废旧塑料回收利用技术

废旧塑料回收利用技术

范勇，邬素华

（天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津）

本文综合介绍了废旧塑料的各种回收利用技术及产业现状，分析了现有技术所存在的优缺点，指出了废旧塑料回收利用的重要性。

近年来，随着生产的发展和人们消费水平的提高，塑料制品消费量不断增大，废旧塑料总量也迅速增加。据统计，在大中城市，废旧塑料比例高达10%左右。因此，采用积极对策，加强对废旧塑料废弃物的处理是保护良好的生态环境，促进塑料工业健康发展，构建和谐社会的重要措施。由于经济、法律及民众意识等方面的原因，将废旧塑料用掩埋方法处理已越来越不可行。在发达国家，环保意识的增加和可用的掩埋式垃圾处理场空间的减少促进了塑料回收工业的发展，但是现在只有大约5%～25%的废旧塑料被回收，占所有材料总量的8%。大约18%的聚合物废弃物被堆在垃圾场，其中40%是塑料包装用品。由于它们随处可见、种类多、生物降解性差、使用周期短，因而倍受关注。数据表明，在欧洲，回收塑料方法包括焚烧能量回收、机械回收、原料或化学回收等。下面就介绍一些废旧塑料的回收利用技术。

1分离技术

废旧塑料回收的一个重要方法就是将其分离成单一组分，混合塑料一般价值低、产品性能差且不稳定，但分离后可用于价值高的制品。所以为了能实现其最高价值，生产厂商推广使用能识别塑料种类的材质标识，不少发达国家的塑料产品都有明确的材质标识。对没有标识的塑料材料，过去识别其种类最简单的方法是观其色（火焰的颜色和烟雾的颜色，外观），听其音（敲击声），闻其味（燃烧过程中产生的气味），而这些方法都需要丰富的经验，所以很难适应工业化生产的需要。因此国外开发出很多塑料分离设备，为塑料再生利用的机械化和自动化提供了良好的基础。有效分离塑料的自动鉴别技术包括：浮降法、空气分离、水旋法、近红外分光法、X射线分析法、静电分离技术、选择性溶解。

1.1浮降法（湿分离）

浮降法分离是混合塑料片材分离的最早方法之一。它通常由一种密度介于要分离塑料中间的流体介质来完成的，密度比介质小的塑料将上浮，而密度大的下沉。从理论上讲，此法不受形状和大小的影响，尤其适用于分离粉碎不均匀的、密度差较小的塑料。而且此工艺可以将废旧塑料上的残留食物有效地去除。但这种分离方法的缺点是产生大量需要专门处理的废水。

1.2空气分离（干法分离）

在干法分离中，浮降步骤将被空气分类或空气分离代替。空气分离与震动传输联用可除去大颗粒物质，如金属成分、玻璃和重的厚塑料板。分离装置有立式和卧式两种，流动空气作用于分离的物料，不同的物质按其密度的大小，分别降落在处于不同位置的装有锯齿形隔板的矩形箱内。空气分离是使用最广泛的固体废料分离方法，但其缺点是回收品可能会有食品腐烂的味道或粘附在塑料制品上脂肪腐烂的气味。

1.3水旋法（离心分离）

水旋法分离是采用离心加速器的原理使聚合物的混合物与杂质分离，它可将不同聚合物和杂质从粒状塑料组分中分离出来，而且出料量远高于悬浮分离法。德国KHD Humbold Weda设计了一种以离心分离为基础的分离系统，叫做Censor。这个系统可以有效地分离密度差别为0.005 g/cm3的塑料，而密度差异在0.05 g/cm3的组分即可按常规进行分离。此系统的工作原理是将粉碎后的塑料粉末倒入悬液分离器的蓄水池中，然后进行搅动，使之形成均匀的悬浮液。通常旋转分离器的外形为圆台状，沿其切线方向将悬浮液（含有塑料粉末）送入旋转分离器中，在旋转分离器高速转动产生的离心力作用下，较重的粒子移向分离器的内壁，而较轻的粒子则移到悬液分离器的中心。伴随重粒子的涡流运动而成为底流，与重粒子一起从悬液分离器底部排出。伴随轻粒子的涡流形成溢流，从旋转分离器上部与大多数水分一起排出。由于离心分离对颗粒形状、尺寸不敏感，所以这项技术对聚合物纤维也是有效的，而且对于污染程度高的塑料膜如农用薄膜同样适用，它的重质成分是泥土、脏物，而轻质成分是回收的聚乙烯。这种分离的缺点在于费用太高。

1.4近红外分光法

近红外分光法是一种适于分析透明或轻度着色聚合物的方法。此方法快速、可靠，而且在物料较脏时也可以正常工作。法国Sydel EnsemblierIndustriel公司的DIBOP自动分离系统就是利用近红外分离法设计而成的。它采用近红外传感器以500 kg/h的速度来分离所有瓶子（主要是以PVC、PET、HDPE为材料），这个系统对每个瓶子都有50～250个单独测量数据，保证了鉴别的准确性。

1.5 X射线分析法

回收PET瓶中主要的问题是PVC成分的存在。处在PET处理温度时，PVC会严重降解，结果PET产品表面出现一层黑斑，因此，人们开发了除去PVC杂质的精确分离技术。X射线分析法（XRF）是一个专门分离PVC的方法。在X射线的照射下，PVC中氯原子发射出低能X射线，而无氯的塑料反应就不同。由高能X射线组成的入射光束（主光束）激发目标原子，片刻之后，激发的离子回到基态，产生了与入射光谱类似的荧光谱。但是，由于荧光的时间延迟，这种光谱不像源光谱那样持续，因而使XRF与背景对比度高，灵敏度也很高。由于PVC中含氯量几乎达50%，所以能用XRF来鉴别。X射线荧光分离最早由National RecoveryTechnologies实现商业化，用以从HDPE、PET、PVC整瓶混合堆中分离出PVC。它利用X射线确定哪些是用PVC制造的，进而采用空气吹出，用探测器检测到氯的

存在，电脑记时的空气吹风机会将PVC从混合塑料中分离。

1.6静电分离技术

静电分离技术的基本原理是利用静电吸引力之差来进行分选。这种方法是将粉碎的塑料废弃物加上高压使之带电，再使其通过电极之间的电场进行分离。由于湿度对筛选效果有影响，所以需要干燥工序。静电分离的关键是使不同种类的塑料携带极性相反的电荷。Chilworth Technology公司根据静电分离技术研制了一种电晕充电带分离设备。整个装置（包括电源及设备）都进行了专门的密封，采用丙烯酸外层来提供一个可控的环境。它的分离效率可通过分离废旧PVC和PET絮片来衡量，最佳情况下，可将PVC100%除去。

1.7选择溶解分离

选择溶解分离工艺是由Renssnlaer Polytech-nic Institute设计。这项工艺采用溶剂（主要是二甲苯）来分批溶解混合塑料，通过仔细选择溶剂，可实现聚合物的完全分离。

其优点如下：

（1）可从混合物中分离出单组分塑料，包括从多层塑料制品中分离单组分塑料；

（2）工艺不受典型杂质如脏物、泥土、残留牛奶等影响；

（3）可分离一些紧密相关的聚合物，如ABS和PS或尼龙-6与尼龙-66；

（4）回收得到的塑料化学成分均与原物质相当；

（5）能回收染色和胶状塑料（其中的杂质在一般的机械回收中要引发许多问题）；

（6）过滤可除去添加剂和颜料；

（7）将机械回收的多步回收统一为一步；

（8）所需劳动量小。

但这项工艺的明显缺点是受环境影响，而且需处理大量溶剂。此外，聚合物中的残留溶剂需要仔细监测。

2预处理

回收塑料的预处理包括分离分选，清洗消毒，减小尺寸，熔融过滤，粉碎造粒，干燥。废旧塑料通过预处理及各种成型方法，可直接再生利用制得制品，采用直接利用的方法，再生制品的成本较低，但再生料的制品力学性能大大下降，不适合制作高档次的制品。要改善再生料的基本力学性能，满足专用制品的质量需要，需采用各种改性方法，如通过不同树脂的共混合使性能互补，添加具有一定活性的填料进行填充改性，用纤维进行增强改性，用弹性体增加废旧塑料的韧性，加入热稳定剂改善加工性、增加其耐热性及耐光性等，使废旧塑料制成再生制品，且性能达到或超过原树脂制品的性能。

2.1减小回收塑料尺寸

为了便于运输、计量和下一道工艺，需要将颗粒减小到适当尺寸。在一些情况下，减小