废家电中塑料的再生利用技术

罗思，杜涛，杜波

（1.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191；2.天津市电子废物资源再生技术工程中心，天津300191）

废家电中塑料的再生利用技术

罗思1，2，杜涛1，2，杜波1，2

（1.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191；2.天津市电子废物资源再生技术工程中心，天津300191）

家电中塑料的使用量较大，随着家电废弃量的爆发性增长，塑料的处理处置问题也成为现今研究及关注的热点。目前，塑料的循环利用是缓解资源短缺、解决环境污染的重要手段。以废旧家电中塑料的预处理、再生利用等工序过程为重点，介绍了废塑料的分选技术、清洗技术、破碎技术、造粒技术、改性技术、资源化利用技术等，为废塑料高效高值化利用提供了有效的途径。

废旧家电塑料；预处理技术；改性技术；资源化利用技术

随着科学技术的创新与市场需求的膨胀，使得电子电器产品升级改造速度在不断地加快，电子废弃物已成为世界上增长最快的垃圾[1]。就我国自身的市场而言，电子电器产品的废弃量在持续增加，再加上从国外进口大量的电子垃圾，我国已成为名副其实的全球最大的“电子垃圾回收站”[2]。

由于具有密度小、加工性能好、抗冲击性好、手感好、耐磨、避震、吸音、绝缘等特性，塑料被广泛应用于电器电子产品中。丹麦一学者曾在收集的1 t电子卡板中，分离出塑料272 kg[3]，由此可见塑料在电子电器中占很大一部分比例。随着家电废弃量的增加，废塑料逐渐成为亟需解决的资源问题和环境问题。塑料的废弃不仅会造成严重的资源浪费，还对生态环境和人类健康造成威胁。为了科学有效地解决“白色污染”，节约资源，废弃电子产品中塑料的回收及利用研究已经成为各个国家普遍关注的问题。

1 预处理技术

1.1 废塑料的分离与分类

家电中塑料存在的形式包括两种：一是塑料与金属嵌合组成器件，另一种是塑料自身成型作为器件。塑料与金属用螺丝来嵌合的大型的元器件仅用人工拆解及分类就能把塑料和金属很好的分离；但对于较小的元器件，塑料与金属不易分离，这就需将元器件破碎后用相关的仪器进行分选。由于塑料与金属两者之间的物理性能差异，如导电性、密度、机械强度等，可采用涡流分选或电晕静电分选等方式实现两者的高效分离[4]；涡流分选适用于尺寸大于5 mm的颗粒，电晕静电分选用以分选金属和非金属，适用于0.1～5（10）mm 的薄片状材料[5]。

家用电器中热塑性的塑料所占比例大，其中PE，PP，PS，ABS，PVC等最为常见，同时也含有部分热固性塑料（如PU）。废塑料在回收时不经鉴别和分类的回收处理方式，不但降低回收质量，而且加工过程繁杂，效率较低，容易造成二次污染。塑料之间利用密度、表面亲水性、硬度、带电性能、分子结构、特征官能团和玻璃化温度等理化性质的差异，实现不同种类的分离[6]。

塑料不同种类之间的分选方法有手工分选和风力分选，以及流态化分离、浮选分离、离心分离和电磁分离等。各种分选的方法的、原理及适用范围见表1。

1.2 废塑料的破碎

废塑料在加工再利用之前要破碎成较小的碎片或颗粒，尤其是家电中大型的装置，如外壳、滚筒、挡板等。破碎后的塑料易于加工成型中的进料，也利于与其他改性剂或填料混合。破碎分为干式、湿式和半湿式破碎3种[5]。目前，废塑料的破碎处理采用较多的是干式破碎。干式破碎又分为机械能破碎和非机械能破碎。机械能破碎就是利用各种破碎机械对物料产生破坏力使之变形直至破碎。机械能破碎有挤压、劈裂、折断、剪切、研磨、冲击或打击等作用方式。通常每一种破碎设备都会采用多种破碎方式，以提升破碎效果。非机械能破碎是应用电能、热能等非机械能作用于废塑料，利用废塑料膨胀系数、强度、振荡频率和脆化温度的承受限度进行破碎，如低温破碎[7]、水电效应破碎、热力破碎、减压破碎等。

表1 废塑料的主要分选工艺比较

1.3 废塑料的清洗

废旧塑料表面会残留一些油类、灰尘、洗涤剂等污垢，由于矿物油、灰尘颗粒的存在，对其再生成型工艺过程会产生影响，甚至会影响到再生制品的性能和质量的稳定性，因此废塑料在破碎成碎片或颗粒后需进行清洗。目前，废塑料加工行业主要采用人工清洗或机械清洗方法进行处理[8]。人工清洗大多利用烧碱或浓酸对粉碎塑料进行清洗。烧碱或浓酸对油污清洗能力很强，但会腐蚀塑料且清洗后的残留，对产品质量产生影响，并且碱水和酸水的排放将会对环境造成污染。机械清洗使用清洗剂，在机械搅拌作用下清洗效果好于人工清洗，但仍残留局部污物。近期，清洗效果好、对清洗件表面无损伤、高效清洗的超声波清洗技术，已被广泛应用在机械、化工、制药、电器工业、航空工业、医疗等行业。

2 再生技术

废塑料的再生技术分为简单再生、改性再生、资源化利用技术等。简单再生是指将单一品种的废塑料直接或经过简单的机械加工造粒后回用[8]。改性再生是指在废塑料中加入改性剂，如填料、增塑剂、增韧剂、成核剂和其他聚合物等，通过挤出、注塑等加工成型，使其转化成力学性能良好的具有高附加值的再生塑料[9-10]。废塑料资源化技术主要是指将废塑料聚合物裂解或燃烧，充分利用废塑料的化学能和热能，实现废塑料的资源化利用。

2.1 简单机械再生

机械性再利用是通过机械作用对塑料进行破碎、造粒等过程，对物质进行形状上的加工，不改变物质的理化性质的机械处理利用方法[11-12]。经破碎或造粒后塑料可直接用于产品的成型加工。废塑料机械性再利用所需的设备简单，产生的污染较小，适用范围广，特别对一些大型的部件，例如电视机、复印机、计算机的外壳等处理效率高，是节约能源、保护环境、实现材料再利用的最好途径。不过，由于塑料的热降解性，加上回收塑料成分不确定性，经多次加工得到的回料质量的稳定性难以保障，且大多数再生料的性能下降幅度大。通常再生料只能作为次一级原料使用，且加入量不能超过一定的比例。废塑料的造粒过程包含了许多工序，具体流程如图1。

图1 废塑料造粒工艺过程

2.2 改性再生

改性技术分为物理改性和化学改性[13]。物理改性是指在废塑料中添加一些其他物质，如填料、聚合物、助剂等，通过机械作用使两者产生相互作用力，以获得或提高某一方面性能的方法。化学改性是指利用催化剂、交联剂、活化剂、小分子聚合物等，通过一定的反应使得塑料的化学结构发生改变，从结构上赋予废塑料新的或更好性能的方法。

2.2.1 物理改性

物理改性包括填充、增强、增韧、共混等[14]。

2.2.1.1 填充改性

填充改性实质是将废旧塑料与填充剂两者混合，将废塑料和填充剂的性能进行互补，使混合体系增加具有所加填充剂的性能。在废旧塑料中加入填料，既可以降低塑料制品的成本，又可提高机械性能和使用温度。影响填料作用效果的因素有：添加量、填料粒子的尺寸、填料的形状、填料的表面活性等。填料要根据废塑料的特性及种类来选用，选择粒径大小合适、相容性好、添加量适当的填料，可以有效提高废塑料的性能。常用的塑料填料有碳酸钙、滑石粉、云母、蒙脱土、硅灰石、玻璃微珠、炭黑、TiO2及SiO2等。

2.2.1.2 增强改性

利用具有增强效果的纤维状或片状填料填充到废塑料，制备力学性能得到显著提高的增强复合材料。纤维对废塑料的增强效果显著，能有效提高废旧塑料的强度、模量和耐热性，常用的增强改性剂有玻璃纤维、合成纤维、天然纤维、碳纤维、晶须、石棉纤维等。纤维的组成及性质、纤维的长度、纤维的含量、纤维在塑料基体中的分散形式都影响着增强效果。

2.2.1.3 增韧改性

塑料增韧的方法有热塑性弹性体增韧、橡胶增韧、无机刚性粒子增韧。废塑料的增韧改性通常采用的是具有柔性链的弹性体或共混性热塑性弹性体。增韧改性就是将聚合物与橡胶、热塑性塑料、热固性树脂等进行共混或共聚，得到韧性较高的材料。常用弹性体增韧材料有：高抗冲击聚合物，如 CPE，SBS，ABS，EVA；高抗冲击橡胶，如三元乙丙橡胶（EPDM）、丁腈胶（NBR）、丁苯胶、聚异丁烯及丁二烯胶等。

2.2.1.4 共混改性

将不同种类的聚合物加以混合与混炼，使其性能发生变化，形成新的聚合物体系，称为聚合物共混改性。将废旧塑料与其他性能好的聚合物材料通过特定的加工成型工艺混合在一起，得到兼具两者性能的复合材料。共混物中的两相通过物理或化学作用相结合，不产生新的物质，形成新的结合界面，但仍保持各相的特性，实现两相的性能互补。

2.2.2 化学改性

化学改性是指通过聚合物的化学反应，如接枝、共聚等，将其他的链段、官能团、小分子物质引入到分子链中，或通过交联剂、成核剂、发泡剂、扩链剂等改变原有的分子结构的改性方法[15]。化学改性后的废旧塑料被赋予较高的抗冲击性能、优良的耐热性、抗老化性等[13]。废塑料的化学改性包括以下几种。

2.2.2.1 氯化改性

废塑料的氯化改性就是通过添加引发剂、催化剂等在分子链段中引入氯原子，形成氯化物，使得分子具有氯原子的性能。废塑料通过氯化改性可获得良好的阻燃、耐油、耐高温、粘性等性能，拓宽废塑料的应用范围，提升产品价值。

2.2.2.2 交联改性

由于废塑料大多经过多次的成型加工，其分子链段有着不同程度的破坏，通过交联剂的作用，将断裂的分子链重新组合成网状结构，可以有效改善回料的拉伸性能、耐热性能、耐环境性能、尺寸稳定性能、耐磨性能、耐化学性能等[16]。交联根据所用的处理方法不同分为3种类型：辐射交联、化学交联、有机硅交联。影响交联改性的主要因素是交联度，交联度决定着材料的力学性能。交联度可以通过交联剂的添加量和反应时间来控制。

2.2.2.3 接枝共聚改性

通过共聚反应将单体接枝到聚合物的分子链中即为接枝改性。废塑料的接枝改性的目的：一是增加废塑料与金属材料、极性塑料、无机填料等的相容性[17]；二是经接枝改性后的塑料再生料可以加大填料和纤维等的添加量，进一步提高产品的性能并大幅度降低生产成本。接枝物的含量和接枝链的长度决定着改性后塑料的性能。所选用的接枝单体一般为丙烯酸及其酯类、马来酰亚胺类、顺丁烯二酸酐及其酯类。

2.3 资源化利用

化学循环技术也称资源化利用技术[18]，该方法主要是针对成分复杂、难以分离、无法再进行加工成型处理的塑料制品，采用化学降解或燃烧等手段实现高值高效利用。化学循环利用技术是实现混杂的塑料制品高附加值行之有效的手段。

2.3.1 化学回收

化学回收是通过水解、碱解、氨解、热解、酸解、加氢裂解、裂解等一种或多种反应，使废塑料分解为初始单体（如乙烯、苯乙烯、焦油等）或还原为类似石油（如汽油、柴油）的物质再加工利用技术[19]。聚烯烃类塑料（如PE，PP，PS）等应用此方法得到的产油率较高，几乎可以实现废塑料100%的重复利用，但是处理过程设备投资大，工艺复杂，所产生的废气和废液处理不当会严重污染环境，消耗的能源也比物理回收更多。虽然几年来研究上取得了一定的成果，但是工业化生产程度不高。

2.3.2 热能回收

废旧塑料中含有大量的C，H元素，与油的化学成分相似，其燃烧热值可达到33.6～42 MJ/kg。热能利用技术即利用废塑料中的燃烧热能。热能回收的技术有：直接焚烧技术，即将废塑料直接进行燃烧获取热能；垃圾固体燃料技术，将废塑料、废纸、秸秆、果壳等垃圾与添加剂经过混合、干燥、加压、固化成型等程序，制成固体燃料；高炉喷吹技术，是将废塑料制成粒径适宜的颗粒，取代部分煤粉从风口喷入高炉，用作炼铁高炉的还原剂和燃料[20]。

3 前景与展望

随着塑料在家用电器中的大量使用，废旧塑料垃圾势必加剧环境污染和生态破坏[21-22]。在积极推行节能减排、节约资源、实现资源可循环利用的今天，废旧家电塑料有效的处理利用受到广泛的关注。废塑料的破碎技术、分选技术、再生技术在实践中不断发展完善，废塑料回收利用产业正在朝着规模化、集约化的方向发展。在对废塑料进行回收利用时，应统筹考虑技术、设备、经济、环保等因素，在节约资源的同时，实现绿色环保的可持续发展。

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The recycling technology of plastic in waste household appliances

LUO Si1,2,DU Tao1,2,DU Bo1,2
（1.Tianjin Recyclable Resources Institution,All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives,Tianjin 300191,China;2.Tianjin Resources Recycling Technology of Electronic Waste Engineering Center,Tianjin 300191,China）

Numbers of plastic have been used in household appliances.As the amount of household appliances discarded explosive growth,treatment and disposal of plastic have become hot spot of research and attention in current.At present,the recycling of plastic is an important means to alleviate the shortage of resources,and to solve the environmental pollution.Focusing on the pretreatment and recycling of waste plastic used in household appliance,This article introduces such as sorting technology,cleaning technology,crushing,granulation technology,modification technology,and resource utilization technology,and provides an efficient way to utilize waste plastics more efficiently and for higher value applications.

plastic in wasted household appliance;pretreatment technology;modification technology;resource utilization technology

X783

A

1674-0912（2017）07-0036-04

2017－05－04）

罗思（1988-），女，湖南株洲人，硕士，专业方向：材料学。