聚合物回收技術(shù)及再利用

1、聚合物回收技術(shù)及再利用課題論文課程名稱：高分子加工機(jī)械設(shè)計(jì)題 目：聚合物回收技術(shù)及再利用小組成員：任課教師：完成日期：聚合物回收技術(shù)及再利用摘要隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，聚合物（塑料，橡膠，纖維）在社會(huì)生產(chǎn)與人民生活中的使用量日益增長，隨之而來的廢棄物處理也成了一個(gè)巨大的問題。據(jù)了解，2011年，我國廢塑料產(chǎn)生量約為2800萬噸，2012年為3413萬噸，這些廢舊聚合物如不妥善處理，會(huì)造成環(huán)境污染，資源浪費(fèi)。下面對(duì)塑料聚合物的回收技術(shù)及再利用進(jìn)行介紹。目錄摘要- 2 -目錄- 1 -聚合物分類及回收再利用的必要性- 2 -一.塑料的回收及利用- 2 -1.必要性- 2 -2.塑料回收標(biāo)志- 2

2、-3.廢塑料的分離篩選- 3 -1)利用X光及熱源識(shí)別分離PVC- 3 -2)利用水力旋風(fēng)分離器分離塑料- 3 -3)溶劑分離技術(shù)- 3 -4)廢農(nóng)用塑料薄膜的分離回收- 3 -4.廢舊塑料回收再利用技術(shù)- 3 -1)廢舊塑料能源化- 3 -2)廢舊塑料資源化- 4 -二.橡膠的回收及利用- 5 -1.機(jī)械方法制造膠粉膠粒- 5 -2.脫硫技術(shù)制再生橡膠- 5 -1)傳統(tǒng)再生方式- 5 -2)現(xiàn)代再生方式- 6 -參考文獻(xiàn)- 7 -聚合物分類及回收再利用的必要性按來源分類可把高分子分成天然高分子和合成高分子兩大類，按材料的性能分可把高分子分成塑料、橡膠和纖維三大類，塑料按其熱熔性能又可分為熱塑

3、性塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）和熱固性塑料（如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等）兩大類，纖維又可分為天然纖維和化學(xué)纖維，橡膠包括天然膠和合成橡膠。塑料中的“四烯”（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯），纖維中的“四綸”（錦綸、滌綸、腈綸和維綸），橡膠中的“四膠”（丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠和乙丙橡膠）都是用途很廣的高分子材料，為通用高分子。隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，聚合物（塑料，橡膠，纖維）在社會(huì)生產(chǎn)與人民生活中的使用量日益增長，隨之而來的廢棄物處理也成了一個(gè)巨大的問題。據(jù)了解，2011年，我國廢塑料產(chǎn)生量約為2800萬噸，2012年為3413萬噸，這些廢舊聚合物如不妥善處理，會(huì)造成環(huán)境污

4、染，資源浪費(fèi)。一. 塑料的回收及利用1. 必要性隨著石油化工和塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，各種塑料制品已大量用于工業(yè)領(lǐng)域和日常生活。然而，隨之而產(chǎn)生的大量廢棄塑料卻嚴(yán)重污染環(huán)境，成為社會(huì)一大公害。因此廢塑料的處理與回收利用引起了人們的關(guān)注，世界各國紛紛立法加強(qiáng)廢塑料的回收利用，我國也制定了鼓勵(lì)廢塑料回收利用的政策?，F(xiàn)在廢塑料的處理和回收再生技術(shù)的開發(fā)，已取得了可喜的進(jìn)展。2. 塑料回收標(biāo)志通過確立完善的分類回收體系，讓消費(fèi)者自覺分類，降低分類成本，提高分類效率。包裝回收標(biāo)志(GB/T 18455-2010)PET聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，亦常被稱為聚酯常見于寶特瓶。HDPE高密度聚乙烯常見于洗劑容器、牛奶瓶

5、、超級(jí)市場(chǎng)膠袋。PVC聚氯乙烯常見于管道、戶外家具、雨衣。LDPE低密度聚乙烯常見于牙膏或洗面乳的軟管包裝。PP聚丙烯常見于瓶蓋、吸管、微波爐食物盒。PS聚苯乙烯分為未發(fā)泡或已發(fā)泡。未發(fā)泡即保麗龍，常見于部分飲品（如益力多）容器；已發(fā)泡泡即俗稱的發(fā)泡膠，常見于包裝用膠粒、一次性保溫膠杯、包裝凍肉盛器、飯盒。其他可回收利用的塑料制品包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚乳酸（PLA）、尼龍（Nylon）及玻璃鋼（FRP）、雙向拉伸聚乳酸薄膜（BOPLA）等。3. 廢塑料的分離篩選 鄒盛歐. 廢塑料回收再生技術(shù)J. 石油化工,1996,08:64-71.廢塑料的處理，首先需要進(jìn)行收

6、集、分類和分離篩選。廢塑料分離篩選最簡(jiǎn)單的方法是人工分揀。為了提高分揀效率，已開發(fā)了不少分離技術(shù)，如利用各類塑料靜電發(fā)生狀態(tài)及帶電情況不同的靜電篩選法；從傾斜篩下部鼓入空氣，使廢塑料碎片流動(dòng)而分離的流動(dòng)式風(fēng)力篩選法；根據(jù)塑料的密度差，利用水或其他液體進(jìn)行分離的濕式重力篩選法等。1) 利用X光及熱源識(shí)別分離PVC Leaversuch D. Mod Plast , 1994; 71( 7): 48一般情況下要將密度相近且相混的塑料如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)與聚氯乙烯(PVC)進(jìn)行分離是非常困難的。意大利Govini公司首先采用X光探測(cè)器與自動(dòng)分類系統(tǒng)，成功地將PVC從相混的塑料中分離出來。

7、比利時(shí)、英國的一些PVC回收廠也已采用了美國國家回收技術(shù)公司(NRT)制造的X光探測(cè)器。德國Refrakt公司利用熱源來識(shí)別PVC。它是根據(jù)各種塑料熔融溫度不同的特性，通過加熱將在較低溫度下熔融的PVC從混合塑料中分離出來。美國SonocoGraham公司采用這種方式回收廢塑料已達(dá)商業(yè)化規(guī)模。2) 利用水力旋風(fēng)分離器分離塑料日本塑料處理促進(jìn)協(xié)會(huì)利用旋風(fēng)分離原理和塑料的密度差，并根據(jù)原西德塑料原料工業(yè)聯(lián)盟模型試驗(yàn)的結(jié)果，開發(fā)成功水力旋風(fēng)分離技術(shù)。它是將混合廢塑料和PV C 與聚乙烯( PE)經(jīng)前處理后均勻分散成漿狀物，通過水力旋風(fēng)分離器把密度小的塑料(如PV C)漿料排出。利用該技術(shù)，選擇適當(dāng)?shù)?/p>

8、運(yùn)行條件(流入速度、粒子濃度等) ，可有效地分離出密度小于水或大于水的塑料，尤其是密度差為0. 5左右、厚度> 0. 3mm的塑料如PV C、聚丙烯( PP) ，一次分離率就可達(dá)99. 9% 。美國Dow 化學(xué)公司開發(fā)了類似的分離技術(shù)。它以液態(tài)碳?xì)浠衔锶〈〉昧烁训男Ч?) 溶劑分離技術(shù) Kim J.Ch em Week , 1993; 152( 18) : 12美國凱洛格公司與倫塞勒綜合技術(shù)學(xué)院共同開發(fā)了利用溶劑選擇性分離技術(shù)。它不需進(jìn)行人工分揀，而是在不同溫度下由特定溶劑選擇性地溶解不同的塑料來完成分離。應(yīng)用的溶劑以二甲苯為最佳，可重復(fù)使用，且損耗很小。利用該技術(shù)， 目前已

9、能分離PV C、聚苯乙烯( PS)、低密度聚乙烯( LDPE)、高密度聚乙烯( HDPE)、PP和PET6種常用塑料。4) 廢農(nóng)用塑料薄膜的分離回收 石油化學(xué)新聞 , 1988; ( 3134-3140)廢農(nóng)用塑料薄膜上污物多、水份多，質(zhì)量劣化明顯。日本塑料處理促進(jìn)協(xié)會(huì)與朋東鐵工所共同開發(fā)了比較經(jīng)濟(jì)的干法處理技術(shù)。該技術(shù)將廢農(nóng)用PE薄膜粗碎后分兩次進(jìn)行干燥，除去水份、金屬屑及土砂等雜質(zhì)，回收得到的片狀薄膜可熔融造粒，作為原料而加工成各種制品。4. 廢舊塑料回收再利用技術(shù) 廖兵,黃玉惠,龐浩,叢廣民. 廢舊塑料回收利用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J. 高分子通報(bào),1999,03:65-69.1) 廢舊塑

10、料能源化許多西方發(fā)達(dá)國家及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)廢舊塑料回收利用主要是利用其燃燒產(chǎn)生的熱能 R J Ehring , M uni ch. Plas tics Recycling, New York , 1992。這方面技術(shù)研究，主要集中在廢舊塑料早期處理設(shè)備、后期焚燒設(shè)備和熱能轉(zhuǎn)化利用設(shè)備等方面。廢舊塑料的品種很多，體積較大，較臟并含有水份等，如何將其燃燒充分和如何處理燃燒過程產(chǎn)生的有害氣體，使它對(duì)大氣不造成污染，是關(guān)鍵研究的課題。焚燒方法省去了廢舊塑料前期分離等繁雜工作，可大批量處理廢舊塑料和生活垃圾，但設(shè)備投資較大，其成本較高。另外一種使廢舊塑料能源化的回收技術(shù)就是把廢塑料通過高溫催化裂解成低分

11、子量的單體或烯烴類燃油。這方面技術(shù)研究工作日本、美國等進(jìn)行的比較多。日本已建成多條連續(xù)裂解生產(chǎn)線，可連續(xù)地將烯烴類廢塑料高溫催化裂解成汽油等。目前階段，催化裂解回收燃油方法只適用于熱塑性聚烯烴類廢塑料。裂解催化劑的效率和壽命的提高，還有待于進(jìn)行更深入的研究。2) 廢舊塑料資源化1. 共混增容改性回收技術(shù)這種回收技術(shù)主要是將廢舊塑料與其它塑料或物質(zhì)共混，來提高廢舊塑料的力學(xué)性能，制成有用的制品。Richardson等 Rich ard son Djaris , Karv elas D E, Jody Bas sam. ARC '96 Technol. Spark Recycl. , S

12、PE Recycl. Div, Annu. Recycl. Conf .Proc. , 3rd 1996, 117 143用ABS與廢舊塑料共混，可提高聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)等通用塑料的韌性和強(qiáng)度，使廢塑料達(dá)到再利用的目的。Park等 Park Hae-Dong, Ch o Won-Jei , Ha Chang-Sik , Kw on Soon-Ki. Pol ym. Recycl. 1996, 2( 4): 277 282用氯化聚乙烯(CPE)來增容廢舊高密度聚乙烯(HDPE)聚氯乙烯(PVC)共混物，可大幅度提高共混物的拉伸強(qiáng)度，并研究了CPE增加HDPE與PVC

13、界面親和性的機(jī)理。Kale等 Kal e D D , Sh er tukd e V V. Macromol. - New Front , Proc. IUPAC Int. Sym p. Adv. Polym. Sci. Techn ol. 1998, 2: 750753將廢舊PET摻雜到新HDPE中吹塑成薄膜，加入增容劑乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)，可提高HDPE薄膜的抗氧化性和HDPE的加工性能，而且制成的薄膜具有紙張一樣的外觀。黃玉惠、廖兵等 Bing Li ao, Yuh ui Huang, Guangmin Cong. Jou rnal of Applied Polymer Sci e

14、nce, 1997, 66: 1561- 1568用偶聯(lián)劑處理過的木纖維增強(qiáng)廢舊PE、PP和PVC，可大幅度提高其制品如防絲用塑料繞絲筒、塑料容器等的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。他們還用碳酸鈣填充廢舊PVC，制成性能優(yōu)良的PVC鈣塑材料，可制成塑料門窗用塑料加強(qiáng)筋等配件。2. 化學(xué)改性回收技術(shù)用化學(xué)改性的方法把廢舊塑料轉(zhuǎn)化成高附加值的其它有用的材料,是當(dāng)前廢舊塑料回收技術(shù)研究的熱門領(lǐng)域。黃玉惠等 黃玉惠,廖兵,叢廣民等. CN, 1163914A. 1998把廢舊PS化學(xué)改性成PS離聚體,制成用水乳化的改性PS水基微乳液,并把它調(diào)配成建筑外墻用水基涂料,產(chǎn)品價(jià)格低廉,質(zhì)量好,具有較高的附加值。Inag

15、aki等 Inagaki Yas ushi , Watanabe Haruo, Noguch i Ts ut omu. JP, 10101734. 199將廢舊PS磺化制成磺化PS,把它作為磁性記錄材料專用粘合劑。這種粘合劑與目前常用的磁性記錄材料粘合劑相比,具有極好的分散性,而且不影響磁性記錄材料的質(zhì)量。3. 加工利用技術(shù) 鄒盛歐. 廣東塑料, 1992; ( 2): 151) 加工成高技術(shù)復(fù)合材料從廢塑料中分揀出容易回收的HDPE和PET瓶后，在剩下的PE與其他聚烯烴混合，摻入30%的PET或PS，通過擠出機(jī)螺桿的作用，將加入的細(xì)粒塑料拉長成直徑約10m的花邊狀長纖維，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N高技術(shù)復(fù)合

16、材料與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相類似的纖維定向均勻分散的混合材料。2) 加工成油漆廢PS洗凈、干燥后加入裝有苯的容器，使其全部溶解呈膠狀，并與汽油或煤油和二甲苯的溶液均勻混合，加入松香或?yàn)r青，待溶解后再加入油溶性染料、硬脂酸鋅，均勻混合后加壓過濾即制得油漆。3) 加工成“木材”各種廢塑料經(jīng)磨碎、加熱成熔融狀態(tài)，擠出成型制成各種塑料“木材”，它們耐潮、耐腐蝕，但對(duì)油漆的粘附力不佳。4) 用作混凝土原料廢PET瓶經(jīng)處理加工成液態(tài)后，取代普通水泥中的水和泥漿，與砂石、固化劑等制成混凝土，可大大降低混凝土成本。5) 制土工材料埋、鋪或插入地下的土工制品，一般只要求某些物理性能和化學(xué)性能的技術(shù)指標(biāo)。利用廢塑料可

17、制各種土工材料，如利用廢PP或HDPE加工成降低地表水位的盲溝或防止滑坡塌方的土工格柵；用廢PP制加強(qiáng)土的拉力的土筋；用廢PA、HDPE、PP制護(hù)坡植草的絲網(wǎng)；以廢PVC或LDPE加工防漏或保水的土工膜；用廢PVC制整治鐵路基床翻漿冒泥的排水板，以及用廢LDPE農(nóng)膜加工成用于軟土或超軟土地基的排水帶等。4. 熱固性廢舊塑料回收技術(shù)研究熱固性廢舊塑料雖然只占廢塑料量的少部分，但由于它們具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，更難分解，對(duì)環(huán)境的污染更大。由于具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不能用熔融共混方法來回收，只能用焚燒和化學(xué)改性方法來回收。Ishida等把廢舊熱固性廢塑料研磨成粉末，然后作為填料和瀝青共混，制成鋪路的改性瀝青。熱固性塑

18、料的加入提高了瀝青的熱軟化溫度和流動(dòng)性。到目前為止，對(duì)熱固性廢塑料回收技術(shù)研究還不是很多，仍以焚燒和掩埋的方法處理為主。二. 橡膠的回收及利用廢舊橡膠的回收利用主要有兩種方法：通過機(jī)械方法將廢舊輪胎粉碎或研磨成微粒，即所謂的膠粒和膠粉；通過脫硫技術(shù)破壞硫化膠化學(xué)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)制成所謂的再生橡膠。1. 機(jī)械方法制造膠粉膠粒 在預(yù)加工（分揀、去除、切割、清洗、切割等加工）之后采用冷凍粉碎法（橡膠等高分子產(chǎn)材料處在玻璃化溫度（TG）以下時(shí)，它本身脆化，此時(shí)受機(jī)械作用很容易被粉碎成粉末狀物質(zhì)）或者常溫粉碎法粉碎，粉碎后進(jìn)行活化和改性，改性方法包括接枝法；互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）法；表面降解再生法；低聚物改性

19、法；調(diào)整硫化體系2. 脫硫技術(shù)制再生橡膠1) 傳統(tǒng)再生方式加熱法 ：這是最古老的再生法，是在硫化罐中用60psi壓力的蒸汽加熱輪胎碎片。加熱25h以上，使罐內(nèi)溫度達(dá)到260 ，并在此溫度下保持1h。橡膠用水冷卻后取出，經(jīng)粉碎后在雙輥橡膠開煉機(jī)上壓片。  水油法： 該方法是在100300psi壓力的單層硫化罐中進(jìn)行。將橡膠粉與再生劑(如含有某種潤濕劑的20 過硫酸銨水溶液)混合。然后將橡膠粉、再生劑和增塑油的混合物放入4英寸厚的硫化罐中經(jīng)不同時(shí)間的處理后取出，和某一高沸點(diǎn)芳烴油一起在開煉機(jī)上壓成待用的膠片。  堿再生法 ：該法除了是在夾

20、套式硫化罐中進(jìn)行外，其余的操作與直接蒸汽加熱法相似。廢橡膠屑或橡膠粉同NaOH水溶液一起蒸煮。由于橡膠在水下，操作過程中基本上沒有空氣，所以很少發(fā)生氧化引起的聚合物主鏈斷裂 蒸煮后的材料用水洗滌、干燥后進(jìn)行粉碎，最后在雙輥開煉機(jī)上壓片。僅適用于再生天然橡膠，不適合再生合成橡膠。2) 現(xiàn)代再生方式1、 化學(xué)脫硫：第一個(gè)方法是PNicholas在1979年申請(qǐng)，1982年發(fā)布的專利方法。該專利說明了借助相轉(zhuǎn)移催化劑使多硫交聯(lián)鍵斷裂的原理。它是通過加熱回流一種含堿溶液催化的橡膠碎片和芳烴溶液的混合物實(shí)現(xiàn)脫硫。然后用一臺(tái)葉片式攪拌機(jī)將混合物在回流溫度(<1000)下強(qiáng)烈攪拌2h，最后將橡膠濾出，洗滌并干燥。分析了凝膠溶膠含量并測(cè)定了橡膠的交聯(lián)密度。據(jù)作者介紹，大多數(shù)交聯(lián)鍵均已斷裂，而主鏈斷裂極少。第二種方法是在1995年10月在ACS橡膠分會(huì)年會(huì)上的一份報(bào)告中所述的方法，該方法是一種化學(xué)再生法，它是在一臺(tái)葉片式