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    高商業附加值的塑料再生回收法

    2020-11-20 10:59:58

    在國外,“白色污染”已引起了從國民到政府、從生產商到學術界的廣泛關注且取得了多方面進展;在國內,廢舊塑料回收利用技術起步較晚,但進展迅速,許多高校、化工研究所、環保部門、生產廠商等都加入到研究行列。廢舊塑料的回收利用技術方法主要可歸納為三類,即再生回收法、化學裂解回收法和焚燒回收能源法。
    一、再生回收法
    再生回收利用技術是指回收的塑料制品經鑒別、分類、清洗、破碎或溶解、熔融后,直接加工成型,或經過機械共混或化學改性,再加工成型。再生回收法有溶解再生回收法、熔融再生回收法及粉碎再生回收法等;其又有單純再生和復合再生之分。單純再生是針對來源于生產廠家、商業集散地等的品種單一、相對潔凈的邊角廢塑料熔融再生,再生的塑料及制品品質較高;復合再生是針對那些品種不夠單一、由多種類別組成的廢棄塑料,其再生后的塑料性能不穩定,一般用作制造垃圾袋、建筑填料、復合建筑材料、涂料、粘合劑等抵擋制品,該類制品已廣泛應用于農業、漁業、建筑業等領域。但由于此類制品性能較差,產品附加值不高,科技人員逐步把目光投向開發高附加值的產品上。
    1. 直接回收再生
    塑料回收的初級階段由于成本較高,消費量較小,所以生產量不大,且人們對塑料性能要求較低。對廢塑料進行清洗、分離和破碎等工序后就可作為新塑料的原料,可按一定比例加到新塑料中進行循環利用或幾種混合加工成復合型塑料。
    如將一定配比的廢聚乙烯(PE)和廢聚苯乙烯(PS)、過氧化二異丙苯(DCP)、多官能團單體混合均勻后在雙螺桿擠出機上進行反應性共混擠出。擠出各段溫度均為200℃,螺桿轉速為120r/min,物料平均停留時間為2min,可得到一種再生PS/PE接枝共聚物塑料。復合再生雖然路線簡單,但產品質量較差,性質不穩定,易變脆。目前,國內僅用于建筑填料、垃圾袋、雨具等低檔產品的生產。
    2. 改性再生
    改性就是根據不同廢塑料的特性加入不同的改性劑,使其轉化成高附加值的有用材料。按其改性原理的不同可分為物理改性和化學改性。
    1)物理改性。物理改性,即主要用物理方法使其改性,向廢塑料中加入一定溶劑和填料,提高一些通用廢塑料的機械性能,使其再生利用。如將廢舊聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯改性成再生粒子;把廢舊聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)研磨成粉末并進行表面處理,填充到PVC制品中,可明顯提高PVC制品的拉伸強度等。我國在廢PS的物理改性方面研究較多,如將廢舊聚苯乙烯和溶劑配成溶液在家填料制成模型成型劑,也有用纖維做填料制成保溫材料等。


    2)化學改性?;瘜W改性是目前研究的熱門領域。如廢聚酯塑料與多元醇進行醇解、縮聚反應,合成一種應用廣泛、性能優良的1730聚酯絕緣漆;用PET廢塑料醇解產物與馬來酸酐、苯乙烯等進行酯化再生的方法得到了優良的UP樹脂,為PET廢料的處理和回收利用提供了一條新途徑;用丙烯酸和活性單體對廢舊聚苯乙烯進行接枝改性,制備出有良好的柔韌性以及附著力、機械性能和耐候性好的涂料;廢聚苯乙烯塑料與溶劑油、聚乙烯醇共混改性生產建筑密封劑,可用于門窗縫隙的密封;用廢塑料改性生成吸油劑,用于處理海上溢油事故等。

    二、化學裂解回收法

     

    化學裂解回收法是單一品種的廢舊塑料經水解或醇解后制成單體或低分子量的多聚體,或將廢舊塑料(可以是某些品種的混合物)高溫裂解或催化裂解后制取化學品(如乙烯、丙烯、芳烴、焦油等)及液體燃料油(汽油、柴油、煤油等)。我國在這方面的研究也取得了突出的成績,例如:國內研究成功的廢舊塑料油化技術、廢舊塑料裂解回收燃油技術等,另據報道,我國已開發出了一步法直接催化降解液化聚烯烴制取氣態烴油的工藝,總回收率達85%~87%。
    1. 熱分解法
    廢塑料經分揀、破碎、熔融后進入熱分解反應器內,將反應器升溫,廢塑料熔融為高粘度的液體,并在一定溫度下發生熱解,生成相對分子質量較小的物質。各種廢塑料的熱裂解溫度各不相同,但基本在350~500℃的范圍內。用此工藝處理廢塑料,既可以減輕環境污染,又可以回收汽油、柴油等油品,回收率可達80%以上,具有一定的現實意義。目前我國在塑料回收方面也多采用該技術,即通過高溫裂解或催化裂解兩種方式來回收燃油(油、汽),但一般規模較小,而且在塑料裂解過程中,由于各種原因(如塑料受熱產生高粘度融化物難以輸送;塑料的導熱性差,達到熱分解溫度的時間長等)造成能耗高、易碳化堵塞管道、工藝不易控制、處理時間長等缺點。因此研究開發環境良好的化學工藝過程是非常必要的。
    裂解廢塑料通常分為熱裂解和催化裂解。
    1)熱裂解。廢塑料的分離較為復雜,若將它們分離后再裂解,要花費一定的設備投資、能源和時間,回收成本較高。熱裂解一般是在反應器中使那些無法分選和污染的廢塑料加熱到其分解溫度(600~900℃)使其分解,吸收、凈化得到可利用分解物,主要利用廢塑料熱裂解溫度特性的差異采用分段熱裂解分離回收,其工藝流程如下:

    各種廢塑料都有自己的熱裂解溫度特性,對常見的廢塑料PVC、PE、PP、PS通常進行分段熱裂解。通過控制熱裂解溫度,對廢塑料混合物進行分段裂解。如在低溫階段對聚苯乙烯進行熱裂解,可回收具有較高價值的苯乙烯單體的輕質燃料油,高溫階段回收重質燃料油。

     

    2)催化裂解。熱裂解反應溫度要求高,難以控制。為降低溫度,節約成本,提高產率,常使用催化劑催化裂解。廢塑料催化裂解制燃料油技術在世界范圍內已有成功的先例。我國在北京、西安、廣州等城市也建立了一些小規模的廢塑料油化工廠,其工藝流程如下:

     

    廢塑料裂解催化劑的選擇是該技術的關鍵所在,下表為幾種塑料的裂解條件及主要產物:

     

    但在總體上,目前國內乃至于全世界在化學裂解上都存在著相同的問題,即工藝及設備較復雜,回收成本高,經濟效益差,在工業生產上的可行性較低等。

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