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废旧PET/PC 塑料回收与化学再生利用现状

摘要: 随着人口数量的不断增长、社会经济的发展和人民生活水平的迅速提高, “白色污染物”的排放量势必猛增, 污染日益严重。一些专家已把“白色污染”列为继水污染、大气污染后的第三大社会公害污染。目前针对PET/PC 塑料的回收主要有物理回收和化学回收两种方法。其中化学回收是指在热和化学试剂的作用下高分子发生降解反应, 形成了低分子量的产物, 产物可进一步利用, 如单体可再聚合, 油品可进行深加工等。解聚法是化学回收的主要方法, 解聚方法主要有水解法、甲醇解聚法、乙二醇解聚法和超临界解聚法等。

关键词: 白色污染; PET/PC; 化学回收; 化学解聚法

作者简介: 刘红阳( 1975- ) , 男, 工程师, 硕士, 主要从事橡塑配方设计领域的研发工作。

1 建设意义

1.1 变“白色污染”为“白色资源”

所谓“白色污染”, 是人们对塑料垃圾污染环境的一种形象称谓, 它主要是由聚苯乙烯( PS) 、聚烯烃塑料( PE、PP) 、聚氯乙烯( PVC) 、聚对苯二甲酸乙二醇酯( PET) 、聚碳酸酯( PC) 等高分子化合物加工而成的各类生活用品。随着人口数量的不断增长、社会经济的发展和人民生活水平的迅速提高, “白色污染物”的排放量势必猛增, 污染日益严重, 一些专家已把“白色污染”列为继水污染、大气污染后的第三大社会公害污染[1]。

为治理“白色污染”, 各国政府相继颁布了有关的实施办法并成立了相应的监管机构。以日本为例, 日本早在1971 年就设立了塑料处理促进协会, 来促进“白色污染”的治理工作。1991 年日本政府又制定了“再生资源利用促进法”, 对所有涉及“白色污染物”制品生产的行业进行限制。我国相关部门也出台了一些政策, 如国家环保局1997 年发布的《“白色污染”的现状及防止对策研究》。

从根本上减少“白色污染”的最有效途径是禁止生产使用不可降解的一次性塑料制品, 然而价格和实用性不强, 制约了这一过程的转化。因此,解决“白色污染”的最好办法就是将它们很好地回收循环利用。“白色污染”通过回收循环利用过程,延长了资源的利用周期, 既节约了生产的原料、减少对环境的污染, 又有助于社会经济可持续发展。因此, 回收循环利用是“白色污染”变成“白色资源”的最重要的途径。

1.2 循环经济发展新方向

21 世纪, 人类将进入知识经济、循环经济时代。世界各国正把“发展循环经济”和随着塑料化工原料价格随着经济的发展的不断上涨“建立循环型社会”作为实现可持续发展的重要途径。所谓循环经济, 是一种建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式, 它要求把经济活动按照自然生态系统的模式组织成一个“资源———产品———再生资源”的物质反复循环流动的过程, 使得整个经济系统及生产、消费过程中基本上不产生或很少产生废弃物, 它要求以废旧物资“减量化、无害化、资源化、再使用4、从3D打印护发产品标准线条的生产斟酌、再循环”为社会经济活动的行为准则。

随着可持续发展理论的深入发展, 为实现塑料与环境的相互协调, 发达国家政府开始对包含废塑料在内的垃圾资源回收利用体系和相关产业的建设给予了高度重视, 已形成相当规模和相对完善的产业体系, 称之为“3R”产业, 即Reduction( 减少利用) 、Recycle ( 回收循环) 、Reuse ( 重复使用) 。

我国幅员广阔, 人口众多, 国民经济正处在高速发展时期。1999 年, 我国的塑料产量为842 万t,当年的表观消费量达到1 370 万t, 已成为世界塑料的消费大国之一。据估计, 我国塑料制品的回收率不到10%, 因此在塑料制品消费后产生的问题相当尖锐。国外的经验告诫我们, 解决塑料与环境的可持续发展问题, 不单是生产问题, 也不只是技术问题, 而是个综合性的社会问题。发展循环经济, 就需要国家制定法规、企业加大投入、全民自觉行动, 才能有效地节约资源、保护环境。

2 市场分析

2.1 循环经济时代的政策环境

发达国家在发展尖端科学高新技术的同时,越来越重视废旧塑料资料的利用和开发, 各国政府相继立法, 成立专门机构, 对废旧塑料回收利用实行鼓励政策。例如, 日本在1996 年6 月制定了“容器包装分别收集及再资源化法”( 容器包装回收法) , 规定1997 年4 月黄鳝养殖开始强制实行PET 瓶的回收, 2000 年4 月开始强制实行PET 以外的塑料容器包装的回收。

美国是世界塑料生产大国。到2000 年, 美国年生产塑料超过3 400 万t, 废旧塑料超过1 600万t。20 世纪末, 美国本土废旧塑料的回收率达35%以上, 美国各州为解决塑料废弃物问题, 相继进行了地方立法, 以强硬措施来解决“白色污染”问题。

意大利是欧洲目前回收利用废旧塑料工作做得较好的国家。意大利的废旧塑料约占城市固体废弃物的4%, 其回收率达28%。

在我国, 2003 年我国规模以上工业企业塑料制品产量达到1 700 万t, 如果算上小型企业, 保守估计超过2 500 万t。若按塑料制品中有20%为可回收塑料计算, 则我国可回收塑料废弃物每年约为400 万t～500 万t。我国《再生资源回收利用“十五”规划》中提出, 到2005 年国内回收废旧塑料要达到500 万t～600 万t。然而2003 年我国回收的废旧塑料却只有200 万t 左右。目前, 国内塑料制品生产企业对废旧再生塑料的需求缺口很大, 国内废旧塑料回收的市场空间很大, 尤其是近年来塑料原材料价格飞涨, 使市场对再生料的需求进一步走强。

2.2 废旧PET/PC 塑料再生利用方法

近20 年来, 随着我国经济高速发展, 人们包装理念发生了巨大的变化, 其中塑料包装材料发展得最快, 在塑料包装材料中聚酯饮料瓶的发展迅猛, 倍受人们青睐。

聚酯瓶的主要成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯( 简称PET) 。聚酯瓶具有无嗅、无味、无毒、质量轻、强度大、气密性好、透明度高等特点, 所以在食品包装中得到了广泛的发展, 尤其是碳酸饮料、矿泉水、食用油等产品包装几乎都是聚酯瓶。

光盘作为计算机信息的存储介质, 广泛用于IT 行业。据不完全统计, 2000 年我国光盘的年消费量约为16 万t, 且每年以24%的增长速度增长。一般的光盘基体为聚碳酸酯( 简称PC) , 外加一层铝或合金薄膜制成。

目前针对废旧聚酯瓶和废旧光盘的回收方法

主要有两类: 物理回收法和化学回收法。

( 1) 物理回收法

物理回收是通过切断、粉碎、加热熔化等工序对废旧塑料进行再加工的循环利用技术。物理回收技术虽然节省投资、处理成本低廉, 但各种再生塑料的性能比新材料大为降低, 且含有大量杂质,一般只能降级使用, 不宜于制造食品包装材料, 且回收重复总有一定次数, 最终还得寻求其它办法进行处理。

$分页符$ ( 2家居地漏) 化学回收法

化学回收是指在热和化学试剂的作用下高分子发生降解反应, 形成了低分子量的产物, 产物可进一步利用, 如单体可再聚合, 油品可进行深加工。目制定了 GB8624⑵006《建筑材料燃烧性能分级方法》新标准前化学回收法包括解聚法、热裂解法和气化法。热裂解是指塑料在无氧条件高温进行裂解, 是目前研究较多并已用于生产的化学深加工技术。气化是化学深加工的另一种化学降解技术, 是将废聚合材料在高温裂解成CO、CO2 和H2, 作为有机合成材料, 可用于合成甲醇、尿素等工业产品。解聚是将高分子材料降解成单体或化学原料。解聚的途径又分为水解法、醇解法、酸解法、碱解法,根据不同的方法可以得到不同的分解产物。

近年来, 超临界甲醇解聚PET/PC 的研究工作取得了重大突破。如日本学者佐古猛采用超临界甲醇在270～350 ℃、大于8.0 MPa 的反应条件下解聚废PET, 甲醇与PET 的用量比为4: 1, 反应进行30 min 后PET 几乎完全解聚, 反应结波谱仪束后解聚产物在结晶槽中冷却, DMT 结晶析出, 离心分离, 过滤得产品DMT, 收率接近100%。超临界甲醇解聚工艺, 与传统的低、中压甲醇解聚工艺相比, 反应时间大大缩短, 单程的转化率高, 产品选择性好,几乎不含低聚物, 且反应不需添加催化剂, 产品精制较容易, 解决设备操作和工艺连续化问题后有可能商业化运作。

2.3 化学解聚法回收产品的市场分析

2.3.1 双酚A(BPA) 的市场分析

世界双酚A 主要用于生产聚碳酸酯和环氧树脂。美国双酚A 的消费结构为: 聚碳酸酯占67.56%、环氧树脂25.57%、其它7.87%; 欧洲消费结构为: 聚碳酸酯70%、环氧树脂24.7%、其它5.3%; 日本聚碳酸酯占75.95%、环氧树脂19.24%、其它4.81%。尽管世界各地双酚A 消费结构不尽相同, 但用于聚碳酸酯和环氧树脂占总消费量的90%以上, 而且消费于聚碳酸酯的双酚A 所占比例将越来越大。

聚碳酸酯是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂, 在工程塑料中用量仅次于聚酰胺。广泛应用于汽车、电子电气、建筑、医疗卫生、包装、光盘、办公室自动化等领域, 成为目前增长速度最快的通用工程塑料。据统计2000 年全球新增聚碳酸酯生产能力达510 kt/a 以上, 其中主要集中在亚洲地区, 占63%左右。德国Bayer 公司决定在泰国兴建80 kt/a 的聚碳酸酯装置; Bayer 公司计划在上海成立拜耳氯碱合资企业, 兴建100 kt/a 的聚碳酸酯装置; 中国台湾南亚公司90 kt/a 和新加坡三井公司70 kt/a 装置于1999 年三季度投产; 韩国锦湖石油公司、LG 化学/DOW 化学公司分别计划在韩国建设30 kt/a 和130 kt/a 的聚碳酸酯装置; 旭化成和中国台湾奇美计划在中国台湾建设50 kt/a 聚碳酸酯新装置; 1999 年GE 塑料公司在西班牙新增加了140 kt/a 的聚碳酸酯装置, DOW 化学

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