塑料水杯生命周期研究报告

1、塑料水杯的生命周期研究报告一、概述1.1 意义在全球各个国家都大力发展各自实力的同时，全球资源、生态环境也受到了极大的影响，甚至出现了极大地危机，所以资源问题已成为全球性的关注热点之一。面对人与 自然的矛盾不断加剧，更多的人意识到我们需要重新认识环境问题的来源和人类活动方 式及消费模式之间的关系，通过各种不同的手段来促进人类的可持续发展，所以也有越来越多的人开始重视到产品生命周期的评价。本文通过PP产品整个生命周期的分析实现工业系统的生态化、预防污染、可持续发展等，希望能够对PP生产现状以及回收管理有所帮助。1.2 技术现状聚丙烯是目前世界上最重要的合成树脂之一，具有相对密度小、来源广泛、质量

2、轻、易回收、机械性能优越的特点，且耐高温、耐腐蚀，有优异的电性能和化学稳定性，因 而被广泛的应用于工业制品、日用品、包装薄膜、纤维、涂料等领域。PP塑料杯为聚丙烯机械一次冲压成型工艺无印花，不可降解。1.2.1 技术水平在制作工艺上，聚丙烯工艺有多种，其中最有前途应用最广泛的是本体工艺和气相工 艺两大类。本体工艺本体工艺是在液体丙烯单体中进行丙烯的聚合反应，按反应器类型可分为本体环管反应器和搅拌釜反应器两类，本体环管反应器的代表是Spheripol工艺，而搅拌釜反应器的代表是Hypol工艺。Hypol工艺能够生产出用途广泛的各类聚丙烯产品牌号，产品的灰分含量和氯含量低， 均聚物产品具有较高的等

3、规度和刚性，能够生产光学性能出色的薄膜制品（BOPP、CPP、IPP）,以及具有较好可成型性和尺寸稳定性的纤维产品。此外，不经热降解可制得高熔体指数的产品。无规共聚物具有很好的光学性能、低温冲击强度和低温热封性能。抗冲共聚物产品中共聚物组分的分布均匀，刚性和抗冲性能的综合性能优异，可用于制造具有低温耐冲击性能的周转箱、机械强度和外观性能良好的工业零部件、汽车和电子工业部件等，可生产具有高流动性、高速注塑成型的多种嵌段共聚产品牌号。Spheripol工艺采用由海蒙特公司和日本三井化学公司联合开发的高效催化剂体系GF2A翻FT4s ,能生产所谓全范围的聚丙烯产品：聚丙烯均聚物、无规共聚物和三元共聚

4、 物、抗冲共聚物、多相抗冲共聚物、丙烯与烯煌类共聚单体在反应器内形成的合金，以及丙烯与非烯煌或极性单体形成的高性能合金等。气相聚丙烯工艺气相聚丙烯工艺是由气相丙烯直聚合成固体聚丙烯产品，所采用的反应器主要有三种: 立式搅拌床、卧式搅拌床和流化床。分别以Novolen气相工艺、BPAmoco气相工艺和 Unipoi 相工艺为代表。Novolen工艺的均聚和共聚都采用气相聚合，不像 Spheripol和Hypol那样均聚采用液 相聚合而共聚采用气楣聚合，所以Novolen工艺从聚合反应器出来的聚合物不需要再进行闪蒸、干燥处理，也不像浆液法那样需要进行离心干燥和溶剂回收等步骤。Unipol气相法聚丙

5、烯所采用的稀相流化床聚合工艺是共专长，其特征是简单、灵活、经济、安全。由于采用了先进的气相流化床技术和高效催化剂，流程大为简化，只需较少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物等在内的各种聚丙烯工业化产品。整个反应系统稳定而灵活，可以在较宽的操作范围内调节操作条件，产品性能保持均一。BPAmoco气相工艺的一个显著特点是独特的反应器设计使其具有良好的径向混合和低 的轴向分散。采用高效催化剂，停留时间小于1h。BPAmoco工艺的第二个特点是撤热方式搅拌床反应器的反应热是靠液体丙烯汽化带走的，这种反应器可使单程转化率达到15%-20%或更高，而其它主要靠循环气流控制温度的气相法工艺的单

6、程转化率只能达到2%-3%。另外，聚丙烯还可以通过改性来提升在某些方面的性能，以满足特殊情况的需求，或者能增强某些方面的能力以获得更广泛的应用。目前，聚丙烯的改性按照改性方法主要可分为：接枝改性、填充改性、共混改性、交联改性四种。1.2.2 环保情况塑料本身不能再自然条件下降解，逐年积累下来的废旧塑料已经造成了严重的环境 污染。同时，废塑料热然蕴含这巨大的再生资源。因此，废塑料的资源化是解决废塑料 对生态环境以及节省能源的重要举措。(1)重熔再生该法是将废塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质，可分为简单再生和复合再生 两种。简单再生已被广泛采用，主要回收树脂生产厂和塑料制品厂生产过程中产生的边

7、角废料，也可以包括那些易于清洗、挑选的一次性使用废弃品。这部分废旧料的特点是比较干净、成分比较单一，采用简单的工艺和装备即可得到性质良好的再生塑料， 其性能与新料相差不多。现在塑料废弃物品约有20%采用这种回收利用方法，现阶段大多数塑料回收厂是属于这一类的。(2)改性再生通过与PE (聚乙烯)混合铸造成型，具有良好的改性效果。表1PP与PE混合的配方配方质量份配方质量份聚丙烯90重晶石粉50低密度聚乙烯10硬脂酸钙1.5聚丙烯与乙-丙共聚物的共混可在其中掺入一定量的乙-丙共聚物，制取聚丙烯/乙-丙共聚物(EPR)的共混物。聚丙烯与其他聚合物的共混聚丙烯可与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SB

8、S供混。(3)木粉填充改性废塑料木粉填充改性废塑料是一种全新的绿色环保塑木材料,其加工方法也是物理改性再生方法。由于近几年来国内外对该方面的研究较多，发展较快，并且已有商品化产品出 现，塑木材料及其相关技术的发展已成为一种趋势。1.3 内容一次性聚丙烯(PP)塑料杯是生活中常用的容器，塑料容器为与食品直接接触类用品 且使用寿命短，消费量巨大，如果不对其进行全过程的管理与监督，很容易对人体健康和环境质量产生不利影响。产品的生命周期评价(life cycle assessment 简称LCA)是一种对产品从原材料采集，到产品生产、运输、销售、使用、回用和最终处置的整个生命 周期阶段中与环境的相互作

9、用进行系统分析、评价的方法。1.3.1 评价目标对PP水杯的生产周期的全程分析得出其对环境影响的程度；分析结果与讨论，对生产中可能存在的改进提出建议；对消费，处理处置的过程中存在的问题进行分析。1.3.2 评价对象本文所研究的对象为最常用的约500 ml的PP塑料水杯，冷热饮均使用。由于口杯的,同时为减小误差，所以将使用单位为个，用材料总重评价不能体现其使用价值的均等性 研究单位定为巧00个。1.4 研究方法查阅资料，参考文献 二、PP水杯生命周期电力制造加 工合成 型气体排放(CO2、SOx、NOx)固、液体废弃物排放机械冲压成型流通和运输图1 PP生产流程系统边界三、定性评价首先，在原料提

10、炼过程中，会消耗大量的石油、天然气（原材料）等重要的自然能源， 另外由于天然能源的纯度问题需要进一步的炼化才能使用，在这之中就将会产生很多废气， 肥料如CO2、NOX、SOX等。其次，在加工成型的过程中，会以石油、天然气、煤炭、水利能源等提供能量来支持加 工所需的热量及机器运作，进而产生废水废气。之后，在从原料运送到加工厂和从加工厂到销售都需要运输物流。在运输过程中势必将消耗一定量的柴油、汽油等，同时也会产生大量的废气、烟尘等。作为PP水杯，基本不需要维护。在使用过后的废物处理中，由于中国的垃圾回收机制没有形成较为良性的系统，所以大部分PP材料的水杯应该会和其他垃圾废物一同填埋到垃圾场，而PP

11、材料在自然因素下几乎不会自动降解。另外一部分被回收利用，与其他材料混合或者重熔重新制造新的工业产品， 在这一过程中又会产生大量的电力，水力消耗产生废水废气废料，再一次进入到以上的循环中。以上过程中所产生的废气都有可能加剧温室效应，对整个全球性的环境造成更为巨大的影 响。现将PP塑料水杯的生命周期分为五个阶段（原料开采加工、产品加工、运输与销 售、使用、回收）。对两个一级指标（环境影响和人体健康影响）中的8个二级指标（可再 生资源消耗、不可再生资源消耗、温室效应、能源消耗、富营养化、酸化、固体废物、 健康风险）进行分析。表2加权评价指数项目阶段原材料选择能源消耗固体废料废液排放废气排放原料开米加

12、 工阶段22111产品加工阶 段32121包装运销32223使用阶段44444再生处理32233环境责任率R=61/100=61%,刚刚“及格”总的说起来对环境的影响比较大，并且有很大的技术提升空间。四、定量评价4.1 产品生命周期中的负荷在PP水杯的整个生命周期中包括原料开采加工、产品加工、运输与销售、使用、 回收。现将PP水杯设计的环境负荷表分为以下表格表3 PP生产系统的能源输入清单MJ/kg PP原料生产加工过程石油（供料）天然 气 （供料）总计天然 气（燃 料）石油（燃料）煤炭 能源铀能 源（核 能）水力 发电其他 能源 （非指 定）总计37.99.8247.711.916.871.

13、6610.810.0632.3表3中，原料生产时所消耗的石油和天然气能量，是指向油气精炼厂供料这一过程消耗的能量，即把石油供料给精炼厂之前消耗了37. 9 MJ/kg PP,把天然气供料给精炼厂之前消耗了 9. 82MJ / kg PP,这其中包括了石油与天然气的开采、运输等等。加 工过程中，天然气和石油又是作为燃料为设备提供热能，用于发电，生产蒸汽等方面。整个系统消耗的不可再生能源总计为47. 7MJ / kg PP + 32. 3MJ / kg PP = 80. 0 MJ/ kg PP,没有使用可再生能源。表4 PP生产系统中主要气体排放清单SOxNOxCO2VOC 或 CxHx11101

14、78013g/kg PP硫氧化物的排放主要来自原油的燃烧，因为原油中通常含有一定量的硫，而前面的系统说明中提到，原料中北海开采的低硫原油只有15%,其余85%都是高硫原油，因此该系统中硫氧化物的排放对环境的影响也不容小视。氮氧化物的排放同样来自燃烧，氮氧化物对温室效应的贡献大约是 CO2的300倍左右。VOC是指挥发性有机化合物，主要是在蒸储、 裂解等过程中产生的。VOC对环境的影响主要表现在生态毒性，小分子的碳氢化合物对人体和生物体都会造成一定的影响。上面是以能量来统计的表格，现在然我们直观的看看加工 500个杯子的过程中消耗了多少原料能源。表5水杯投入生产清单投入产出项目评价对象PP塑料杯

15、（巧00个）耗材原料聚丙烯1800g石油2597g耗水26.6L能耗55.58J大气污染物CO210.75kgSO271.71gNOx6.84gVOC 或 CxHx13g烟尘1.44g水体污染物COD排量3.95gBOD排量1.23固体废弁物647.28g表6水杯运输清单kg/t*km原油CO2SO2NOxCH4PM100.08670.2210.0002360.005010.00002240.00154（注：假设都以10T卡车为运输方式。）4.2 环境评价能源、资源由于成本低、质量轻和耐用性好，塑料已被全世界广泛应用并随着近代石油工业的发展 而迅速发展起来。中国塑料的生产和消费也随着经济发展和

16、人民生活水平的提高而快速增长。1994年我国合成树脂产量为 380万t,塑料制品产量达710万t,塑料产品消费量达 810万to因此PP生产对石油天然气等自然资源还是有比较大的需求，同时需要消耗的其他能源。对石油天然气造成了巨大的消耗压力。大气、水、土在制造PP的过程中，会产生大量的废气 CO2、SOx、NOx和细小颗粒等排放到大 气之中，加剧了温室效应，并且使大气中可吸入颗粒物增加，恶化了空气质量。排放的 废水也是有可能使正常水体产生酸化、富营养化。对人的影响固体废物、液体废水、废气污染了土地、水体和大气，破坏臭氧层，使人们生活的 环境变得恶劣，没有了基本的生活安全保障，同时也增加了人类安全

17、生活的成本。4.3 改进分析能源、资源减少能源、资源的输入，并且寻找可再生清洁能源，同时研究新的技术手段在提炼 制造和包装运输的过程中减少资源、能源的消耗，生产效率有待提高。大气、水、土由于在生产过程中难以避免的产生废料废气废水，我们现在所希望的就是努力改进工业生产技术，提高原料和能源的利用效率，从根源上减少工业废料。对于不可避免的 工业废物也应该在处理达标后再排放。对人的影响改善了技术手段和处理废物就能减少工业对环境的影响，进而也能够减少工业废物对人的影响。同时发展科技手段来弥补废物所产生的环境破坏。五、结果评论5.1 结论聚丙烯与其它传统石油基聚合物相比，消耗的化石能源很少，仍然具有很好的

18、发展前景。聚丙烯生产工艺成熟，生产效率高，成本低，易回收，全球产量平均每年增长 7% 以上，是增长最快的石油基聚合物。但是从环保的角度分析，(1)从环境与资源的角度，生命周期评价作为一种定量分析工具对产品开发和工艺诊断具有巨大的潜力。本项目所研究的PP水杯生命周期数据库特有助于产品或工艺的设计者识别与产品相关的环境表现，聚丙烯的生产仍然具有很大的发展空间进一步提高效能，降低能耗，实现可持续发展。这也将直接支持未来对相关产品LCA的继续开展的研究。(2)结果表明，从环境的角度，PP加工是其整个生命周期过程中一个重要环节。相应产 生的环境影响主要为区域性影响。光化学臭氧合成是最重要的环境影响。其次依次为酸 化，全球变暖和富营养化。从资源的保护与节约看，石油和天然气是最值得关注的天然 原料。(3)减少副产品的产生量以及在不同工艺过程中的流动是一条有效减少资源消耗和减缓 环境影响的重要非物质化战略。5.2 建议(1)使用建议留意各种塑料制品的使用环境和条件，最好不要混用。“原