塑料包装废弃物再生利用的新途径
【摘要】现代社会已离不开塑料,截堵不如疏导,只有将这些塑料包装的废弃物回收处理或再生利用,才能解决这些废弃物给周围环境带来的污染问题。因此当前世界各国都把塑料废弃物的处理方向积极转向再生资源和二次资源的开发利用。
塑料因其材质轻、强度高、方便价廉等优良特性,在包装材料领域得到了快速发展和广泛的应用,极大地方便了人们的生活。但由于对环境有严重污染,因此在使用和对塑料包装材料进行生态设计时,应充分考虑塑料包装材料的可降解性以及回收可能和回收途径,政府也应采取措施促进可降解塑料的研究开发,以推动循环经济的发展。
一、塑料包装废弃物回收的技术种类
现代社会已离不开塑料,截堵不如疏导,只有将这些塑料包装的废弃物回收处理或再生利用,才能解决这些废弃物给周围环境带来的污染问题。用性能价格比更好的材料,用更符合时代特征的技术与方法进行可降解塑料的开发,加大对塑料废弃物的回收再利用,才是解决“白色污染“的出路。
其实塑料的可回收利用率是很高的,再生塑料比再生纸的能耗要低30%。即使塑料使用到不能再生了,也可以处理为无害的液体,这一技术在国外使用很普遍,非常成熟。
在塑料回收再生的过程中,可将几种聚合物在相溶剂的作用下混合,使其结构和分子间力发生变化,使其合金化,此种方法可使再生材料兼有很多优良的性能。
在加工过程中有目的的加入某种有特性的主要再生材料,可达到预期的力学效果,如用25%的LLDPE与LDPE共混,经吹塑成地膜,厚度会比一般的地膜减少33%,其拉伸强度会增大45%以上,直角撕裂强度也会提高50%以上,这样可大大延长农用膜的使用寿命,减少使用量,降低成本。
塑料包装废弃物回收料的改性技术包括共混合金化技术、填充增强改性技术和交联改性技术等:
1、共混、合金化技术。该技术主要将一种塑料废弃物回收料与其它塑料共混或合金化,其技术关键在于提高共混物之间的相容性,改善由于各相之间不良的界面粘结力和应力传递而造成的较差力学性能。如HDPE奶瓶回收料中加入结晶温度略低于它的均聚PP和共聚PP进行共混,可提高共混物的冲击性能和降低粘度等。
2、化学改性。即通过化学交联、接枝嵌段等手段来改变材料的性能。通过接枝、共聚等方法在分子链中引入其它链节和功能基团,或是通过交联剂等进行交联,或是通过成核剂、发泡剂进行改性,使废旧塑料被赋予较高的抗冲击性能,优良的耐热性、抗老化性等,以便进行再生利用。
对塑料包装废弃物的化学改性,就是通过化学反应的手段(即化学交联、接枝嵌段等手段)对材料进行改性,使其在分子结构上发生变化,来改变材料的性能,从而获得更优良的特殊性能。
化学改性的方法很多,但其本质都是在旧的大分子链上或链间起到化学反应,依靠分子链或链端的反应性基团进行再次反应,在链上接上某种特性基团,接上一个特征支链,或在大分子链间反应基团进行反应,形成胶联结构,从而导致材料性能的改变。
3、胶联改性。有化学胶联和辐射胶联两种,化学胶联通常在材料的软化点之上使材料充分塑化,然后加入过氧化物类的胶联剂,使材料分子胶联;辐射胶联即应用辐射源的各种高能射线,将加有胶联剂的材料辐射胶联。
二、塑料包装新技术推动行业的进步
近年发展起一种兼顾化学与物理共同改性的新方法。它的工艺过程和特点是在特定的螺杆挤出机中使多种组分的材料,一边进行物理共混改性、一边进行化学接枝改性,而且在两者改性完毕后又进一步加强共混,然后在特定的温度下造粒或直接成型。这是一种集接枝、交联、共混为一体的综合体系,这种技术方式既可以缩短改进过程的时间和生产周期,生产连续化,又能得到更有效的改性效果。
需要说明的是,目前无机粉体改性塑料材料作为全新的环境友好材料已脱颖而出,成为能有效治理白色污染、且为生产者、消费者和监管者三方都接受的新型材料。
无机粉体改性塑料材料有其显著的经济性、功能性和环保性。无机粉体材料与合成树脂价格上的巨大差异使改性塑料的原材料成本显著下降,而且无机粉体的合理使用可以改善基体塑料某些方面的性能或被赋予新的功能。无机粉体,其填充的塑料使用后易于被环境消纳,少用合成树脂就是对石油资源的节约。
在废弃和回收方面,土壤中的水与二氧化碳对填埋的高分子材料几乎不起作用,但对塑料制品中的无机矿物粉末有迅速的侵蚀作用,生成物有一定的水溶性,脱离塑料制品后留下微孔,可以大大增加塑料制品的触氧面积,有利于制品的老化和崩解。而在塑料被填埋后,碳酸钙、白云石、滑石粉等无机矿物回归自然时不会给生态环境带来危害。
1、物理改性。通过混炼工艺制备复合材料和多元共聚物,通常包括进行活化、无机粒子的填充改性、废旧塑料的增韧改性、废旧塑料的纤维增强改性、回收塑料的合金化等过程,主要是在共混塑化的过程中强行加入各种活化后的无机填料、弹性体或增强纤维以增强塑料的力学特性、韧性或制成热塑性玻璃钢等。
物理改性借助混炼工艺,在塑料废弃物活化后加入一定量的无机填料,同时还应配以较好的表面活性剂,以增加填料与再生塑料材料之间的亲和性。但在加工过程中,填料表面与树脂表面易形成界面层,对再生材料性能影响很大,可对填料进行活化处理后再进行复合。
2、填充增强技术。该技术与新料的填充增强改性技术类似,包括添加无机粉体材料、木粉等进行填充改性、添加纤维进行增强改性,添加弹性体进行增韧改性等,可以制得具有与新料性能接近的复合材料。
如在PP回收料中加入橡胶回收料和云母等混合,可制得建筑用墙砖,由于混合物中含有许多易挥发组分,在加热成型中,这些挥发组分会使成型制品形成泡沫结构,使墙砖的密度小,质量轻,并且具有保温和隔音性能。
HDPE回收料(50%重量分)中,加入经预处理的橡胶回收料、玻璃纤维、无机填料等进行共混增强改性,或加入10%~40%新的、或回收的玻璃纤维增强改性可制得塑料枕木。它与木制枕木比较,具有防腐性能优异、寿命长、强度高和生产周期短的特点。
聚烯烃或PVC塑料回收料中,加入经用偶联剂处理过的木纤维增强填充处理后,可大幅度提高其制品的拉伸强度和冲击强度,用于制备塑料丝筒和容器等。
三、塑料包装材料的化学降解再生
化学降解再生的基本原理是将废旧塑料制品中原树脂高聚物进行较彻底的大分子链分解,使其回到低分子状态。有的组分就是其单体,其他组分是基本有机原料,以及不同聚合度的小分子、化合物、燃料等高价值的化工产品。
这种回收处理方式使自然资源的使用真正形成了一个封闭的循环圈,工艺可采取解聚、水解和醇解、热裂解、氢解和气化等方式,分解生成的化工原料在质量上与新的原料不分上下,可以与新料同等使用,达到了再资源化;具有相当大的处理潜力,能达到真正治理塑料所形成的白色污染。
其中,水解是一种既方便又经济的塑料回收手段;热裂解也属于比较有发展前景的技术,国内外对此都极为重视。热裂解按照其所得产物的不同可分为油化工艺、气化工艺及炭化工艺。
1、活化无机粒子的填充改性:在废旧热塑性塑料中加入活化无机粒子,既可降低塑料制品的成本,又可提高温度性能,但加入量必须适当,并用性能较好的表面活性剂处理。
2、废旧塑料的增韧改性:通常使用具有柔性链的弹性体或共混性热塑性弹性体进行增韧改性,如将聚合物与橡胶、热塑性塑料、热固性树脂等进行共混或共聚。近年又出现了采用刚性粒子增韧改性,主要包括刚性有机粒子和刚性无机粒子,常用的刚性有机粒子有聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等。
废旧塑料再生后往往抗冲击性能较差,原因是材料在使用中老化,大分子链有所降解,所以力学性能有所下降。增韧改性就是在旧塑料中加入弹性体或共混热塑弹性体(TPO、TPR、TPV),通过共混来提高再生塑料的韧性,如用橡胶增韧改性聚丙烯PP是一个最普通的例子。
3、增强改性:使用纤维进行增强改性是高分子复合材料领域中的开发热点,它可将通用型树脂改性成工程塑料和结构材料,回收的热塑性塑料用纤维增强改性后其强度和模量可以超过原来的树脂。
纤维增强改性具有较大发展前景,拓宽了再生利用废旧塑料的途径,这类的增强往往是用纤维来增强塑料的。若纤维增强的是热塑性塑料,称之为热塑性玻璃钢(FRTPC)。
对回收的包装废旧塑料也可以用纤维来增强,但塑料必须是热塑性的。增强后复合材料各方面性能将大大提高,强度、模量均会超过原废旧塑料的值,其耐热性、抗蠕变性、抗疲劳性均有提高,而制品成型收缩率却变小了。而且对于这种增强改性过的热塑性玻璃钢可反复加工成型,有很好的应用潜力。
4、回收塑料的合金化。两种或两种以上的聚合物在熔融状态下进行共混,形成的新材料即为聚合物合金,主要有单纯共混、接枝改性、增容、反应性增容、互穿网络聚合等方法。合金化是塑料工业中的热点,是改善聚合物性能的重要途径。
四、结语
塑料包装工业循环回收利用已影响到食品生产商与零售商塑料包装的可持续发展,在某些情况下,循环回收服务已使塑料废弃物成为可持续发展的材料。
遵循循环经济的理念,塑料包装废弃物的回收利用被认为是最有效治理环境污染,及有效利用资源、节约能源的好办法,因此当前世界各国都把塑料废弃物的处理方向积极转向再生资源和二次资源的开发利用。
正确对待塑料包装废弃物与环境问题,才能有效促进塑料废弃物资源化再利用的市场化进程。强制收集塑料包装废弃物,并资源化再利用是减轻环境污染、缓解资源矛盾的最佳途径。
