废旧塑料的再生与改性

研究生课程考试答题纸考试课程：循环经济与可持续发展题号分数任课教师签名一二三四五六七八九十总分课程类别： 学位课 选修课研究生学号：研究生姓名： 学生类别：博士 研究生 工程研究生 进修生考试时间：废旧塑料的再生与改性摘要：本文重要简介了塑料的定义、分类和对废旧塑料的重要解决措施，涉及焚烧、填埋和再生造粒等，其中着重地简介了废旧塑料的再生与改性运用措施。分为直接再生和改性再生运用，分别简介了它们的定义、类别，并用工艺实例作为铺垫。本文的重要目的是想唤醒人们对废旧塑料的再生与改性运用措施的结识，使其可以成为此后重要的发展方向。核心词：塑料；再生；改性Recycling and modifing of waste plasticsAbstract:this paper mostly introduces definition,classification and treatment methods of waste plastics.Including incineration, landfill and recycling granulation, which focuses on the description of the recycling and the use of modified methods of waste plastics.It is divided into the direct recycling and modified recycling. respectively, I presented their definitions, categories, and use technology as an instance of foreshadowing. The main purpose of this paper is to awaken people to understand the waste plastics recycling and the use of modified methods, to enable them to become the main direction of development.Key words: plastics; recycling; modifing科学发展观、循环经济日渐成为我们的理念和指南，作为广阔资源的高分子材料（特别是废旧塑料）可以不同形式、在不同领域多次或无限地循环运用下去，这一点不仅有充足的理论根据，也有大量可行性的工业实践。随着工业经济的发展和人民物质生活水平的不断提高，塑料制品在人们工作生活中占据日益重要的地位。从家居用品、家电、电子通讯等产品到汽车、建筑材料等，塑料制品在生活的每一种角落都随处可见。不可否认，塑料给人们带来了极大的以便和实惠，但同步，废弃塑料也不断增多，污染问题随之而来，并衍生出一种专有词汇：白色污染。另一方面，从原料来源来看，石油和天然气作为不可再生的资源，储量及产量会日益减少，塑料的成本和价格必然将上升。因此，废旧塑料的回收运用作为一项节省能源、保护环境的措施，必将会受到注重。据理解，欧洲再生塑料平均回收率在45以上，德国塑料回收率达60，而国内的回收运用率只有251。这就是说国内每年大概有1400万吨废旧塑料没有得到回收运用，直接资源挥霍高达280亿元1。因此，加强对废旧塑料的解决不仅有助于保护良好的生态环境，并且对国内经济、社会持续健康发展具有重要现实意义。综上所述，回收和综合开发运用废旧塑料的工作已刻不容缓，某些工业发达国家对此尤为注重，已把它作为避免环境污染和开发再生资源的两大规划目的，而国内在这方面虽然起步晚，但通过不懈的努力也得到的长足的发展。1 塑料的定义和分类1.1 塑料的定义高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，涉及橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，其中塑料是我要简介的内容。塑料一般指以天然或合成的高分子化合物为基本成分, 可在一定条件下塑化成型, 而产品最后形状能保持不变的固体材料。也指树脂与配合剂的复合体或制品。如PVC树脂与其他助剂混合制成PVC塑料制品，在PVC塑料制品中具有PVC树脂成分，这种树脂组分也称基质或基体。1.2 塑料的分类根据塑料在加热时能否熔融，可将其分为两大类：加热时能熔融的为热塑性塑料；不能熔融的为热固性塑料。热塑性塑料按其用途、性能还可划分为一般塑料、一般工程塑料和高性能工程塑料10。热塑性塑料：指加热后会熔化，可流动至模具冷却后成型，再加热后又会熔化的塑料；即可运用加热及冷却，使其产生可逆变化(液态固态)，是所谓的物理变化。通用的热塑性塑料其持续的使用温度在100如下，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并称为四大通用塑料。热塑料性塑料又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型。受热时变软，冷却时变硬，能反复软化和硬化并保持一定的形状。可溶于一定的溶剂，具有可熔可溶的性质。热固性塑料是指在受热或其她条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料又分甲醛交联型和其她交联型两种类型。热加工成型后形成具有不熔不溶的固化物，其树脂分子由线型构造交联成网状构造。对回收高分子材料工作而言，辨认是辨别的前提，分离则是辨别的目的，回收工作应做到尽量地辨别并分选出不同类别、不同品级的高分子材料。可以觉得，分选的层次越细，回收再运用的收效和价值越高。2 废旧塑料的重要解决措施目前废旧塑料的解决措施有诸多，但以填埋、焚烧和再生造粒等为主。2.1 填埋解决废旧塑料由于具有大分子构造, 故废弃后长期不易分解腐烂,并且质量轻、体积大, 暴露在空气中可随风飞动或在水中漂浮。因此,人们常运用丘陵凹地或自然凹陷坑池建设填埋场,对其进行卫生填埋。卫生填埋法具有建设投资少、运营费用低等特点。但填埋解决存在着严重的缺陷:（1）塑料废弃物由于密度小、体积大, 因此占用空间面积较大, 增长了土地资源压力；(2）塑料废弃物难以降解, 填埋后将成为永久垃圾, 严重阻碍水的渗入和地下水流通；(3)塑料中的添加剂如增塑剂或色料溶出还会导致二次污染。2.2 焚烧解决焚烧回收热能是废旧塑料解决的另一重要措施。将废旧塑料进行焚烧的解决措施具有解决数量大、成本低、效率高和能回收热能等长处，与直接填埋相比, 焚烧解决对废旧塑料进行了有效的运用,已经变废为宝。但焚烧解决同样存在诸多的缺陷:(1)随着塑料品种、焚烧条件的变化, 废旧塑料在焚烧过程中会产生多环芳香烃化合物、一氧化碳等有害物质；(2)在废旧塑料中还具有镉、铅等重金属化合物,在焚烧过程中,这些重金属化合物会随烟尘、焚烧残渣一起排放, 同样污染环境。2.3 再生颗粒将废旧塑料回收后制造再生塑料颗粒,是废旧塑料回收技术的一大进步。运用专用造粒设备可将废旧聚乙烯、聚丙烯等塑料通过破碎清洗加热塑化挤压成型工艺,加工生产出市场畅销的再生颗粒。与简朴填埋和焚烧解决相比,再生塑料颗粒可以作为塑料工业的原料投入再运用,实现了真正意义上的资源循环运用。3 废旧塑料的直接再生运用本章重要从三点来简介直接再生运用，它的定义、类别和应用实例，其中第三部分选用了一种塑料制品作为重要简介。3.1 直接再生运用的定义废旧塑料的直接再生运用是指废旧塑料直接塑化或破碎后塑化，即通过相应前解决破碎塑化后，再进行成型加工制得再生塑料制品的措施。3.2 直接再生运用的类别根据废旧塑料的不同来源、不同使用目的可分为3种直接再生运用措施。（1） 不需要分拣、清洗等预解决，直接破碎后塑化成型。（2） 必须通过清洗、干燥、破碎后造粒或直接塑化成型。（3） 直接再生运用前的特别预解决。一种是如电缆护套的剥离往往需要特种解决措施；另一种如各类泡沫塑料制品。3.3 直接再生运用的应用实例本节用废旧聚乙烯制品（废农膜）作为模型，通过三种成型措施来展开，使我们更清晰的理解直接再生运用措施。3.3.1 开炼法塑化与模压成型工艺路线：重要的设备：双辊塑炼机、平板液压机和模具。开炼法压制成型工艺的长处是，投资少、见效快，产品多样化。缺陷是劳动强度较大。3.3.2 挤出法塑化与成型此种工艺与开炼法塑化的重要区别在于使用的塑化设备不同。该工艺使用单螺杆挤塑机制备热熔料坯，并趁热立即将料坯放在液压机上的模具中进行冷压定型。此工艺的长处是生产效率高，劳动强度小。工艺路线：重要设备是单螺杆挤塑机、平板液压机和模具。工艺操作中螺杆转速一般取2030r/min，挤塑机各段温度分布为加料段130140、塑化段为150160、均化段160170、机头150155。103.3.3 吹塑中空成型吹塑中空成型与挤塑塑化压制成型的不同之处在于，熔融料坯放入中空成型中的磨具内，然后通入压缩空气吹胀而定型。此工艺的长处是可生产较大制件，生产的机械限度高，生产能力大。工艺路线：重要设备是单螺杆挤塑机、机头、中空成型机、模具、空气压缩机。废旧塑料的简朴直接再生运用的重要长处是工艺简朴、再生品的成本低廉。其缺陷是再生料制品力学性能下降较大，不适宜制作高档次制品。为了改善废旧塑料再生料的基本力学性能，满足专用制品的质量规定，可以采用多种改性措施对废旧塑料进行改性以达到或超过原塑料制品的性能。对废旧塑料的改性再运用是很有发展前景的途径，将会越来越受到人们的注重。4 废旧塑料的改性再生运用4.1 改性再生运用的定义改性再生是采用活化的无机填料进行填充改性、用弹性体对废旧热塑性塑料进行增韧改性、用纤维进行增强改性、用不同树脂制备高分子合金等得改性措施。4.2 改性再生运用改性的措施对废旧塑料的改性措施可以分为两种：物理改性法和化学改性法。4.2.1 物理改性物理改性是采用混炼工艺制备多元组分的共混物和复合材料。其中，以共混增容改性回收技术最为成熟。共混增容改性回收技术重要是将废旧塑料与其她塑料或物质共混,来提高废旧塑料的力学性能,制成有用的制品。例如在废旧PP中掺入质量分数为10%25%的HDPE,其改性后的共混物的冲击强度比PP提高了8倍,且加工流动性增长,可合用于大型容器的注塑成型。34.2.2 化学改性化学改性是采用交联改性、接枝共聚改性或氯化改性的改性措施。用化学改性的措施把废旧塑料转化成高附加值的其他有用的材料,是目前废旧塑料回收技术研究的热门领域。化学改性的具体改性措施有：回收聚乙烯的交联改性、回收聚乙烯的氯化改性、无规聚丙烯的氯化改性、回收聚氯乙烯的氯化改性、回收聚丙烯的接枝共聚改性等。国外,在聚烯烃类废塑料(如PE,PP)降解回收烯类单体的研究方面获得较大进展,研制出一套自动降解回收装置,单体回收率比其他降解回收措施高16%4。国内,等把废旧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料,产品价格低廉,质量好,具有较高的附加值。这些都是化学改性在实际应用的体现。4.3 改性再生运用的应用实例本节重要从物理改性和化学改性出发，运用两个实例来阐明其在我们平常生活中的应用，让我们更加理解它的措施、工艺和制备过程。4.3.1 活化无机粒子的填充改性对于无机粒子填充改性，一方面应充足理解多种填充材料的物理化学性能，理解并掌握填料与塑料的复合原理、影响复合效果的多种因素，以便增强界面作用。常用塑料填料的基本力学性能见表4110。表1 常用填料的基本性能Table 1 Basic properties of commonly used fillers种类相对密度PH值莫氏硬度熔点/颗粒形状粒径/比表面积/()CaCO3(轻质)2.71792.51339柱 021800CaCO3(重质)2.72.9793.01339块 109000硅灰石2.994.51540针、粒62514000滑石粉2.72.87912片560000云母2.73.17231420片28000高岭土2.65822.51785块0.9359500由上表可见，不同产地填料的成分比例有一定差距，其性能也不尽相似，虽然同品种填料因制取工艺不同，其构造与性能也有一定差别。用不经活化解决的填料填充塑料对力学性能有一定的不利影响，而经偶联剂活化解决的填料比未解决的填充共混物的性能有较大提高，甚至还高于原树脂的的性能，由此可见无机填料表面改性的效果。表42给出了活化填料对聚酯的改性作用10。表2 活化填料对聚酯的改性作用Table2 activation filling the role of modified polyester填料种类填料质量分数/%黏度/Pa*s弯曲强度/MPa未解决已解决未经水煮经8h水煮未解决已解决未解决已解决滑石粉100583060.771.030.349.6云母401042819.344.817.924.1二氧化硅120521471.0122.059.3100.6硅酸钙150905471.7107.653.186.2由表2可以看出，活化后的填料皆比未活化的明显地提高了材料的黏度和弯曲强度。4.3.2 回收聚乙烯的交联改性对高密度聚乙烯或低密度聚乙烯树脂进行交联，称之为交联聚乙烯。回收聚乙烯再生料也可仿照树脂的交联改性，交联后可提高聚乙烯的拉伸强度、模量、耐热性能、耐环境与耐候性、尺寸稳定性、耐磨性和耐溶剂性等性能。聚乙烯通过充足交联后，其大分子链之间已形成三维网状构造而成为热固性塑料，其力学性能改善相称明显。如表43所示PE膜辐照交联后的性能15。此类交联聚乙烯的加工成型有两种措施：一种是在聚乙烯软化点上使之充足塑化并混入交联剂，且在该类交联剂分解温度之下进行造粒，在模压工艺中使交联反映成型进一步完毕；另一种措施是在交联剂分解温度如下制成坯型，然后加热到产生交联反映的温度之上完毕固化，这就是所谓的两步法成型。交联改性聚乙烯可通过化学交联和辐射交联制得。表3 PE膜辐照交联后的性能Table 3 PE film after irradiation crosslinking performance性能交联PELDPEHDPE拉伸强度/MPa5010010202070断裂伸长率/%6090506005400热封口温度/1502501251751401755 结语目前，废旧塑料导致的白色污染现象越来越受到人们的注重在人们致力于解决白色污染的同步，更应注重废旧塑料的综合运用技术的研究，根据“减量化、无害化、资源化”的原则，回收资源，变废为宝，达到经济效益、环境效益和社会效益的统一。参照文献：1.曹玉亭与张锦赓,废旧塑料的再生运用.现代化工, (02).2.典平鸽与杜玲枝,废旧塑料的综合运用.浙江化工, (03).3.徐静等,废旧塑料的综合运用.再生资源研究, (01).4.薛娜与孙可伟, 废旧塑料综合运用技术的应用.再生资源研究, (05).5.汪海,杨松伟与陈庆华, 简析废旧塑料回收现状.中国资源综合运用, (07).6.丁明洁等,国内废旧塑料回收运用的现状及前景分析.中国资源综合运用, (06).7.董芃等,在流化床中热解废旧塑料的实验研究.哈尔滨工业大学学报, (10).8.廖红,循环经济理论:对可持续发展的环境管理的新思考.中国发展, (02).9.高涛,章煜君与潘立,国内废旧塑料回收领域的现状与发展综述.机电工程, (06).10.陈占勋,废旧高分子材料资源及综合运用.北京：化学工业出版社, .11.张智勇等,废旧塑料在沥青路面中的应用.国外建材科技, 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