如何解聚和回收聚酯材料
分析:
废塑料的回收和循环利用
废塑料的回收利用:
废旧塑料的回收是再利用的基础。回收的难点在于废塑料数量多、分布广、品种多、体积大。许多废塑料与其他城市垃圾混合在一起，这使得回收非常困难。
目前，国外在塑料回收方面已经积累了很多经验。他们把废旧塑料的回收利用作为一个系统工程，有* * *、企业、居民共同参与。德国从1993年开始回收包装容器，1997年回收废塑料达到60万吨，是当年80万吨消费量的75%。项目前，德国在全国设立了300多个包装容器回收分拣网点，将塑料制品统一分类为瓶、膜、杯、ps发泡制品等产品，并有统一的颜色标志。日本树脂回收成功的秘诀在于回收体系的建立。回收管理体系的核心是尽量减少回收环节，厂家在建立销售网点的同时也要考虑建立回收网点。制造商负责回收他们自己生产的废品。回收自己生产的废品时，容易掌握原标准件和材料的性能，可以充分有效地回收，并能保证回收产品的性能。同时还可以减少热量回收，减少繁琐的程序和环境污染。由于产品的模块化，回收部分的技术研发方向更加明确。
为了进一步利用，经常对回收的废塑料进行分离，主要的分离技术有密度分离、溶解分离、过滤分离、静电分离和浮选分离，如图2.1所示。日本塑料处理促进协会的水浮选分离装置一次性分离率可达99.9%以上，美国陶氏化学公司也开发了类似的分离技术，用液态烃代替水分离混合废塑料，取得了较好的效果。美国凯洛格公司和伦斯勒理工学院联合开发了一种溶剂分离回收技术，无需人工分拣即可分离混合废塑料。在该方法中，将切碎的废塑料加入到溶剂中，并且可以在不同的温度下选择溶剂。
有效溶解不同的聚合物并将其分离。二甲苯是最好的溶剂，操作温度不要太高。一些新型分离技术如电磁快速加热法、反应混合法等也有不少报道。金属-聚合物组装体可以用电磁快速加热法回收分离，带涂层的废保险杠可以用反应混合法回收分离。此外，国外还开发了计算机自动分拣系统，实现分拣过程的连续自动化。瑞士Bueher公司以卤素灯为强光源，经四种滤光片鉴定后，可通过计算机分离PE、PP、PS、PVC、PET废塑料，生产能力为IT/h..
直接使用或与其他聚合物混合制成聚合物合金。这些产品可用于制造原料塑料产品、塑料填料、过滤材料、阻隔材料、涂料、建筑材料和粘合剂。这是一种简单可行的方法，可以重复使用，分为熔融再生和改性再生两种。
(1)熔体再生
这种方法是将废塑料加热熔化后重新塑化。按原料性质可分为简单再生和复合再生。
简单回收已被广泛应用，主要回收树脂厂、塑料制品厂生产过程中产生的边角废料，也可以包括那些易清洗、易挑选的一次性废料。这部分废料的特点是成分比较干净简单。通过简单的工艺和设备，可以获得性能良好的再生塑料，其性能与新材料相似。目前约有20%的塑料废料是通过这种方法回收的，现阶段大多数塑料回收厂都属于这一类。
复合再生用的废塑料是从不同渠道收集来的，杂质多，种类多，杂，脏。由于各种塑料的物理化学特性的差异和不相容性，它们的混合物不适合直接加工，不同种类的塑料在再生前必须进行分离，因此回收过程复杂。国际上采用的先进分离设备可以系统地分离不同的物料，但设备的一次性投资较高。一般来说，复合再生塑料不稳定、易碎，所以常被用来制备低档产品，如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣、机械的包装材料等。
目前，我国大连、成都、重庆、郑州、沈阳、青岛、株洲、邯郸、保定、张家口、桂林、北京、上海等地已引进熔融法回收废塑料的装置20余套，主要用于生产建筑材料、再生塑料制品、民用材料、涂料、塑料填料等。
(2)改性和再生
是指用化学或机械方法对废旧塑料进行改性。改性回收产品的力学性能提高，可制成高档产品。
日本宝中产业技术研究开发实验室发明了一种将废纸和废聚乙烯加工成合成木材的方法，可以像天然木材一样进行加工，并具有与天然木材一样的良好质感。澳大利亚克莱顿聚合物合作研究中心开发了一种生产工艺，利用聚乙烯薄膜碎片和废纸纤维生产建筑行业的木材替代品。加工过程在双螺杆挤出机中进行，加工温度低于200℃，可以避免纤维降解。用该方法生产的新闻纸/聚乙烯复合材料的外观、密度和力学性能与硬质纤维板相似，可用标准工具切割成型，钉合时抗裂性也较好，防水性能优于硬质纤维板。埼玉的“爱奴木”技术利用干磨和清洗回收塑料废料，利用回收的PE、PP、PVC、ABS等混合废木屑等原料，生产木屑含量超过50%的新型木板。艾恩德伍德技术的问世引起了世界各国特别是发达国家的关注，并产生了强烈的反响。
在化学添加剂方面，汽巴-佳吉公司生产了一种含有抗氧剂、稳定剂等活性和非活性添加剂的混合添加剂，基本可以将回收料的性能恢复到原来的水平；荷兰也有人研发出一种新的化学相容剂，可以将含有不同聚合物的回收塑料粘合在一起。据报道，在美国，固态剪切粉碎(S3P)用于机械加工。不需要加热熔融，树脂就可以在分子水平上被剪切，形成具有互容的* * *混合物。* * *混合物的大部分由HDPE和LLDPE组成，其极限拉伸强度和弯曲模量与纯HDPE和LLDPE相当。近两年来，固体剪切挤出、反应混合、多层夹层注射成型技术和反应挤出法则使一些难以回收的废旧塑料的回收利用成为可能。
(3)木粉填充改性废塑料。
改性废塑料填充木粉是一种全新的绿色木塑材料，其加工方法也是一种物理改性再生方法。近年来，国内外对这一领域的研究越来越多，发展迅速，并出现了商业化的产品，因此开发塑木材料及相关技术已成为一种趋势。
木粉与废塑料复合材料的开发和研究不仅为充分利用自然资源提供了机会，而且减少了废塑料对环境的污染。因此，这种木塑复合材料是一种节能环保的绿色环保材料。它的应用范围很广，主要在建筑材料、汽车工业、货物包装运输、装饰材料和日用品等方面，具有广阔的发展前景。这一点从国内外的专利研究中也可以看出。木粉作为塑料的有机填料，具有许多其他无机填料无法比拟的优异性能:来源广、价格低、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小。但作为无机填料一直没有得到广泛应用，主要是以下两个原因:与基体树脂相容性差；在熔融热塑性塑料中的分散效果差，导致流动性差，挤出成型和加工困难。
①木粉的处理:木质纤维材料最好是蒸煮木质材料，如杨木、雪松木屑等。这种木质纤维具有规则的形状和长宽比，使用前需要尽可能的清洗和干燥，然后加工成类似锯末规格的木粉。木粉的规格尺寸在各个专利中都有规定:长度最好为1-10 mm，厚度为0.3-1.5 mm，长宽比为2.5-6.0，吸湿率小于12%(重量)。
②木塑复合材料的加工要求:复合材料颗粒挤压成木材时，如果采用不通风的挤压工艺，颗粒应尽量干燥，含水率应在0.01% ~ 5%(质量分数)之间，最好小于3.5%。在通风条件下，含水量低于8%是可以接受的。否则，挤出的材料会产生裂纹或其他表面缺陷。
研究了复合颗粒的截面形状，认为几何形状规则的截面更有利，包括三角形、正方形、矩形、六边形、椭圆形、圆形等。优选具有近似圆形或椭圆形横截面的规则圆柱体。
在挤出过程中，木纤维要沿挤出方向取向，这样可以使相邻的平行木纤维与涂在取向木纤维上的聚合物重叠，从而提高材料的物理性能。通常，取向度为20%，优选30%。这种结构的材料具有充分增强的强度和拉伸模量，适用于制造门窗。
研究了木粉和废塑料的混合比例。最佳工艺条件为塑料45%，木粉55%。还发现，从40%的塑料和60%的木纤维到60%的塑料和40%的木纤维的混合比例可以生产有用的产品。混合物的成分取决于最终产品的特性以及塑料和木质纤维的类型。
③相容性的提高:由于木粉的主要成分是纤维素，其中含有大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，吸湿率可达8%-12%，且极性很强，而热塑性塑料大多是非极性和疏水性的，所以它们之间的相容性很差，界面附着力很小。使用合适的添加剂对聚合物和木粉进行表面改性，可以提高木粉与树脂的界面亲和力。改性木粉填料性能增强，能很好地传递填料与树脂之间的应力，从而提高复合材料的强度。因此，要获得性能优良、符合要求的塑木复合材料，首先要解决的问题是相容性。
相容性问题主要通过添加各种添加剂来解决。
偶联剂法:偶联剂可以改善无机填料和无机纤维与基体树脂的相容性，也可以改善木粉与聚合物的界面。硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂是应用最广泛的两种偶联剂。实验表明，两者都能改善填料与树脂的相容性。
相容剂法:加入相容剂法是最简单有效的方法。据报道，合适的相容剂包括马来酸酐接枝的植物纤维或马来酸酐改性的聚烯烃树脂、丙烯酸酯聚合物和乙烯丙烯酸聚合物。这些增容剂大多含有羟基或酸酐基团，能与木粉中的羟基发生酯化反应，降低木粉的极性和吸湿性，因此与树脂有良好的相容性。
④添加剂用量对复合材料性能的影响:偶联剂的用量与填料的活化效果不成正比。当添加剂含量为1%时，材料的抗拉强度和拉伸模量最佳，但随着添加剂用量的增加，材料的性能有所下降。所以添加剂的用量不能太多，否则不仅影响性能，还会造成不必要的浪费。
⑤流动性的提高:对于挤出加工，要求加工的物料具有一定的流动性。大多数情况下，填充塑料需要经过熔融、受力、变形，然后冷却成型，制成各种产品。因此，必须研究木粉填料对熔体流变性能的影响。其中，最重要的是对熔体粘度的影响。
随着木粉含量的增加，聚合物熔体的粘度增加，这与木粉在基体树脂中的分散有关。木粉颗粒以一定的聚集态存在于基体中，聚集态的木粉对填充体系的流动性的影响是不利的。可以加入适量的硬脂酸，减少木粉颗粒的聚集数，改善团聚现象，使其充分分散在基体树脂中。另外，木塑复合材料在熔融状态下属于假塑性流体，表观粘度随着剪切速率的增大而减小。因此，为了使填充体系具有良好的加工流动性，应尽可能采用较高的剪切应力，以降低填充体系的剪切粘度，使其适合挤出成型。
⑥加工条件的改善:挤出成型、热压成型和注射成型是加工塑木复合材料的主要成型方法。由于加工周期短、效率高、成型工艺简单，挤出成型法是较好的选择。
单螺杆挤出机可以完成物料的塑化和输送任务。由于木粉的填充增加了聚合物熔体的粘度，增加了挤出的难度，所以用于木粉填充改性的单螺杆挤出机必须采用专门设计的具有较强混合和塑化能力的螺杆。
由于木粉的蓬松结构，不易喂入挤出机螺杆，所以在挤出前要将物料混合造粒。由于木粉具有吸水性，所以造粒前要进行干燥，干燥温度约为150℃，时间以3小时为宜。如果干燥不充分，产品中会产生气泡，从而降低材料的机械强度。控制加工温度也非常重要。如果温度过高，木粉会因受热而碳化，影响材料的表观颜色。因此，在加工过程中应适当控制加工温度。
化学方法:
是指通过化学反应将废塑料转化为低分子化合物或低聚物。这些技术可用于从废塑料中生产燃料油、天然气、聚合物单体以及石化和化学原料。
从技术角度来看，化学法主要有热解、催化裂化、加氢裂化、超临界流体法、溶剂解等。热裂解产生沸点范围宽的烃类，回收价值低。由于催化剂的存在，反应温度可以降低几十度，产品分布相对容易控制，可以得到高结晶位的汽油。超临界流体法因其环保、经济、分解速度快、转化率高而成为研究热点。它不仅适用于废塑料的涂油，也适用于缩聚物的溶剂分解。溶剂解主要用于缩聚废塑料的解聚。
接收单体。
就用途而言，根据最终产品的不同，化学方法可分为两种类型。一是准备燃料(汽油、煤油、柴油、液化气等。)，另一个是准备基本的化工原料和单体。
(1)制造燃料(油、气)的油化技术
国外早在上世纪70年代的石套危机中就开始发展加油技术。
裂解，1kg废塑料可产生高达iL。该技术不使用搅拌装置，仅适用于聚烯烃，不适用于含卤塑料。
APME(欧洲塑料制造商协会)认为，回收过程必须能够接受广泛的混合塑料，才能有生命力。目前，业界已对富含PVC(高达60%)的废塑料进行了实验室项目研究和初步中试，但尚未提供建设示范装置的最佳工艺条件。
2000年4月，日本全面实施废塑料“包装容器回收法”。为了解决混合塑料的涂油问题，日本废塑料再生利用促进协会和废弃物研究财团在* * * *的支持下，成功开发出通用混合废塑料涂油技术。其工艺流程包括预处理、脱氯和热分解。为了提高油品质量，添加了催化剂进行改质。
三菱重工、东芝、新日铁等日本企业相继进行了中试或工业试验，可以生产出汽油、柴油、重油等油晶体。技术过了，经济还没过。因此，有关公司正在通过改进工艺大大降低成本，特别是东北电力和三菱重工利用超临界水对废塑料进行加油的试验结果。反应时间由过去的2小时大幅缩短至2分钟后，收油率保持在80%以上的高水平，有利于降低成本。考虑到油价上涨将有利于提高经济效益，目前正在进行的0.5t/h工业试验有望在成功后不久投入实际使用。
(2)基础化工原料制备及单体回收技术:
混合废塑料热分解产生液态烃，超高温气化产生水煤气，可用作化工原料。近年来，德国的赫司特公司、规则公司、巴斯夫公司、关西电力公司、三菱重工等都开发了利用废塑料进行超高温气化生产合成气，进而生产甲醇等化工原料的技术，并已产业化。
近年来，废塑料单体的回收利用技术越来越受到重视，逐渐成为主流方向，其工业应用也在研究中。1998年5月在德国慕尼黑召开的14国际分析与应用裂解学术会议上，出现了聚合物废料回收利用发展的新动向。从本次会议发表的论文可以看出，高分子材料的“白色污染”问题在国际上已经基本解决，并且在高分子废弃物热解制备燃料的研究和产业化之后，已经趋向于通过有效的催化-热解方法将高分子废弃物转化为高分子合成的新原料。
舞台。目前研究水平已达到聚烯烃90%、聚丙烯酸酯97%、氟塑料92%、聚苯乙烯75%、尼龙和合成橡胶80%的单体回收率。这些成果的工业应用也在研究中，将给环境和资源利用带来巨大的好处。
巴特尔纪念研究所(美国专利。No.5136117)成功开发了从LDPE、HDPE、PS、PVC等混合废塑料中回收乙烯单体的技术，回收率为58%(质量分数)，成本为3.3美分/千克，目标两年内实现产业化。日本总代理三菱商事公司引进了这一技术并将其商业化，并建成了流量为20L/h的连续反应装置..
溶剂解(包括水解和醇解)主要用于缩聚类高分子材料的解聚以回收单体，适用于单一品种的经过严格预处理的废塑料。目前主要用于处理聚氨酯、热塑性聚酯、聚酰胺等极性废塑料。如聚氨酯泡沫水解制备聚酯和二胺，聚氨酯软硬产品醇解制备多元醇，废PET解聚制备粗对苯二甲酸和乙二醇。
此外，近年来超临界流体法越来越多地应用于高分子材料的解聚和缩聚，回收其单体，效果远好于普通溶剂分解。日本的T. Sako等人利用超临界流体分解法回收废聚酯(PET)、玻璃纤维增强塑料(FRP)和聚酰胺/聚乙烯复合膜。他们用超临界甲醇回收PET的优点是PET分解速度快，不需要催化剂，几乎可以回收100%的单体。他们还对PA6/PE复合膜进行了亚临界水回收处理，使PA6水解为单体己内酰胺，回收率在70%-80%以上。
热能再生:
塑料燃烧会释放大量热量。聚乙烯和聚苯乙烯的热值高达46 000 kJ/kg，超过了燃料油的平均热值44 000 kJ/kg。燃烧试验表明，废塑料具有用作燃料的基本性能。煤粉和重油燃烧对比试验见表2.2。从表2.2可以看出，废塑料的热值与煤和石油相当，不含硫。此外，由于灰分含量低，燃烧速度快。
所以国外用废塑料代替煤、油、焦炭用于高炉喷吹，水泥回转窑代替煤用于烧水泥，做垃圾固体燃料(RDF)用于发电，都取得了很好的效果。
(1)加油:固体废物燃料RDF
日本积极推动利用废塑料生产固体废物燃料。RDF技术最初是在美国开发的。近年来，在日本，由于垃圾填埋场的短缺、氯化氢对锅炉的腐蚀以及含氯废塑料产生的尾气对环境的污染，利用废塑料热值高的特点，将各种可燃废弃物混合，制备出热值为20933 kJ/kg、粒径均匀的RDF，不仅稀释了氯气，而且便于储存、运输和燃烧，用于其他锅炉和工业窑炉代替煤炭。垃圾固体燃料发电最早应用于美国，RDF电站有37座，占垃圾电站的21.6%。日本结合大修，将部分小型垃圾焚烧站改为RDF生产站，以利于集中后连续高效的大规模发电，使垃圾电站蒸汽参数从
电更好。目前日本各水泥厂都在积极推进。
(2)高炉喷吹和水泥回转窑喷吹
高炉喷吹废塑料技术是利用废塑料的高热值，将废塑料制成合适粒度的高炉，代替焦炭或煤粉，处理废塑料的一种新方法。国外高炉喷吹废塑料的应用表明，废塑料利用率达到80%，排放量为焚烧量的0.1% ~ 1.0%，仅产生较少的有害气体，处理成本较低。高炉喷吹废塑料技术为废塑料的综合利用和“白色污染”的治理开辟了新的途径，也为冶金企业节能增效提供了新的手段。
1995年，德国不来梅钢铁公司首先向其2号高炉(容积2688m3)喷吹废塑料，建立了一套70kt/a的喷吹设备，随后克虏伯/美国好施钢铁公司也建立了一套90kt/a的喷吹设备，其他德国钢铁公司也准备采用该技术。1996年，日本NNK公司向其京滨厂1号高炉(容积4093m3)喷吹废塑料，计划处理废塑料30kt/a
它还打算将这项技术转让给日本的其他工厂。日本环保界和舆论界对此寄予厚望，日本钢铁联盟已将此列入2010年节能计划，要求每年注入100多万吨，相当于钢铁工业能耗的2%，前景光明。
另外，日本水泥回转窑注入废塑料的试验也是成功的。德山公司水泥厂在长期焚烧废轮胎的基础上，在1996废塑料处理促进会的配合下，成功进行了将废塑料注入回转窑的试验。
发酵法
据报道，废聚乙烯可以通过氧化发酵和热解发酵转化为微生物蛋白。这种方法是一种非主流的方法，目前并不常用。
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