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第19章 破解白色魔咒,让塑料变废为宝(1)

一、塑料与环境

环境是指人类赖以生存和发展的物质空间。在《中华人民共和国环境保护法》中明确指出:环境是指大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生植物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养院、自然保护区、生活居住区等。可以看出,环境包括社会环境和自然环境,社会环境是由政治、经济、文化等要素组成的。自然环境是指环绕人群空间,可以直接或间接影响人类生活、生产的一切自然形成的物质和能量的总体,如空气、土壤、动植物、岩石、矿物、太阳辐射等,这些都是人类赖以生存的物质基础。这里所提到的环境指自然环境。

“人类既是环境的创造物,又是环境的改造者”。就是说环境不但创造了人类,人类也在改造、影响环境。

塑料材料从20世纪初问世以来,因其具有质量轻、加工方便、产品美观、经济实用等特点,颇受人们青睐,广泛应用于各行各业,发展速度相当快,可以说,从人们的日常生活到高、精、尖的技术领域,都离不开塑料。我国每年塑料的生产量已经超过2000万吨,稳居世界前列。塑料产量的不断增加,对地球生态环境的危害越来越大,废弃塑料导致的环境污染,俗称“白色污染”,其危害包括环境中的废弃塑料不易腐烂,堆放会造成垃圾增加;焚烧塑料垃圾可获得一些能量,处理不当会给环境造成二次污染;埋入地下不易分解,使土质恶化;漂浮在水中造成海洋污染,海洋生物吞食塑料会有死亡的危险等。基于上述塑料废弃于环境中给环境造成的危害,必需重视对废旧塑料的处理和利用,塑料工业要持续、高速发展,就必须正视塑料工业在发展过程中带来的负面影响,而将对废旧塑料进行回收并加以科学的、合理的利用,不仅可以做21世纪的新能源,而且是保护环境、实现可持续发展的有效手段,回收利用废旧塑料具有战略性意义。

美丽风景

(一)废旧塑料的再生利用

为了防止废旧塑料对环境的影响及充分利用有限能源,废旧塑料必须回收再利用。塑料回收后,特别是回收的塑料包装容器可通过一些严格工序进行直接回收再做包装使用。

1.熔融再生利用

废旧塑料的熔融再生利用一般是指废旧塑料的再加工过程,包括直接再生利用和经添加助剂的改性利用方法。

直接再生利用是从废旧塑料的来源分为两类:一是由树脂厂、加工厂的边角料回收的清洁废塑料的回收;二是经过使用后混杂在一起的各种塑料制品的回收再生。前者称单纯再生,可制得性能较好的塑料制品;后者称复合再生,一般只能制备性能要求相对较差的塑料制品,且回收再生过程较为复杂。而改性利用可提高塑料的某些性能,满足制品性能的需要,具体如下面流程所示:

废旧塑料→鉴别→预分选→粉碎→清洗→分选→干燥→加工→塑料再生料→加工成型

2.化学改性

回收的废旧塑料可以通过化学改性的方法拓宽再生利用废旧塑料的渠道,还可以提高再生改性塑料的应用价值,它包括氯化改性、交联改性、接枝改性。氯化改性即对聚烯烃树脂进行氯化,制得含氯量不同而特性各异的氯化聚烯烃;交联改性即对聚烯烃树脂通过一定方法进行交联成热塑性或热固性塑料,交联后其性能有很大改变;接枝改性即用接枝单体通过一定的接枝方法对聚丙烯进行接枝,其接枝改性的聚丙烯性能取决于被接枝物的含量、接枝链的长度等,但其基本性能与聚丙烯相似,其他性能有很大改变。

3.裂解产物及能量的利用塑料的再利用技术

(1)裂解产物的利用废旧塑料在有氧或无氧的条件下,经热或水、醇、胺等物质的作用,使其发生降解反应,形成的低分子量产物(气体、液体、油)和固体(蜡、焦炭)等可进一步再利用的方法。

(2)能量的利用废旧塑料是高热量值的材料。废旧塑料的热能利用是指将其作为燃料,使用以焚烧炉为主的设备,通过控制燃烧温度,充分利用废旧塑料焚烧时放出的热量或取热或发电,并将废旧塑料进行焚烧,使其转化为热能的方法。

4.回收化工原料

一些品种的塑料加入聚氨酯后,可通过水解获得合成时的原料单体。这是一种利用化学分解废旧塑料变成化工原料进行回收的方法。

除了上述废旧塑料的回收方法外,还有各种利用废旧塑料的方法,如将废旧聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后混入土壤中以改善土壤的保水性、通气性和排水性,或作为填料同水泥混合制成轻质混凝土,或加入黏合剂压制成垫子材料等。

而废旧塑料再生利用是废旧塑料利用的主要途径,不仅使环境污染得到妥善的解决,而且资源得到有效的节省和利用。

(二)展望废旧塑料再利用

世界塑料工业的发展带来塑料制品的普遍使用,同时产生了大量塑料废弃物,给环境带来巨大的负担。美国、日本等国在塑料废弃物的回收利用方面制定了比较完善的政策法规,建立了行之有效的社会回收与再利用系统。而中国塑料废弃物的回收利用形势严峻,应建立更为完善的法规与社会回收系统,支持企业消纳塑料废弃物的项目建设。塑料废弃物的回收利用需要具备两项最基本的条件:一是完备的社会回收系统,这需要一系列完善的政策法规的保证;二是塑料废弃物的处理技术。

1.国外塑料废弃物的再利用现状

随着塑料工业的发展,塑料废弃物的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施,日益受到各国的重视,特别是发达国家在这方面积累了较为丰富的经验。

美国一直是世界塑料生产第一大国,每年产生的塑料废弃物居世界首位。2000年,美国生产塑料3500余万吨,塑料废弃物超过1700万吨(约占塑料年产量的48%,相当于1.5亿吨钢的体积)。20世纪80年代末,美国的塑料废弃物回收率为9%,2000年塑料废弃物回收率达到45%,燃烧塑料废弃物回收能源率由20世纪80年代的3%增至18%,掩埋处理率从96%下降到37%。

美国政府及其他政府机构制定了涉及塑料废弃物的法规,除联邦议会关于处理塑料废弃物的措施及开发研究议案外,各州还制定了近800项有关垃圾管理的法规。尤其是对塑料废弃物,各州的立法不尽相同。除了用立法的强硬措施解决塑料废弃物问题外,一些民间组织也采取了一些有效措施和切实可行的办法。例如,新泽西州的塑料再生中心(CPRR)建造了一个处理热塑性塑料废弃物的装置,具有年产3500吨再生粒料的能力。

日本是世界上塑料生产的大国,其中塑料废弃物排放量相当于生产量的46%,已成为日本的严重环境问题。20世纪90年代初,日本回收利用塑料废弃物的回收率为7%;到1997年,日本塑料废弃物回收率达到40%,填埋占34%,焚烧占26%。日本还成功地研制出塑料废弃物的处理设备,正在运行的设备约有20台,并向国外出口。

日本固体废弃物再利用与循环经济对策的原则:一是抑制废弃物的产生,二是重复使用经济制品,三是将回收物作为原料来循环利用。产业废弃物的最后处理场所的占用,废弃物非法丢弃现象,给生活和生产带来极大的影响,必须给予足够重视。1997年6月,在促进废弃物减量化及再生利用、改进废弃物处理方式、解决非法丢弃等方面形成综合治理对策,修订了《关于废弃物处理和清扫法》,并从2000年12月开始实施。

废旧塑料的发热量高达8000~9000大卡/千克(1大卡=4.18千焦)。比煤高而比重油略低,故国外将废塑料用于高炉喷吹代替煤、油和焦炭。许多钢铁企业投入到废塑料再资源化领域,在废旧塑料的回收利用中进行了卓有成效的工作。钢铁业作为废塑料的有效利用技术,主要是把废塑料在高炉和焦炉做还原剂利用的化学回收及做燃料(热源)利用的热回收。日本钢铁行业在这方面更为突出。

2000年,川崎钢铁公司与地球环境产业技术研究机构共同开发成功高炉喷吹混合废塑料技术。在高炉喷吹废塑料时,为了防止含氯废塑料产生的氯损害炉体和煤气管道,一般多采用将含氯废塑料选出,经单独脱氯处理后再喷入的方式。新技术将未经分选的混合废塑料在300℃的溶酶中浸渍,将氯作为盐酸回收而除去,对脱氯后的废塑料再送去供高炉喷吹,以代替煤和焦炭。在千叶厂建成500千克/天试验装置后试验成功,今后将建设实用装置,以达到实用化的目的等。

2.我国塑料废弃物的回收利用现状与对策

(1)现状我国每年产生的废塑料处理方法中,填埋占93%,焚烧占2%,回收率仅占5%。与发达国家相比,塑料废弃物的资源化率极低。我国能源紧缺,而废旧塑料综合利用水平也低,通过废旧塑料焚烧回收热能具有重要的现实意义。在我国,通过燃烧从废塑料废物中回收热量的工作进展缓慢,没有形成工业体系,相关技术还有待于开发。

(2)展望根据国家中长期科学技术发展纲要,对再生资源领域里废塑料部分规划的战略目标是:到2020年,再生利用废塑料率达到50%,研究废旧有机高分子材料再生利用技术,提出现行废塑料再生工艺的改进方法,在解决预处理技术的基础上,借鉴国外先进经验,研究推广适合我国国情的废塑料再生技术,以提高产品性能和质量。

(3)对策建立一套完善、切实可行的有关塑料废弃物的回收、管理、利用的法规和制度。支持企业对塑料废弃物的再利用,调动和发挥企业再利用塑料废弃物的积极性,需要给予优惠政策。为了不增加政府负担,可以借鉴国外塑料包装物生产销售者负责处理包装废弃物的办法,同时体现“污染者付费”的原则,应要求产生废弃物者自行回收利用,不能自行回收利用的企业或个人要交纳回收处理费,作为对回收利用者的补偿。

二、你知道什么是热塑性塑料吗

塑料是一种具有高分子量的有机化合物,一般以固体形态存在的合成树脂或改性了的天然树脂,在热和压力等作用下,可以流动,形成一定形状的一类物质,通常它还包括相当量的增塑剂、稳定剂、填料、增强材料等。塑料按其加工性质可分为:热塑性塑料,即在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料;热固性塑料,即因受热或其他条件能熟化成为不溶不熔性物料的塑料。下面我们来了解一下什么是热塑性塑料。

(一)聚氯乙烯

由乙炔和氯化氢(电石路线)或乙烷、乙烯与氯气(石油路线)合成为氯乙烯单体,再由氯乙烯单体聚合而成聚氯乙烯树脂,可分为本体、悬浮、乳液、溶液聚合产品,其中90%以上是悬浮聚合产物,悬浮法聚氯乙烯又分为疏松型和紧密型,两者性能有较大差异。

1.一般性能

聚氯乙烯是白色粉末状、无毒,相对密度(20℃)为1.4,不溶于水、酒精和汽油,在醚、酮、氯代脂肪烃和芳香烃中能溶胀或溶解,在常温下可耐任何浓度的盐酸。

2.改性

(1)加入助剂加入增塑剂可使其塑性增加,柔软性提高;加入稳定剂使抗老化性提高,提高加工时物料的热稳定性;加入润滑剂改善物料的加工性。

(2)共聚用两种或两种以上的单体,一起聚合生成的产物叫共聚物。如氯乙烯—乙酸乙烯共聚可改进聚氯乙烯的硬度、脆性及加工性,随乙酸乙烯含量的增加硬度下降、脆性下降,而加工性提高,一般乙酸乙烯的含量在3%~14%;氯乙烯与偏二氯乙烯共聚可改进聚氯乙烯脆性、流动性,提高力学性能。

(3)共混两种或两种以上的聚合物通过共混合而得到的聚合物称共混聚合物(也称高分子合金)。聚氯乙烯树脂可以和丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯—乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等共混,改进其冲击性能。

3.成型加工方法

可模压、层合、注塑、挤塑、压延、中空吹塑、注吹、发泡、喷涂、滚塑、真空成型、热成型、机加工、焊接、接、印刷、表面装饰。

4.用途

可制成挤塑薄膜(或压延薄膜)、管材、片材、异型材、线缆包覆和护套、单丝、渔网、网具、条带、波纹板、中空吹塑容器、注塑阀件及各种制品,板材可真空成型、热成型制容器,大型制件、发泡制件可用作合成木材、垫片、绝热(隔音、防震)材料和包装材料。

用于建筑材料,如塑料门窗、地板、室内装饰、化工设备与管道、电器部件、电线与电缆绝缘材料、输水管道等。

各种热塑性塑料

(二)聚乙烯

由乙烯单体聚合而成,通常按照聚乙烯的密度大小分为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线形低密度聚乙烯(LLDPE);根据分子量大小,还分为超高分子量聚乙烯(VHMWPE)、低分子量聚乙烯(LMPE)、氯化聚乙烯(CPE)及交联聚乙烯。

1.低密度聚乙烯特征、成型加工方法与用途

(1)特征密度为0.91克~0.93克/厘米3,分子链上有部分长、短支链,结晶度低,乳白色半透明的蜡状固体,无毒。超过软化点(熔融)时,其热熔接性、成型加工性能很好。耐冲击韧性、耐低温性极好,可在-80℃下工作,但表面硬度、刚性小,蠕变热膨胀性大,耐热性差,电绝缘性优异。黏附性、黏合性、印刷性差,需进行表面处理方可改变。二氧化碳、有机性臭气渗透性大,但水蒸气、空气的渗透性差。吸水性极低,化学稳定性优异,但易产生环境应力开裂现象。易燃,燃烧时有石蜡味,在日光及热的作用下易老化降解而变色,性能变坏或龟裂,可通过加入抗氧剂、紫外线吸收剂改善其性能。在化学交联剂或高能辐照下会交联,可提高软化点、耐温性、刚度、耐溶剂性等。

(2)成型加工方法成型加工性非常好,各种热塑性塑料成型加工方法都适用,但主要是挤塑,如吹塑薄膜,挤出板、管、电线缆包覆、异型材,中空吹塑大型或小型容器;注塑,包括注拉吹容器;还可以涂覆、滚塑、发泡、热成型、热封焊、热焊接等。

(3)用途作为医疗器具、药具、食品、玩具等的包装,果品保鲜、地膜覆盖、蔬菜大棚,化工管道和设备内衬,电器部件、电线、电缆绝缘护套等。

2.高密度聚乙烯的特征、成型加工方法与用途

(1)特征外观及性能与LDPE基本相似,支链极少,因而密度大,为0.941~0.965克/厘米3,结晶度高,呈乳白色半透明蜡状物,刚度、拉伸强度、抗蠕变性等优于LDPE,电绝缘性能、韧性、抗冲击性能、耐寒性都很好,但不如LDPE。吸水极低,无毒,化学稳定性好,薄膜对水蒸气、空气的渗透性小,耐环境应力开裂性不如LDPE。

(2)成型加工方法成型加工性能很好,与LDPE相同,可注塑、挤塑、吹塑、中空吹塑、喷塑、涂覆、滚塑、发泡、热成型、热封焊、热焊接等。

(3)用途自来水管道、下水管道、耐腐蚀输液管道,化工设备衬里及涂层,合成木材、合成纸,绳索、拉伸带、渔网、窗纱、编织物用纤维、周转箱、瓦楞箱、各种容器(瓶、桶等)大型贮槽(滚塑成型品)。

3.线形低密度聚乙烯的特征、成型加工方法与用途

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