SMC／BMC的回收与再利用

SMC／BMC的回收与再利用
SMC,BMC的回收与再利用助财料2007年增刊(38)卷
SMC/BMC的回收与再利用
罗林,黄志雄,赵颖
(武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070) 摘要:SMC/BMC废弃物
对工业及环境造成了很大影响,指出了SMC/BMC回收再利用的紧迫性.通过对目前国际上SMC/BMC回收再利用的3种典型途径优缺点的对比,参照国外SMC/BMC回收再利用的先进方法, 对我国SMC/BMC回收再利用提供了可行的建议. 关键
词:sMc,BMc;回收:再利用
中图分类号:TQ327.1文献标识码:A
文章编号:1001.9731(2007)增刊.3470.03 1引言
SMC是Sheetmoldingcompound的缩写,即片状模塑料.BMC是Bulkmoldingcompound的缩写,翻译成中文是团状模塑料川.二者主要原材料均由
玻璃纤维,不饱和聚酯树脂,填料,以及各种添加剂组成.它具有优越的电气性能,耐腐蚀性能,质轻及工程设计容易,灵活等优点,其机械性能可以与部分金属材料相媲美,因而广泛应用于运输车辆,建筑,电子/电气等行业中【2】.据欧洲SMC联盟报道,2005年欧洲SMC/BMC 总产量约为27.7万吨,其中SMC占69%,BMC占31%. 比2004年为26.5万吨增长4%,按国家分为:法国30%, 德国28%,意大利15%,西班牙ll%,英国8%,其余 8%.今天无论从化工业的发展还是从建筑业,国防的要求来
看,SMC/BMC都成为2l世纪最具竞争力,最
具发展前途的材料之一.然而,伴随着高强,耐腐蚀性等功能的发展,也使得其
废弃物的处理变得非常棘手. SMC/BMC的废弃物对环境的污染也引起人们的广泛
关注.因此如何对SMC/BMC进行回收再利用已成为制约行业健康发展的关键问题.
2SMC/BMC的回收
尽管有足够数目的SMC/BMC复合材料可供回收, 但仍存在一些不利于回收的障碍.主要表现在:(1) SMC/BMC无法再次熔融,不能再次模塑或加工;(2) SMC/BMC的
主要成分是无机玻璃纤维增强材料和矿物填料:(3)SMC/BMC增强材料和填料的种
类众多, 组成也不尽相同:(4)SMC/BMC的废弃物通常都受到了污染,而且经常含有金属嵌件或紧固件.为了从 SMC/BMC回收物中获得最大的效益,就必须尽可能使再生产品和原始材料相同.
目前国际上实现SMC/BMC材料回收再利用常用的方法主要有3种:焚烧法,热
解法和粉碎法. SMC/BMC填充剂,补填燃料
强剂:热塑性塑料补料原料
强材料:建筑材料
2.1焚烧法
焚烧处理是对SMC/BMC最简便的方法,这种方法是把有机物完全氧化而放出能量,不需要很大的投资. SMC/BMC都不含S,P,卤素,重金属和其它导致有毒隔热材
料再利用电气
补强材料掩埋蒸汽
原材料热气
物质排放的元素,因此不会对空气造成污染.树脂的热值为18.8,30.tMJ/kg,近似于煤的热值21,32.6MJ/kg,
玻璃纤维的热值更高达50MJ/kg,焚烧产生的热能收集起来可以用于SMC/BMC
熟化室和后固化室的加热,一 ?基金项目:国家自然科学基金资助项目(50473013)
收到稿件日期:2007—04.29通讯作者:罗林
作者简介:罗林(1982一),女,湖北荆门人,在读硕士研究生,主攻功能复合材料.
罗林等:SMC/BMC的回收与再利用
般生产车间所需要的热能,甚至在寒冷的地区还可以用来进行供热取暖.
然而实际上SMC/BMC的灰分含量很高,有机物只有10%~30%,因此并不会产生很大能量.同时焚烧中高温和氧的作用常使灰分中的主要成分CaCO3转变成 CaO.由于CaO对SMC和BMC的化学增稠起到不良的增稠影响,所以焚烧后的灰分不能作为填料再利用. 灰分一般采用掩埋的方法处理,这样就会占据大量闲置的土地,污染环境,造成资源的浪费.较为理想的方式是先将可回收的部分实现充分再利用,直至抛弃阶段再采用焚烧的方法获取能量,以提高材料的利用效率. 2.2热解法热解法与焚烧法不同,它不会把有机物完全氧化而放出能量,而是在无氧的环境中加热(没有火焰),将有机物质有控制地分解成可回收的一种或者多种化学副产物的方法.热解技术所具有的一个重要优点是适于处理受污染的废制品,也就是那些采用其它材料进行表面涂装,粘接与固定的SMC/BMC.近几年西方国家对
SMC/BMC的热解技术进行了研究并成功地进行了各种试验.1988年6月,1990年1月,美国Conrad公司进行了4批共18tSMC碎块的热解试验;T.H.Beers公司在1990年6月,1991年3月进行了3次热解试验;
此外日本高知公司和四国公司也进行过类似的试验均取得了预期效果L3】.
SMC/BMC热解处理的一般过程为:先将废旧的 SMC/BMC制品切割成50mm×50mm 大小的碎块,用水蒸气蒸煮后,置于热解炉中处理.SMC/BMC在高温处理系统中很容易被蒸馏,苯乙烯一聚酯树脂基体材料很快挥发转变为气化物和油,并将有机物质完全从玻璃纤维和CaCO中分离出来.热解后回收的油,气可作为燃料,或经提纯作化学原料,固体副产物可以加工成填料重新使用.由于处理过程中的高温作用降低了玻璃纤维的机械性能,不宜于再作为增强材料使用.但是采用经热解的SMC进一步加工碾磨,可作为材料用于通用性和A级表面汽车.
SMC/BMC热解的关键在于相关技术的开发与应用.目前SMC/BMC热解技术尚处于早期开发阶段,还没有设计出专门的处理设备,一般都采用原来处理废旧橡胶轮
胎的处理装置.所以说它并不一定是加工处理废旧SMC/BMC的最佳选择.但是SMC/BMC热解已被实验证明是可行的[4】,可以回收到油,气和固体副产物等有用物质,对这些材料的加工,回收和重新利用的经济实用性也被肯定,因此可作为一种长期的SMC/BMC回收方案.
2.3粉碎法
粉碎法是基于直接利用废旧SMC,并不改变其化学性质的一种SMC/BMC回收方法,它是最直接,最有效的方法.由于SMC是一种热固性塑料,其制品一旦固化,就不会在热和压力的重新作用下转变成另一种产品.因此必须将SMC废料切割或粉碎成一定的形态, 当作填料或增强材料用.一种方法是将整个废旧SMC 制品研磨粉碎成细粉末(包括所有的玻璃纤维)另一种方法是以一定的方式切碎和磨碎废旧SMC制件,从颗粒材料中分离回收一些玻璃纤维.粉碎方式的不同,直接影响到粉碎料的物理性能,决定其回收用途.因此,寻找最佳的粉碎方法是SMC 回收过程的一个重要课题. 粉碎法回收SMC/BMC的一般过程为:(1)将各收集站收集到的废旧SMC/BMC制品切成5mm×20mm大小的碎块,装于特殊设计的容器中.将之运至处理厂中. (2)将预切碎的SMC/BMC碎块送到供给站中,通过振动输送槽均匀喂入缓冲箱内.在传送带上装有磁铁, 便于将磁性部件(如金属嵌件)挑出.用锤磨机对 SMC/BMC料块进行压碎处理.(3)在气旋式分离器中将粉碎料中的粗料与细料分开,粗料重回锤磨机中粉碎.然后所有粉料通过第二个气旋式分离器,再次进行分级分离.(4)用振动筛对粉料进行分级处理,将各组粉料分别贮存于相应的收集箱内,以备在自动包装站处装袋.(5)将回收粉料进行贮存保管,并发送给 SMC/BMC制造商使用.至此,完成整个SMC/BMC废料的粉碎处理全过程.
SMC/BMC回收工艺中粉碎法的效果最好,效率最高,实用性也强.可以制成大至9.5mm的有用颗粒粗料,小至200目(60um)或更细的粉状填料,适于各种不同应用场合的再利用.
2.4其它
除了以上常用的3种回收方法,各国政府和复合材料界还开发了如醇解法,热水解工艺,超临界水氧化等. 醇解法:聚酯.苯乙烯交联体在85?氢氧化钾的醇溶液中降解,产生的苯乙烯和有机酸的衍生物可作为原材料使用生产新的SMC.然而氢氧化钾会对玻璃纤维
产生损害作用,而且大量使用氢氧化钾就必须进行中
和,从而产生大量的废水,这就需要采用昂贵的净化工
艺.另一个严重的问题是,中和反应所用的酸会分解碳
酸钙,所以得到的产物也就不能再用作填料.有人对乙
醇胺等攻击性弱的试剂进行研究[5】,得到的结果较为理想.产物包括3部分,玻璃纤维,填料,含有羟基的,
可溶于甲醇的聚合物.采用乙醇胺反应路线,可得到高
质量的玻璃纤维,另一个优点是可以采用蒸馏的方法回收试剂.
热水分解工艺:将废SMC/BMC在蒸汽中加热到
300~500?将会分解成邻苯二甲酸,苯乙烯,变黑的玻
璃纤维和油,在一定条件下可生成再生的不饱和聚酯树脂.
超临界水氧化法:主要用于含难降解有机物质的废
弃物的处理,且可以依靠SMC/BMC中有机物氧化过程所放出的热来维持反应所需温度,实现自剐.与焚烧,
助能材许2007年增刊(38)卷
填埋等传统废弃物处理方法相比,超临界水技术具有无(3)回收尽可能适用于各种各样功能的SMC,
二次污染,效率高,适用范围广等优点.但是碳酸钙BMC,如果不能做到完全再利用,可以优选其主要部
等无机填料在超临界条件下的溶解度很小,反应过程中分加以回收. 沉积下来容易堵塞反应设备和管道,可以通过优化反应(4)废品经检验后,在拆除,归类,粉碎时,不
器和对体系预处理来缓解盐沉降,使废SMC/BMC得以能添加任何污染性的材料以保持回收物的质量.
再生利用.4结语
3对我国sMc/BMC回收再利用的建议
尽管现在sMc/BMc的回收再利用已经取得了一
国外许多生产厂商的研究试验及生产实践己经证定的成绩,但是我们仍然应该清楚地认识到工作是无止
明,SMC/BMC是可以回收再生重新再利用的.但在我境的,我们复合材料工作者依然任重道远.
国关于SMC/BMC回收利用,至今尚是一个空白,还没矣妻
有一个回收加工边角废料的企业或场所,也没有实施边爹丐义陬: 角废料回收利用的计划等.我国玻璃钢行业现已拥有的[1】黄家康.聚酯模塑料生产与成型技术[M】?北京:化学工业
三生产线共2毳忽喜:篓''P呔cH.?.P.m.脱,采用国产线生产SMC/BMC的私有企业群,这类国产线l
:-8南…"'……一….……,…'
大约有40条左右.目前我国对资源的回收与再利用已[3】邓京兰,祝颖丹,王继辉,等.复合材料废弃物回收与利用
经引起足够的重视,这为发展SMC/BMC回收再利用工的回顾与展望[A】.[c】.大连:玻璃钢学会第十四届全国
作提供了契机.玻璃钢,复合材料学术年会论文集2001.334—339. 要想有效开展SMC/BMC的回收再利用,以下几方[4】DeRosaR,TelfeyanE,GaustadG,eta1.【J】.Journalof 面的工作是必不可少
的:ThermoplasticCompositeMaterials,2005,7:333-349.
(1)制订相应的政策,力口强废弃物管理,建立一[51
,.
s?HMApp
个基层组织专门负责复合材料废料的收集工作.将可回[6】刘云 ,培,英振
斌.[J].环境科学与技术,2004,27
收部分合理分类,运送到收集部,不能与任何具有类似(增刊):156.158. 性质的物料混合,有效处理好各种材料的成本,减少废[7】漆新华,庄源益.超临界流体技术在环境科学中的应用
弃物的产生,提高回收利用率.[M】一B京:科学出版社,2005.
(2)加强科技投入,在国家设立专门的研究机构,[8】杜皓明,欧志阳.[J】.广州环境科
学,2006,6:36-38?
展要的譬蓍蓄肭蛐脂?立一
系列企业与政府合作机制,成立专门的回收再利用…一………'…..
生产线.
RecyclingandapplicationofSMCandBMC
LUOLin,HUANGZhi—xiong,ZHAOYing
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,WuhanUniversityofTechnology, Wuhan430070,China)
Abstract:SMC/BMCwasteshavehadgreatinfluencetotheindustryandtheenviro nment.Theurgencyofrecycleand
reusetheSMC/BMCwastesareproposedinthispaper.Itiscomparewiththreetypi calrecylingmethodsintheworld,and
providesakindoffeasiblesuggestionofSMC/BMCrecyclingtoourcountry. Keywords:SMC/BMCrecycling:application。