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製和生產. 有關技術水準達到國內外先進水平, 希望能為相關企業和專業人士提供一些參考.
筒述
1, 回收塑料的來源
大量使用塑料製品已成為現代文明社會人們日常工作生活中不可缺少的一部份. 我們每天在生產大量新的塑料產品的同時, 大量廢舊塑料也在人們工作生活中不斷產生. 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, 日用塑料製品, 塑料袋和農用地膜等.
據了解, 2010年國內廢舊塑料的回收超過1000萬噸, 2014年我國國內塑料製品產量為7387.78萬噸, 國內使用量為6785.37萬噸, 國內塑料回收量為2000萬噸左右.
據環球網消息, 目前全球各地對廢舊塑料的回收率極低, 70億噸廢舊塑料中回收僅佔一成, 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. 據數據統計, 僅 2015年, 全球生產的塑料製品就超過 3億噸, 2016年全球使用的塑料量達到5億噸, 預計全球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到7億多噸. 這麼多的塑料一旦廢棄, 它的存放, 運輸, 加工, 應用及後處理若不得當, 勢必會破壞環境, 危害人們的健康. 同時, 它作為一種再生資源, 也是迴圈經濟的重要組成部分.
2, 回收廢舊塑料的意義
對回收再生資源加以利用, 這是發展迴圈經濟的必然選擇, 其戰略目標是建立環境友好型經濟和資源節約型社會. 迴圈經濟從概念的提出, 理論的建立到實踐的發展, 都是在探索人與環境, 資源的可持續發展之路, 也就是要建立起一種環境友好型, 資源節約型的經濟和倡導一個環境友好, 資源節約的社會;並且, 將這一目標的實現貫徹到現代社會生產, 生活的各個方面和各個環節.
塑料回收利用是國家解決資源短缺的一個重大戰略問題. 我國石油資源消費缺口很大, 塑料原料大量依賴進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再生塑料600萬噸基礎上, 我國通過進口消化廢塑料約500萬噸, 成為全球廢塑料進口量最大的國家.
塑料回收再生利用不僅有利於地區經濟增長, 特別是為解決農村富餘勞動力提供了重要途徑, 為城鄉居民增加收入和就業提供比較理想的渠道, 而且為國家實現資源迴圈利用, 環境保護事業做出了巨大貢獻, 成為國民經濟可持續發展不可忽視的環保產業之一.
經過近幾年的迅猛發展, 塑料回收再生行業一些表觀特徵發生了變化: 回收再生塑料在原料市場地位和作用日益凸顯, 市場競爭優勢明顯. 原料價格持續保持高位, 是回收再生料行業強勁發展的動力所在. 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, 就可創利潤15億元以上.
3, 廢舊塑料回收技術的最新成果簡介
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高質量再生利用的關鍵. 目前對廢棄塑料進行簡單的回收處理已得到了廣泛應用: 如工廠生產過程中產生的廢料(下腳料, 邊角料, 廢品等), 由於比較乾淨且品種單一, 因而易於重新利用;一些利於人工分揀的塑料(如廢家電中的塑料外殼, 飲料瓶等混合物)可先採用人工分類的方法進行分類, 然後進行回收處理. 但一些難於處理的金屬-塑料複合材料(如鋁塑複合藥膏管, 鋁塑藥板等)尚未得到有效利用.
浙江某粉碎設備有限公司多年來致力於特種粉碎設備的研究, 在國內外已有技術的基礎上, 目前已初步開發成功處理500Kg/h的廢鋁塑複合材料的專用粉碎技術以及處理200Kg/h的高壓靜電分選技術, 已製成分段樣機, 目前正準備進入中試. 本技術採用機械粉碎解離, 靜電分選的方法處理廢鋁塑複合材料, 其主要工藝流程如下:
廢鋁塑複合材料→ 切片→ 粉碎解離→ 高壓靜電分選→ 塑料造粒→ 成品
其加工特點是:
(1)粉碎: 該技術通過粉碎將原先附著在塑料表層上的鋁變成分離狀態, 成為鋁跟塑料的混合粉. 其主要工作原理如下: 物料通過高速旋轉的多層組合式渦輪轉子件與定子, 對顆粒料進行反覆衝擊, 摩擦和剪切, 使其粉碎, 並將鋁和塑料解離;該技術通過配置內置分級棒, 迴流裝置, 將沒有得到解離的粉料自動送回機內繼續粉碎, 直到符合要求為止;解離好的物料通過出料口排出.
(2)廢鋁塑複合材料回收處理專用的高壓靜電分選技術
利用鋁與塑料導電性的差異, 混合粉通過高壓靜電分選技術進行鋁與塑料的各自分離. 其工作原理如下: 粉料通過旋轉的滾筒和高壓電暈極產生的電暈電場時, 由於空間有電荷, 鋁獲得電荷立即經接地的滾筒傳走, 並在滾筒產生的離心力和重力分力的作用下, 在滾筒前方落下, 然後通過輸送攪攏送出而被收集;塑料由於所獲電荷不能傳走而吸附於滾筒表面, 隨後被帶到後方, 被毛刷刷下後通過輸送攪攏送出並收集;中間部分物料屬分離不完全的不合格品, 通過輸送攪攏送出後, 被鬥式提升機送至進料鬥, 隨後繼續分離.
廢鋁塑複合材料回收處理專用的高壓靜電分選技術的工作原理示意圖
本技術的創新點在於, 採用先進的物理法回收工藝: 廢鋁塑複合材料→切片→粉碎解離→高壓靜電分離→塑料造粒, 採用迴圈分離鋁與塑料的工藝流程設計, 整套工藝配置屬國內空白. 本項技術回收效果可使回收鋁的純度達97%, 鋁的回收率達98%. 回收塑料的純度達95%. 需要指出的是, 經適當調整, 本項技術還可粉碎分離多層共擠複合全塑廢料.
改性HDPE回收料生產大口徑埋地管材
1, 簡敘
在現代社會中, 管道輸送是保障社會正常生產, 生活, 促進經濟繁榮的基礎設施之一. 由於塑料管道比傳統管材如鑄鐵管, 鋼管, 水泥管, 在應用上有著更大的優勢, 因而在我國得到高速發展. 據不完全統計, 我國的塑料管材的產量從1990年的不足20萬噸增長到2000年近80萬噸, 在上世紀的最後十年內增長高達300%. 進入新世紀後繼續高速增長, 2004年我國塑料管的總產量近170萬噸. 中國管道行業團體的統計數據顯示, 去年中國塑料管產量攀升至1210萬噸 . 其中, 隨著塑料埋地管材的推廣應用, 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的主流.
生產大口徑雙壁波紋管, 纏繞管的原材料主要是高密度聚乙烯. 現在, 隨著世界範圍內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, 達到前所未有的高度. 為了降低成本並提高競爭力, 許多塑料製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到同材質的新料的性能. 在提倡環保, 走迴圈經濟道路的節約型社會的今天, 如何通過塑料改性, 使得廢舊塑料回收料改性後, 各方面性能指標接近或達到新料的水平, 從而在保證質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, 儘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, 表面清潔乾淨程度不一樣. 無論是外觀還是內在質量, 每一批都不一樣;
◆改性高密度聚乙烯回收料的改性後價格必須低於同類新料價格每噸1000—2000元, 才會有商業價值.
針對上述難題, 我們應用多元複合共混改性理論技術, 反覆試製, 克服各種難點生產出用於製造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, 開發和研製
我們根據現有的條件, 研製與生產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)工藝路線採用現有的雙螺杆擠出機造粒法, 優點是加工方便, 生產效果好, 管理容易, 無三廢產生.
(2)在塑料多元複合共混改性理論指導下, 我們對改性回收料的各部分組成, 進行精心配置和篩選:
回收料的選擇: 作為可改性的回收料(例如高密度聚乙烯), 回收料必須乾淨, 有很好的純度, 即含其它廢舊塑料雜質少, 每一批之間的差異儘可能小. 來源充足, 價格低廉也是必須考慮的因素之一. 最後我們選定了兩種一次性使用的高密度聚乙烯回收料, 清洗粉碎後用於生產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. 經過試驗對比發現, 添加一種添加劑提高性能效果不顯著, 最後我們選定了三種既能提高性能又可降低成本的複合型添加劑, 發揮協同效應綜合提高各項性能, 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範圍, 使得各項性能保持穩定, 又能保證正常生產. 主要加工助劑有: 抗老化劑, 分散劑, 內外潤滑劑, 著色劑等.
(3)主要性能
3, 應用效果
在珠海海灣塑料公司的協助下, 經其幾個協作單位試用, 效果滿意. 用我們生產的第一種改性高密度聚乙烯回收料,添加30~ 60%填充母料生產的大口徑埋地纏繞管, 符合質量要求, 而且具有成本優勢. 我們生產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, 所生產的大口徑埋地雙壁波紋管, 通過小試並且己在中試中.
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均高於新料;改性回收高密度聚乙烯專用料各項指標除斷裂伸長率略有下降, 其餘均高於新料;表明其改性是成功的.
(2)實際生產時操作簡便, 無須改變原有生產工藝條件.
(3)生產效率提高, 生產成本下降, 每噸產品實際可降低成本1000~ 2000元左右.
100%為回收料材質的大口徑埋地管材用增剛, 增強 (增韌) 母料的研製
1, 簡述
埋地聚乙烯中空纏繞結構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, 已於2004年被中華人民共和國建設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, 抗壓力也大大低於塑料管, 在經濟上及質量安全使用年限等方面均大大遜色於低壓聚乙烯汙水管, 所以鑄鐵管及水泥管已被定為限制與停止生產產品.
低壓聚乙烯埋地管材已被確定為比較好的大口徑排汙管產品. 該產品在近幾年呈幾何倍數的增長, 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多個縣級市和開發區蓬勃發展, 但排汙系統欠帳太多, 大多數開發區和新建市區以一米以下直徑的水泥管作為排汙主管道, 有的在社區仍以化糞池作為排汙手段, 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. 許多省市將排汙作為市政考核指標以促進完善排汙系統, 但該項工程耗資較大, 市財政無力鋪設排汙工程, 所以現在許多城市仍不能達標. 中央為改變上述狀況, 經多年試點以後由國家發改委下文, 各省市可通過民營企業和集資渠道上排汙工程, 排汙費由自來水費中扣除, 排汙工程15年後返還給市政府. 這樣排汙工程變成只賺不賠的雙贏的項目, 投資者蜂擁而至. 而市政府不花一分錢既可解決排汙問題, 還可由排汙工程帶來就業和投標管理的好處, 因此市政府十分積極, 估計在三年內大口徑埋地管的需求量要超過120萬噸, 成為塑料產品中僅次於LDPE薄膜, PVC管的大宗產品之一.
綜上所述, 由於塑料管道比傳統管材如鑄鐵管, 鋼管, 水泥管有更大的優勢, 隨著塑料埋地管材的推廣應用, 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的主流.
然而在推廣應用HDPE大口徑雙壁波紋管的過程中, 出現了隨著直徑的增大, 塑料管材的環剛度達不到S2級的難題. 管材環剛度的定義公式如下:
式中 SR為環剛度, 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, 對於實壁管, I=e3/12(e實壁管壁厚, m);Dm管平均直徑, m.
由上公式(1)可見, 環剛度在管徑增大時, 以管徑三次方倒數急劇減小. 要增大環剛度達到S2級, 可以通過改進管材外形, 提高慣性矩I;或者提高材料的彈性模量E, 加以解決.
2, 開發和研製
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, 這是因為國產的回收再生料大部分加有填料, 同時再生料來源不統一, 熔融指數從0.1-20都有, 工藝上無法適應, 添加後質量出現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, 才能使其應用在大口徑埋地管材上?我們根據現有的條件, 研製與生產了既提高彈性模量, 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, 可以應用在全部由回收料生產的大口徑埋地管材中, 取得令人滿意的效果.
(1)工藝路線採用現有的雙螺杆擠出機造粒法優點是加工方便, 生產效果好, 管理容易, 無三廢產生.
(2)在塑料多元複合共混改性理論指導下, 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剛度, 同時又能降低成本. 經過試驗對比發現, 應用碳酸鈣提高環剛度效果不顯著, 最後我們選定了一種既能提高環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, 化學穩定性和分散性, 以及較高的承載能力, 以最大限度承載無機粉體和各種助劑, 保證母料本身外觀光潔, 內在質量均勻. 最後我們選定了多元複合載體, 以10﹪的質量分數承載了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範圍, 主要是添加了母料後管材的某項性能優秀, 其餘各項性能保持不變, 以及保證正常生產. 主要加工助劑有: 複合偶聯劑, 分散劑, 內外潤滑劑, 增強劑, 相容劑等.
(3)效果: 我們在浙江省杭州聯通管材廠支援下, 在全部為回收HDPE塑料中添加我們生產的無機粉體型增剛增韌母料, 獲得成功. 同時也用四川某廠, 江蘇某廠生產的晶須矽型增剛增韌母料, 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矽的增剛增韌效果不在一個數量級上.
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回料中生產的管材環剛度可以達到S2級;
(2)當採用薄壁模具時, 其實測技術性能指標基本和添加晶須矽母料的性能不相上下;這是一個突破;
(3)實際生產操作簡便, 原有生產工藝條件無須改變;
(4)生產效率提高, 生產成本下降;
(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於添加晶須矽母料的管道米重的試驗, 現正在進行中.
