1廢塑料再利用技術(shù)與綠色建材

1、面對(duì)人類(lèi)未來(lái)的生存問(wèn)題， 我們?cè)谛碌氖兰o(jì)里所要解決的問(wèn)題是如何處理好資源、 環(huán)境、發(fā)展 三者之間的關(guān)系。在世界范圍內(nèi)取得共識(shí)的技術(shù)對(duì)策是所謂的 “ 3C”原則，即： Clean 、 Cycle 、 Control 。這也被稱(chēng)為綠色科學(xué)或環(huán)境友好科學(xué)。廢棄材料的無(wú)污染回收利用已是當(dāng)今世界科學(xué)研 究的一個(gè)熱點(diǎn)和重點(diǎn)。 工業(yè)革命以來(lái)， 人們將社會(huì)生產(chǎn)分為三類(lèi)： 從自然界獲取自然資源的一次產(chǎn) 業(yè)；將自然資源加工為商品的二次產(chǎn)業(yè)； 以及為一次和二次產(chǎn)業(yè)服務(wù)的三次產(chǎn)業(yè)。 現(xiàn)在已有人明確 提出，由于廢物再利用在物質(zhì)循環(huán)方面的獨(dú)特功能， 是目前現(xiàn)實(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的任何一個(gè)產(chǎn)業(yè) 門(mén)類(lèi)都不能替代的。 因此，廢物

2、再利用業(yè)顯然應(yīng)該是一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)門(mén)類(lèi)， 可將其命名為第四產(chǎn)業(yè)。目前，全世界塑料總產(chǎn)量已超過(guò) 1 億 t 。與此同時(shí)，廢塑料造成的環(huán)境污染已成為一個(gè)全球性 環(huán)境問(wèn)題。 它難于自然降解， 不為自然環(huán)境所親和。 為了消除這種白色污染， 各國(guó)政府積極倡導(dǎo)廢 塑料的回收利用。從 1988 年到 1998 年美國(guó)對(duì)廢塑料的回收利用量從7O× 105t 上升到 22× 106t，占消費(fèi)量比例從 3上升到 8；歐洲從 2上升到 7；日本從 1上升到 5。現(xiàn)在廢塑料的產(chǎn) 生量不足塑料消費(fèi)量的 20，也就是說(shuō)在今后若干年內(nèi)，其余 80將進(jìn)入廢塑料行列。從理論上 講，廢塑料的產(chǎn)生量終將與塑料消費(fèi)

3、量持平。因此， 對(duì)廢塑料的處理越來(lái)越顯得迫切和必要。 廢塑 料再利用技術(shù)已成為消除白色污染、降低資源消耗、保持可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。廢塑料的回收利用可分為簡(jiǎn)單再生利用和改性再生利用兩大類(lèi)。 簡(jiǎn)單再生利用是將回收的廢塑 料經(jīng)過(guò)分類(lèi)、 清洗、破碎 ( 或熔融 ) 、造粒后直接作為原材料加以利用。 該法可分為單純?cè)偕蛷?fù)合 再生。單純?cè)偕破沸阅茌^好； 復(fù)合再生塑料制品因各種塑料混入的不同比例及其相容性各異而使 制品質(zhì)量不恒定，性能較差。簡(jiǎn)單再生利用的工藝比較簡(jiǎn)單，但作為制造塑料的原材料質(zhì)量欠佳， 一般只能做低檔次的塑料制品。改性再生利用是將廢塑料通過(guò)物理、化學(xué)方法改性后再加以利用。 這類(lèi)塑料改性工

4、藝比較復(fù)雜，一般需要特定的機(jī)械設(shè)備。改性利用的方法主要有以下3 種： (1) 熔融法，即將廢塑料重新熔融添加其他物質(zhì)后形成產(chǎn)品。 利用該法可以制備許多建筑材料， 如防水劑、 建筑板材、建筑砌塊等。 (2) 熱分解法，即將廢塑料分選后加熱分解成燃料油、 燃料氣、建筑防水 劑及無(wú)定型活性炭黑等。該法已被廣泛應(yīng)用，但工藝復(fù)雜，費(fèi)用較高。 (3) 燃燒法，即將廢塑料燃 燒，回收放出的熱量。 該法還未能得到充分利用， 且廢塑料燃燒產(chǎn)生的煙氣還會(huì)造成二次污染。 本 文對(duì)廢塑料的再生利用方法和實(shí)用技術(shù)進(jìn)行介紹。 值得注意的是將廢塑料用于制備建材制品有廣闊 前景。建材行業(yè)正由傳統(tǒng)的水泥、 玻璃、 陶瓷向著多元

5、化、 復(fù)合制品方向發(fā)展。 近十幾年來(lái)迅速興起 的化學(xué)建材制品己成為第四大類(lèi)建筑材料。 化學(xué)建材主要包括塑料門(mén)窗、 塑料管道、 防水材料、 建 筑涂料、密封材料、隔熱保溫材料及建筑膠粘劑、混凝土外加劑等。它可以替代傳統(tǒng)建材，具有良 好的使用性能和經(jīng)濟(jì)性，尤其在節(jié)能、節(jié)材方面具有多種優(yōu)點(diǎn)。發(fā)展化學(xué)建材已是必然的方向?；瘜W(xué)建材的發(fā)展是離不開(kāi)化工原料的。 據(jù) 1995 年統(tǒng)計(jì) ，我國(guó)生產(chǎn)各種樹(shù)脂已達(dá) 450 萬(wàn) t ，其 中 PVC 樹(shù)脂產(chǎn)量為 130 萬(wàn) t ，用于化學(xué)建材中的塑料管和門(mén)窗在 20 萬(wàn) t 以上，占 PVC 總產(chǎn)量的 15 2000 年我國(guó)合成樹(shù)脂能力達(dá)到 700 800 萬(wàn) t ，

6、其中 PVC 樹(shù)脂 220 萬(wàn) t 。因此，我們說(shuō)化學(xué)建材和 其他建材一樣，是資源消耗大戶(hù)。我們必須考慮將廢塑料等的再利用納入到化學(xué)建材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)， 以緩解資源的不足和對(duì)資源的過(guò)度占用問(wèn)題。 其次，建材制品的質(zhì)量要求范圍很寬。 既有高檔材料， 然而更大量的是中、低檔材料。一般來(lái)講，它的制造對(duì)原材料的純度、形態(tài)等的要求并不苛刻。因 此，廢塑料進(jìn)入建材制品的物質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)所要克服的阻抗要小得多， 即廢塑料的再利用易于被納入 到建材制品的物質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。 再次，建材制品無(wú)論是在生產(chǎn)上還是使用上， 其產(chǎn)量和用量都是巨大 的。這為廢塑料進(jìn)入建材制品的物質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了廣闊的空間， 是其它行業(yè)所不能比擬的。

7、建材 行業(yè)必須建立生態(tài)效益概念， 用最低限度的資源得到最大數(shù)量的產(chǎn)品。 這就要求必須對(duì)廢棄物進(jìn)行 再利用，從而實(shí)現(xiàn)物流的閉合回路。 從總的趨勢(shì)來(lái)看， 廢塑料進(jìn)入建材制品的物質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)是符合 我國(guó)對(duì)建材行業(yè)所提出的生產(chǎn)綠色建材、節(jié)省資源、消除污染的總的要求的。二、廢塑料的來(lái)源及分類(lèi)廢塑料來(lái)自于兩個(gè)方面， 一是來(lái)源于工業(yè)固體廢棄物， 二是來(lái)源于城市固體垃圾。 從總量上看， 我國(guó)自 1993 年拉開(kāi)清潔生產(chǎn)的序幕，國(guó)家環(huán)保局組織實(shí)施了促進(jìn)中國(guó)的清潔生產(chǎn)(B 4)示范項(xiàng)目。隨著清潔生產(chǎn)策略的不斷深化和推進(jìn)， 相信由工業(yè)生產(chǎn)所帶來(lái)的廢塑料將會(huì)呈下降趨勢(shì)。 而 城市固體垃圾中廢塑料的比例呈快速上升的趨勢(shì)。

8、 據(jù)有關(guān)資料介紹， 目前廢塑料己占城市固體垃圾 的 7左右。從存在形態(tài)上看，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢塑料多以單一塑料的形式存在，可以直接再生利 用。而大多數(shù)廢塑料是以多種塑料混雜的形式存在于城市固體垃圾中。 對(duì)這類(lèi)廢塑料的處理是廢棄 物再利用產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題關(guān)鍵所在。由于大多數(shù)塑料不同品種之間是不相容的，由混合塑料制得的塑料制品機(jī)械性能較差。因此， 城市固體垃圾中的廢塑料的再生利用不宜再用于制造塑料制品。 考慮到建材制品的特點(diǎn)， 將廢塑料 用于建材制品的制備是一個(gè)切實(shí)的選擇。同時(shí)，其它的工業(yè)廢棄物，比如說(shuō)粉煤灰、高爐廢渣、蔗 糖廢渣等通過(guò)用作廢塑料再生利用的添加物而一并被消除了。城市固體垃圾中的廢塑料主要成

9、分是聚乙烯(PE) 、聚丙烯(PP) 、聚苯乙烯 (PS)、泡沫聚苯乙烯(PSF)和聚氯乙烯 (PVC)。其它還有聚對(duì)苯二甲酸乙二醇(PET) 、聚氨酯(PU)和 ABS 塑料等。這些廢塑料并非是無(wú)用的、 無(wú)價(jià)值的東西， 他們可以重新回到物質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。 比如說(shuō)聚苯乙烯是一種熱塑 性塑料，由于它具有質(zhì)硬、透明、鋼性、電絕緣性、低吸水性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界 四大塑料之一。 泡沫聚苯乙烯廣泛用作包裝材料和隔音絕熱材料等。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)目前僅電視機(jī)用 PSF 包裝材料每年廢棄量就達(dá) 15 萬(wàn) t 以上。而用于一次性快餐飯盒的 PSF 廢棄量就更是驚人 的 了。由于 PSF 廢料在自然環(huán)境

10、中不降解， 因而造成環(huán)境污染， 破壞生態(tài)平衡。 由此產(chǎn)生的大量 “白 色垃圾 ”， 已成為當(dāng)今環(huán)境保護(hù)面臨的一大難題。通過(guò)再生利用技術(shù)， 不僅可以消除其對(duì)環(huán)境的不良作用，而且還可把它變成寶貴的再生資源。三、廢塑料的再利用技術(shù) 我國(guó)在廢塑料回收利用方面取得了一定成就， 許多研究單位、 高等院校及民間團(tuán)體、 個(gè)體從基 本原理到生產(chǎn)技術(shù)都做了許多工作并不斷將其結(jié)果見(jiàn)諸報(bào)道。1利用廢塑料和粉煤灰制建筑用瓦 廢塑料都不同程度地粘有污垢， 一般須加以清洗， 不然會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 但該法對(duì)廢塑料的 清洗要求并不十分嚴(yán)格， 這有利于工業(yè)化應(yīng)用中的實(shí)際操作。 向塑料中加入適當(dāng)?shù)奶盍峡山档统杀荆?降低成型收縮率

11、，提高強(qiáng)度和硬度，提高耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。常用填料有碳酸鈣、滑石粉、陶瓷 粉等。從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境角度綜合考慮， 選擇粉煤灰、 石墨和碳酸鈣作填料是較好的選擇。 粉煤灰化學(xué) 組成屬于 CaOAl2O3SiO2 系統(tǒng)，其表面積很大，塑料與其具有良好的結(jié)合力，可保證制備的瓦 具有較高的強(qiáng)度和壽命。 加入碳酸鈣能提高制品的硬度和韌性， 減小其變形與收縮。 加入石墨能在 制瓦的脫膜過(guò)程起脫膜劑作用， 并能阻止制品中的塑料成分的光氧化， 提高制品的抗老化能力。 熔 融法制瓦工藝流程見(jiàn)圖 1。該法分為兩步，第一步制備混合的粒狀粉料：第二步熱壓成型。產(chǎn)品性能如下：(1) 密度： 13 16gcm3。(2) 吸水性

12、：吸水量為 0405gcm2(將瓦稱(chēng)重浸入 25±2水中， 24h 后再稱(chēng)重 ) 。(3) 抗凍性：將瓦樣放在 25 ± 2的水中浸泡 24h 后，再放入預(yù)先冷到 30的冰箱中冷凍 3h， 然后取出放入 15 20的水中融化 3h。如此反復(fù)進(jìn)行 15 次，觀(guān)察瓦樣外觀(guān)， 測(cè)其抗折強(qiáng)度， 并與 冷凍前比較。(4) 抗老化性： 將瓦樣放在沸水中煮 1h，然后放入 1520的水中冷卻， 如此反復(fù) 5 次，觀(guān)察 其外觀(guān)，測(cè)試其抗折強(qiáng)度。(5) 抗折強(qiáng)度：新制備瓦樣為 14 19MPa ，冷凍后為 9 5 17MPa ，煮沸后為 90165MPa 用廢塑料制建筑用瓦是消除 “白色污染

13、” 的一種積極方法； 以粉煤灰作瓦的填料可實(shí)現(xiàn)廢物的 充分利用。該方法會(huì)有較好的社會(huì)、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益。一次性餐具等轉(zhuǎn)向了具有更大的市可重新發(fā)泡制成隔熱保溫板材。 將消發(fā)泡劑、 催化劑、 穩(wěn)定劑等經(jīng)加熱使2利用廢聚苯乙烯泡沫塑料作隔熱保溫材料隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展， 聚苯乙烯泡沫塑料由用作包裝材料、 場(chǎng)前景的建筑保溫材料領(lǐng)域。 利用廢聚苯乙烯經(jīng)加熱消泡后， 泡后的聚苯乙烯泡沫塑料加入一定劑量的低沸點(diǎn)液體改性劑、 可發(fā)性聚苯乙烯珠粒預(yù)發(fā)泡，然后在模具中加熱制得具有微細(xì)密閉氣孔的硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫塑料 板。該板可以單獨(dú)使用， 也可在成型時(shí)與陶粒混凝土形成層狀復(fù)合材料。 亦可成型后再用薄鋁板包 敷做成鋁塑板

14、。該板具有以下特點(diǎn) :(1) 導(dǎo)熱系數(shù)為 0 027W m k，只有瀝青玻璃棉氈、泡沫混凝土等的1/2 1/3 。因此，保溫性能好。在建筑房屋頂使用經(jīng)冬天實(shí)際考驗(yàn)無(wú)反霜、結(jié)露現(xiàn)象。(2) 密度為 0.037g/cm3 ，僅為瀝青膨脹珍珠巖的 1 11。大大減輕了結(jié)構(gòu)載荷，有利于抗震。 按 理論計(jì)算鋪設(shè) 10mm 苯乙烯泡沫塑料板，荷載為 0 17kg m2。而要達(dá)到同樣熱工性能要求需鋪 設(shè) 266mm 厚的瀝青膨脹珍珠巖，荷載為 144kg m2。聚苯乙烯泡沫塑料板荷載僅是通常使用 的 瀝青膨脹珍珠巖保溫材料荷載的1 85。(3) 工程造價(jià)降低，施工操作方便，損耗量小。建設(shè)部頒發(fā)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

15、 ( 采暖居住建筑部分 ) 要求要在 1980 一 1981 年通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 的基礎(chǔ)上再節(jié)能 30 。因此，在北方采暖地區(qū)，該法所生產(chǎn)的聚苯乙烯泡沫塑料保溫板具有廣泛 用途和良好的發(fā)展前景。3利用廢泡沫塑料制備防水涂料 用合適的改性劑，對(duì)廢泡沫塑料進(jìn)行改性，可制備常溫速干、耐水時(shí)間長(zhǎng)的水乳性防水涂料。將廢聚苯乙烯泡沫塑料用水洗凈、 曬干、粉碎，按一定比例加入到混合溶劑二甲苯乙酸乙酯環(huán) 己酮(THH)中，邊加邊攪拌使其完全溶解。待成粘稠狀后，再加入一定量的增塑劑鄰苯二甲酸二丁 酯，充分?jǐn)嚢柚瞥捎拖嘁骸?將該油相液在一定溫度下充分溶解 1h 后，加入一定量的乳化劑 OP 10， 快速攪拌均勻。然后

16、邊激烈攪拌邊將一定量的水慢慢加入油相液中，得到乳白色OW 乳狀液，即防水涂料成品。水乳性防水涂料的制備工藝流程如圖 2 所示。該涂料的功能列于表 1： 廢聚苯乙烯泡沫塑料可以制成水乳型防水涂料，工藝簡(jiǎn)單，用水調(diào)節(jié)粘度施工方便。該防水 涂料可以代替防潮油用于瓦楞紙箱，也可用于纖維板的防水。4利用廢聚苯乙烯硝化氧化制對(duì)硝基苯甲酸對(duì)硝基苯甲酸 (PNBA) 主要用于制造強(qiáng)力纖維、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、樹(shù)脂、金屬表面防銹劑、防 曬劑、彩色膠卷成色劑和濾光劑等多種產(chǎn)品。目前生產(chǎn) PNBA 的原料是對(duì)硝基甲苯，利用回收的泡 沫聚苯乙烯 (PSF) 廢料生產(chǎn) PNBA 不僅能消除環(huán)境污染， 而且變廢為寶， 具有

17、顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì) 效益。采用加熱消泡法， 使廢 PSF 的體積縮小為原來(lái)的 1 25 左右，自進(jìn)料口加入反應(yīng)裝置。 加硝酸 至反應(yīng)器中， 加入少量催化劑 ( 由過(guò)渡金屬鹽組成 ) ，升溫至沸騰，保持回流， 冷凝器出口與壓力表 及安全閥相連，從安全閥逸出的氣體用稀堿石灰溶液吸收。反應(yīng)結(jié)束后降溫， PNBA 結(jié)晶析出，倒 出。重新加料，重復(fù)以上操作。因反應(yīng)時(shí)硝酸過(guò)量，故對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物先壓濾再用水洗至微酸性，以減 少粗 PNBA 中的硝酸含量。然后用乙醇重結(jié)晶法進(jìn)行重結(jié)晶，乙醇循環(huán)使用。產(chǎn)品的質(zhì)量測(cè)定結(jié)果 與標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照見(jiàn)表 2。經(jīng)濟(jì)效益分析：按該工藝建設(shè)日處理廢 PSF0 3t 的裝置，設(shè)備投資需

18、40 萬(wàn)元，年產(chǎn) PNBA 約 84t ， t 成本構(gòu)成如下：廢 PSF(1 25t/t)1500 元硝酸 (25t t)6500 元水電1000 元易耗材料 ( 催化劑、乙醇等 ) l000 元5人工（ 按 10 人計(jì)） 700 元 維修折舊 200 元 貸款利息 500 元管理費(fèi) 200 元銷(xiāo)售費(fèi) 100 元 稅收（ 按環(huán)保產(chǎn)品計(jì)稅 ） 500 元 產(chǎn)品成本共計(jì) 12200 元 t按 t 產(chǎn)品售價(jià) 2 萬(wàn)元計(jì)，則 t 產(chǎn)品利潤(rùn)為 7800 元。年產(chǎn)量 84t ，年產(chǎn)值 168 萬(wàn)元，年創(chuàng)利潤(rùn) 655 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該法具有原料易得、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點(diǎn)，既能消除“白色污染 ”，又能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，適合于在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)中推廣。5利用廢泡沫塑料裂解制苯乙烯通過(guò)廢泡沫塑料裂解制苯乙烯有 3 種方法。 （1） 熱裂解：將廢舊泡沫塑料，裝入裂解容器，然