塑料包装废弃物的回收利用

1. 包装废弃物的产生和危害
包装容器在完成或失去其保持内装物原有价
值和使用价值的功能后,它将成为固体废弃物,
加入到垃圾的行列。包装废弃物已对环境造成了
严重污染,影响到工农业生产并威胁到人类健康
和动植物的生存[1]。我国塑料制品产量近十年经
历了高速增长期,2008年至2017年期间,我国
塑料制品产量保持高速增长,2008年塑料制品产
量仅为3,713.82万吨,到2017年达到7,515.54
万吨,同年全世界的塑料制品产量为34,800万
吨,其中大约30%的塑料用于包装,这些塑料包
装材料和容器经一次性使用后,大部分成了固体
废弃物。塑料包装废弃物的重量轻、体积大、数
量多,难以降解,又不能随意焚化,大多被丢弃
在铁路边、内河水域和城镇大街小巷,日积月累
便成了触目惊心的“白污染”带[2]。塑料包装
制品中含有聚氯乙烯、丙烯晴等有害物质,在燃
烧时产生的HCl会导致酸雨;生产泡沫用到的氟
利昂和氟氯碳化合物会破坏大气中的臭氧层,加
剧温室效应;塑料垃圾的长期堆放不仅会造成视
觉污染,还为蚊蝇、细菌、鼠类提供了繁殖场所;
塑料垃圾释放多种有毒气体,若不及时治理,会
形成大范围的毒气源;填埋处理的塑料垃圾会污
染土壤,使农作物减产,让大面积的土地失去使
用价值;塑料包装废弃物危害环境,进而危害人
的生命健康,多种癌症的诱发都与污染物、化学
污染等环境因素密切相关,环境的恶化也令多种塑料包装废弃物的回收利用
范炜亮王克俭*
(北京化工大学机电工程学院成型制造研究中心)
摘要:塑料包装在带给人类方便的同时也对环境造成了严重污染。事实证明,回收利用是处理废弃塑料的最好方法。本文介绍了废塑料包装的处理方法,重点阐述了几种回收利用技术及它们的优
缺点,对生活中一些常见包装制品的回收和应用进行了举例。
关键词:塑料包装废弃物回收利用
Recovery and Utilization of plastic Packaging waste
悬浮机器人Fan Weiliang Wang Kejian
(Molding Manufacturing Research Center, College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology)
Abstract:Plastic packaging not only brings convenience to human beings, but also causes serious pollution to the environment. It has been proved that recycling is the best way to dispose of waste plastics. This
paper introduces the treatment methods of waste plastic packaging, focuses on several recycling
technologies and their advantages and disadvantages, and gives examples of the recovery and
application of some common packaging products in life.
Keywords:Plastics Packaging Waste Recycling
动植物濒临灭绝。
随着塑料包装废弃物的日益增加,我们必须
采用正确、科学的方法将其综合治理并进行回收
利用,这样可以减少对环境的污染,维持生态平
衡,同时还能节约大量的资源和能量。
2. 塑料包装废弃物的处理方法
塑料材料在包装废弃物中占据很大比重,因
此塑料包装废弃物的回收处理和再生利用是解决
环境污染的重要途经。塑料的可回收利用率很高,
再生塑料也比再生纸的能耗低,不能再生的塑料
还可处理为无害的液体。目前,对塑料包装废弃
物的处理方法基本可分为三种,即:填埋、焚烧
和回收再生利用。
2.1 填埋
废旧塑料的大分子结构使其在废弃后长期不
易腐烂,暴露在空间中,易随风飞动或漂浮在水
面上,造成环境污染。因此,人们常利用丘陵凹
地或自然形成的凹坑建设填埋场。废弃塑料填埋
方法简单、成本低、不需复杂的仪器设备,是最
快的处理方式。但填埋不能使废塑料资源化利用,
而且人们产生塑料废弃物的能力远大于填埋场的
处理能力,长此以往会不到新的填埋场所,填
埋塑料后的土壤也会受到不同程度的污染,因此
填埋不是一种好的处理方式,不符合可持续发展
原则。
2.2 焚烧
焚烧法是将不能再次利用的混合塑料在焚烧
炉中焚化,过程中产生的大量热量可被充分利用。
焚烧炉的投资成本昂贵,适合于发达国家中塑料
垃圾比例较大的大型、中型城市。废弃塑料经焚
烧后,其体积减少90%,质量减轻80%,其热值
为83 kJ/kg,接近于燃料油,焚烧剩余的部分易
分解。
然而,塑料焚烧过程种还产生大量有害气体,
会危害环境和人的健康。废塑料焚烧过程的主产
物是二氧化碳和水,但不同品种的塑料在不同焚
烧条件下也会产生多环芳香烃化合物、一氧化碳
等有害物质。例如PVC会产生HCl,聚丙烯氰会
产生HCN,聚氨醋会产生等。另外,在废
塑料中还含有镉、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和焚烧残渣一
起排放,污染环境[3]。因此,必须建立对有害气
体的处理设施,防止其进入大气层以避免形成温
室效应和酸雨。焚烧法由于其昂贵的成本和有限
的适用范围,也不是塑料废弃物处理的最佳方式。
高炉喷吹技术是一种将废塑料作为原料,制
成适宜粒度后喷入高炉,取代焦炭或煤粉的新方
法,是一种进化的焚烧利用技术。国外对高炉喷
吹技术的应用探索表明,该方法虽然会在生产时
产生有害气体,但其排放量仅为焚烧法的0.1%-
1%,对环境的污染已大幅降低,且废塑料在高炉
中的热利用率能达到80%。该技术的难点在于对
废塑料的加工处理,废塑料在喷入高炉前必须加
工成具有一定粒度的粒状物料。在加工时,包装
塑料中的固体塑料和薄膜塑料因具有不同的形状
难以共同处理,最好分开加工。
在加工处理问题方面,国外学者已经到一
些解决的途径。在中国,大部分高炉仍采用喷吹
煤粉技术,然而国内煤粉存在灰分较高、喷吹效
益差、煤资源短缺等问题,发展高炉喷吹废塑料
技术是一种合理的解决方案。我国应致力于寻
出更加经济、实用的制粒和喷吹方法。
2.3 回收再生利用
大型的塑料包装容器从垃圾堆中分拣后,经
过清洗、消毒可直接回收利用;塑料包装废弃物
的再生利用主要指熔融再生和造型等。回收再生
利用的方法主要包括废塑料的再生技术、热处理
油化技术、加工成衍生燃料(RDF)焚烧能源化
利用技术以及一些其他的化学处理技术。目前回
收利用技术已经初步成熟,在国家提出固体废弃
物向减量化、资源化、无害化处理的政策下,包
装废弃物的回收利用不仅可行,还能促进包装工
业的发展[4]。目前,中国对废塑料的回收利用尚
未普及,回收利用率仅20%左右,其余仍采用填
埋、焚烧的处理方法。而日本、德国等发达国家
废塑料的回收利用率已达70%,塑料再生利用是
解决国家资源短缺问题的重要手段,在中国,废
塑料回收加工有庞大、稳定的市场,行业的前景
较好。下面对几种回收利用的方法及其优缺点进
行介绍。
2.3.1 直接再生利用
废塑料的直接利用是指将其经过清洗、破碎、
塑化、直接加工成型或与其他物质经简单加工制
成有用制品。清洗废塑料通常用水,受污染严重
的则使用洗涤剂或溶剂,清洗过程需进行大规模
排水处理,为避免经济负担和环境负荷,应采用
封闭系统。粉碎塑料时使用回收利用专用的特殊
粉碎装置,如:纤维增强塑料微粉碎机、空气涡
流粒子碰撞粉碎机、防止材料与设备摩擦发热的
气流粉碎机等。此外还开发了处理薄膜的兼有洗
净与粉碎功能的水中粉碎技术[5]。分类、洗净、
粉碎等良好的前处理工作有助于废塑料的再次加
工成型。直接再生利用技术在国内外应用广泛,
其制品已被应用于工农业、建筑业、渔业和日用
品等多个领域。
这种方式的优点是成本低廉、工艺简单,缺
点是再生料制品的力学性能大幅下降,不宜制作
高档次制品。
2.3.2 改性再生利用
改性再生利用技术可提高再生料的基本力学
性能,以满足一些专用制品在质量上的需要。塑
料包装废弃物的改性技术有很多,常见的有共混
改性、增强改性、填充改性、增韧改性、接枝改
性、热裂解和催化裂解等,大体上可分为物理改
性和化学改性两类。
物理改性通过机械混炼设备将塑料升温至软
化点以上进行熔融混合,制备出多相态、多组分
的共混物合金和复合材料[6]。其中共混改性是将
一种或多种树脂添加到另外一种树脂中以改变其
性能的改性方法,掺入的树脂是一些高分子物质,
相容性较好,添加后对原树脂的其它性能无显著
影响。填充改性与共混改性类似,不同的是在树
脂中添加小分子物质,相容性较差,对树脂性能
影响较大。增韧改性则是用于提升再生塑料力学
性能的一种方式,可通过添加弹性体、刚性粒子、
共混热塑弹性体等物质实现。纤维增强改性被应
用于高分子复合材料领域中,使通用树脂向结构
材料和工程塑料转变,回收的热塑性塑料经过纤
维增强改性后在抗热性、强度、模量、抗疲劳性
方面的性能均有提高,与此同时材料的脆性增大
这种方法的应用前景很好,是塑料回收利用的新
途径。
化学改性则通过使用化学手段(如接枝、共
聚等方法)在分子链中加入其他链结和功能基团。
交联剂、成核剂、发泡剂等化学制品对废塑料改
性时可提高耐热性、抗冲击性和抗老化性,为再
利用做准备。
原位反应挤出工艺将物理、化学改性与成型
制造结合在一起,在缩短改性周期的同时实现连
续性生产,还能获得综合力学性能良好的再生塑
料。该工艺在特定的螺杆挤出机中将化学接枝改
性和组分共混同时进行,这种方法最适用于多组
行为监控分高聚物之间的增容共混。
2.3.3 热分解
热分解技术的基本原理是将废旧塑料制品中
原有的树脂高聚物进行彻底地大分子链分解,使
其分解到低分子量状态,从而获得具有高使用价
值的产品。该技术对废塑料的回收利用比较彻底,
分解后的产物有油、气、固体和混合体,对应的
本振泄露热分解工艺分别是油化工艺、气化工艺和炭化工
艺。其中,油化工艺可对PS、PE、PVC、PMMA
晴天小秘书等多种废弃塑料进行处理;气化工艺主要用于多
种混杂的废弃塑料垃圾和城市中含废塑料包装的
垃圾;炭化工艺则是将热分解产生的炭化物质经
过适当的处理后制成活性炭,可应用于PVC的热
分解。
2.3.4 化学分解
废塑料通过化学中的分解反应可变成单体或
相对分子质量低的物质,再次成为高分子合成的
原料,通常采用水解或醇解(常用的有甲醇、乙
醇、乙二醇)。
经过化学分解后的产物均匀,容易控制,无
需分离和纯化,设备的成本也较低。缺点是对预
处理的清洁过程、品种的均匀性、分解所用的试
剂要求高,不适合处理混杂的废塑料。
此外,还可以用超临界水对废弃塑料进行化
学回收。水在温度和压力分别高于其临界温度
(374.3℃)和临界压力(22.05MPa)时,处于超
临界状态,超临界水具有氧化性和有机溶剂的性
能,用超临界水处理废塑料的反应速率快,效率
高,反应在密闭空间中完成,避免了环境污染,
该技术还有成本低、油化率高等优点。这项环保
技术极有前途,然而其发展时间还短,值得不断
探索、完善。
3. 常见塑料包装制品的回收利用
在日常生活垃圾中存在各种各样的塑料包装
废弃物,其中回收的重点是聚烯烃、聚苯乙烯、
聚氯乙烯和聚酯等,本节对一些常见废塑料制品
的分类、用途和回收处理方法进行介绍。塑料包
装制品的分类详见表1。
表1 常用树脂原料及用途
3.1 聚烯烃(PO)回收利用
聚烯烃(PO)主要包括聚乙烯(PE)和聚丙
烯(PP),是废弃塑料中最普遍,数量最多的塑
料。聚烯烃在回收利用时通常经过分选、清洗、
粉碎、着和塑化造粒等步骤。聚乙烯和聚丙烯
有良好的耐老化性,经塑化造粒后,材料的性能
只是略低于新料的性能,故在回收造粒时只需添
加少量抗氧化剂和紫外线吸收剂,或不添加任何
助剂。
在美国,回收利用的聚烯烃容器中,把HDPE
牛乳瓶、矿泉水瓶回收树脂用于制造承装机油和
洗涤剂的塑料瓶。此外,P﹠G公司在制造纸尿
布双层薄膜包装时,内层使用新树脂LDPE,将
回收的HDPE50%与EVA混炼做外层。
PONXL
3.2 聚氯乙烯(PVC)回收利用
聚氯乙烯(PVC)在我国塑料制品中占30%
以上,对废旧聚氯乙烯的处理通常是直接回收或
添加适当的新料,重新制作出各种产品。聚氯乙
烯的组成复杂,除了树脂,还包含增塑剂、润滑
剂、稳定剂、颜料等其他辅助材料。在使用过程
中,助剂在光和热作用下会产生挥发和损失,再
重新制作制品时需要适量补充助剂以便于获得较
好的物理机械性能,达到产品的使用要求,这种
方法称为直接复配回用。
废聚氯乙烯在催化剂作用下与煤焦油进行反
应可制成沥青和塑料油膏。反应过程中,键状的
聚氯乙烯分子与煤焦油中的小分子交联形成二维
网状结构,使改性后焦油沥青的软化点提高,并
具有柔性好、耐低温等优点。
3.3 聚苯乙烯(PS)回收利用
聚苯乙烯主要以泡沫塑料形式应用于电器产
品、工艺品、精密仪器的防震包装,也应用于快
餐盒等食品包装,可做保温材料。这些包装材料
大多是一次性的,使用后即成为废品。对于聚苯
乙烯泡沫塑料,可用直接发泡法或可发性珠粒法
重新加工回用,这两种工艺都属于物理过程,不
破坏聚苯乙烯的高分子结构,能保留材料原有的
性质。最近,日本学者采用柠檬烯这种新溶剂将
聚苯乙烯溶解,溶液经过过滤、蒸发后得到熔融
态的聚苯乙烯,再通过挤出泵水冷固化,切粒等
步骤,制出的成品具有和新树脂一样的优异性能。
将废旧聚苯乙烯与水泥混合还可制成混凝
土,其密度相当于膨胀珍珠岩;聚苯乙烯泡沫塑
料与适当的填料、粘结剂混合后还可制造轻型建
材;此外,废聚苯乙烯因其高透明度和良好的折
光率还可涂在其他塑料上作为真空镀膜的底漆。
3.4 聚酯(PET)回收利用
生活中最主要的聚酯废弃塑料是饮料包装
瓶,即PET瓶。其主要成分为聚对苯二甲酸乙二
醇酯,这种材料在塑料中对氧气和二氧化碳有较
好的耐受性,PET瓶还具有质量轻、价格低廉、
无毒、不易碎等优点,在20世纪90年代由美国
杜邦公司开发后,快速成为了饮料包装领域的主
要材料[7,8]。
PET瓶的回收利用包括再使用、材料回收再
生、化学回收再生和能源回收再生。其中,PET
瓶的再使用是节约原料、能源,减少包装废弃物
的重要途径。先进的灭菌洗涤技术和重罐装技术
是使PET瓶作为容器反复多次使用的重要保障,
目前,PET瓶可重复使用的次数可达20次。PET
饮料瓶再使用工艺的处理步骤如下:分类→挑选
→水洗→酸洗→消毒→水洗→亚硫酸氢钠浸泡→
水洗→蒸馏水洗→50℃烘干→再使用
4. 结语
随着生产生活中一次性塑料制品的日益增
加,废弃塑料的回收是我国在绿包装和环保领
域的重大课题。近年来,国家出台的“限塑令”
和在大城市试行的垃圾分类政策已经提升了人们
对包装塑料回收的环保意识,我们仍需向外国学
习先进的处理技术以提升废塑料资源的利用率。
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XPE材料还可以用作手机、工具、高档水杯、
化妆品、珠宝玉石等的需要内衬的商品的包装,
而这些包装的共同点就是利用XPE材料的易于
二次加工的特性,可以将符合倍率要求的XPE泡
材,按商品的形状加工出凹槽,以此来固定商品
达到防护的作用。还有各种食物,例如鸡蛋、水
果等都可以用XPE材料来进行包装。其都是利用
材料易于加工且有高弹性、高韧性的特点,且无
毒无害。
由此可以看出,XPE材料在包装领域有很大
的应用前景,因为其本身为环保材料无公害,易
于回收。燃烧时不会造成环境污染。且其易于加
工的性能就为其在包装领域的应用创造了条件。
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