摘要
本文簡單介紹了廢舊塑料的回收，全部為回收HDPE的大囗徑埋地管材改性專用料及增剛增韌母料的研制和生產(chǎn)。有關(guān)技術(shù)水準(zhǔn)達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，希望能為相關(guān)企業(yè)和專業(yè)人士提供一些參考。
筒述
1、回收塑料的來源
大量使用塑料制品已成為現(xiàn)代文明社會人們?nèi)粘９ぷ魃钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。我們每天在生產(chǎn)大量新的塑料產(chǎn)品的同時，大量廢舊塑料也在人們工作生活中不斷產(chǎn)生。目前，我國廢棄塑料主要為塑料薄膜、塑料絲及編織品、泡沫塑料、塑料包裝箱及容器、日用塑料制品、塑料袋和農(nóng)用地膜等。
據(jù)了解，2010年國內(nèi)廢舊塑料的回收超過1000萬噸，2014年我國國內(nèi)塑料制品產(chǎn)量為7387.78萬噸，國內(nèi)使用量為6785.37萬噸，國內(nèi)塑料回收量為2000萬噸左右。
據(jù)環(huán)球網(wǎng)消息，目前各地對廢舊塑料的回收率極低，70億噸廢舊塑料中回收僅占一成，大約每秒鐘有3400個塑料瓶被丟棄，每年塑料廢棄量大概在2.6-3億噸，其中每年有800萬噸流入海洋。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，僅 2015年，生產(chǎn)的塑料制品就超過 3億噸，2016年使用的塑料量達(dá)到5億噸，預(yù)計塑料消耗量將以每年8%的速度增長，2030年塑料的年消耗量將達(dá)到7億多噸。這么多的塑料一旦廢棄，它的存放、運輸、加工、應(yīng)用及后處理若不得當(dāng)，勢必會破壞環(huán)境，危害人們的健康。同時，它作為一種再生資源，也是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。
2、回收廢舊塑料的意義
對回收再生資源加以利用，這是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然選擇，其戰(zhàn)略目標(biāo)是建立環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)和資源節(jié)約型社會。循環(huán)經(jīng)濟(jì)從概念的提出、理論的建立到實踐的發(fā)展，都是在探索人與環(huán)境、資源的可持續(xù)發(fā)展之路，也就是要建立起一種環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的經(jīng)濟(jì)和倡導(dǎo)一個環(huán)境友好、資源節(jié)約的社會;并且，將這一目標(biāo)的實現(xiàn)貫徹到現(xiàn)代社會生產(chǎn)、生活的各個方面和各個環(huán)節(jié)。
塑料回收利用是國家解決資源短缺的一個重大戰(zhàn)略問題。我國石油資源消費缺口很大，塑料原料大量依賴進(jìn)口的狀況沒有得到根本性改變，回收再生塑料便成為解決原料緊缺的捷徑之一，而且來源廣泛、成本低廉。目前，在每年回收利用國內(nèi)再生塑料600萬噸基礎(chǔ)上，我國通過進(jìn)口消化廢塑料約500萬噸，成為廢塑料進(jìn)口量大的國家。
塑料回收再生利用不利于地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長，特別是為解決農(nóng)村富余勞動力提供了重要途徑，為城鄉(xiāng)居民增加收入和就業(yè)提供比較理想的渠道，而且為國家實現(xiàn)資源循環(huán)利用、環(huán)境保護(hù)事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，成為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展不可忽視的環(huán)保產(chǎn)業(yè)之一。
經(jīng)過近幾年的迅猛發(fā)展，塑料回收再生行業(yè)一些表觀特征發(fā)生了變化：回收再生塑料在原料市場地位和作用日益凸顯，市場競爭優(yōu)勢明顯。原料價格持續(xù)保持高位，是回收再生料行業(yè)強勁發(fā)展的動力所在。例如，我國每年新增的各種廢舊塑料在300萬噸以上，如將其回收再利用，就可創(chuàng)利潤15億元以上。
3、廢舊塑料回收技術(shù)的新成果簡介
廢棄塑料的回收再生包括三個步驟：收集、分離、再生利用。其中對廢棄塑料的有效分離是實現(xiàn)高質(zhì)量再生利用的關(guān)鍵。目前對廢棄塑料進(jìn)行簡單的回收處理已得到了廣泛應(yīng)用：如工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料(下腳料、邊角料、廢品等)，由于比較干凈且品種單一，因而易于重新利用;一些利于人工分揀的塑料(如廢家電中的塑料外殼、飲料瓶等混合物)可先采用人工分類的方法進(jìn)行分類，然后進(jìn)行回收處理。但一些難于處理的金屬-塑料復(fù)合材料(如鋁塑復(fù)合藥膏管、鋁塑藥板等)尚未得到有效利用。
浙江某粉碎設(shè)備有限公司多年來致力于特種粉碎設(shè)備的研究，在國內(nèi)外已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，目前已初步開發(fā)成功處理500Kg/h的廢鋁塑復(fù)合材料的專用粉碎技術(shù)以及處理200Kg/h的高壓靜電分選技術(shù)，已制成分段樣機，目前正準(zhǔn)備進(jìn)入中試。本技術(shù)采用機械粉碎解離、靜電分選的方法處理廢鋁塑復(fù)合材料，其主要工藝流程如下：
廢鋁塑復(fù)合材料→ 切片→ 粉碎解離→ 高壓靜電分選→ 塑料造?！?成品
其加工特點是：
(1)粉碎：該技術(shù)通過粉碎將原先附著在塑料表層上的鋁變成分離狀態(tài)，成為鋁跟塑料的混合粉。其主要工作原理如下：物料通過高速旋轉(zhuǎn)的多層組合式渦輪轉(zhuǎn)子件與定子，對顆粒料進(jìn)行反復(fù)沖擊、摩擦和剪切，使其粉碎，并將鋁和塑料解離;該技術(shù)通過配置內(nèi)置分級棒、回流裝置，將沒有得到解離的粉料自動送回機內(nèi)繼續(xù)粉碎，直到符合要求為止;解離好的物料通過出料口排出。
(2)廢鋁塑復(fù)合材料回收處理專用的高壓靜電分選技術(shù)
利用鋁與塑料導(dǎo)電性的差異，混合粉通過高壓靜電分選技術(shù)進(jìn)行鋁與塑料的各自分離。其工作原理如下：粉料通過旋轉(zhuǎn)的滾筒和高壓電暈極產(chǎn)生的電暈電場時，由于空間有電荷，鋁獲得電荷立即經(jīng)接地的滾筒傳走，并在滾筒產(chǎn)生的離心力和重力分力的作用下，在滾筒前方落下，然后通過輸送攪攏送出而被收集;塑料由于所獲電荷不能傳走而吸附于滾筒表面，隨后被帶到后方，被毛刷刷下后通過輸送攪攏送出并收集;中間部分物料屬分離不完全的不合格品，通過輸送攪攏送出后，被斗式提升機送至進(jìn)料斗，隨后繼續(xù)分離。
廢鋁塑復(fù)合材料回收處理專用的高壓靜電分選技術(shù)的工作原理示意圖
本技術(shù)的創(chuàng)新點在于，采用先進(jìn)的物理法回收工藝：廢鋁塑復(fù)合材料→切片→粉碎解離→高壓靜電分離→塑料造粒，采用循環(huán)分離鋁與塑料的工藝流程設(shè)計，整套工藝配置屬國內(nèi)空白。本項技術(shù)回收效果可使回收鋁的純度達(dá)97%、鋁的回收率達(dá)98%?；厥账芰系募兌冗_(dá)95%。需要指出的是，經(jīng)適當(dāng)調(diào)整，本項技術(shù)還可粉碎分離多層共擠復(fù)合全塑廢料。
改性HDPE回收料生產(chǎn)大口徑埋地管材
1、簡敘
在現(xiàn)代社會中，管道輸送是保障社會正常生產(chǎn)、生活，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮的基礎(chǔ)設(shè)施之一。由于塑料管道比傳統(tǒng)管材如鑄鐵管、鋼管、水泥管，在應(yīng)用上有著更大的優(yōu)勢，因而在我國得到高速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的塑料管材的產(chǎn)量從1990年的不足20萬噸增長到2000年近80萬噸，在上世紀(jì)的后十年內(nèi)增長高達(dá)300%。進(jìn)入新世紀(jì)后繼續(xù)高速增長，2004年我國塑料管的總產(chǎn)量近170萬噸。中國管道行業(yè)團(tuán)體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，去年中國塑料管產(chǎn)量攀升至1210萬噸 。其中，隨著塑料埋地管材的推廣應(yīng)用，以大口徑雙壁波紋管、纏繞管成為大口徑塑料埋地管材排水系統(tǒng)的主流。
生產(chǎn)大口徑雙壁波紋管、纏繞管的原材料主要是高密度聚乙烯?，F(xiàn)在，隨著范圍內(nèi)石油價格的爆炸性上漲，作為裂解石油合成高分子材料的塑料的價格也水漲船高，達(dá)到的高度。為了降低成本并提高競爭力，許多塑料制品中都添加了回收塑料。但是，眾所周知，普通回收塑料的性能很難達(dá)到同材質(zhì)的新料的性能。在提倡環(huán)保，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)道路的節(jié)約型社會的今天，如何通過塑料改性，使得廢舊塑料回收料改性后，各方面性能指標(biāo)接近或達(dá)到新料的水平，從而在保證質(zhì)量的前提下降低成本，是擺在我們面前的重大課題。
要使回收料如同新料一樣使用，還需解決如下難題：
◆回收料的各種物理機械性能(如拉伸強度、抗沖強度等)普遍下降;
◆回收料經(jīng)多次加熱，造成塑料中部分高分子材料降解、老化，熔體流動速率上升，盡管大部分塑料中都含有抗老化劑;
◆每一批回收料的色澤和表面光澤度不盡相同，老化降解程度不一樣，表面清潔干凈程度不一樣。無論是外觀還是內(nèi)在質(zhì)量，每一批都不一樣;
◆改性高密度聚乙烯回收料的改性后價格必須低于同類新料價格每噸1000—2000元，才會有商業(yè)價值。
針對上述難題，我們應(yīng)用多元復(fù)合共混改性理論技術(shù)，反復(fù)試制，克服各種難點生產(chǎn)出用于制造HDPE大口徑雙壁波紋管、纏繞管的改性回收高密度聚乙烯專用料。
2、開發(fā)和研制
我們根據(jù)現(xiàn)有的條件，研制與生產(chǎn)了兩種改性高密度聚乙烯回收料：一種是純改性高密度聚乙烯回收料，使用時還需添加增剛、增強(增韌)母料;第二種是可進(jìn)一步提高彈性模量的大口徑埋地管材用增剛、增強(增韌)改性回收高密度聚乙烯專用料。
(1)工藝路線采用現(xiàn)有的雙螺桿擠出機造粒法，優(yōu)點是加工方便、生產(chǎn)效果好、管理容易、無三廢產(chǎn)生。
(2)在塑料多元復(fù)合共混改性理論指導(dǎo)下，我們對改性回收料的各部分組成，進(jìn)行精心配置和篩選：
回收料的選擇：作為可改性的回收料(例如高密度聚乙烯)，回收料必須干凈，有很好的純度，即含其它廢舊塑料雜質(zhì)少，每一批之間的差異盡可能小。來源充足、價格低廉也是必須考慮的因素之一。后我們選定了兩種一次性使用的高密度聚乙烯回收料，清洗粉碎后用于生產(chǎn)管材用改性高密度聚乙烯回收料，效果很好。
改性劑的選擇：對改性劑的基本要求是，添加在塑料中必須可以提高各種物理機械性能，同時又能改善抗老化性能。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn)，添加一種添加劑提高性能效果不顯著，后我們選定了三種既能提高性能又可降低成本的復(fù)合型添加劑，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)綜合提高各項性能，滿足使用要求。
加工助劑的選擇：添加各種加工助劑的目的是綜合平衡改性回收料的各種性能，每種加工助劑的添加量在改性回收料中有一定范圍，使得各項性能保持穩(wěn)定，又能保證正常生產(chǎn)。主要加工助劑有：抗老化劑、分散劑、內(nèi)外潤滑劑、著色劑等。
(3)主要性能
3、應(yīng)用效果
在珠海海灣塑料公司的協(xié)助下，經(jīng)其幾個協(xié)作單位試用，效果滿意。用我們生產(chǎn)的種改性高密度聚乙烯回收料,添加30～60%填充母料生產(chǎn)的大口徑埋地纏繞管，符合質(zhì)量要求，而且具有成本優(yōu)勢。我們生產(chǎn)的第二種提高彈性模量的大口徑埋地管材用增剛增強(增韌)改性高密度聚乙烯回收料，所生產(chǎn)的大口徑埋地雙壁波紋管，通過小試并且己在中試中。
4、討論
(1)由主要性能表可見，改性高密度聚乙烯回收料各項指標(biāo)均高于新料;改性回收高密度聚乙烯專用料各項指標(biāo)除斷裂伸長率略有下降，其余均高于新料;表明其改性是成功的。
(2)實際生產(chǎn)時操作簡便，無須改變原有生產(chǎn)工藝條件。
(3)生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本下降，每噸產(chǎn)品實際可降低成本1000～2000元左右。
為回收料材質(zhì)的大口徑埋地管材用增剛、增強（增韌）母料的研制
1、簡述
埋地聚乙烯中空纏繞結(jié)構(gòu)壁排水管及埋地聚乙烯雙壁波紋排水管俗稱為大口徑埋地管，已于2004年被中華人民共和國建設(shè)部確定為科技成果推廣項目，全面代替鑄鐵管及水泥管。水泥管及鑄鐵管分別是塑料管30-40倍重，抗壓力也大大低于塑料管，在經(jīng)濟(jì)上及質(zhì)量安全使用年限等方面均大大遜色于低壓聚乙烯污水管，所以鑄鐵管及水泥管已被定為限制與停止生產(chǎn)產(chǎn)品。
低壓聚乙烯埋地管材已被確定為比較好的大口徑排污管產(chǎn)品。該產(chǎn)品在近幾年呈幾何倍數(shù)的增長，一個重要原因是政策和國情造成的。我國自改革開放以來，3000多個縣級市和開發(fā)區(qū)蓬勃發(fā)展，但排污系統(tǒng)欠帳太多，大多數(shù)開發(fā)區(qū)和新建市區(qū)以一米以下直徑的水泥管作為排污主管道，有的在社區(qū)仍以化糞池作為排污手段，在降雨量大的時候城市低洼處被淹，工廠停工，造成極大損失。許多省市將排污作為市政考核指標(biāo)以促進(jìn)完善排污系統(tǒng)，但該項工程耗資較大，市財政無力鋪設(shè)排污工程，所以現(xiàn)在許多城市仍不能達(dá)標(biāo)。中央為改變上述狀況，經(jīng)多年試點以后由國家發(fā)改委下文，各省市可通過民營企業(yè)和集資渠道上排污工程，排污費由自來水費中扣除，排污工程15年后返還給市政府。這樣排污工程變成只賺不賠的雙贏的項目，者蜂擁而至。而市政府不花一分錢既可解決排污問題，還可由排污工程帶來就業(yè)和投標(biāo)管理的好處，因此市政府十分積極，估計在三年內(nèi)大口徑埋地管的需求量要超過120萬噸，成為塑料產(chǎn)品中僅次于LDPE薄膜、PVC管的大宗產(chǎn)品之一。
綜上所述，由于塑料管道比傳統(tǒng)管材如鑄鐵管、鋼管、水泥管有更大的優(yōu)勢，隨著塑料埋地管材的推廣應(yīng)用，以HDPE大口徑雙壁波紋管為代表的大口徑塑料埋地管材成為排水系統(tǒng)的主流。
然而在推廣應(yīng)用HDPE大口徑雙壁波紋管的過程中，出現(xiàn)了隨著直徑的增大，塑料管材的環(huán)剛度達(dá)不到S2級的難題。管材環(huán)剛度的定義公式如下：
式中 SR為環(huán)剛度，MPa ;E為管材料的彈性模量，MPa;I為單位長度管壁的慣性矩，m3，對于實壁管，I=e3/12(e實壁管壁厚，m);Dm管平均直徑，m。
由上公式(1)可見，環(huán)剛度在管徑增大時，以管徑三次方倒數(shù)急劇減小。要增大環(huán)剛度達(dá)到S2級，可以通過改進(jìn)管材外形，提高慣性矩I;或者提高材料的彈性模量E，加以解決。
2、開發(fā)和研制
HDPE大口徑埋地管材的原料是HDPE(低壓聚乙烯)塑料。使用時原則上不添加再生料及填料，這是因為國產(chǎn)的回收再生料大部分加有填料，同時再生料來源不統(tǒng)一，熔融指數(shù)從0.1-20都有，工藝上無法適應(yīng)，添加后質(zhì)量出現(xiàn)問題使用時會造成大面積地表塌陷，危害極大。
如何改性回收再生料，才能使其應(yīng)用在大口徑埋地管材上?我們根據(jù)現(xiàn)有的條件，研制與生產(chǎn)了既提高彈性模量、降低成本，又使其它性能基本不變或有所提高的大口徑埋地管材用增剛、增強(增韌)母料，可以應(yīng)用在全部由回收料生產(chǎn)的大口徑埋地管材中，取得令人滿意的效果。
(1)工藝路線采用現(xiàn)有的雙螺桿擠出機造粒法優(yōu)點是加工方便、生產(chǎn)效果好、管理容易、無三廢產(chǎn)生。
(2)在塑料多元復(fù)合共混改性理論指導(dǎo)下，我們對母料的各部分組成，精心配置和篩選。
無機粉體的選擇：添加在塑料中的無機粉體必須可以提高環(huán)剛度，同時又能降低成本。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用碳 酸 鈣提高環(huán)剛度效果不顯著，后我們選定了一種既能提高環(huán)剛度又可降低成本的無機粉體。
載體的選擇：載體必須與管材樹脂有很好的相容性、成型加工性、化學(xué)穩(wěn)定性和分散性，以及較高的承載能力，以大限度承載無機粉體和各種助劑，保證母料本身外觀光潔、內(nèi)在質(zhì)量均勻。后我們選定了多元復(fù)合載體，以10﹪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)承載了90﹪的無機粉體和加工助劑。
加工助劑的選擇：添加各種加工助劑的目的是綜合平衡母料的各種性能，每種加工助劑的添加量在母料中有一定范圍，主要是添加了母料后管材的某項性能，其余各項性能保持不變，以及保證正常生產(chǎn)。主要加工助劑有：復(fù)合偶聯(lián)劑、分散劑、內(nèi)外潤滑劑、增強劑、相容劑等。
(3)效果：我們在浙江省杭州聯(lián)通管材廠支持下，在全部為回收HDPE塑料中添加我們生產(chǎn)的無機粉體型增剛增韌母料，獲得成功。同時也用四川某廠、江蘇某廠生產(chǎn)的晶須硅型增剛增韌母料，按同樣比例添加在同樣的HDPE回收料中作對比試驗，結(jié)果表明在性能上不相上下，但顯然性價比好多了。這是一個突破，因為普通無機粉體的增剛增韌效果與晶須硅的增剛增韌效果不在一個數(shù)量級上。
3、討論
(1)由主要性能表可見，大口徑埋地管材用增剛增強(增韌)母料添加在全部為HDPE回料中生產(chǎn)的管材環(huán)剛度可以達(dá)到S2級;
(2)當(dāng)采用薄壁模具時，其實測技術(shù)性能指標(biāo)基本和添加晶須硅母料的性能不相上下;這是一個突破;
(3)實際生產(chǎn)操作簡便，原有生產(chǎn)工藝條件無須改變;
(4)生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本下降;
(5)在性能相同條件下和同樣添加比條件下，其管道米重接近或低于添加晶須硅母料的管道米重的試驗，現(xiàn)正在進(jìn)行中。
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