材料循环再生 PPT课件

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
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支链型
多盘型
树枝型
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侧链型
梳型 多重梳型
盘梳型 腰接型 结合型
网型
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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。
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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Байду номын сангаас生循环的产品，则适合于采用化学再生循环处理．
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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。
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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．
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．
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短切玻璃纤维
强化玻璃纤维塑料(FRP)
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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．
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。
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11.2 塑料的再生循环技术
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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)．
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。
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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。
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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. 贵金属：地壳中含量少，提取困难，价格较高，
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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。
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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，
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
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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．
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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．
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。
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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．
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。
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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
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致晶单元与高分子链的连接方式
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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
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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。
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．
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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。
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。
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11.6 建筑材料的再生循环
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。
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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
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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。
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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。
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．
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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。
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
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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。
(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．
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
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12.1 人类圈与材料再生循环
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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：
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．
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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。
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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。
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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)．
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
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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．