羅思，杜濤，杜波

（1.中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191；2.天津市電子廢物資源再生技術(shù)工程中心，天津300191）

廢家電中塑料的再生利用技術(shù)

羅思1，2，杜濤1，2，杜波1，2

（1.中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191；2.天津市電子廢物資源再生技術(shù)工程中心，天津300191）

家電中塑料的使用量較大，隨著家電廢棄量的爆發(fā)性增長，塑料的處理處置問題也成為現(xiàn)今研究及關(guān)注的熱點。目前，塑料的循環(huán)利用是緩解資源短缺、解決環(huán)境污染的重要手段。以廢舊家電中塑料的預(yù)處理、再生利用等工序過程為重點，介紹了廢塑料的分選技術(shù)、清洗技術(shù)、破碎技術(shù)、造粒技術(shù)、改性技術(shù)、資源化利用技術(shù)等，為廢塑料高效高值化利用提供了有效的途徑。

廢舊家電塑料；預(yù)處理技術(shù)；改性技術(shù)；資源化利用技術(shù)

隨著科學技術(shù)的創(chuàng)新與市場需求的膨脹，使得電子電器產(chǎn)品升級改造速度在不斷地加快，電子廢棄物已成為世界上增長最快的垃圾[1]。就我國自身的市場而言，電子電器產(chǎn)品的廢棄量在持續(xù)增加，再加上從國外進口大量的電子垃圾，我國已成為名副其實的全球最大的“電子垃圾回收站”[2]。

由于具有密度小、加工性能好、抗沖擊性好、手感好、耐磨、避震、吸音、絕緣等特性，塑料被廣泛應(yīng)用于電器電子產(chǎn)品中。丹麥一學者曾在收集的1 t電子卡板中，分離出塑料272 kg[3]，由此可見塑料在電子電器中占很大一部分比例。隨著家電廢棄量的增加，廢塑料逐漸成為亟需解決的資源問題和環(huán)境問題。塑料的廢棄不僅會造成嚴重的資源浪費，還對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成威脅。為了科學有效地解決“白色污染”，節(jié)約資源，廢棄電子產(chǎn)品中塑料的回收及利用研究已經(jīng)成為各個國家普遍關(guān)注的問題。

1 預(yù)處理技術(shù)

1.1 廢塑料的分離與分類

家電中塑料存在的形式包括兩種：一是塑料與金屬嵌合組成器件，另一種是塑料自身成型作為器件。塑料與金屬用螺絲來嵌合的大型的元器件僅用人工拆解及分類就能把塑料和金屬很好的分離；但對于較小的元器件，塑料與金屬不易分離，這就需將元器件破碎后用相關(guān)的儀器進行分選。由于塑料與金屬兩者之間的物理性能差異，如導電性、密度、機械強度等，可采用渦流分選或電暈靜電分選等方式實現(xiàn)兩者的高效分離[4]；渦流分選適用于尺寸大于5 mm的顆粒，電暈靜電分選用以分選金屬和非金屬，適用于0.1～5（10）mm 的薄片狀材料[5]。

家用電器中熱塑性的塑料所占比例大，其中PE，PP，PS，ABS，PVC等最為常見，同時也含有部分熱固性塑料（如PU）。廢塑料在回收時不經(jīng)鑒別和分類的回收處理方式，不但降低回收質(zhì)量，而且加工過程繁雜，效率較低，容易造成二次污染。塑料之間利用密度、表面親水性、硬度、帶電性能、分子結(jié)構(gòu)、特征官能團和玻璃化溫度等理化性質(zhì)的差異，實現(xiàn)不同種類的分離[6]。

塑料不同種類之間的分選方法有手工分選和風力分選，以及流態(tài)化分離、浮選分離、離心分離和電磁分離等。各種分選的方法的、原理及適用范圍見表1。

1.2 廢塑料的破碎

廢塑料在加工再利用之前要破碎成較小的碎片或顆粒，尤其是家電中大型的裝置，如外殼、滾筒、擋板等。破碎后的塑料易于加工成型中的進料，也利于與其他改性劑或填料混合。破碎分為干式、濕式和半濕式破碎3種[5]。目前，廢塑料的破碎處理采用較多的是干式破碎。干式破碎又分為機械能破碎和非機械能破碎。機械能破碎就是利用各種破碎機械對物料產(chǎn)生破壞力使之變形直至破碎。機械能破碎有擠壓、劈裂、折斷、剪切、研磨、沖擊或打擊等作用方式。通常每一種破碎設(shè)備都會采用多種破碎方式，以提升破碎效果。非機械能破碎是應(yīng)用電能、熱能等非機械能作用于廢塑料，利用廢塑料膨脹系數(shù)、強度、振蕩頻率和脆化溫度的承受限度進行破碎，如低溫破碎[7]、水電效應(yīng)破碎、熱力破碎、減壓破碎等。

表1 廢塑料的主要分選工藝比較

1.3 廢塑料的清洗

廢舊塑料表面會殘留一些油類、灰塵、洗滌劑等污垢，由于礦物油、灰塵顆粒的存在，對其再生成型工藝過程會產(chǎn)生影響，甚至會影響到再生制品的性能和質(zhì)量的穩(wěn)定性，因此廢塑料在破碎成碎片或顆粒后需進行清洗。目前，廢塑料加工行業(yè)主要采用人工清洗或機械清洗方法進行處理[8]。人工清洗大多利用燒堿或濃酸對粉碎塑料進行清洗。燒堿或濃酸對油污清洗能力很強，但會腐蝕塑料且清洗后的殘留，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，并且堿水和酸水的排放將會對環(huán)境造成污染。機械清洗使用清洗劑，在機械攪拌作用下清洗效果好于人工清洗，但仍殘留局部污物。近期，清洗效果好、對清洗件表面無損傷、高效清洗的超聲波清洗技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用在機械、化工、制藥、電器工業(yè)、航空工業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)。

2 再生技術(shù)

廢塑料的再生技術(shù)分為簡單再生、改性再生、資源化利用技術(shù)等。簡單再生是指將單一品種的廢塑料直接或經(jīng)過簡單的機械加工造粒后回用[8]。改性再生是指在廢塑料中加入改性劑，如填料、增塑劑、增韌劑、成核劑和其他聚合物等，通過擠出、注塑等加工成型，使其轉(zhuǎn)化成力學性能良好的具有高附加值的再生塑料[9-10]。廢塑料資源化技術(shù)主要是指將廢塑料聚合物裂解或燃燒，充分利用廢塑料的化學能和熱能，實現(xiàn)廢塑料的資源化利用。

2.1 簡單機械再生

機械性再利用是通過機械作用對塑料進行破碎、造粒等過程，對物質(zhì)進行形狀上的加工，不改變物質(zhì)的理化性質(zhì)的機械處理利用方法[11-12]。經(jīng)破碎或造粒后塑料可直接用于產(chǎn)品的成型加工。廢塑料機械性再利用所需的設(shè)備簡單，產(chǎn)生的污染較小，適用范圍廣，特別對一些大型的部件，例如電視機、復(fù)印機、計算機的外殼等處理效率高，是節(jié)約能源、保護環(huán)境、實現(xiàn)材料再利用的最好途徑。不過，由于塑料的熱降解性，加上回收塑料成分不確定性，經(jīng)多次加工得到的回料質(zhì)量的穩(wěn)定性難以保障，且大多數(shù)再生料的性能下降幅度大。通常再生料只能作為次一級原料使用，且加入量不能超過一定的比例。廢塑料的造粒過程包含了許多工序，具體流程如圖1。

圖1 廢塑料造粒工藝過程

2.2 改性再生

改性技術(shù)分為物理改性和化學改性[13]。物理改性是指在廢塑料中添加一些其他物質(zhì)，如填料、聚合物、助劑等，通過機械作用使兩者產(chǎn)生相互作用力，以獲得或提高某一方面性能的方法?；瘜W改性是指利用催化劑、交聯(lián)劑、活化劑、小分子聚合物等，通過一定的反應(yīng)使得塑料的化學結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從結(jié)構(gòu)上賦予廢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、增強、增韌、共混等[14]。

2.2.1.1 填充改性

填充改性實質(zhì)是將廢舊塑料與填充劑兩者混合，將廢塑料和填充劑的性能進行互補，使混合體系增加具有所加填充劑的性能。在廢舊塑料中加入填料，既可以降低塑料制品的成本，又可提高機械性能和使用溫度。影響填料作用效果的因素有：添加量、填料粒子的尺寸、填料的形狀、填料的表面活性等。填料要根據(jù)廢塑料的特性及種類來選用，選擇粒徑大小合適、相容性好、添加量適當?shù)奶盍?，可以有效提高廢塑料的性能。常用的塑料填料有碳酸鈣、滑石粉、云母、蒙脫土、硅灰石、玻璃微珠、炭黑、TiO2及SiO2等。

2.2.1.2 增強改性

利用具有增強效果的纖維狀或片狀填料填充到廢塑料，制備力學性能得到顯著提高的增強復(fù)合材料。纖維對廢塑料的增強效果顯著，能有效提高廢舊塑料的強度、模量和耐熱性，常用的增強改性劑有玻璃纖維、合成纖維、天然纖維、碳纖維、晶須、石棉纖維等。纖維的組成及性質(zhì)、纖維的長度、纖維的含量、纖維在塑料基體中的分散形式都影響著增強效果。

2.2.1.3 增韌改性

塑料增韌的方法有熱塑性彈性體增韌、橡膠增韌、無機剛性粒子增韌。廢塑料的增韌改性通常采用的是具有柔性鏈的彈性體或共混性熱塑性彈性體。增韌改性就是將聚合物與橡膠、熱塑性塑料、熱固性樹脂等進行共混或共聚，得到韌性較高的材料。常用彈性體增韌材料有：高抗沖擊聚合物，如 CPE，SBS，ABS，EVA；高抗沖擊橡膠，如三元乙丙橡膠（EPDM）、丁腈膠（NBR）、丁苯膠、聚異丁烯及丁二烯膠等。

2.2.1.4 共混改性

將不同種類的聚合物加以混合與混煉，使其性能發(fā)生變化，形成新的聚合物體系，稱為聚合物共混改性。將廢舊塑料與其他性能好的聚合物材料通過特定的加工成型工藝混合在一起，得到兼具兩者性能的復(fù)合材料。共混物中的兩相通過物理或化學作用相結(jié)合，不產(chǎn)生新的物質(zhì)，形成新的結(jié)合界面，但仍保持各相的特性，實現(xiàn)兩相的性能互補。

2.2.2 化學改性

化學改性是指通過聚合物的化學反應(yīng)，如接枝、共聚等，將其他的鏈段、官能團、小分子物質(zhì)引入到分子鏈中，或通過交聯(lián)劑、成核劑、發(fā)泡劑、擴鏈劑等改變原有的分子結(jié)構(gòu)的改性方法[15]。化學改性后的廢舊塑料被賦予較高的抗沖擊性能、優(yōu)良的耐熱性、抗老化性等[13]。廢塑料的化學改性包括以下幾種。

2.2.2.1 氯化改性

廢塑料的氯化改性就是通過添加引發(fā)劑、催化劑等在分子鏈段中引入氯原子，形成氯化物，使得分子具有氯原子的性能。廢塑料通過氯化改性可獲得良好的阻燃、耐油、耐高溫、粘性等性能，拓寬廢塑料的應(yīng)用范圍，提升產(chǎn)品價值。

2.2.2.2 交聯(lián)改性

由于廢塑料大多經(jīng)過多次的成型加工，其分子鏈段有著不同程度的破壞，通過交聯(lián)劑的作用，將斷裂的分子鏈重新組合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以有效改善回料的拉伸性能、耐熱性能、耐環(huán)境性能、尺寸穩(wěn)定性能、耐磨性能、耐化學性能等[16]。交聯(lián)根據(jù)所用的處理方法不同分為3種類型：輻射交聯(lián)、化學交聯(lián)、有機硅交聯(lián)。影響交聯(lián)改性的主要因素是交聯(lián)度，交聯(lián)度決定著材料的力學性能。交聯(lián)度可以通過交聯(lián)劑的添加量和反應(yīng)時間來控制。

2.2.2.3 接枝共聚改性

通過共聚反應(yīng)將單體接枝到聚合物的分子鏈中即為接枝改性。廢塑料的接枝改性的目的：一是增加廢塑料與金屬材料、極性塑料、無機填料等的相容性[17]；二是經(jīng)接枝改性后的塑料再生料可以加大填料和纖維等的添加量，進一步提高產(chǎn)品的性能并大幅度降低生產(chǎn)成本。接枝物的含量和接枝鏈的長度決定著改性后塑料的性能。所選用的接枝單體一般為丙烯酸及其酯類、馬來酰亞胺類、順丁烯二酸酐及其酯類。

2.3 資源化利用

化學循環(huán)技術(shù)也稱資源化利用技術(shù)[18]，該方法主要是針對成分復(fù)雜、難以分離、無法再進行加工成型處理的塑料制品，采用化學降解或燃燒等手段實現(xiàn)高值高效利用?；瘜W循環(huán)利用技術(shù)是實現(xiàn)混雜的塑料制品高附加值行之有效的手段。

2.3.1 化學回收

化學回收是通過水解、堿解、氨解、熱解、酸解、加氫裂解、裂解等一種或多種反應(yīng)，使廢塑料分解為初始單體（如乙烯、苯乙烯、焦油等）或還原為類似石油（如汽油、柴油）的物質(zhì)再加工利用技術(shù)[19]。聚烯烴類塑料（如PE，PP，PS）等應(yīng)用此方法得到的產(chǎn)油率較高，幾乎可以實現(xiàn)廢塑料100%的重復(fù)利用，但是處理過程設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，所產(chǎn)生的廢氣和廢液處理不當會嚴重污染環(huán)境，消耗的能源也比物理回收更多。雖然幾年來研究上取得了一定的成果，但是工業(yè)化生產(chǎn)程度不高。

2.3.2 熱能回收

廢舊塑料中含有大量的C，H元素，與油的化學成分相似，其燃燒熱值可達到33.6～42 MJ/kg。熱能利用技術(shù)即利用廢塑料中的燃燒熱能。熱能回收的技術(shù)有：直接焚燒技術(shù)，即將廢塑料直接進行燃燒獲取熱能；垃圾固體燃料技術(shù)，將廢塑料、廢紙、秸稈、果殼等垃圾與添加劑經(jīng)過混合、干燥、加壓、固化成型等程序，制成固體燃料；高爐噴吹技術(shù)，是將廢塑料制成粒徑適宜的顆粒，取代部分煤粉從風口噴入高爐，用作煉鐵高爐的還原劑和燃料[20]。

3 前景與展望

隨著塑料在家用電器中的大量使用，廢舊塑料垃圾勢必加劇環(huán)境污染和生態(tài)破壞[21-22]。在積極推行節(jié)能減排、節(jié)約資源、實現(xiàn)資源可循環(huán)利用的今天，廢舊家電塑料有效的處理利用受到廣泛的關(guān)注。廢塑料的破碎技術(shù)、分選技術(shù)、再生技術(shù)在實踐中不斷發(fā)展完善，廢塑料回收利用產(chǎn)業(yè)正在朝著規(guī)模化、集約化的方向發(fā)展。在對廢塑料進行回收利用時，應(yīng)統(tǒng)籌考慮技術(shù)、設(shè)備、經(jīng)濟、環(huán)保等因素，在節(jié)約資源的同時，實現(xiàn)綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)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）

羅思（1988-），女，湖南株洲人，碩士，專業(yè)方向：材料學。