回收利用对建设循环经济、节约型社会意义重大。

【关键字】高分子材料化工环保回收利用1、国内外废弃高分子材料的回收利用研究及现状1.1国内外废弃高分子材料的回收现状废弃高分子材料又叫废弃塑料，随着高分子材料工业的发展,塑料制品的应用也日益广泛，已成为人们生活中不可缺少的重要组成部分，2000年全世界塑料总产量已超过一亿一千万吨，中国总消费两也超过数百万吨，随着塑料产量的增加，废弃塑料数量也在不断增加，全球废弃塑料量也已经达到四千万吨，已成为全世界的“白色污染”，这是环境保护的一大公害，已造成资源的巨大浪费。

由此，已引起全世界各国政府的重视和关注，根据各个国家的实际情况，有的国家投入巨大资金进行治理，美国采取限制塑料的生产，我国政府也非常重视，三令五申，严禁乱扔塑料薄膜袋，减少或杜绝“白色污染”。

我国从20世纪80年代已开始回收高分子材料的工作，但是人们对环境保护意识差，不自觉，乱扔，所以到处都是塑料袋，已造成对环境的“白色污染”。

1988年我国废弃塑料收购量为22.7万吨，2000年收购量为125万吨，在1988年废弃工程塑料和聚酯树脂分别占其产量的2%和5%，各为400吨和5万吨，由于聚酯废弃量较大，故国内首先开发聚酯塑料的回收利用。

在烯烃方面，回收废弃塑料量最大的是聚氯乙烯树脂，约占烯烃塑料的40%，其回收率也高，其次是聚乙烯约占5%-30%，而对聚乙烯包装袋回收利用还是比较低的，再其次是聚丙烯，其积压量很大，没有开展利用起来。

我国从国外引进回收废塑料设备的企业有好几家。

其中，北京从日本引进一套废弃塑料回收装置；上海由联合国提供一套比利时回收废弃塑料装置；成都引进一套奥地利废弃塑料回收装置。

另外中国还有几家自己制造的回收废弃塑料设备。

其中有衡阳废弃塑料回收制造厂，江西回收废弃塑料制造厂。

然而，国内引进的几套废弃塑料回收装置，都不能投入正常生产。

其原因有二：一是废弃塑料难以集中起来，难以满足生产装备的需要，大部分的回收塑料（约占60%）都被乡镇企业所收购，尤其是江苏和浙江一带废旧塑料回收非常活跃，而城市塑料回收的原料满足不了生产，都处于停工和半停工状态；二是进口设备耗电量太高，每处理一吨废弃塑料需耗电在300KW·h以上，另外设备损坏率高，一个月要更换一次，需要大量的外汇。

全世界循环利用废旧塑料的数量由1988年的90万吨增加到1998年的430万吨，到2000年约为1250万吨，世界各国废塑料的处理中其利用率约占废旧量的7%左右。

世界废弃旧塑料主要是在包装、建筑、消费、工业用途、汽车等领域的废弃物；按品种分为聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、尼龙、聚苯乙烯、工程塑料等。

1.2废弃高分子材料回收技术现状在美国和欧洲，聚合物的回收已经从20世纪90年代早期的机械回收发展到原料回收和焚烧能量回收一体化。

在我国一般采用3种方法，一是物理法回收利用废旧高分子材料，二是化学法综合利用，三是通过燃烧废旧高分子材料回收与利用能量。

物理法是废旧高分子材料经收集、分离、提纯、干燥等程序之后，加入稳定剂等各种助剂，重新造粒，并进行再次加工生产的过程。

目前许多高分子材料的循环利用是利用此法来实现的。

化学法是利用光、热、辐射、化学试剂等使聚合物降解成单体或聚合物的过程。

其产物用作油品或化工原料。

能量回收是以高分子材料作为燃料或取热或产生蒸汽，进而进行发电，或用高分子材料作助燃料等过程。

填埋处理：填埋是处理垃圾或固体废弃物的最简单最古老的方法，世界各地普遍采用，但填埋将占有土地，就算填埋结束或者关闭后也不能用作它用，甚至周边土地也受影响，因为会产生污染迁移及不稳定性。

而且填埋会产生渗漏液，渗漏液含有分解产物，许多毒性有机物、络合金属盐、有机金属化合物会从地下渗透到水源，进入河湖，污染水源和土地。

随着时间的延长，不同的污染产物会达到高峰浓度。

同时固体废弃物填埋后分解的废物会产生许多气体，主要是CO2、CH4、H2、N2等，和有毒、不良味道的气体如H2S、挥发性硫醇、带臭味的有机酸。

放出气体的臭味大、污染大且存在爆炸的危险。

且聚合物废料相对密度较小，体积大，在土中难以分解，因而许多国家和地区正积极采取措施减少填埋处理，以减少填埋废料对“地下生态环境的影响”。

再循环：有效的、比较科学的处理废旧高分子材料的方法是再循环。

循环是废旧高分子材料利用的有效途径，不仅使环境污染得到妥善解决，而且资源得到最有效的节省和利用。

从资源的利用角度出发，对废旧高分子材料的利用首先应考虑材料的循环，然后考虑化学循环。

材料循环是指以废旧塑料制品为原料的再资源化和再利用。

化学循环又称为化学裂解，是指通过化学反应使废旧塑料转化成低分子化合物或低聚物。

所采用的工艺方法是将聚合物的长链切断，恢复其原有的性质，裂解出的原料可用来制作新的塑料。

能量回收：指燃烧不能以其它方法加工的混合塑料或残留物，以利用其释放的热能，包括焚烧废物获取能量（EFW,Energy From Waste）和燃烧废物燃料（RDF，Refuse-Derived Fuel）以获取能量。

前者用垃圾作燃料源来产生蒸汽、热水和电；后者用废料制燃烧粒子，并在锅炉或焚烧器中燃烧产生能量。

但是焚烧法会产生有毒气体，污染大气，焚烧的无毒化处理设备投资大、成本高，目前还局限于发达国家和我国局部地区。

能量回收是高分子材料循环利用中比较重要的循环方法，但要注意二次污染问题。

2、高分子材料循环利用工艺2.1高分子材料物理循环工艺1）配料：单一高分子在实际过程中的应用是非常少的，一般情况下要加入各种添加剂，以满足材料的使用性能要求。

利用挤出机或各种混炼机，在原料树脂中混入增塑剂、稳定剂、填料等助剂的操作过程称为配料。

2）造粒及粉碎：经过混炼得到的炼成物，为了减少固体尺寸，一般须经造粒或粉碎，以备下一步成型使用，粉碎后的颗粒大小不均，而造粒可得到比较整齐且具有固定形状的粒子。

3）挤出成型：亦称为挤塑成型或挤压成型，在热塑性塑料成型中是一种用途广泛的加工方法，也是高分子材料循环利用的主要加工方法。

热塑性塑料的挤出成型过程可分为三个阶段：塑化→成型→定型。

挤出成型工艺生产过程连续，生产效率高；投资少见效快，操作简单，工艺容易控制；应用广泛，产品花样多，质量均匀。

4）注塑成型：又称为注射成型，是高分子材料加工的重要方法，可以用于热塑性高分子材料和再生高分子材料的成型，近年也逐渐用于热固性高分子材料成型。

5）压延成型：是热塑性塑料加工的主要工艺之一，对于生产回收薄膜和片材来说，是较佳的生产工艺。

压延成型是先用各种塑炼设备将成型物料加热熔融塑化，然后使已熔融塑化的熔体通过一系列相向旋转的辊筒间隙，使之经受挤压与延展作用成为平面状的连续塑性体，再经冷却定型和适当的后处理即可得到膜、片状塑料制品。

6）吹塑成型：借助压缩空气，使处于高弹态或塑性状态的空心塑料型坯发生吹胀变形，再经冷却定型，获取塑料制品的成型加工方法称为吹塑成型。

7）模压成型：又称压缩成型，此法是先将塑料或再生塑料放入具有一定温度的模具型腔中，然后闭模加压，使其成型并硬化，最后脱模取出制品。

模压生产工艺为：嵌件安放→加料→闭模→排气→固化→脱模→模具清理8）热成型：利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的方法，制造时先将裁成一定尺寸和固定形样的片材夹在框架上并将它加热到高弹态，而后凭借施加的压力使其贴近模具的表面，得到与型面相仿的形样。

9）发泡成型：泡沫塑料是以树脂为基础而内部具有无数微孔性气体的塑料制品，又称为多孔性塑料。

再生的热固性和热塑性塑料一般都能制成泡沫塑料。

由于有气孔的存在，泡沫塑料具有密度低、隔热、吸音等优点。

泡沫塑料的发泡方法可分为三种：物理发泡法、化学发泡法和机械发泡法。

10）浇铸成型：塑料的浇铸成型类似于金属的浇铸，是从机械工业中的“翻砂”铸造发展起来的一种成型方法。

浇铸成型是将聚合物的单体、预聚的浆状物、熔融的热塑性塑料、高聚物的溶液溶胶等倾倒到一定形状规格的模具里，然后固化定型或因溶剂挥发而硬化成为制品的一种方法。

其工艺过程为：浇铸液的配制→过滤和脱色→浇注→硬化→脱模→后处理→制品2.2高分子材料化学循环工艺废旧高分子材料的化学循环主要是指高分子材料通过粉碎、清洗、干燥后，再进行化学处理，从而得到有用的化工原料或油品的过程。

一般的化学循环工艺为：→燃料气——气体→| →化工原料| →化工原料废旧高分子材料→→裂解设备→ |→液体→| →油品| →铺路——固体→→防漏材料2.3高分子材料能量回收工艺转炉窖和烧火炉是固体废弃物焚烧的最常用的两种，流化床炉适合于水煤渣。

固体废弃物须进行分类，将不能燃烧的物质除去，以减少固体残留物和飞灰，增加焚烧废物的热量。

焚烧的最佳材料是塑料、纸和木质产品，且粉状比较好，块状燃烧也常见，但底部残留物要高得多。

废物由烧火炉栅格引入燃烧室，为了保证固体废弃物中所有有机物的完全燃烧和分解，炉温必须保持在1000-1500℃。

低温、空气流不足和滞留时间过短将会导致散发有机化合物，如二噁英、呋喃、PCB、CO、氯苯、多环芳香族化合物。

废物→废物焚化炉→气体及灰层→后处理→排放↓残留物→处理→填埋3、废弃高分子材料回收的若干科学和技术问题当前处理垃圾的国际潮流是“综合性废物管理”，实行3R行动，把垃圾的产生量减少下来。

3R的行动口号“减量化(Reduce)、再使用(Reuse)、再循环(Recycle)”。

对废弃高分子材料回收利用而言，以下几方面科学和技术问题值得关注并加以深入研究：3.1在高分子材料的制备方面采用高分子材料绿色工程概念。