摘要
本文简单介绍了废旧塑料的回收, 全部为回收HDPE的大囗径埋地管材改性专用料及增刚增韧母料的研制和生产. 有关技术水准达到国内外先进水平, 希望能为相关企业和专业人士提供一些参考.
筒述
1, 回收塑料的来源
大量使用塑料制品已成为现代文明社会人们日常工作生活中不可缺少的一部份. 我们每天在生产大量新的塑料产品的同时, 大量废旧塑料也在人们工作生活中不断产生. 目前, 我国废弃塑料主要为塑料薄膜, 塑料丝及编织品, 泡沫塑料, 塑料包装箱及容器, 日用塑料制品, 塑料袋和农用地膜等.
据了解, 2010年国内废旧塑料的回收超过1000万吨, 2014年我国国内塑料制品产量为7387.78万吨, 国内使用量为6785.37万吨, 国内塑料回收量为2000万吨左右.
据环球网消息, 目前全球各地对废旧塑料的回收率极低, 70亿吨废旧塑料中回收仅占一成, 大约每秒钟有3400个塑料瓶被丢弃, 每年塑料废弃量大概在2.6-3亿吨, 其中每年有800万吨流入海洋. 据数据统计, 仅 2015年, 全球生产的塑料制品就超过 3亿吨, 2016年全球使用的塑料量达到5亿吨, 预计全球塑料消耗量将以每年8%的速度增长, 2030年塑料的年消耗量将达到7亿多吨. 这么多的塑料一旦废弃, 它的存放, 运输, 加工, 应用及后处理若不得当, 势必会破坏环境, 危害人们的健康. 同时, 它作为一种再生资源, 也是循环经济的重要组成部分.
2, 回收废旧塑料的意义
对回收再生资源加以利用, 这是发展循环经济的必然选择, 其战略目标是建立环境友好型经济和资源节约型社会. 循环经济从概念的提出, 理论的建立到实践的发展, 都是在探索人与环境, 资源的可持续发展之路, 也就是要建立起一种环境友好型, 资源节约型的经济和倡导一个环境友好, 资源节约的社会;并且, 将这一目标的实现贯彻到现代社会生产, 生活的各个方面和各个环节.
塑料回收利用是国家解决资源短缺的一个重大战略问题. 我国石油资源消费缺口很大, 塑料原料大量依赖进口的状况没有得到根本性改变, 回收再生塑料便成为解决原料紧缺的捷径之一, 而且来源广泛, 成本低廉. 目前, 在每年回收利用国内再生塑料600万吨基础上, 我国通过进口消化废塑料约500万吨, 成为全球废塑料进口量最大的国家.
塑料回收再生利用不仅有利于地区经济增长, 特别是为解决农村富余劳动力提供了重要途径, 为城乡居民增加收入和就业提供比较理想的渠道, 而且为国家实现资源循环利用, 环境保护事业做出了巨大贡献, 成为国民经济可持续发展不可忽视的环保产业之一.
经过近几年的迅猛发展, 塑料回收再生行业一些表观特征发生了变化: 回收再生塑料在原料市场地位和作用日益凸显, 市场竞争优势明显. 原料价格持续保持高位, 是回收再生料行业强劲发展的动力所在. 例如, 我国每年新增的各种废旧塑料在300万吨以上, 如将其回收再利用, 就可创利润15亿元以上.
3, 废旧塑料回收技术的最新成果简介
废弃塑料的回收再生包括三个步骤: 收集, 分离, 再生利用. 其中对废弃塑料的有效分离是实现高质量再生利用的关键. 目前对废弃塑料进行简单的回收处理已得到了广泛应用: 如工厂生产过程中产生的废料(下脚料, 边角料, 废品等), 由于比较干净且品种单一, 因而易于重新利用;一些利于人工分拣的塑料(如废家电中的塑料外壳, 饮料瓶等混合物)可先采用人工分类的方法进行分类, 然后进行回收处理. 但一些难于处理的金属-塑料复合材料(如铝塑复合药膏管, 铝塑药板等)尚未得到有效利用.
浙江某粉碎设备有限公司多年来致力于特种粉碎设备的研究, 在国内外已有技术的基础上, 目前已初步开发成功处理500Kg/h的废铝塑复合材料的专用粉碎技术以及处理200Kg/h的高压静电分选技术, 已制成分段样机, 目前正准备进入中试. 本技术采用机械粉碎解离, 静电分选的方法处理废铝塑复合材料, 其主要工艺流程如下:
废铝塑复合材料→ 切片→ 粉碎解离→ 高压静电分选→ 塑料造粒→ 成品
其加工特点是:
(1)粉碎: 该技术通过粉碎将原先附着在塑料表层上的铝变成分离状态, 成为铝跟塑料的混合粉. 其主要工作原理如下: 物料通过高速旋转的多层组合式涡轮转子件与定子, 对颗粒料进行反复冲击, 摩擦和剪切, 使其粉碎, 并将铝和塑料解离;该技术通过配置内置分级棒, 回流装置, 将没有得到解离的粉料自动送回机内继续粉碎, 直到符合要求为止;解离好的物料通过出料口排出.
(2)废铝塑复合材料回收处理专用的高压静电分选技术
利用铝与塑料导电性的差异, 混合粉通过高压静电分选技术进行铝与塑料的各自分离. 其工作原理如下: 粉料通过旋转的滚筒和高压电晕极产生的电晕电场时, 由于空间有电荷, 铝获得电荷立即经接地的滚筒传走, 并在滚筒产生的离心力和重力分力的作用下, 在滚筒前方落下, 然后通过输送搅拢送出而被收集;塑料由于所获电荷不能传走而吸附于滚筒表面, 随后被带到后方, 被毛刷刷下后通过输送搅拢送出并收集;中间部分物料属分离不完全的不合格品, 通过输送搅拢送出后, 被斗式提升机送至进料斗, 随后继续分离.
废铝塑复合材料回收处理专用的高压静电分选技术的工作原理示意图
本技术的创新点在于, 采用先进的物理法回收工艺: 废铝塑复合材料→切片→粉碎解离→高压静电分离→塑料造粒, 采用循环分离铝与塑料的工艺流程设计, 整套工艺配置属国内空白. 本项技术回收效果可使回收铝的纯度达97%, 铝的回收率达98%. 回收塑料的纯度达95%. 需要指出的是, 经适当调整, 本项技术还可粉碎分离多层共挤复合全塑废料.
改性HDPE回收料生产大口径埋地管材
1, 简叙
在现代社会中, 管道输送是保障社会正常生产, 生活, 促进经济繁荣的基础设施之一. 由于塑料管道比传统管材如铸铁管, 钢管, 水泥管, 在应用上有着更大的优势, 因而在我国得到高速发展. 据不完全统计, 我国的塑料管材的产量从1990年的不足20万吨增长到2000年近80万吨, 在上世纪的最后十年内增长高达300%. 进入新世纪后继续高速增长, 2004年我国塑料管的总产量近170万吨. 中国管道行业团体的统计数据显示, 去年中国塑料管产量攀升至1210万吨 . 其中, 随着塑料埋地管材的推广应用, 以大口径双壁波纹管, 缠绕管成为大口径塑料埋地管材排水系统的主流.
生产大口径双壁波纹管, 缠绕管的原材料主要是高密度聚乙烯. 现在, 随着世界范围内石油价格的爆炸性上涨, 作为裂解石油合成高分子材料的塑料的价格也水涨船高, 达到前所未有的高度. 为了降低成本并提高竞争力, 许多塑料制品中都添加了回收塑料. 但是, 众所周知, 普通回收塑料的性能很难达到同材质的新料的性能. 在提倡环保, 走循环经济道路的节约型社会的今天, 如何通过塑料改性, 使得废旧塑料回收料改性后, 各方面性能指标接近或达到新料的水平, 从而在保证质量的前提下降低成本, 是摆在我们面前的重大课题.
要使回收料如同新料一样使用, 还需解决如下难题:
◆回收料的各种物理机械性能(如拉伸强度, 抗冲强度等)普遍下降;
◆回收料经多次加热, 造成塑料中部分高分子材料降解, 老化, 熔体流动速率上升, 尽管大部分塑料中都含有抗老化剂;
◆每一批回收料的色泽和表面光泽度不尽相同, 老化降解程度不一样, 表面清洁干净程度不一样. 无论是外观还是内在质量, 每一批都不一样;
◆改性高密度聚乙烯回收料的改性后价格必须低于同类新料价格每吨1000—2000元, 才会有商业价值.
针对上述难题, 我们应用多元复合共混改性理论技术, 反复试制, 克服各种难点生产出用于制造HDPE大口径双壁波纹管, 缠绕管的改性回收高密度聚乙烯专用料.
2, 开发和研制
我们根据现有的条件, 研制与生产了两种改性高密度聚乙烯回收料: 一种是纯改性高密度聚乙烯回收料, 使用时还需添加增刚, 增强(增韧)母料;第二种是可进一步提高弹性模量的大口径埋地管材用增刚, 增强(增韧)改性回收高密度聚乙烯专用料.
(1)工艺路线采用现有的双螺杆挤出机造粒法, 优点是加工方便, 生产效果好, 管理容易, 无三废产生.
(2)在塑料多元复合共混改性理论指导下, 我们对改性回收料的各部分组成, 进行精心配置和筛选:
回收料的选择: 作为可改性的回收料(例如高密度聚乙烯), 回收料必须干净, 有很好的纯度, 即含其它废旧塑料杂质少, 每一批之间的差异尽可能小. 来源充足, 价格低廉也是必须考虑的因素之一. 最后我们选定了两种一次性使用的高密度聚乙烯回收料, 清洗粉碎后用于生产管材用改性高密度聚乙烯回收料, 效果很好.
改性剂的选择: 对改性剂的基本要求是, 添加在塑料中必须可以提高各种物理机械性能, 同时又能改善抗老化性能. 经过试验对比发现, 添加一种添加剂提高性能效果不显著, 最后我们选定了三种既能提高性能又可降低成本的复合型添加剂, 发挥协同效应综合提高各项性能, 满足使用要求.
加工助剂的选择: 添加各种加工助剂的目的是综合平衡改性回收料的各种性能, 每种加工助剂的添加量在改性回收料中有一定范围, 使得各项性能保持稳定, 又能保证正常生产. 主要加工助剂有: 抗老化剂, 分散剂, 内外润滑剂, 着色剂等.
(3)主要性能
3, 应用效果
在珠海海湾塑料公司的协助下, 经其几个协作单位试用, 效果满意. 用我们生产的第一种改性高密度聚乙烯回收料,添加30~ 60%填充母料生产的大口径埋地缠绕管, 符合质量要求, 而且具有成本优势. 我们生产的第二种提高弹性模量的大口径埋地管材用增刚增强(增韧)改性高密度聚乙烯回收料, 所生产的大口径埋地双壁波纹管, 通过小试并且己在中试中.
4, 讨论
(1)由主要性能表可见, 改性高密度聚乙烯回收料各项指标均高于新料;改性回收高密度聚乙烯专用料各项指标除断裂伸长率略有下降, 其余均高于新料;表明其改性是成功的.
(2)实际生产时操作简便, 无须改变原有生产工艺条件.
(3)生产效率提高, 生产成本下降, 每吨产品实际可降低成本1000~ 2000元左右.
100%为回收料材质的大口径埋地管材用增刚, 增强 (增韧) 母料的研制
1, 简述
埋地聚乙烯中空缠绕结构壁排水管及埋地聚乙烯双壁波纹排水管俗称为大口径埋地管, 已于2004年被中华人民共和国建设部确定为科技成果推广项目, 全面代替铸铁管及水泥管. 水泥管及铸铁管分别是塑料管30-40倍重, 抗压力也大大低于塑料管, 在经济上及质量安全使用年限等方面均大大逊色于低压聚乙烯污水管, 所以铸铁管及水泥管已被定为限制与停止生产产品.
低压聚乙烯埋地管材已被确定为比较好的大口径排污管产品. 该产品在近几年呈几何倍数的增长, 一个重要原因是政策和国情造成的. 我国自改革开放以来, 3000多个县级市和开发区蓬勃发展, 但排污系统欠帐太多, 大多数开发区和新建市区以一米以下直径的水泥管作为排污主管道, 有的在社区仍以化粪池作为排污手段, 在降雨量大的时候城市低洼处被淹, 工厂停工, 造成极大损失. 许多省市将排污作为市政考核指标以促进完善排污系统, 但该项工程耗资较大, 市财政无力铺设排污工程, 所以现在许多城市仍不能达标. 中央为改变上述状况, 经多年试点以后由国家发改委下文, 各省市可通过民营企业和集资渠道上排污工程, 排污费由自来水费中扣除, 排污工程15年后返还给市政府. 这样排污工程变成只赚不赔的双赢的项目, 投资者蜂拥而至. 而市政府不花一分钱既可解决排污问题, 还可由排污工程带来就业和投标管理的好处, 因此市政府十分积极, 估计在三年内大口径埋地管的需求量要超过120万吨, 成为塑料产品中仅次于LDPE薄膜, PVC管的大宗产品之一.
综上所述, 由于塑料管道比传统管材如铸铁管, 钢管, 水泥管有更大的优势, 随着塑料埋地管材的推广应用, 以HDPE大口径双壁波纹管为代表的大口径塑料埋地管材成为排水系统的主流.
然而在推广应用HDPE大口径双壁波纹管的过程中, 出现了随着直径的增大, 塑料管材的环刚度达不到S2级的难题. 管材环刚度的定义公式如下:
式中 SR为环刚度, MPa ;E为管材料的弹性模量, MPa;I为单位长度管壁的惯性矩, m3, 对于实壁管, I=e3/12(e实壁管壁厚, m);Dm管平均直径, m.
由上公式(1)可见, 环刚度在管径增大时, 以管径三次方倒数急剧减小. 要增大环刚度达到S2级, 可以通过改进管材外形, 提高惯性矩I;或者提高材料的弹性模量E, 加以解决.
2, 开发和研制
HDPE大口径埋地管材的原料是HDPE(低压聚乙烯)塑料. 使用时原则上不添加再生料及填料, 这是因为国产的回收再生料大部分加有填料, 同时再生料来源不统一, 熔融指数从0.1-20都有, 工艺上无法适应, 添加后质量出现问题使用时会造成大面积地表塌陷, 危害极大.
如何改性回收再生料, 才能使其应用在大口径埋地管材上?我们根据现有的条件, 研制与生产了既提高弹性模量, 降低成本, 又使其它性能基本不变或有所提高的大口径埋地管材用增刚, 增强(增韧)母料, 可以应用在全部由回收料生产的大口径埋地管材中, 取得令人满意的效果.
(1)工艺路线采用现有的双螺杆挤出机造粒法优点是加工方便, 生产效果好, 管理容易, 无三废产生.
(2)在塑料多元复合共混改性理论指导下, 我们对母料的各部分组成, 精心配置和筛选.
无机粉体的选择: 添加在塑料中的无机粉体必须可以提高环刚度, 同时又能降低成本. 经过试验对比发现, 应用碳酸钙提高环刚度效果不显著, 最后我们选定了一种既能提高环刚度又可降低成本的无机粉体.
载体的选择: 载体必须与管材树脂有很好的相容性, 成型加工性, 化学稳定性和分散性, 以及较高的承载能力, 以最大限度承载无机粉体和各种助剂, 保证母料本身外观光洁, 内在质量均匀. 最后我们选定了多元复合载体, 以10﹪的质量分数承载了90﹪的无机粉体和加工助剂.
加工助剂的选择: 添加各种加工助剂的目的是综合平衡母料的各种性能, 每种加工助剂的添加量在母料中有一定范围, 主要是添加了母料后管材的某项性能优秀, 其余各项性能保持不变, 以及保证正常生产. 主要加工助剂有: 复合偶联剂, 分散剂, 内外润滑剂, 增强剂, 相容剂等.
(3)效果: 我们在浙江省杭州联通管材厂支持下, 在全部为回收HDPE塑料中添加我们生产的无机粉体型增刚增韧母料, 获得成功. 同时也用四川某厂, 江苏某厂生产的晶须硅型增刚增韧母料, 按同样比例添加在同样的HDPE回收料中作对比试验, 结果表明在性能上不相上下, 但显然性价比好多了. 这是一个突破, 因为普通无机粉体的增刚增韧效果与晶须硅的增刚增韧效果不在一个数量级上.
3, 讨论
(1)由主要性能表可见, 大口径埋地管材用增刚增强(增韧)母料添加在全部为HDPE回料中生产的管材环刚度可以达到S2级;
(2)当采用薄壁模具时, 其实测技术性能指标基本和添加晶须硅母料的性能不相上下;这是一个突破;
(3)实际生产操作简便, 原有生产工艺条件无须改变;
(4)生产效率提高, 生产成本下降;
(5)在性能相同条件下和同样添加比条件下, 其管道米重接近或低于添加晶须硅母料的管道米重的试验, 现正在进行中.
