聚合物回收技术及再利用

1、聚合物回收技术及再利用课题论文课程名称：高分子加工机械设计题 目：聚合物回收技术及再利用小组成员：任课教师：完成日期：聚合物回收技术及再利用摘要随着石油化工行业的发展，聚合物（塑料，橡胶，纤维）在社会生产与人民生活中的使用量日益增长，随之而来的废弃物处理也成了一个巨大的问题。据了解，2011年，我国废塑料产生量约为2800万吨，2012年为3413万吨，这些废旧聚合物如不妥善处理，会造成环境污染，资源浪费。下面对塑料聚合物的回收技术及再利用进行介绍。目录摘要- 2 -目录- 1 -聚合物分类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.塑料回收标志- 2

2、-3.废塑料的分离筛选- 3 -1)利用X光及热源识别分离PVC- 3 -2)利用水力旋风分离器分离塑料- 3 -3)溶剂分离技术- 3 -4)废农用塑料薄膜的分离回收- 3 -4.废旧塑料回收再利用技术- 3 -1)废旧塑料能源化- 3 -2)废旧塑料资源化- 4 -二.橡胶的回收及利用- 5 -1.机械方法制造胶粉胶粒- 5 -2.脱硫技术制再生橡胶- 5 -1)传统再生方式- 5 -2)现代再生方式- 6 -参考文献- 7 -聚合物分类及回收再利用的必要性按来源分类可把高分子分成天然高分子和合成高分子两大类，按材料的性能分可把高分子分成塑料、橡胶和纤维三大类，塑料按其热熔性能又可分为热塑

3、性塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）和热固性塑料（如酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等）两大类，纤维又可分为天然纤维和化学纤维，橡胶包括天然胶和合成橡胶。塑料中的“四烯”（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯），纤维中的“四纶”（锦纶、涤纶、腈纶和维纶），橡胶中的“四胶”（丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶和乙丙橡胶）都是用途很广的高分子材料，为通用高分子。随着石油化工行业的发展，聚合物（塑料，橡胶，纤维）在社会生产与人民生活中的使用量日益增长，随之而来的废弃物处理也成了一个巨大的问题。据了解，2011年，我国废塑料产生量约为2800万吨，2012年为3413万吨，这些废旧聚合物如不妥善处理，会造成环境污

4、染，资源浪费。一. 塑料的回收及利用1. 必要性随着石油化工和塑料工业的迅速发展，各种塑料制品已大量用于工业领域和日常生活。然而，随之而产生的大量废弃塑料却严重污染环境，成为社会一大公害。因此废塑料的处理与回收利用引起了人们的关注，世界各国纷纷立法加强废塑料的回收利用，我国也制定了鼓励废塑料回收利用的政策。现在废塑料的处理和回收再生技术的开发，已取得了可喜的进展。2. 塑料回收标志通过确立完善的分类回收体系，让消费者自觉分类，降低分类成本，提高分类效率。包装回收标志(GB/T 18455-2010)PET聚对苯二甲酸乙二酯，亦常被称为聚酯常见于宝特瓶。HDPE高密度聚乙烯常见于洗剂容器、牛奶瓶

5、、超级市场胶袋。PVC聚氯乙烯常见于管道、户外家具、雨衣。LDPE低密度聚乙烯常见于牙膏或洗面乳的软管包装。PP聚丙烯常见于瓶盖、吸管、微波炉食物盒。PS聚苯乙烯分为未发泡或已发泡。未发泡即保丽龙，常见于部分饮品（如益力多）容器；已发泡泡即俗称的发泡胶，常见于包装用胶粒、一次性保温胶杯、包装冻肉盛器、饭盒。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）、尼龙（Nylon）及玻璃钢（FRP）、双向拉伸聚乳酸薄膜（BOPLA）等。3. 废塑料的分离筛选 邹盛欧. 废塑料回收再生技术J. 石油化工,1996,08:64-71.废塑料的处理，首先需要进行收

6、集、分类和分离筛选。废塑料分离筛选最简单的方法是人工分拣。为了提高分拣效率，已开发了不少分离技术，如利用各类塑料静电发生状态及带电情况不同的静电筛选法；从倾斜筛下部鼓入空气，使废塑料碎片流动而分离的流动式风力筛选法；根据塑料的密度差，利用水或其他液体进行分离的湿式重力筛选法等。1) 利用X光及热源识别分离PVC Leaversuch D. Mod Plast , 1994; 71( 7): 48一般情况下要将密度相近且相混的塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与聚氯乙烯(PVC)进行分离是非常困难的。意大利Govini公司首先采用X光探测器与自动分类系统，成功地将PVC从相混的塑料中分离出来。

7、比利时、英国的一些PVC回收厂也已采用了美国国家回收技术公司(NRT)制造的X光探测器。德国Refrakt公司利用热源来识别PVC。它是根据各种塑料熔融温度不同的特性，通过加热将在较低温度下熔融的PVC从混合塑料中分离出来。美国SonocoGraham公司采用这种方式回收废塑料已达商业化规模。2) 利用水力旋风分离器分离塑料日本塑料处理促进协会利用旋风分离原理和塑料的密度差，并根据原西德塑料原料工业联盟模型试验的结果，开发成功水力旋风分离技术。它是将混合废塑料和PV C 与聚乙烯( PE)经前处理后均匀分散成浆状物，通过水力旋风分离器把密度小的塑料(如PV C)浆料排出。利用该技术，选择适当的

8、运行条件(流入速度、粒子浓度等) ，可有效地分离出密度小于水或大于水的塑料，尤其是密度差为0. 5左右、厚度> 0. 3mm的塑料如PV C、聚丙烯( PP) ，一次分离率就可达99. 9% 。美国Dow 化学公司开发了类似的分离技术。它以液态碳氢化合物取代水，取得了更佳的效果。3) 溶剂分离技术 Kim J.Ch em Week , 1993; 152( 18) : 12美国凯洛格公司与伦塞勒综合技术学院共同开发了利用溶剂选择性分离技术。它不需进行人工分拣，而是在不同温度下由特定溶剂选择性地溶解不同的塑料来完成分离。应用的溶剂以二甲苯为最佳，可重复使用，且损耗很小。利用该技术， 目前已

9、能分离PV C、聚苯乙烯( PS)、低密度聚乙烯( LDPE)、高密度聚乙烯( HDPE)、PP和PET6种常用塑料。4) 废农用塑料薄膜的分离回收 石油化学新闻 , 1988; ( 3134-3140)废农用塑料薄膜上污物多、水份多，质量劣化明显。日本塑料处理促进协会与朋东铁工所共同开发了比较经济的干法处理技术。该技术将废农用PE薄膜粗碎后分两次进行干燥，除去水份、金属屑及土砂等杂质，回收得到的片状薄膜可熔融造粒，作为原料而加工成各种制品。4. 废旧塑料回收再利用技术 廖兵,黄玉惠,庞浩,丛广民. 废旧塑料回收利用技术的现状及发展趋势J. 高分子通报,1999,03:65-69.1) 废旧塑

10、料能源化许多西方发达国家及经济发达地区，对废旧塑料回收利用主要是利用其燃烧产生的热能 R J Ehring , M uni ch. Plas tics Recycling, New York , 1992。这方面技术研究，主要集中在废旧塑料早期处理设备、后期焚烧设备和热能转化利用设备等方面。废旧塑料的品种很多，体积较大，较脏并含有水份等，如何将其燃烧充分和如何处理燃烧过程产生的有害气体，使它对大气不造成污染，是关键研究的课题。焚烧方法省去了废旧塑料前期分离等繁杂工作，可大批量处理废旧塑料和生活垃圾，但设备投资较大，其成本较高。另外一种使废旧塑料能源化的回收技术就是把废塑料通过高温催化裂解成低分

11、子量的单体或烯烃类燃油。这方面技术研究工作日本、美国等进行的比较多。日本已建成多条连续裂解生产线，可连续地将烯烃类废塑料高温催化裂解成汽油等。目前阶段，催化裂解回收燃油方法只适用于热塑性聚烯烃类废塑料。裂解催化剂的效率和寿命的提高，还有待于进行更深入的研究。2) 废旧塑料资源化1. 共混增容改性回收技术这种回收技术主要是将废旧塑料与其它塑料或物质共混，来提高废旧塑料的力学性能，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与废旧塑料共混，可提高聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)等通用塑料的韧性和强度，使废塑料达到再利用的目的。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)来增容废旧高密度聚乙烯(HDPE)聚氯乙烯(PVC)共混物，可大幅度提高共混物的拉伸强度，并研究了CPE增加HDPE与PVC

13、界面亲和性的机理。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将废旧PET掺杂到新HDPE中吹塑成薄膜，加入增容剂乙烯-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纸张一样的外观。黄玉惠、廖兵等 Bing Li ao, Yuh ui Huang, Guangmin Cong. Jou rnal of Applied Polymer Sci e

14、nce, 1997, 66: 1561- 1568用偶联剂处理过的木纤维增强废旧PE、PP和PVC，可大幅度提高其制品如防丝用塑料绕丝筒、塑料容器等的拉伸强度和冲击强度。他们还用碳酸钙填充废旧PVC，制成性能优良的PVC钙塑材料，可制成塑料门窗用塑料加强筋等配件。2. 化学改性回收技术用化学改性的方法把废旧塑料转化成高附加值的其它有用的材料,是当前废旧塑料回收技术研究的热门领域。黄玉惠等 黄玉惠,廖兵,丛广民等. CN, 1163914A. 1998把废旧PS化学改性成PS离聚体,制成用水乳化的改性PS水基微乳液,并把它调配成建筑外墙用水基涂料,产品价格低廉,质量好,具有较高的附加值。Inag

15、aki等 Inagaki Yas ushi , Watanabe Haruo, Noguch i Ts ut omu. JP, 10101734. 199将废旧PS磺化制成磺化PS,把它作为磁性记录材料专用粘合剂。这种粘合剂与目前常用的磁性记录材料粘合剂相比,具有极好的分散性,而且不影响磁性记录材料的质量。3. 加工利用技术 邹盛欧. 广东塑料, 1992; ( 2): 151) 加工成高技术复合材料从废塑料中分拣出容易回收的HDPE和PET瓶后，在剩下的PE与其他聚烯烃混合，掺入30%的PET或PS，通过挤出机螺杆的作用，将加入的细粒塑料拉长成直径约10m的花边状长纤维，转变为一种高技术复合

16、材料与纤维增强复合材料相类似的纤维定向均匀分散的混合材料。2) 加工成油漆废PS洗净、干燥后加入装有苯的容器，使其全部溶解呈胶状，并与汽油或煤油和二甲苯的溶液均匀混合，加入松香或沥青，待溶解后再加入油溶性染料、硬脂酸锌，均匀混合后加压过滤即制得油漆。3) 加工成“木材”各种废塑料经磨碎、加热成熔融状态，挤出成型制成各种塑料“木材”，它们耐潮、耐腐蚀，但对油漆的粘附力不佳。4) 用作混凝土原料废PET瓶经处理加工成液态后，取代普通水泥中的水和泥浆，与砂石、固化剂等制成混凝土，可大大降低混凝土成本。5) 制土工材料埋、铺或插入地下的土工制品，一般只要求某些物理性能和化学性能的技术指标。利用废塑料可

17、制各种土工材料，如利用废PP或HDPE加工成降低地表水位的盲沟或防止滑坡塌方的土工格栅；用废PP制加强土的拉力的土筋；用废PA、HDPE、PP制护坡植草的丝网；以废PVC或LDPE加工防漏或保水的土工膜；用废PVC制整治铁路基床翻浆冒泥的排水板，以及用废LDPE农膜加工成用于软土或超软土地基的排水带等。4. 热固性废旧塑料回收技术研究热固性废旧塑料虽然只占废塑料量的少部分，但由于它们具有交联结构，更难分解，对环境的污染更大。由于具有交联结构，不能用熔融共混方法来回收，只能用焚烧和化学改性方法来回收。Ishida等把废旧热固性废塑料研磨成粉末，然后作为填料和沥青共混，制成铺路的改性沥青。热固性塑

18、料的加入提高了沥青的热软化温度和流动性。到目前为止，对热固性废塑料回收技术研究还不是很多，仍以焚烧和掩埋的方法处理为主。二. 橡胶的回收及利用废旧橡胶的回收利用主要有两种方法：通过机械方法将废旧轮胎粉碎或研磨成微粒，即所谓的胶粒和胶粉；通过脱硫技术破坏硫化胶化学网状结构制成所谓的再生橡胶。1. 机械方法制造胶粉胶粒 在预加工（分拣、去除、切割、清洗、切割等加工）之后采用冷冻粉碎法（橡胶等高分子产材料处在玻璃化温度（TG）以下时，它本身脆化，此时受机械作用很容易被粉碎成粉末状物质）或者常温粉碎法粉碎，粉碎后进行活化和改性，改性方法包括接枝法；互穿聚合物网络（IPN）法；表面降解再生法；低聚物改性

19、法；调整硫化体系2. 脱硫技术制再生橡胶1) 传统再生方式加热法 ：这是最古老的再生法，是在硫化罐中用60psi压力的蒸汽加热轮胎碎片。加热25h以上，使罐内温度达到260 ，并在此温度下保持1h。橡胶用水冷却后取出，经粉碎后在双辊橡胶开炼机上压片。  水油法： 该方法是在100300psi压力的单层硫化罐中进行。将橡胶粉与再生剂(如含有某种润湿剂的20 过硫酸铵水溶液)混合。然后将橡胶粉、再生剂和增塑油的混合物放入4英寸厚的硫化罐中经不同时间的处理后取出，和某一高沸点芳烃油一起在开炼机上压成待用的胶片。  碱再生法 ：该法除了是在夹

20、套式硫化罐中进行外，其余的操作与直接蒸汽加热法相似。废橡胶屑或橡胶粉同NaOH水溶液一起蒸煮。由于橡胶在水下，操作过程中基本上没有空气，所以很少发生氧化引起的聚合物主链断裂 蒸煮后的材料用水洗涤、干燥后进行粉碎，最后在双辊开炼机上压片。仅适用于再生天然橡胶，不适合再生合成橡胶。2) 现代再生方式1、 化学脱硫：第一个方法是PNicholas在1979年申请，1982年发布的专利方法。该专利说明了借助相转移催化剂使多硫交联键断裂的原理。它是通过加热回流一种含碱溶液催化的橡胶碎片和芳烃溶液的混合物实现脱硫。然后用一台叶片式搅拌机将混合物在回流温度(<1000)下强烈搅拌2h，最后将橡胶滤出，洗涤并干燥。分析了凝胶溶胶含量并测定了橡胶的交联密度。据作者介绍，大多数交联键均已断裂，而主链断裂极少。第二种方法是在1995年10月在ACS橡胶分会年会上的一份报告中所述的方法，该方法是一种化学再生法，它是在一台叶片式