废弃塑料的鉴别和分选方法

张亨

（锦西化工研究院有限公司，辽宁葫芦岛125000）



废弃塑料的鉴别和分选方法

张亨

（锦西化工研究院有限公司，辽宁葫芦岛125000）

塑料在国民经济发展中不可或缺，废弃塑料量大面广。概括了废弃塑料的来源，详细介绍了废弃塑料的鉴别和分选方法。

废弃塑料；鉴别；分选；方法

塑料在国民经济发展中不可或缺，与木材、水泥和钢铁构成现代工业的四大基础材料。国内外工业化的合成树脂和塑料品种已有1 000多种，常用的也有几百种，具有不同的物理、化学、机械和电气性能。按用途分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料用途广、产量大、价格低，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等。工程塑料机械强度和耐热性较好，适用于工程结构、机械部件和化工设备等，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、PET、PBT、PPS等。特种塑料具有特种功能，应用于特殊用途，如氟塑料、导电塑料、磁性塑料等。根据可塑性分为热塑性塑料和热固性塑料，通常热塑性塑料制品可被回收利用，热固性塑料制品则不能。根据光学性能分为透明塑料、半透明塑料及不透明塑料，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等属于透明塑料，其余大多数塑料为不透明塑料。这种分类法并非是绝对的，有的增强通用塑料（如增强聚丙烯）机械性能显著提高，也用作工程塑料。塑料加工方法有挤出、注射、压延、吹塑、模压、层压、浇铸等，可制得管、棒、板、中空制品、薄膜、异形材等。

废弃塑料是混杂物，含有大量有机物、混杂金属、玻璃、泥沙和织物等生活垃圾。废弃塑料回收利用成为塑料行业发展必须解决的重要课题。不同塑料制品熔点、软化点不同，加工温度相差悬殊，难以在同一温度下加工成型。不同的塑料分子极性不同，即使混合加工后也会“貌合神离”，再生制品在使用过程中仍然发生分层、性质劣化现象。同一形状规格的塑料制品可用不同的树脂来制造，如钙塑管材和农用薄膜可能是聚氯乙烯或聚乙烯材料，外观难以区分。废弃塑料再生利用或处理前必须按原树脂品种进行鉴别和归类［1］。

1　废弃塑料的来源

塑料在树脂合成、成型加工和消费使用等各个环节中，均有一部分东西不符合或丧失应有的性能和使用价值，被当作废物抛弃于正常的生产和消费领域之外。全球每年产生几千万吨废弃塑料，主要来自废弃树脂、加工废料和废弃塑料制品等方面［2］。

树脂生产过程中或多或少产生不合格品、结块或破乳料、粘釜料、地沟跑料、过筛筛余物、包装及运输过程中的落地料等。这种废料一般不超过生产总量的5%，即每年以万吨计的废料被抛弃而污染环境。

在塑料混配和成型过程中不可避免出现边角料、流道、浇口的飞边、加工切屑料、过渡料、试验料及废品等。其数量约占加工总量的3%。有些小型加工厂边角料不进行二次加工，成为废弃物向外排放。

废弃塑料制品是在消费过程中产生的，这是废弃塑料的主要来源，也是需要研究回收、再生处理的基本点。废弃塑料制品包括包装材料、家庭日用品、玩具、家电材料、建筑材料、市政管道、家具、电线电缆、薄膜等。在废弃塑料制品回收过程中，建筑材料、管材、型材和大面积家用薄膜的使用比较集中，相对容易回收。一次性包装材料、日用塑料制品、零星农膜分布范围广，涉及千家万户，丢弃的随意性较大，到处都有，品种杂，多与其他塑料制品及生活垃圾混杂。许多农膜残留在土壤中难以收集，回收和分离工作难度甚大。

2　废弃塑料鉴别方法

塑料常用的鉴别方法包括外观鉴别法、燃烧鉴别法、密度鉴别法、加热塑化鉴别法、溶解法、热解鉴别法、显色反应鉴别法、仪器鉴别法、标记法等［2］。

2.1外观鉴别法

外观鉴别法根据塑料的表面状态、硬度、光泽、透明性等特征加以区分（表1）。外观鉴别法可初步鉴别塑料制品所属大类：热塑性塑料、热固性塑料或弹性体。热塑性塑料一般有结晶性和无定形两类。结晶性塑料外观半透明、乳浊状或不透明，仅在薄膜状态呈透明状，硬度从柔软到角质。无定形一般无色（无添加剂时透明），硬度高于橡胶（加增塑剂等）。热固性塑料不加填料时透明，加填料不透明。弹性体具橡胶状手感，有一定的拉伸率。

表1　通用塑料的外观性状

2.2燃烧鉴别法

燃烧鉴别法是用小火燃烧塑料试样，根据在火中和火外时的燃烧难易程度、火焰颜色、气味、熄火后熔融塑料的落滴形式等鉴别塑料种类（表2）。

表2　几种常用塑料的燃烧特征

2.3密度鉴别法

不同塑料品种，密度有差异。利用测定密度的方法鉴别塑料，比较简单。配制一定密度的已知溶液，将各种塑料制品浸入其中，根据沉浮即可判别（表3，表4）。对于填充塑料或发泡制品，由于填料添加量不同，该法不适用。

2.4加热塑化鉴别法

热固性塑料加热至化学分解前，保持其原有硬度不软化，尺寸较稳定，至分解温度炭化。加热弹性体直到化学分解温度前，不发生流动，至分解温度炭化。热塑性塑料在一定温度下可被塑化。不同种类塑料的塑化温度不同。同一种塑料由于分子量（聚合度）、分子量分布、结晶度不同，熔点和软化点不同。如软质PVC制品在150℃左右塑化，硬质PVC的塑化温度大于170℃。测定塑化温度方法较多，用转矩塑化仪比较准确，最为方便；或用双辊塑炼机也很方便，不同塑料制品，若塑化温度比较接近，无明显差别，需结合其他方法加以鉴别。如软质PVC薄膜和HDPE膜的塑化温度相差不大。硬质PVC和PP塑化温度比较接近，难以分清（表5）。

表3　常用塑料密度鉴别法所用溶液

表4　常用塑料或树脂的密度

表5　热塑性塑料的塑化温度

2.5溶解法

不同种类塑料在不同溶剂中的溶解性有较大差异（表6）。热塑性塑料在溶剂中发生溶胀，一般不溶于冷溶剂。如PE和PP在常温下不溶于任何溶剂。有的热塑性塑料溶于热溶剂中，如PE溶于二甲苯中。热固性塑料在溶剂中不溶，不发生溶胀或仅轻微溶胀。弹性体不溶于溶剂，但发生溶胀。

2.6热解鉴别法

热解鉴别法是在热解管中加热塑料至热解温度，用石蕊试纸或pH试纸测试逸出气体pH值进行鉴别的方法（表7）。

表6　塑料或树脂的溶解性

表7　常用塑料热解逸出气体石蕊和pH试纸测试结果

2.7显色反应鉴别法

显色反应鉴别法是通过不同的指示剂鉴别某些塑料（表8）。在2mL热乙酸酐中溶解或悬浮几毫克试样，冷却后加入3滴50%的硫酸（等体积水和浓硫酸配成），立即观察显色反应，放置试样10min后观察颜色，再在水浴中加热至100℃，观察颜色。该显色反应称为Liebermann-Storch-Morawski反应。

表8　几种塑料或树脂的Liebermann-Storch-Morawski显色反应

含氯树脂或塑料还可通过吡啶显色反应鉴别（表9）。将乙醚萃取除去增塑剂的试样溶于四氢呋喃，滤去不溶成分，加入甲醇使之沉淀，萃取后在75℃以下干燥。干燥的少量试样用1mL吡啶与之反应，几分钟后，加入2滴5%氢氧化钠甲醇溶液（1g氢氧化钠溶于20mL甲醇），立即观察颜色，5min和1h后分别观察一次。

尼龙还可通过对二甲基氨基苯甲醛显色反应来鉴别。在试管中加热0.1～0.2g试样，将热解物置于棉花塞上，在上面滴加浓度14%的对二甲基氨基苯甲醛的甲醇溶液，再滴浓盐酸，若为尼龙显示枣红色。用对二甲基氨基苯甲醛显色反应鉴别聚碳酸酯，显示深蓝色。

2.8仪器鉴别法

不同种类的塑料或树脂可用现代分析仪器进行检测鉴定。包括红外光谱法（FT-IR）、质谱法（MS）、差示扫描量热法（DSC）、X射线检测法、电磁法和透光率法等。

利用DSC法测定，根据不同塑料的玻璃化温度（Tg）、熔点（Tm）、软化点（Tf）等转变温度的不同，可进行比较准确的鉴定。同一种塑料有时由于牌号、制品组分不一样，其转变温度可能相差较大，需要综合判断。

X射线法是利用氯原子在X射线照射下发出荧光的特性，采用高敏感度的X射线检测器进行鉴别。

电磁法利用氯原子在磁场中能量吸收的原理，可鉴定和分离PVC，PET和PE塑料。

透光率法根据PVC，PET和PP等塑料制品的不同透光率特性，利用带微处理机的传感器进行鉴定和分离。

2.9标记法

目前许多国家采用SPI的标识方案，制定了塑料制品使用的塑料种类的标志代码，在3个箭头组成的代表循环的三角形中间，加上数字标志，将三角形的回收标记附于塑料制品上，用数字1～7和英文缩写指代塑料所使用的树脂种类（表10）。这样塑料品种的识别变得简单容易，回收成本大幅度削减。

表10　不同塑料SPI（Society of Plastics Industry）识别

3　废弃塑料的分选方法

分选是把不同品种或加工不相容的塑料分开，得到优质的再生塑料制品，否则影响再生塑料制品的质量。分选是废旧塑料再生利用的关键和难点。分选可除去金属、砂石或织物等杂物，这些杂物影响再生制品的外观和性能，又会损伤设备，必须彻底清除。

废旧塑料再生常用的分选方法包括手工分选法、电磁分选法、静电分选法、风力分选法、温差分选法、密度分选法、悬浮分选法、熔融分离法、传感器分离法、X-射线检测分离法、溶解分离法等［2-4］。

3.1手工分选法

手工分选法是常用和比较可靠的方法。将塑料制品中的杂物（石块、木材、纸张等）除去，再把油污制品、变质（变黑、变焦）制品挑拣出去。然后按相应的鉴别方法进行分类。

3.2电磁分选法

电磁分选法可清除塑料中混杂的金属。也可利用PVC的氯原子磁场特性，把PVC从PET，PE等非极性塑料中分选出来。

3.3静电分选法

静电分选法利用静电吸引力之差进行分离。将混合塑料粉碎成6mm碎块，加入表面活性剂，然后振动摩擦产生静电，在高压电场下带负电荷的PVC被吸附到阳极，带正电的PET、PP等被吸附到阴极。中间部分混合料再重复操作，直到分离完成。该法分离出的PVC纯度＞99.5%。

3.4风力分选法

风力分选法适用于分离混杂物中石块、砂泥和密度差异较大的塑料，随着风力大小和飘移的距离不同而加以分离。

3.5温差分选法

温差分选法适用于脆化温度相差较大的塑料分选。PVC和PE的脆化点分别为-40℃和-100℃，在-50℃下进行处理，PVC因脆化而粉碎，PE不能粉碎。该法成本较高，实用性不大。

3.6密度分选法

密度分选法依照塑料在特定溶液中沉浮不同而达到分离（如图1所示）。用水将PE和PP分离出去，再用密度1.2g/cm3的盐水将PS与PVC分选出来。为提高分选效率，将废旧塑料制品粉碎成小块，其粒度大小2～6mm，加入定量表面活性剂进行预处理使之充分湿润。

图1　混合塑料密度分离法示意图

德国Thyssen Henschel公司利用水力旋风分离器密度差法，将组分PO∶PVC∶PS=65∶15∶20的混合塑料进行分离，密度小的塑料从水力旋风分离器上部分离出来，密度大的PVC从分离器底部排出。美国和日本均有相应的分离装置在运行。

3.7悬浮分选法

对于密度十分接近的废塑料，利用其亲水性和疏水性的不同进行分离。将空气吹入水中，疏水性的PET会带着气泡从水中浮上来，亲水性的PVC则下沉，使PVC与PET进行分离。

3.8熔融分离法

熔融分离法依据塑料不同的熔融温度进行分离。例如PVC和PET制品外观相似，密度相近，很难区别，但其熔融温度差异很大，把PVC和PET混合塑料放在传送带上，PVC的熔融温度195～215℃，PET的熔融温度245～255℃。混合物经过加热室时，PVC熔融粘在传送带上，PET至传送带终端落下，实现自动分离。德国Refrakt公司、美国Dttavio Tassielli公司和Sonoco Graham公司均建立相应的工业化处理装置。

3.9溶解分离法

溶解分离法利用塑料在一定溶剂中和不同温度下溶解性能不同而达到分离的目的。例如PVC，PP，PS，PE和PET混合物在四氢呋喃溶剂中，25℃下PVC和PS先被溶解，70℃下LDPE被溶解，160℃下PP和HDPE被溶解，190℃下PET被溶解。在二甲苯溶剂中，25℃下PS和PVAC被溶解，75℃下LDPE被溶解，105℃下HDPE被溶解，118℃下PET被溶解，138℃下PVC被溶解，最后142℃以上PP才被溶解。也可采用二甲苯和甲苯两种溶剂在不同温度下进行分离（如图2所示）。

图2　混合塑料溶解分离法示意图

3.10传感器分离法

不同塑料透光率不同，采用微处理机的传感器来识别和分离PVC，PET及PP等透明瓶。

3.11X射线检测分离法

采用X射线检测分离法可从PET，PE，PVC废塑料中鉴别和回收PVC。美国国家回收技术公司和意大利Govoni公司均建立相应的检测分离装置。

4　结束语

废弃塑料的回收利用，是减少环境污染的必要措施，是物尽其用的重要途径，也是实现环境保护和可持续发展战略［5］的基本任务。废弃塑料实际并不“废”，必须依靠消费者自觉的环保意识，良好的社会教育，方便的回收设施，政府立法等措施，适当的经济利益驱动，完善的“回收—运送—处理”组织管理系统等措施相结合，自力和他力相结合。把回收废弃塑料列入防治环境污染的主要内容，让每位公民认识到，回收废弃塑料是必须承担的社会责任，成为自觉的行为规范。在设计产品时要有易于回收利用的工程设计思维，为回收废弃塑料提供方便条件。废弃塑料的鉴别和分离方法很多，实际应用时应该考虑回收成本等问题。

［1］潘祖仁.塑料工业手册聚氯乙烯［M］.北京：化学工业出版社，1999：968-971.

［2］廖正品.中国废弃塑料基本现状与回收处置原则初探［J］.塑料工业，2005，33（S1）：1-6，16.

［3］王振华，付振喜.废弃塑料包装材料的资源化再利用特性分析［J］.中国包装，2010，30（6）：27-31.

［4］赖寒.废弃塑料的回收利用［J］.山东化工，2012，41（2）：35-37.

［5］黄璐，郑楠.我国废弃塑料再生循环利用产业发展现状分析［J］.橡塑资源利用，2015（6）：27-33.

“废白土在橡胶中的应用”项目通过鉴定

徐州工业职业技术学院开展的废白土在橡胶中的应用项目，已通过了徐州市科技局主持的市级鉴定。与此同时，多个废白土利用项目也正在展开或已取得成果，这标志着价低、量大、一直被堆放或填埋处理的废白土将走向高值和无害化利用之路。

徐州工业职业技术学院材料工程学院徐云慧副教授研发的废白土在橡胶中的应用新成果，采用废白土做橡胶填料，应用于天然橡胶及丁苯橡胶。经与同份数的普通填料——陶土相比较，采用废白土能同时起到软化剂作用，胶料部分性能得到改善，胶料流动性好、密度小、硬度低，冲击弹性好，扯断永久变形小，耐老化性能好，耐磨性能好，松基弹性、防老化性能比碳酸钙、陶土性能要好。废白土应用在橡胶中，添加聚乙二醇、三聚氰胺等活性剂，能改善生产中的硫化体系，缩短硫化时间30%～40%，大大提高了硫化效率。利用废白土做橡胶填充剂和软化剂，既可做到废物利用、保护环境，又可节约成本，提高胶料部分性能。 对于废白土高值利用，粘过大豆、花生等植物油废白土不能堆放在一起，这样成分不固定且复杂，处理起来难度大，用于橡胶制品中时会导致硫化速度较慢。

废白土主要来自两个渠道：一是植物油脂精炼过程中，通常使用油重2%～5%的活性白土（主要成分是有机膨润土）进行吸附脱色，脱色后的废白土中一般吸附有20%～40%的油脂；二是炼油厂废白土来自石蜡和润滑油精制工序，为灰黑色泥土状，带有轻微溶剂气味，含蜡或油在30%左右。目前废白土经提取油分后直接填、堆、埋，不能从根本上解决废渣二次污染问题。提油后得到废白土仍然含有油脂等成分，如植物油脂的废白土含有中性油脂、非水化磷脂、天然色素、脂肪酸和维生素等。随着我国植物油脂、炼油产业规模的扩大，废白土的产出量也越来越大，如果不能无害化利用，不仅浪费资源，而且污染环境。（徐州工业职业技术学院徐惠彬供稿）

Methods for the identification and sorting of waste plastics

ZHANG Heng
（Jinxi Research Institute of Chemical Industry Company Limited，Huludao 125000，China）

Plastics play an important role in the development of the national economy，so，waste plastics have the characteristics of large amount and wide range.This paper summarizes the source of waste plastics，and introduces the methods for identification and sorting of waste plastics in detail.

waste plastics；identification；sort；method

X783

A

1674-0912（2016）07-0039-06

2016－04－17）

张亨（1967－），男，内蒙丰镇人，理学硕士，高级工程师，从事精细化工产品研发和信息调研工作。