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第22章 破解白色魔咒,让塑料变废为宝(4)

塑料包装材料具有强度高、成本低、耐候性好等优点,使其在与许多传统包装材料的竞争中具有较强的优势。例如,在过去的20年中,美国牛奶容器总量的塑料容器从4%上升至67%,美国工业用货运袋市场的45%以上已被塑料包装材料所占领。

从塑料包装材料所占的比例看,大致分布如下:聚乙烯占64%,聚苯乙烯占11%,聚丙烯占9%,聚酯占7%,聚氯乙烯占5%,其他占4%。这些材料按用途分为薄膜(35%),瓶(27%),其他容器盒、桶、盆、杯(24%),纸和箱的涂层(9%),罩和隔板(5%)。

(二)容器的回收

容器包括各种饮料瓶、冷饮盒、医药瓶、洗发香波瓶、洗涤剂、车油箱、蓄电池外壳等,其容积从几十毫升到200多升不等。这些容器如不回收,只能与生活垃圾一起填埋或焚烧。

目前,回收利用所面临的主要问题是分类。我国已明确规定通用的几大类塑料所成型的制品要有类别标记,以方便分类,便于回收。

容器类塑料一经收集后,即发往中间处理工厂(又称为材料回收厂)去分选。要求按树脂种类将其分类。分选的目的是为了使回收的塑料在性能上具有一致性,以保证掺混大量回收树脂生产的新产品最终的使用价值。

在材料回收厂中接收、检验、称量所收集的容器,并将其输送到分选工艺。第一道处理设备是破捆机,此装置接受成捆的原料,除去全部捆扎带并取出料捆,均匀地将容器送入多孔筛板或筛选机中。

筛选机进一步从已压实的瓶体分选回收物中的异物,除去原料中的尘土和其他松散碎片,包括碎玻璃、石子、铝护层、残液和其他污染物。离开筛选机后,将回收物传送通过磁铁分选器除去金属铁。

人工分选时,材料处理人员需在传送机的预定位置,分选所要回收的容器。所有附在容器上的保护层和密封件,由处理工在分选前或分选过程中用手工除去。

塑料盆

采用人工分选存在下列问题:第一,成本高,效率低;第二,作业人员处于存在残留化学品或有害物质的环境中;第三,难于分选外观相似的树脂,如聚氯乙烯和聚酯树脂;第四,由人工分选造成的材料分类误差较大。

造粒是回收加工中的重要环节,因为只有这样加工的材料才能获得较高的市场价值。造粒也要求符合严格的质量控制标准,因为一经造粒后,许多小碎片再不能进行分选。造粒的成本、效率是开发自动化分选机的一个主要原因,自动化分选机可以解决与人工分选相关的许多问题。

目前,国外已有商业化的自动化的容器类分选系统。有些分选系统的设计是针对某一种容器,如外观很相似的容器,按树脂种类和颜色分选。例如,聚氯乙烯瓶和聚酯瓶两者都是非常容易回收的容器,然而,当这两类瓶混合在一起回收时,由于这两种树脂之间的流变性能不相容,会影响整体质量。这也是聚酯瓶回收厂特别关心的问题,因为当聚酯加热至加工温度时,微量聚氯乙烯能引起所回收聚酯树脂的性能下降,因而在回收利用之前,必须以各种办法分选和除去聚氯乙烯树脂。

美国得克萨斯州一家公司开发了探测和分选聚氯乙烯瓶的技术。该装置采用X射线荧光光谱传感器探知树脂内部是否有氯原子存在,传感器和微处理器及皮带传送机相连,正常选择只需要10米/秒这种传感器扫描聚氯乙烯/聚酯瓶流,通过喷射压缩空气,从进料流中分选出聚氯乙烯或聚酯瓶。

目前,探测和分选混合瓶的单一装置,处理量已达到400~600千克/小时。

美国的现代机械公司制造的冷冻法回收装置,可成功地将聚氯乙烯成分从聚酯碎片中分离。这种方法使用液氮在-129℃冷冻聚酯和聚氯乙烯,高速搅拌碎片,聚酯不会受影响,聚氯乙烯被碾成均匀的颗粒,然后进行机械筛选,从聚酯中分选出聚氯乙烯。这种筛选法可分选出90%的聚氯乙烯。据称,如果在分选前仅有聚氯乙烯,而没有其他成分,冷冻法处理后残留的聚氯乙烯量不会大于l00毫克/千克,通常少得微乎其微。对于效率为1000千克/小时的生产线,液氮、电费及人工费大约为95美元/小时,即生产成本约为10美分/千克。对于其他可回收利用的容器也可用类似的方法分选,只是要调整检测仪器的有关参数。

各式各样的饮料瓶

七、利用废旧塑料生产塑木制品及塑木托盘

(一)塑木技术发展背景及概况

塑木技术是近些年来在世界上发展起来的一项新型加工技术。其技术特点是把两大类差别较大的不同材料相互混合在一起,即木材、塑料合二为一。塑木技术的问世以其新颖的观念、新颖的设计、新颖的产品,极大地推进了新材料的发展。在木材方面,我国是一个森林覆盖率极低的国家。近些年来,由于一些管理和规划上的漏洞,使天然林木的减少加快了,对我国社会和工业发展带来了极大的负面影响。国家有关部门十分重视这一问题,明令于1998年9月1日起禁止对天然森林进行砍伐,因此就必须有新材料来补充由于限伐木材而产生的材料空间。塑木新产品就是一种很好的可替代木材的新材料。在塑料方面,由于塑木加工使用的塑料为通用塑料,其原料来源广泛,供应充足。在此值得关注的还有一点是,在塑木加工技术可以大量使用回收的废旧塑料进行加工。从这个角度来看,塑木技术的推广应用就有了更大的意义。我国每年都有大量的废塑料要回收利用,如不能有效处理,会对社会和环境造成极大影响。这些废旧材料都是可多次利用的资源,如将回收的废旧塑料与木粉或其他无机、有机材料进行复合,加工成为一种复合材料,使其相互可以借助各自的材料优势,补偿自己不足的一面,这样就大大提高了它们的使用范围,其价值无形中也增加了,这样不仅有利于新材料的推广应用,也有利于国家环保事业的发展。

塑木技术可利用木材下脚料及木材加工中的锯末以及农业生产中的麦秆、稻壳等,可节约木材、保护资源,也可大量回收利用废旧塑料、治理白色污染、保护环境、节约能源。塑木技术现已发展为一种全新的材料——挤出成型木材,为国家大量回收利用废旧材料开辟了新途径。

(二)塑木制品的生产工艺过程

1.塑木制品种类

目前,塑木制品的应用已经非常广泛,如公园、球场、街道等场合的露天桌椅,建筑材料、吊板、屋顶、高速公路噪声隔板等,下水井盖、铁路枕木、格栅板,包装材料、搬运垫板和托盘及底盘,围墙、花箱、篱笆、走道、地板、防潮隔板。

2.塑木制品的成型工艺

使用木粉或植物纤维超高份额填充废旧塑料,同时添加部分相关增黏及相容改性剂,经挤出成型制成板材、型材、管材替代相应木制品。塑木制品除具有木加工的优点外,还具有强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可重复使用等优点。

木粉填充改性塑料,国外早已开始研究,但超高份额的木粉填充则是近几年才发展起来的,在国内外的专利文献中已有报道。日本有名的“爱因木”就是该类产品,加拿大的协德公司开发了类似的塑木包装材料,奥地利辛辛那提公司及模具公司开发出各种板材塑木制品(采用挤出工艺),韩国的大山株式社(利用挤压联用工艺)开发出了塑木板材制品。塑木制品可采用挤出、压延、热成型、注射等多种成型方法生产,现以挤出成型及模压成型为例介绍。

(1)塑木制品的挤出成型工艺虽然木粉和塑料粒子之间的相容性问题主要靠加入偶联剂和相容剂来解决,但我们在实验生产中却可以从另一个角度出发,即不考虑材料的均匀分布的相容性问题,而是只考虑材料表面的结合或粘接问题。基于这个思路,在木粉改性PP和PE的配方中并不刻意寻找解决木粉和树脂相容问题的方法,而是只使这两种材料表面(或界面)经过挤出机的高温高压能强制地粘接在一起并挤出成型即可。我们认为,木粉改性PP和PE的成型机理是一种类似于表面(或界面)被粘接在一起的机理,电镜图也可以明显看出木粉和塑料被挤压粘接在一起的现象。

塑木制品

由于在高温高压下树脂(PP和PE)已经完全熔融,起粘接作用的应该是树脂本身,即PP、PE和木粉在高温高压下挤出经冷却后,PP和PE就在各自的体系中把大量的木粉粘在一起,同时表现出很好的成型效果。

PP和PE是无极性的材料,不会和有极性的木粉粘接在一起,但通过生产试验发现,挤出后的木塑制品成型非常好。可能是木粉中含有的部分物质起到了相容剂的作用,另一个原因可能是在高温高压下木粉和塑料被强制挤压在一起,从而达到成型的作用。因此,初步认为木粉改性PP和PE的挤出成型机理是大量的木粉和树脂在高温高压下通过挤出机强制地类似于被粘在一起。

各种塑木制品的挤出成型工艺流程大体相同,一般包括原料的准备、预热、干燥、挤出成型、挤出物的定型与冷却、制品的牵引与卷取(或切割),有些制品成型后还需经过后处理。

(2)塑木制品模压成型工艺模压成型又称压缩成型,此法是先将废旧塑料放入具有一定温度的模具型腔中,然后闭模加压,使其成型并硬化,最后脱模取出制品。

模压成型主要用于热固性塑料的成型。对于热塑性塑料,由于需要预先制取坯料,需要交替地加热再冷却,故生产周期长,生产效率低,能耗大,而且不能压制形状复杂和尺寸较为精确的制品,因此一般趋向于采用更经济的注射成型。模压成型与其他成型方法相比,具有以下优点:①可灵活地生产多样塑料制品,如片材、板材、微孔泡沫塑料盆等;②适合于高填充钙塑制品和纤维增强制品;③设备投资少;④可模压较大平面的制品和利用槽模进行大量生产。

3.建筑模板的生产

随着塑木材料的出现,国内外均有用此材料制作建筑模板的报道。塑木建筑模板价格便宜,重复使用率高,可完全回收,安全性能高于其他类材质。

用木质纤维类材料改性填充回收热塑性塑料,同时添加部分改性剂、润滑剂、增黏剂、抗老化剂和阻燃剂,并根据所需的建筑模板的面积、形状加工挤出成型模具,然后将塑木材料经挤出机连续挤出成型为具有一定断面结构的塑木建筑模板型材,最后根据市场要求切割为一定的长度。

这种新型材料所需的木纤维可由木材下脚料、锯末或农作物等粉碎后代替,造粒成为木粉粒子后使用PP回收料及润滑剂、增黏剂、相容剂、耐老化剂等助剂。塑木材料中回收废旧塑料占15%~30%,木粉占85%~70%,其他助剂占10%~20%。

各种塑木建筑模板型材截面形状为圆形或方形,断面结构可以是中空也可以是实心;模板面积大小和制品的厚度根据实际需要及强度而定,以能满足需要为前提;所涉及的模具根据实际制品的大小加工。

4.爱因木的生产

塑木制品种类很多,应用场合也非常广泛,其中爱因木(又称爱因超级木材)是发展较早、在世界上较有影响的一大类塑木制品,由日本人西堀贞夫先生发明。

(1)爱因超级木材的特点

①比胶合板强度大,具有铝板般的尺寸稳定性。

②120℃高温下不软化,有优良的耐热性,对螺钉的保持力强。

③由于木粉和塑材紧密结合,吸水少。

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