从专利视角看废旧聚丙烯回收技术发展现状

韩晓洁

国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心 北京 100160

2019年7月，《上海市生活垃圾管理条例》正式实施，北京于2012年出台相关条例，各地也将采取有关措施。垃圾分类的大幅度推进将为废旧塑料的回收在源头上实现初步分选，降低了后续难度。

聚丙烯是生产生活中主要塑料原料之一，回收方法包括焚烧裂解、以原分子结构直接再生等，后者的经济价值较高。本文以在华专利申请中涉及废旧聚丙烯回收的文献为基础，针对保持原分子结构的再生方法，对废旧聚丙烯的回收现状进行梳理。

从专利角度出发，上述回收分为机械回收和化学回收，主要涉及国际专利分类中的B29B17/00和C08J11/00及相关下位组。机械回收主要通过机械法从其他材料中分离塑料或粉碎废弃物，化学回收主要通过化学手段对废弃物进行处理从而实现提纯分离或性能改进。

1 机械回收

1.1 分选技术

机械分选技术主要包括电选、浮选、风选、光选、磁选等，目的在于去除金属等杂质并使塑料间分离。电选和浮选在早期使用较多，光选技术在近期得到了一定程度发展。由于各方法优缺点不同，因此，后期逐渐转为多种分选技术综合利用，自动化程度也不断提高。

电选主要利用摩擦等手段使待分离塑料带电，通过不同电性和电量分选。添加摩擦辅助材料使塑料具有理想极性和电量、改变电极设置方式进行多次分选、通过振动传输方式避免粒子聚结、添加导电添加剂以精确控制不同物质间电性差异等手段均可提高分选精度。浮选主要通过密度差异进行分离。浮选液的选择是关键因素之一，在浮选前通过表面活性剂对颗粒进行亲水性改进、或者使浮选液抖动等手段也可以提高分选效果。

光选主要依据物料的不同光反射性进行分离，首先通过红外等射线对塑料进行识别，然后根据识别结果进行分离操作。其识别速率快，准确率高，同时不产生废液、废气等污染。在识别装置后连接的分离装置通常具有高自动化的特点，是塑料分选的主要发展趋势之一。但是，该方法无法对黑色物质进行识别，且对多层膜材料、复合材料的识别能力偏差。

1.2 破碎技术

由于废弃物形貌不一，很难直接进行分离回收，因此，在分选操作前通常会进行破碎处理。现有破碎技术，主要依据产品性质或进一步分离需求对处理工艺进行调整，而为了适应生产加工需要，在装置上也进行了多种改进。其中，多级破碎或循环破碎处理可以提高粒子的均匀性并达到所需粒径，常用破碎手段包括研磨、切割、冲击等。

从聚合物的温度性质出发对破碎工艺进行改进是有效方法之一。如可以在聚丙烯破碎前进行加热，从而避免因粒子的高速碰撞产生过多微尘污染环境，同时还能减少刀具损耗。反之，还可以通过低温处理，利用聚丙烯低温耐冲击性较差、与其他塑料存在脆化程度差异的特性，提高破碎效果，并可依据破碎粒径不同，采用多级操作实现塑料间的初步分离。而为了优化工业化生产流程、降低成本或者提高使用寿命、环保性能，现有技术还从刀具结构、加热结构、输送结构、易更换部件、以及自清洁构件设置等方面对粉碎装置进行改进。

2 化学回收

2.1 分离提纯技术

化学分离主要涉及两种，即将其他杂质如添加剂分离去除和将多种塑料进行分离，最终获得高纯度聚丙烯。相对于机械处理，化学法所得产品纯度更高，可处理原料种类更多，但是成本也更高。因此，为节约成本并提高产品纯度，在化学法分离提纯中，往往前期采用机械法进行初步处理。

熔融、溶解后分离是常用方法，分离对象为明显具有不同熔点或溶解度的物质的混合物，主要通过控制加热温度或溶剂的溶解度参数使原料形成固液混合状态并进行分离。其可进行多级操作，实现多种聚合物分离，尤其能对机械法无法精确分选的多层膜或者塑料组合物等废弃物进行有效分离。在熔融或溶解过程中添加如相分离剂、助滤剂等助剂，对溶剂种类或工艺参数进行调节是研发热点之一。

针对涂层、镀层等特定杂质，以及汽车用品、地毯等特定原料，可通过加入分解剂、蚀刻液等去除待处理层，或者针对制品中特定成分进行处理实现分离。该类技术针对的原料单一，对前期分类要求严格，通常在相关物品生产者自身或者产业链中易于获得原材料的企业中实施。另外，为了实现回收目的，可再生特性被更多的引入原产品生产设计中，从而实现高效经济的回收利用；阻燃剂等原制品添加剂也被去除或检测，以消除不良影响。

2.2 改性处理技术

聚丙烯在使用过程中会出现分子结构变化或者被添加多种添加剂，使得废弃物的性能变差。在回收再生过程中，需要对废旧聚丙烯的性能进行改进从而满足再利用的需求。

通过共混得到复合材料再生制品是常用手段。共混物可以为如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等新塑料或者填料等填充物，也可以为废旧的塑料、玻纤、电路板、橡胶轮胎颗粒等回收料；常用添加剂为相容剂、增韧剂、抗氧化剂、润滑剂等。废旧聚丙烯以单一聚合物或者与其他废旧塑料的混合物的形式投入使用，可作为基体或者填充剂，共混后实现挠曲模量等力学性能和加工性能的改进。但是，对于聚丙烯废弃物的混合物，因组分繁杂影响性能，会限制再利用的范围，往往进行降级应用，如制备板材等。

为了精确优化共混物性能，可以对聚丙烯的老化程度、残留添加剂等进行评估检测，从而对再利用产品的组成进行设计；为了减少分子链降解的影响，添加偶联剂能够使再利用时低分子物质发生偶联；为了减少颜色或者气味影响，可在混合物中添加遮光剂或特定组成的去味剂。值得注意的是，除了作为增强剂外，填料如碳酸钙、氧化镁等还可作为酸接受剂或者中和剂，以抑制废旧聚丙烯在使用或者造粒时产生的盐酸等物质的不良影响。

3 结论

对于废旧聚丙烯的回收，原料的分离提纯是再利用的关键环节。生活垃圾中的废旧塑料存在的杂质过多，为再利用带来了非常高的难度。随着垃圾分类的推行，虽然对可回收物进行了简单分类降低了难度，但是依然存在纸品、金属等混杂物影响回收效果。为了更好的实现回收利用，采用多种手段鼓励更为细化的垃圾分类方式，如进一步从可回收物中分离塑料制品，是可行方案之一。