合成材料的回收利用途徑

1、 合成材料的回收利用途徑 高二（4）班 孟 想合成材料品種很多，合成樹脂（塑料）、合成纖維、合成橡膠就是通常所說的三大合成材料。有機(jī)合成材料的出現(xiàn)是對自然資源的一種補充,主要通過化學(xué)合成將小分子有機(jī)物如烯烴等合成大分子聚合物。有機(jī)合成材料不是純凈物，而是混合物；主要原因是有機(jī)物在發(fā)生聚合反應(yīng)時，一些分子鏈較長的分子往往會被拉斷，從而形成結(jié)構(gòu)相似、分子量不同的分子聚合在一起，即使是同種類型結(jié)構(gòu)，化學(xué)、物理性質(zhì)相似，也不能叫做純凈物。現(xiàn)代生活中的很多東西都是有機(jī)合成材料,比如很多眼鏡都是有機(jī)玻璃做的,汽車上的內(nèi)飾,輪胎,生活中的塑料制品,電磁爐上的底盤等。合成材料與天然相比具有許多優(yōu)良的性能，從日

2、常生活到現(xiàn)代工業(yè)和國防科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域，都離不開合成材料。有機(jī)合成材料的出現(xiàn)是材料發(fā)展史上的一次重大突破，從此，人類擺脫了只能依靠天然材料的歷史，在發(fā)展進(jìn)程中大大前進(jìn)了一步，新型有機(jī)合成材料必將為人類創(chuàng)造更加美好的未來。世界合成樹脂的產(chǎn)量已達(dá)2億噸 , 根據(jù)各種塑料不同的使用特性，通常將塑料分為通用塑料、工程塑料和特種塑料三種，通用塑料有五大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚合物（ABS）。我國每年的塑料年產(chǎn)量超過2500萬噸，居世界之首；廢舊塑料回收壓力巨大，年需回收1200萬噸以上；廢棄塑料的主要來源包括塑料薄膜、塑料絲及編織

3、品、泡沫塑料、塑料包裝箱及容器、各種日用塑料制品、各式各樣的塑料袋和農(nóng)用地膜等，大量消費后塑料的處理問題已成為當(dāng)今地球環(huán)境保護(hù)的熱點。普通的合成纖維主要是指傳統(tǒng)的六大綸纖維，即滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸纖維。與天然纖維相比，合成纖維的原料是由人工合成方法制得的，生產(chǎn)不受自然條件的限制；合成纖維除了具有化學(xué)纖維的一般優(yōu)越性能，如強度高、質(zhì)輕、易洗快干、彈性好、不怕霉蛀等外，不同品種的合成纖維各具有某些獨特性能。2011年，產(chǎn)業(yè)用紡織品纖維加工量達(dá)900萬噸，產(chǎn)業(yè)用紡織品纖維加工量占紡織品加工總量的比重將提高到25%；同時，廢舊纖維回收再利用占產(chǎn)業(yè)用紡織品纖維加工量的比例將達(dá)到20%以上；

4、非織造布纖維加工量達(dá)300萬噸。我國是世界上最大的橡膠消費國，約占世界橡膠年消費總量2700萬噸的三分之一，已連續(xù)7年居世界第一位：我國也是橡膠資源十分匱乏的國家，75以上的天然橡膠依賴進(jìn)口；我國還是世界上最大的廢舊橡膠生產(chǎn)國之一，廢橡膠制品污染問題不容忽視。廢橡膠的利用形勢將比較嚴(yán)峻。因此，正確處理和利用廢舊橡膠，是推進(jìn)我國橡膠工業(yè)科學(xué)發(fā)展的必然選擇。1. 廢舊塑料制品的回收利用途徑塑料的確給人們生活帶來了方便和實用，但是這種方便卻帶來長久的危害。廢棄塑料的主要來源包括塑料薄膜、塑料絲及編織品、泡沫塑料、塑料包裝箱及容器、各種日用塑料制品、各式各樣的塑料袋和農(nóng)用地膜等；另外，工程塑料在汽車及

5、電器商用領(lǐng)域應(yīng)用較廣，品種多而復(fù)雜。汽車用塑料年用量已達(dá)40萬噸，電子電器及家電配套用塑料年用量也達(dá)到100多萬噸。隨著這些產(chǎn)品逐漸進(jìn)入報廢期，成為廢棄塑料不易處理的一個重要源頭。據(jù)估計，國內(nèi)廢棄塑料年產(chǎn)生量若按塑料年消費量3200萬噸的25%估算約為800萬噸，再加上進(jìn)口的廢棄塑料400多萬噸，國內(nèi)廢棄塑料的年產(chǎn)生量約為1200 萬噸；這些廢棄塑料的存放、運輸、加工應(yīng)用以及后序處理如果管理不好，勢必給環(huán)境帶來壓力。1.1 衛(wèi)生填埋。廢舊塑料由于具有大分子結(jié)構(gòu)，故廢棄后長期不易分解腐爛，并且質(zhì)量輕、體積大，暴露在空間可隨風(fēng)飛動或在水中漂浮。因此，人們常利用丘陵凹地或自然凹陷坑池建設(shè)填埋場，對其

6、進(jìn)行衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋法具有建設(shè)投資少、運行費用低和回收沼氣等優(yōu)點，已成為現(xiàn)在世界各國廣泛采用的廢塑料最終處理方法。一般來說，填埋場均鋪設(shè)防滲層，并用機(jī)械壓實壓平，上面覆蓋土層，進(jìn)行綠化，植草、建公園或自然景觀，供人們休息游玩。但填埋處理同時也存在著嚴(yán)重弊端:塑料廢棄物由于密度小、體積大，因此占用空間面積較大，增加了土地資源壓力；塑料廢棄物難以降解，填埋后將成為永久垃圾，嚴(yán)重妨礙水的滲透和地下水流通;塑料中的添加劑如增塑劑或色料溶出還會造成二次污染。同時該法填埋了大量可利用的廢塑料，這與可持續(xù)利用背道而馳。1.2焚燒處置。焚燒回收熱能是廢舊塑料處理的另一主要方法。將廢舊塑料進(jìn)行焚燒的處理方法具

7、有處理數(shù)量大、成本低、效率高等優(yōu)點，焚燒方式主要有3種： l)使用專用焚燒爐焚燒廢舊塑料回收利用熱能，所用的焚燒爐有流動床式燃燒爐、浮游式燃燒爐、轉(zhuǎn)爐式燃燒爐等； 2)廢塑料作為補充燃料與生產(chǎn)蒸汽的其他燃料摻混使用，這是一項可行而又比較先進(jìn)的能量回收技術(shù)，例如熱電廠即可使用廢塑料作為補充燃料；3)通過氫化作用或無氧分解，使廢塑料轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w或其他形式的可燃物，再通過它們的燃燒回收熱能。目前，利用焚燒廢塑料回收的熱能約占塑料回收總量的38%，將回收的熱能用于火力發(fā)電，發(fā)電量占火力發(fā)電總電量的6%左右。廢塑料焚燒的主要產(chǎn)物是二氧化碳和水，但隨著塑料品種、焚燒條件的變化，也會產(chǎn)生多環(huán)芳香烴化合物、

8、一氧化碳等有害物質(zhì)，鎘、鉛等重金屬化合物，這些化合物會隨煙塵、焚燒殘渣一起排放，污染環(huán)境。因此，必須安排氣體的處理設(shè)施以防止污染，否則這些物質(zhì)若直接進(jìn)入大氣會破壞臭氧層，形成溫室效應(yīng)、酸雨，危及人類身體健康。1.3 分類回收。作為塑料回收，最重要的是進(jìn)行分類。常見的塑料有聚苯乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯等，這些塑料的差別一般人很難分辨?，F(xiàn)在的塑料分類工作大都由人工完成。最近機(jī)器分類有了新的研究進(jìn)展，德國一家化學(xué)科技協(xié)會發(fā)明以紅外線來辨認(rèn)類別，既迅速又準(zhǔn)確，只是分揀成本較高。分類回收塑料可二次回用或作為化工原料。1.4 直接利用。廢舊塑料的直接利用

9、系指不需進(jìn)行各類改性，將廢舊塑料經(jīng)過清洗、破碎、塑化，直接加工成型，或與其它物質(zhì)經(jīng)簡單加工制成有用制品。國內(nèi)外均對該技術(shù)進(jìn)行了大量研究，且制品已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、建筑業(yè)、工業(yè)和日用品等領(lǐng)域。例如，將廢硬聚氨泡沫精細(xì)磨碎后加到手工調(diào)制的清潔糊中，可制成磨蝕劑；將廢熱固性塑料粉碎、研磨為細(xì)料，再以30%的比例作為填充料摻混到新樹脂中，則所得制品的物化性能無顯著變化；可用作包裝的緩沖中間填科和地毯襯里料；粗糙、磨細(xì)的皮塑料用聚氨脂粘合劑粘合，可連續(xù)加工成為板材。1.5 熔融再生。熔融再生是將廢舊塑料重新加熱塑化而加以利用的方法。從廢舊塑料的來源分，此法又可分為兩類一是由樹脂廠，加工廠的邊角料回收

10、的清潔廢塑料的回收；二是經(jīng)過使用后混雜在一起的各種塑料制品的回收再生。前者稱單純再生，可制得性能較好的塑料制品；后者稱復(fù)合再生，一般只能制備性能要求相對較差的塑料制品，且回收再生過程較為復(fù)雜。2種或2種以上的聚合物在熔融狀態(tài)下進(jìn)行共混，形成的新材料即為聚合物合金，主要有單純共混、接枝改性、增容、反應(yīng)性增容、互穿網(wǎng)絡(luò)聚合等方法。回收塑料的合金化是塑料工業(yè)中的熱點，是改善聚合物性能的重要途徑。1.6 物理改性再生。廢舊塑料直接再生利用的主要優(yōu)點是工藝簡單、再生品的成本低廉，其缺點是再生料制品力學(xué)性能下降較大，不宜制作高檔次的制品。為了改善廢舊塑料再生料的基本力學(xué)性能，滿足專用制品的質(zhì)量需求，研究人

11、員采取了各種改性方法對廢舊塑料進(jìn)行改性，以達(dá)到或超過原塑料制品的性能。采用物理方法對廢舊塑料進(jìn)行改性主要包括：l)活化無機(jī)粒子的填充改性；在廢舊熱塑性塑料中加入活化無機(jī)粒子，既可降低塑料制品的成本，又可提高溫度性能，但加入量必須適當(dāng)，并用性能較好的表面活性劑處理。2)廢舊塑料的增韌改性；通常使用具有柔性鏈的彈性體或共混性熱塑性彈性體進(jìn)行增韌改性，如將聚合物與橡膠、熱塑性塑料、熱固性樹脂等進(jìn)行共混或共聚；近年又出現(xiàn)了采用剛性粒子增韌改性，常用的剛性有機(jī)粒子有聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等。3)增強改性:使用纖維進(jìn)行增強改性是高分子復(fù)合材料領(lǐng)域中的開發(fā)熱點，它可將通用型樹脂改性成

12、工程塑料和結(jié)構(gòu)材料?；厥盏臒崴苄运芰?如PP、PVC、PE等)用纖維增強改性后其強度和模量可以超過原來的樹脂；纖維增強改性具有較大發(fā)展前景，拓寬了再生利用廢舊塑料的途徑。1.7 化學(xué)改性再生?；瘜W(xué)改性指通過接枝、共聚等方法在分子鏈中引人其它鏈節(jié)和功能基團(tuán)，或是通過交聯(lián)劑等進(jìn)行交聯(lián)，或是通過成核劑、發(fā)泡劑進(jìn)行改性，使廢舊塑料被賦予較高的抗沖擊性能，優(yōu)良的耐熱性，抗老化性等，以便進(jìn)行再生利用。目前國內(nèi)在這方面已開展了較多的研究工作，用化學(xué)改性的方法把廢舊塑料轉(zhuǎn)化成高附加值的其他有用的材料，已成為當(dāng)前廢舊塑料回收技術(shù)研究的熱門領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出了越來越多的成果。1.8 熱裂解分解。熱裂解分解技術(shù)是將廢舊

13、塑料制品中原樹脂高聚物進(jìn)行較徹底的大分子鏈分解，使其回到低摩爾質(zhì)量狀態(tài)，而獲得使用價值高的產(chǎn)品（燃料油或燃料氣）。該技術(shù)是對廢舊塑料的較徹底的回收利用技術(shù)。不同品種塑料的熱分解機(jī)理和熱分解產(chǎn)物各不相同，PE、PP的熱分解以無規(guī)則斷鏈形式為主，熱分解產(chǎn)物中幾乎無相應(yīng)的單體；PVC的熱分解先是脫除氯化氫，再在更高溫度下發(fā)生斷鏈，形成烴類化合物。廢塑料熱分解工藝可分為高溫分解和催化低溫分解，前者一般在600-900的高溫下進(jìn)行，后者在低于450甚至在300的較低溫度下進(jìn)行，兩者的分解產(chǎn)物不同。廢塑料熱分解使用的反應(yīng)器有:塔式、爐式、槽式、管式爐、流化床和擠出機(jī)等。高溫裂解回收原料油的方法，由于需要在

14、高溫下進(jìn)行反應(yīng)，設(shè)備投資較大，回收成本高，并且在反應(yīng)過程中有結(jié)焦現(xiàn)象，因此限制了它的應(yīng)用。而催化低溫分解由于在相對較低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，因此研究較為活躍，并取得了一定的進(jìn)展。1.9 化學(xué)分解?；瘜W(xué)分解是指廢棄塑料的水解或醇解(乙醇解、甲醇解及乙二醇解等)過程通過分解反應(yīng)，可使塑料變成其單體或低分子質(zhì)量物質(zhì)，重新成為高分子合成的原料。化學(xué)分解產(chǎn)物均勻，易控制不需進(jìn)行分離和純化，生產(chǎn)設(shè)備投資少。但由于化學(xué)分解技術(shù)對廢舊塑料預(yù)處理的清潔度、品種均勻性和分解時所用試劑有較高要求，因而不適合處理混雜型廢舊塑料。目前化學(xué)分解主要用于聚氨醋、熱塑性聚脂、聚酞胺等極性類廢舊塑料。1.10塑料降解。降解塑料是塑

15、料家族中帶降解功能的一類新材料，它在用前或使用過程中，與同類普通塑料具有相當(dāng)或相近的應(yīng)用性能和衛(wèi)生性能，而在完成其使用功能后，能在自然環(huán)境條件下較快地降解成為易于被環(huán)境消納的碎片或碎末，并隨時間的推移進(jìn)一步降解成為二氧化碳和水，最終回歸自然。目前可降解塑料主要有光降解塑料、生物降解塑料和同時具有可控光降解與生物降解雙重降解功能的塑料。2. 廢舊合成纖維的回收利用途徑為了滿足紡織工業(yè)生產(chǎn)所需原料，同時減少環(huán)境污染，國內(nèi)外紡織界同仁都在不斷地利用廢舊紡織原料再生和開發(fā)新的原料資源?；厥詹粌H減少了對天然資源-棉花、毛等纖維的消耗，更重要的是對不可再生資源-石油的消耗，減少了對污染物的處置。目前，可供

16、回收利用、制造再生纖維的原料包括合成高分子廢料，主要是合成纖維生產(chǎn)加工過程中的下腳料、邊角料、廢紗廢絲、碎料布片，日常生活中的廢舊衣物和其他廢棄紡織品，以及其他塑料廢棄料如聚酰胺、聚酯、聚丙烯等。 2.1 聚酯的回收利用。聚酯系列制品的應(yīng)用愈來愈廣泛，遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)和每個家庭。產(chǎn)品包括服裝、玩具、錄音錄像帶、器皿、飲料瓶、汽車的零部件等。聚酯的廢棄物到處可見，已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。再生聚酯短纖維價格低（是常規(guī)聚酯短纖維的75%80%）、用途廣、品質(zhì)指標(biāo)接近或達(dá)到常規(guī)滌綸短纖維標(biāo)準(zhǔn)，所以被廣泛應(yīng)用在非織造布和產(chǎn)業(yè)用紡織品上，在國內(nèi)外市場上供不應(yīng)求，其發(fā)展?jié)摿艽?。再生聚酯短纖維原料來源廣泛、成本

17、低。聚酯瓶（PET）就是再生聚酯短纖維生產(chǎn)的一種主要原料，聚酯瓶經(jīng)過一系列加工處理即可用來紡絲、制成非織造布和產(chǎn)業(yè)用紡織品原料。2.2 尼龍的回收利用。尼龍是聚酰胺類高分子材料的俗稱，其品種繁多，有脂肪族尼龍、芳香族尼龍等，其中以尼龍6和尼龍66應(yīng)用最多，產(chǎn)量最大。尼龍66絕大部分應(yīng)用于化纖工業(yè)，尼龍6則有70%應(yīng)用于纖維工業(yè)，30%應(yīng)用于工程塑料?；厥漳猃埖淖畲髞碓词菑U舊地毯，其次是汽車中使用的尼龍工程塑料、安全氣囊和輪胎簾子線等，這些制品使用量大，且便于集中回收，組分相對簡單，容易進(jìn)行分類分離處理，從而降低回收成本，提高回收效益。廢舊尼龍的回收包括機(jī)械回收和化學(xué)回收。機(jī)械回收指經(jīng)過適當(dāng)分離

18、破碎以后回收的尼龍纖維可以作為混凝土結(jié)構(gòu)材料和土壤加固材料，甚至可以直接把廢塑料和廢玻璃混在一起壓成磚塊，與普通黏土磚塊相比表現(xiàn)出很好的壓縮強度；從工程塑料回收下來的尼龍根據(jù)需要與新樹脂混合，如聚酯、玻纖、無機(jī)物等，可作為汽車部件和其他工程塑料使用?；瘜W(xué)回收即優(yōu)化工藝參數(shù)，使尼龍在催化劑的作用下，發(fā)生解聚反應(yīng)，得到尼龍6或尼龍66單體，通過重新聚合獲得潔凈的尼龍材料；除了將尼龍解聚為單體完成回收之外，也可以通過裂解方式轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂嫌图右岳?。日本開發(fā)了一套新的反應(yīng)器系統(tǒng)，通入蒸氣進(jìn)行廢塑料熱裂解，結(jié)果表明，包含聚酰胺(PA6和PA66)在內(nèi)的8種主要塑料均能被高效率地?zé)峤獬蓡误w或燃料油加以回收利

19、用。 2.3 聚丙烯的回收利用。成纖聚丙烯(PP)是生產(chǎn)丙綸纖維的原料，由于PP原料應(yīng)用廣泛，如無紡布購物袋、用即棄衛(wèi)生用品、地毯等，所以一直供應(yīng)緊張。廢PP可以使用螺桿擠壓機(jī)進(jìn)行造粒，然后再紡絲?；厥誔P再造粒時要過反復(fù)加熱和熔融, PP的化學(xué)和物理性質(zhì)都會發(fā)生變化，再造粒的添加劑、擠壓條件以及廢料中的灰分也會對成品絲的性質(zhì)造成很大的影響，若性能太差可能導(dǎo)致無法紡絲。在回收PP時，首先應(yīng)考慮材料的均勻性、純度、相對分子質(zhì)量分布以及熔融體的性質(zhì)。試驗表明，微量添加劑的含量也是保證回收成功的重要因素。將再生P P 用于紡絲生產(chǎn)織物時，對于原料有很高的要求，否則紡絲困難。由于地毯用量的增加，以及其

20、他復(fù)合材料的使用，使得回收PP成纖聚合物的工作越來越困難。因此PP的回收利用成本相對較高。聚丙烯也可通過熱裂解或催化熱裂解進(jìn)行化學(xué)回收，通過裂解可得到丙烯單體，再經(jīng)聚合實現(xiàn)材料的無限次循環(huán)利用，同時對環(huán)境無污染，但該方法技術(shù)要求高，成本亦較高。 2.4 其他纖維的回收利用。 廢棄纖維如果成分復(fù)雜，難以分離，還可有以下用途。將不同質(zhì)量的纖維包（ 一個產(chǎn)品通常為23種纖維成分），連同低熔點纖維一并喂入開包機(jī)。纖維從開包機(jī)被吹送入混棉箱，以將不同成分的纖維均勻混合。成網(wǎng)機(jī)將混合的纖維制成均勻的棉網(wǎng)，形成不同纖維三維均勻分布的纖維網(wǎng)或棉網(wǎng)， 棉網(wǎng)的厚度范圍為10mm350mm。松散的纖維網(wǎng)被連續(xù)喂入生

21、產(chǎn)線的核心設(shè)備-帶有強制穿透熱風(fēng)系統(tǒng)的雙導(dǎo)帶熱風(fēng)烘燥機(jī)，其加熱方式通常為天然氣直接加熱，或通過蒸汽或熱油管道的熱交換器加熱，實現(xiàn)熱粘合。該熱粘合無紡布具有良好的隔熱/隔音性能、低成本、重量輕、經(jīng)濟(jì)又環(huán)保、加工工藝簡單等特點，可應(yīng)用于各行各業(yè)，如：家用紡織品中的地毯背墊、家具墊料、褥墊保護(hù)層；汽車隔熱材料；汽車隔音材料中的空氣進(jìn)口、隔壁單元、傳動信道、閥帽內(nèi)里、內(nèi)外圈沖閥；工業(yè)用去污擦拭巾；保護(hù)性的包裝材料；建筑材料中的隔熱材料、隔音材料等。 3.廢舊合成橡膠的回收利用途徑合成橡膠與天然橡膠制品廣泛應(yīng)用于工業(yè)或生活各方面，如輪胎、膠條和、高壓絕緣材料、工業(yè)橡膠制品、傳動帶、膠管、墊圈和避孕套等。廢橡膠是僅次于廢塑料的一種高分子污染物，廢橡膠制品主要