聚丙烯塑料循环利用技术
现 代 塑 料 加 工 应 用
第16卷第6期 ModernPlasticsProcessingandApplications 2004年12月
工业技术
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摘要:(PP),对分选利用、简单再生、降解、共混和燃烧等常用方法进行了论述,分析了关键词:回收分选利用 降解 绿色化工
随着人们对环境问题的日益关注,绿色化工作为一门新兴产业展示出十分广阔的发展前景。聚丙烯(PP)作为最通用的塑料之一,与其他塑料制品一样,其废弃物的积聚已成为一大社会公害,对其进行循环利用,有十分重要的经济和社会意义。 早在1988年,美国的一些主要树脂生产商已发起成立了固体废弃物处理协会(CouncilforSolidWasteSolution),以促使塑料制品的再利用或安全掩埋[1]。在欧洲,回收的要求促使塑料生产商改变观念,使塑料产品从进入流通渠道开始,就考虑正常使用后的处理问题,据此,树脂生产商与下游加工厂已结成伙伴关系共同进行塑料的回收。如Montell公司(现Basell公司)与Fiat公司从20世纪90年代开始合作实施的“汽车回收利用方案”,内容包括将废旧汽车进行分解以产生可回收材料、设计未来新型汽车和选用多用途PP材料以方便回收等,其中1993年处理25000辆汽车,产生约450t(1×106磅)可回收材料。在德国,汽车生产商已经与材料供应商和部件加工商联合进行可回收材料的性能标定,以重新用于其他部件。大众汽车公司通过其经营网络收集PP保险杠,重新造粒后用于新部件的生产中[2]。对PP回收利用的持续研究,在国外已带来经济上的利益,这一点在汽车工业上尤其明显。由于PP可满足汽车多种部件性能的要求,加上容易回收,很多汽车生产商已认识到PP是很好的可用于汽车终生设计的塑料材料。废旧的PP保险杠、仪表板、蓄电池箱和包装材料可以很方便地进行收集、分捡、粉碎、清洗,用其他塑料或添加剂改性造粒后重新使用。 我国自20世纪90年代开始,塑料废弃物及垃
圾造成的环境问题日益显现。但对废弃塑料回收利
用的工作目前还停留在观念上认同阶段。对塑料废弃物回收有多种技术和方法,下面主要叙述分选利用、简单再生、降解、共混和燃烧使用等常用方法。1 分选利用技术
由于各种塑料性能存在差异,混合回收时难以加工,分类筛选后根据不同种类及使用要求,采用不同回收技术处理的方法受到重视。 目前国外已开发出计算机自动分选系统,主要是根据不同塑料的密度、透光性或溶解性的差异,实现分选过程的连续化和自动化,我国仍以手工分选方法为主[3]。1.1密度分离法
由于密度差别小,聚烯烃混合物采用密度分离比较困难,但对某些特定混合物的分离,有时则是非常有价值的。采用特制的离心分离系统,可以分离密度差别为0.005g/cm3的塑料,如以水为介质,可从聚烯烃/PVC混合物中分离出PVC含量不超过20mg/kg的聚烯烃,也可得到聚烯烃含量不超过20mg/kg的PVC。又如,采用准流体分离技术,以CO2为准流体,可从HDPE/PP的混合物中分离出纯度大于99%的HDPE和PP组分[4]。112 光分离法
光分离法主要是利用颜色和透明性的差异来分
收稿日期:2004-09-01。
作者简介:姚小利,1963年出生,教授级高级工程师,从事塑料新产品开发等研究工作。
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离回收塑料,已清洗干净的絮片状混合物称量后被置于光源处,探测器根据每个絮片的光学性质并与当前设定的标准对照,据此进行分选。例如,对以PP做瓶盖的HDPE瓶回收,利用本方法可以从自然
色的HDPE中分离出彩色的PP。
在国外,已经使用红外光谱法、拉曼光谱法、等离子发射光谱法、X射线衍射法等技术鉴别和分离塑料。如德国BruberAnalytischeMesstechnik公司与欧洲汽车制造商协会和德国ZWVK协会合作,了P/ID28红外分光器,,,料的回收[4]1.3 环保意识的加强而发展起来的,涉及广阔的应用范
围,包括降解回收单体、溶解回收组分以及社区生活垃圾和工业废弃物的新型掺混工艺等。2.1简单再生 该方法主要用于回收塑料生产及加工过程中产生的边脚料、下脚料等,,、性能要求[3],如、护坡植、、防水材料等。 用回收PP制取的填充母料价格低廉,与PP相容性好,按一定比例掺入PP制取扁丝时,不但降低了生产成本,还可以提高扁丝的强度,同时降低延伸性。 在国外,对蓄电池盒、汽车保险杠等数量较大的PP件,也是采用简单再生方法回收,如美国最大的
选择性溶解工艺就是利用各种塑料在某一溶剂中溶解度的差异,达到分离的目的。该技术的最初目的是从家庭包装物塑料垃圾中回收单一聚合物,这样的塑料垃圾中通常含有6种主要聚合物:HDPE,PET,LDPE,PP,PS和PVC,利用热力学性能的
差异对它们进行分离是可行的,通过选择溶剂和溶解温度可得到单一聚合物。
在同种溶剂中,上述每种聚合物的溶解温度不同,其中4种聚合物采用二甲苯在不同温度下就可以分离,而PVC和PET则需要混合溶剂,分离的具体条件见表1[4]。
表1 选择性溶解工艺的溶剂和温度条件
聚合物
PSLDPEHDPEPPPVCPET
蓄电池盒回收工厂———KW塑料公司,每年生产超过45000t回收PP,其中部分这样的PP用于福特汽车的防溅板。Fiat汽车公司将PP保险杠回收再造粒,用于生产防尘仪表板和空气过滤器外壳[4]。2.2降解成丙烯单体
通过降解进行回收充分利用了聚丙烯受热或在过氧化物作用下易于分解的特性,在成本中也有较大优势。降解的方法包括热裂解、氧化降解、催化降解和溶解降解等,但主要是热裂解。很多人在这方面进行了研究,以最大限度地产生所需的低分子产物,如丙烯、烷烃、石蜡、润滑油等。在生产丙烯的研究中,最高产率接近30%[5]。2.3共混回收技术 从经济和技术角度看,塑料回收利用的一个竞争性技术是提升掺混塑料的品级以满足市场需求。社区生活垃圾中的塑料成分主要是聚烯烃、PS,PET和PVC,由于这些聚合物之间内扩散性较差,热力学上不混容,所以挤出/掺混回收技术的关键是如何增加掺混过程中的分散混合程度。选用双螺杆挤出机等混合性能良好的设备,加入相容剂等都可以有效改善掺混效果,例如对以PP-HDPE为主的废旧塑料回收,可能使用Kraton橡胶(一种苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚弹性体)为相容剂可以显著改善回收物的性能。 此外,还可以对PP进行接枝改性后,作为相容剂用于回收塑料中,这方面一个成功的例子是前Montell公司(现Basell公司)开发的PP-g-PS产品Hivalloy,它含有约70%的PP,20%的PS和10%的接
溶剂二甲苯二甲苯二甲苯二甲苯二甲苯/环氧乙烷二甲苯/环氧乙烷
温度/℃聚合物质量分数,%
[**************]0
[1**********]
以二甲苯为溶剂的分离结果如表2所示[5]。
表2 选择性溶解工艺的分离效果
聚合物
PSLDPEHDPEPP
温度/℃
2575105120
回收率,%
99.698.399.399.6
2 PP及其共混物的循环利用方法
PP及其共混物循环利用的可替代技术是随着
姚小利.聚丙烯塑料循环利用技术・39・
枝PS,可以大大增加聚烯烃与PS,PET的混溶性,已经成功地用于含有PP瓶盖和标签的2LPET瓶的回收中[6]。对PP进行化学改性的另一个例子是用丙烯酸、丙烯酸酯类或马来酸酐进行接枝,这类产品可作为PP与PA等极性塑料的相容剂用于提高回收混合物之间的混容性,改善其机械性能。2.4作为燃料使用或用于生产燃料 PP作为碳氢化合物,具有较高的燃烧热能。在美国和日本,(RDF)发电技术, 度的颗粒,,这种方法可使废塑料的利用率达到80%,排放量仅及焚烧方法的0.1%～1.0%[7]。
此外,还可以将PP等废塑料转化为燃料油。通常可分为高温裂解和催化裂解2种方法。日本东北大学、东北电力公司、三菱重工公司均开发出用超临界水解分解PP等废塑料的转化技术,燃料油收率可达80%[A];另据报道,日本富士循环工业公司投资700万美元,于1997年建成一套可使PE,PP废塑料
对共混物进行性能/成本优化,常用的方法是试验的统计设计,它可获得较为满意的效果,例如对PP2HDPE体系,可以通过配方设计确定玻璃纤维增强或Kraton橡胶增容对体系性价比的影响,根据回收物的不同用途,找出性能-成本主要影响因素,确。4,也是绿色事业,涉及产业、立法、公众意识、环保等社会的各个方面,除一定的经济效益外,更应注意其社会效益和环境效益,这样才能使废塑料再生利用作为一个产业得到建康发展。 从发展趋势看,今后废塑料再生利用重点应在以下几个方面[9]:(1)提高公民的环境意识,加大环境立法步伐和力度;(2)开发环境友好塑料,大力发展“绿色环保”塑料制品,如开发可光解解或生物降解PP产品;(3)加大废塑料再生利用技术的投入,加快相关回收技术进步;(4)实施“3R”原则,应用“S”和“D”两项技术。为解决发展和环境问题,欧美等发达国家提出的3R原则,即减少(Reduce)塑料制品用量、再使用(Reuse)和回收再循环利用(Recycle)原则及与之配套的塑料稳定化技术(StableTechnology)和可降解技术(DegradableTechnology),值得借鉴。
参 考 文 献
1 CouncilforSolidWasteSolution.TheBlueprintforPlasticsRecycling.
WashingtonDC:TheSocietyofthePlasticsIndustryInc,19912 BeeversA.EuropeanPlasticsNews.London:EMAPBusinessPublish2ing,1991
3 王永耀.聚乙烯、聚丙烯废塑料回收利用进展.石油化工,2003,32
(8),718～723
4 约翰.沙伊斯著.聚合物回收———科学、技术与应用.纪奎江等译.
转化为汽油的装置,每年处理量为5000t,可生产汽
油2500m3以上[8]。3 PP循环利用的经济性
PP可循环利用的前提是回收后的可使用性,单
纯从回收考虑,可以采用机械回收、化学回收和焚烧3种方法,具体采用其中哪一种,取决于基础设施状况、政策法规要求以及回收后的使用价值等多种因素。对PP进行低成本或无成本回收,是一项非常复杂的工程,必须满足以下主要条件:(1)对回收物有一定市场需求;(2)有收集设施,它可以在生产商和最终用户之间建立起一个经济纽带;(3)对长期回收要求已进行立法,以促使改变;(4)有一个贸易协会,它可以支持回收商品的发展。
由于回收塑料已使用过一次,并经受过环境的作用,这就要求转化过程更加严格。例如,为了分散混合的更好,加工中通常采用双螺杆挤出机而不是单螺杆挤出机,另外,诸如脱灰和熔体过滤等净化步骤对某些回收过程也是必须的,加工过程对整个转化成本有非常大的影响。另一个影响成本的主要因素是相容剂的加入,通常加入5%的相容剂会增加大约10%的成本。
北京:化学工业出版社,2004.3
5 JiangJKY,UdenPC,ChienJCW.JPolymDegradationStab2.1980.113
6 HarutunGKarian.HandbookofPolypropyleneandPolypropy2leneCom2posites.Inc.NewYork:MarcelDekkerInc,1999
7 郭兴忠,杨绍利,张丙怀等.高炉喷吹废塑料技术.现代塑料加工
应用,2000,12(5),45～47
8 李青山,徐振海.塑料再生与利用的新进展.化学通报,2000,(3),
1721
9 黄根龙.塑料发展与环境问题对策研究现状和发展趋势.上海化
工,2001,(3～4):14～16,31
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汽车工业塑料焊接技术
张胜玉
(青岛澳柯玛集团总公司)
摘要:法,包括热气焊、热工具焊、电阻焊、关键词: 塑料 据统计,,平均5%～10%,随着汽车轻量化的发展要求和汽车塑料技术应用扩大,单车汽车塑料用量还将会进一步增加[1～3]。汽车用塑料分为2种:一种是热固性塑料,它们能够经受住普通的烘漆温度;另一种是热塑性塑料,具有加工容易、快速的优点。在车用塑料中,居前几位的塑料材料品种有聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯等。
塑料的连接是其广泛应用的关键环节。塑料可以通过机械紧固、粘接或焊接等方法进行连接。紧固法连接速度快,适用于所有塑料,但是成本高、会产生应力集中,不能形成密封接头或获得适当的性能。粘接法能获得优良的性能和优质接头,但操作困难,需要精心进行接头和表面制备,而且速度很慢,不适于大批生产。而焊接法经济、简单、快捷、可靠,能形成静态强度接近于母材的接头,因而适用于大批量生产,获得了愈来愈广泛的应用。
是内部加热法,如振动焊、旋转焊、超声波焊;二是外部加热法,如热气焊、热工具焊等。1.1 热气焊
热气焊类似于金属的氧乙炔气焊,只不过后者用明火前者用热气流加热[4]。热气焊过程中,来自焊枪中的热气流(典型的温度为200～300℃,流速达15～60L/min)同时对填充棒和焊件加热,当材料表面软化(达到粘稠状态)时,填充棒连续压进到焊缝中。填充棒材料完全与母材成分相同,通常是圆形截面,直径约3mm,焊接厚板时采用多焊道焊接。圆形填充棒的缺点是在多焊道过程中空气泡容易截留在焊缝中,造成强度降低,这个问题可以通过采用三角形截面焊棒解决。
热气焊过程中作为焊接热源载体的气体最常用的是压缩空气,因为它价格低廉,在很多情况下能获
收稿日期:2004-06-01。
1 汽车工业中塑料焊接方法
作者简介:张胜玉,男,1970年生,高级工程师,毕业于上海交通大学材料科学及工程(焊接)专业,工学学士。现在青岛澳柯玛集团国家级技术中心工作,主要从事塑料、复合材料的焊接及新型焊接方法的研究工作。已发表论文10余篇。
汽车工业所用的塑料焊接方法分为2大类,一
REUSINGTECHNOLOGYOFRECOVERYWASTEPP
YaoXiaoli
(ResearchInstituteofYangziPetrochemicalStockCo.,Ltd.,Nanjing,210048)
ABSTRACT
TheresearchdevelopmentfortherecoveryofwastePPwasreviewed,somemethodsincludingselectingbycate2gories,simplerecovery,degradation,compoundingandcombustionweresummarized.Thetechniqueandeconomicfeasi2bilityfortherecoveryofwastePPwereanalyzed.
Keywords:polypropylene;recoveryofwaste;selectingbycategories;degradation;greenchemicalengineering