材料循环再生

塑料再生技术还应包括保护环境的科学技术。 当将 塑料进行化学再生循环时，要防止可能对生物及地球环 境产生不利影响的副产品排入大气、水等造成环境污染， 或者要将其变换为无害物质或有用物质．
14
深圳大学材料学院
11.3 有色金属的再生循环技术
定义：狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬 以外的所有金属的统称。
不用合金化而采用细化晶粒的办法也可以强化金属，此 外，改变多相共存时各相的比例、形状和分布状态等等对强 度、延性、韧性、疲劳强度等机械性能和导电性、减振性等 物理性能都有很大影响，因此用这种方法研究开发出可再生 循环、高性能合金的可能性是很大的。
25
深圳大学材料学院
11.5 复合材料的设计 日常生活中使用的复合材料有很多，最常见的是一些增强
(1)尽可能使用在自然界中可循环的材料，并将自然 的循环应用到其废弃和生产过程中．为此，需要熟知自然 循环系统的性质，并且根据具体情况以自然循环为模型来 设计人类圈的物质循环．
(2)尽可能少地使用在自然界中不可循环的材料．对 那些非用不可的材料，应事先设计一个再生循环系统，在 材料的废弃和再生的过程中，严格控制数量，并使其处于 不活泼状态．
研究方向应该是从罐到罐或者说从产品到产品的完全再 生系统．为此，从材料开发、设计阶段就要考虑再生循环性； 在技术上推进开发环境协调型材料以及开发有效地除去杂质 的工艺．
21
深圳大学材料学院
11.4 合金的变化——简单合金
合金：由两种或两种以上的金属与非金属经一定方 法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均 匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二 元合金、三元合金和多元合金。
塑料材料．
大多数塑料的机械强度低，作为结构材料尚有一些问题； 另一方面，玻璃纤维、碳纤维等无机材料机械强度优异，具有 结构材料的良好基本性能，但脆性大和粘接性差是其主要缺 点．
因此，把这些材料复合成兼备两者长处的复合材料是十 分重要的。有机材料和无机材料复合的典型代表是玻璃纤维强 化塑料(FRP)，它作为轻质和强度兼备的材料有多种用途．
中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在 商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常 发达；公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过 热处理)出锋利的剑(钢制品)。
常见合金：球墨铸铁、锰钢、不锈钢、黄铜、青铜、 白铜、焊锡、硬铝、18K黄金、18K白金
22
深圳大学材料学院
然而，在再生循环时，合金组成越复杂，则分选与分离 就越困难．
26
深圳大学材料学院
短切玻璃纤维
强化玻璃纤维塑料(FRP)
27
深圳大学材料学院
但要使这种复合材料成为有利于地球环境的环境材料，就 必须作到容易再生循环才行。在这种有机/无机复合材料的再 生循环过程中存在着许多困难。
例如，为了再生循环这种材料，必须首先粉碎原料，然后 再熔融成形。但是，在这种情况下，材料中所含的发挥机械强 度的玻璃纤维也一并被粉碎了，再生循环作为产品时，就会使 机械强度变低，从而失去了复合材料的优点．
铝再生技术 铝作为罐装饮料的包装材料应用很广，这些废铝 罐回收后首先对其进行热振动分选．
铝锭（再生铝）
废铝→过筛→磁选除铁→高温熔化→搅拌打渣→合金化处理→
除气精炼→浇注→铝合金锭（再生铝合金）
该工艺流程的能耗为200kg焦炭/t铝，比用原铝为原料生产铸
造铝的能耗大为降低，金属回收率在88%以上
17
同时，还须具有在液态下维持分子的某种 有序排列所必需的凝聚力。这种凝聚力通常是与结 构中的强极性基团、高度可极化基团、氢键等相联 系的。
30
深圳大学材料学院
根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有 三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。
近晶型
向列型
胆甾型
液晶结构示意图
31
深圳大学材料学院
致晶单元与高分子链的连接方式
23
深圳大学材料学院
但是，只赋予材料以再生循环性，不能生产出支撑现代发 达技术的材料，还必须充分满足高强度、高可靠性、舒适性 等方面的要求。 因此，其设计有多方面的考虑，即
(1)强度(也包括疲劳强度等)，韧性，高比强度(先进性)；
(2)简单组成，易解体结构(环境协调性)；
(3)功能兼容，多功能性(舒适性)．
12
深圳大学材料学院
化学再生循环 将回收材料通过水解或解聚等化学反 应，分解成原始材料的单体及低聚物或者它们的母体， 然后回收并重新合成原始的初级塑料，或者还原到石 油状态以便再生利用。
例如，在材料再生循环中，对已多次利用了的塑 料，因其功能下降而不能再进行或者很难进行材料再 生循环的产品，则适合于采用化学再生循环处理．
9
深圳大学材料学院
材料再生循环: 材料再生循环的基本方法是将石油等原料所 合成的塑料在其功能丧失以前，多次进行使用。
在实际的再生循环过程中，由于杂质的混入、加工过程的 变质等原因，不可避免地带来某些性能的劣化；因此由石油原 料合成的新塑料主要应用于性能要求特别严格的制品，而将回 收材料作为第二次用途的原料时，一般用于特性要求较不严格 的制品；再次回收的材料作为第三次用途的原料时，则用于特 性更不严格的制品。
11
深圳大学材料学院
进入市场的制品，回收之后作为原料的一部分掺合进去， 已有被再利用的实际事例．
实际制品用单一成分生产的比较少，多数制品为求商 品化外观，表面要涂层．为了获得高性能又要制成叠层材 料，又有涂层又有叠层的组合情况则更为普遍。 作为再生 材料利用时，由于涂料和黏合剂起异物(杂质)的作用，所 以性能比新合成材料的要低，这常常就是限制再次用于同 一用途的原因．
广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种 有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其 他元素而构成的合金。
有色金属可分为四类： 1. 重金属：一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、
锌等； 2. 轻金属：密度小（0.53～4.5g/cm3），化学性质
活泼，如铝、镁等. 3. Βιβλιοθήκη Baidu金属：地壳中含量少，提取困难，价格较高，
深圳大学材料学院
铜再生技术
废铜再生按其来源有两类： 一类是新废铜，或新废杂铜，它是铜工业生产过程中产生
的废料。另一类是旧废铜，或叫旧废杂铜，它是使用后被废弃 的物品，如从旧建筑物及运输系统抛弃或拆卸的。
新废铜
旧废铜
18
深圳大学材料学院
铜和铜基材料，不论处于裸露状态，还是被包在最终产 品里，在产品寿命周期的各个阶段都可回收再生。 直接应用废杂铜具有简化工艺、设备简单、回收率高、 能耗少、成本低、污染轻等优点，其前提是严格的分类堆 放及严格的分拣。
28
深圳大学材料学院
塑料合金
一种解决的办法是将两种以上的聚合物复合，做成具 有新功能的材料，即所谓的塑料合金。塑料合金是利用 物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、 专用化的一类新材料。
液晶聚合物经加热变成兼有固体和液体二者特征的液 晶状态，其分子排列虽然不像固体晶态那样三维有序，但 也不是液体那样无序，而是具有一定（一维或二维）的有 序性。它是一种流动性很好的热塑性材料。 由于温度一 下降即发生纤维化，因而是一种轻质高强的材料．
将液晶聚合物(LCP)和工程塑料复合，做成轻质和机 械强度兼备且容易再生循环的材料，这种材料作为取代上 述有机／无机复合材料的新材料而被普遍关注．
29
深圳大学材料学院
形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构。导致 液晶形成的刚性结构部分称为致晶单元。分子的长 度和宽度的比例R>>l，呈棒状或近似棒状的构象。
然而，一般而言，强度和延性、韧性，强度和其他的物 理性能(减振性，导电性等)难于兼容，强度超高越脆，强度 越高电导率越低， 要想在同一材料上使难以兼容的性能共 存，只有采用“复合化”设计才能实现。
24
深圳大学材料学院
然而，一般而言，强度和延性、韧性，强度和其他的物 理性能(减振性，导电性等)难于兼容，强度超高越脆，强度 越高电导率越低， 要想在同一材料上使难以兼容的性能共 存，只有采用“复合化”设计才能实现。
此外，存在不能分离再生的合金元素时，有可能使原来 各合金元素的功能不能充分发挥出来。 在这种情况下，利 用合金元素的作用实现组织结构的控制，也是一个难题 这 就是说，由于再生过程中混入的杂质使正确的控制难于进行 了。
以简单组成为前提的合金——简单合金的设计原则包括两 个方面：首先要使合金规格简单化，容易分选；其次，原则 上不添加现在尚不能精炼脱除的元素．
对其中的金属直接分选再生利用；
对于塑料，采用热分解或催化反应等方法，生成供 发电或其他动力用燃料；
对造成臭氧层破坏和大气污染的氟里昂，则采用催 化方法使之分解；
对其他垃圾，采用电磁辐射加热，使之熔融、固化。
7
深圳大学材料学院
11.2 塑料的再生循环技术
8
深圳大学材料学院
如果将分选、清洗方法等处理技术除外，塑料再生技术大致 可以分为两类: 一是回收使用过的塑料再作为原材料应用(称为材料再生循环) 二是分解成塑料的初始原料即单体，重新合成新的塑料(称为 化学再生循环)．
4
深圳大学材料学院
废弃物的回收利用是一个严峻的现实问题．就目前的 情况来看，两种方法颇引人关注： 一是资源的再生利用， 二是直接回收、处理废弃物。 环境材料所追求的就是材料及相关资源的循环再生利用。
5
深圳大学材料学院
6
深圳大学材料学院
上图示出了日本日立公司废物回收的主要方法 该公司分 四种类型回收利用废弃物．例如，将废弃物(如废汽车、 废彩电等)回收粉碎后，
例如，新合成的聚乙烯塑料第一次用于电线等电气制品或
充气薄膜，第二次用于保护管或型材，第三次则用于模板或内
装饰材料等。
10
深圳大学材料学院
例如，新合成的聚乙烯塑料第一次用于电线等电气制品或充气 薄膜，第二次用于保护管或型材，第三次则用于模板或内装饰 材料等。
而目前很多场合实际使用的都是新塑料。这就造成了不必 要的环境代价．
密度大，化学性质稳定，如金、银、铂等； 4. 稀有金属：如钨、钼、锗、锂、镧、铀等。
15
深圳大学材料学院
有色金属作为家用电器和计算机使用的功能材料，或 作为汽车、建材等结构材料，或作为日常生活用品材料 (如饮料罐)而被大量应用。
介绍几种典型的有色金属材料的再生循环技术的现状及 今后的发展。
16
深圳大学材料学院
例如： 德国塑料包装材料废弃物再生利用协会将 家庭排出的各种塑料包装材料的混合物放在煤的分馏 装置中热分解，最终作为石油回收处理，并得到制造 塑料的原料
13
深圳大学材料学院
可以考虑（研究）在塑料的原料当中预先混入特定的 催化剂，这种催化剂在产品使用时并不起什么作用，但在 回收后进行化学再生循环加热等处理时产生作用，能有效 地回收有用的物质(单体、气体、油)．这类加入了用于再 生循环的催化剂的材料也属于环境材料之列。
液晶类型
结构形式
主链型
名称
纵向性 垂直型 星型 盘型 混合型
32
深圳大学材料学院
支链型
多盘型
树枝型
33
深圳大学材料学院
侧链型
梳型 多重梳型
盘梳型 腰接型 结合型
网型
34
深圳大学材料学院
热塑性塑料（如尼龙6 ）与液晶聚合物混合成形材料中 液晶聚合物相分离成纤维状而起强化相的作用，大致能发 挥出与铝合金相当的抗拉强度。
19
深圳大学材料学院
铜产量的40％用于制造电线，电线采用烧线处理法、 解体处理法、粉碎处理法对涂层材料和铜导体进行分离 分选，铜经压块或破碎后被再生利用。
20
深圳大学材料学院
现在进行的大部分再生循环利用，并不是将回收废料再 生为原来的使用材料，而只是变为低一级的材料，即回收罐 不是再用于铝罐，回收废电线不是再用于电线。
据报道，实验设定的10次再生循环中，该材料的强度也 都基本保持不变。这是因为再生循环过程中的粉碎虽然切 断了液晶聚合物的原纤维(纤维体)，但在再成形时融熔又 会使原纤维再生。 因此，即使材料再生循环，强度也不会 下降．这与以往的无机纤维增强塑料不同。
35
深圳大学材料学院
11.6 建筑材料的再生循环
第十二章 废弃材料的循环再生
➢ 人类圈与材料再生循环 ➢ 塑料的再生循环技术 ➢ 有色金属的再生循环技术 ➢ 简单合金 ➢ 复合材料的设计 ➢ 建筑材料的再生循环
2
深圳大学材料学院
12.1 人类圈与材料再生循环
3
深圳大学材料学院
在人类圈中建立符合自然规律的物质循环系统的方针应遵 循如下两条原则：