劉亦晴

摘 要：塑料制品行業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展為世界經(jīng)濟(jì)注入了新的活力，但隨著塑料制品在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷增長(zhǎng)，廢舊塑料對(duì)環(huán)境的生態(tài)平衡帶來的隱患也不斷增加，各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)紛紛采取措施，通過加大廢舊塑料回收和研發(fā)對(duì)環(huán)境更加友好的可降解塑料來減少白色污染，通過垃圾分類改變?nèi)藗冸S意丟棄廢舊塑料制品的習(xí)慣，通過在塑料制品全生命周期的管控來統(tǒng)籌推進(jìn)和解決塑料廢物的環(huán)境污染問題。

關(guān)鍵詞：廢舊塑料;回收利用;生物降解

0 引言

隨著中國(guó)塑料制品行業(yè)近年來的持續(xù)快速發(fā)展，塑料及其制品遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮著巨大且不可替代的作用。在產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，塑料制品行業(yè)也在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，通過引入新技術(shù)、新工藝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)。2019年全國(guó)塑料制品產(chǎn)量達(dá)8184.2萬噸，穩(wěn)居世界塑料生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國(guó)位置。然而，隨著塑料制品消費(fèi)量的不斷增長(zhǎng)，塑料制品使用后的廢舊塑料也不斷增多，廢棄塑料給生態(tài)平衡帶來極大的隱患，各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)紛紛采取措施，研究和探索廢舊塑料回收技術(shù)和方案，經(jīng)過不懈努力，廢舊塑料的回收領(lǐng)域取得了一定成效，全球廢棄塑料回收明顯增長(zhǎng)，再利用率逐漸提高。塑料制品應(yīng)用范圍較廣，不斷增長(zhǎng)的下游行業(yè)為塑料制品行業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，塑料制品的應(yīng)用層面主要包括包裝塑料制品、建筑塑料制品、工程塑料制品、農(nóng)用塑料制品、工業(yè)交通等方面。

1 塑料材料制品的性能特點(diǎn)

塑料材料具有重量輕、化學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性、減震性等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得塑料在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用越來越普遍。

1.1 重量輕

受能源和環(huán)境保護(hù)的壓力，航空業(yè)和汽車制造業(yè)率先進(jìn)行零部件的輕量化設(shè)計(jì)，目前輕量化設(shè)計(jì)在越來越多的工業(yè)領(lǐng)域展開，其中一個(gè)重要的方向是應(yīng)用密度更低的材料替代鋼材及合金材料。塑料的相對(duì)密度約0.9～2.2，是較為常用的輕量化材料。由特殊工藝制成的發(fā)泡塑料質(zhì)地更輕，因組織內(nèi)部均布微孔，其相對(duì)密度僅為0.01，可以應(yīng)用到對(duì)輕量化設(shè)計(jì)有特殊要求的場(chǎng)景。

1.2 優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性

材料的耐腐蝕性是相對(duì)指標(biāo)，通常所述材料的耐腐蝕性是相對(duì)金屬等一般材料而言的。塑料家族中絕大多數(shù)都具有較好的抗腐蝕能力，較難與酸堿等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。各種不同材質(zhì)的塑料性能和應(yīng)用也不盡相同，例如PP塑料的耐腐蝕性能一般，而PTFE塑料則具有極強(qiáng)的耐腐蝕性能，其優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，可應(yīng)用于強(qiáng)酸強(qiáng)堿等惡劣工況。

1.3 優(yōu)異的電絕緣性能

選擇并應(yīng)用合適的材料是保證電氣和電子設(shè)備質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵，絕大部分塑料都是電的不良導(dǎo)體，其表面電阻、體積電阻很大，使其成為重要的絕緣材料，在電子工業(yè)和機(jī)械工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

1.4 較好的隔熱性能

塑料的導(dǎo)熱性是比較低的，例如聚氯乙烯的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼材的0.28%，相同面積的單玻塑窗比單玻鋁窗隔熱能力高40%左右，在住宅、賓館等建筑物普遍應(yīng)用塑料窗體與中空玻璃，可大幅度減少冬季供暖和夏季空調(diào)能源費(fèi)。泡沫塑料的微孔結(jié)構(gòu)使其在隔熱的同時(shí)，也具有較好的隔音、防震性能。

1.5 機(jī)械強(qiáng)度分布廣

塑料普遍具有強(qiáng)度大、密度小的特點(diǎn)，因而具有較高的比強(qiáng)度。塑料的種類繁多，各種塑料的硬度、抗張強(qiáng)度、延伸率和抗沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能區(qū)別很大，不同的應(yīng)用可以根據(jù)性能要求選擇不同材質(zhì)的塑料。

2 廢舊塑料回收問題

塑料作為一種新興材料，因其質(zhì)輕、易加工、綜合性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用極為廣泛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮巨大作用的同時(shí)，也給人們生活帶來極大方便。隨著塑料制品的消費(fèi)量增加，廢棄塑料也不斷增多，特別是一次性塑料制品的出現(xiàn)，對(duì)環(huán)境造成的危害越來越嚴(yán)重。塑料材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易被天然微生物菌降解，在自然環(huán)境中變成污染物長(zhǎng)期存在并不斷累積，加強(qiáng)廢舊塑料的回收問題到了不得不解決的地步。近年來全球廢棄塑料回收量逐步增長(zhǎng)，塑料的回收再利用率顯著提高。

2.1 廢舊塑料的分離

經(jīng)回收后廢舊塑料必須達(dá)到很高的純度后才能再次利用，但通常情況下回收的廢舊塑料往往是多種類混在一起的，以這種混合塑料為原料的制品性能不穩(wěn)定，附加值很低。為了提高廢舊塑料的利用價(jià)值就必須對(duì)回收物進(jìn)行分離處理，獲得單一品種的廢舊塑料，并清除附著在塑料上的雜質(zhì)。人工分離是較為傳統(tǒng)的分離方法，通過識(shí)別塑料的外觀、色澤、透明度、硬度等對(duì)小批量的廢舊塑料進(jìn)行分離，其缺點(diǎn)是識(shí)別的準(zhǔn)確度不高，工藝效率低。密度分離法也是一種較為常見的分離工藝，其原理是利用聚合密度不同，利用水、空氣等介質(zhì)，或者離心等措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)不用種類塑料的分離。

2.2 廢舊塑料的回收

廢舊塑料回收通?？煞譃楹?jiǎn)單再生法和改性再生法，簡(jiǎn)單再生法是將廢舊塑料經(jīng)過分離、清洗后，進(jìn)行熔融并用于成型加工的回收方法。改性再生技術(shù)是指將廢舊塑料進(jìn)行改性加工，改性加工是破壞聚合物的分子鏈，將廢舊塑料中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化成石油化工原料，即塑料再生料。其中，熱解技術(shù)是一種較為成熟的廢舊塑料處理工藝，熱解技術(shù)利用高溫破壞聚合物分子鏈，使塑料中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化成汽油、燃?xì)饩珶挳a(chǎn)品。熱解技術(shù)可進(jìn)一步細(xì)分為催化劑裂解技術(shù)、氫化裂解技術(shù)等。

2.3 廢舊塑料的再利用系統(tǒng)工程

廢塑料治理是一個(gè)系統(tǒng)工程，也是一個(gè)綜合性的任務(wù)，需要在塑料產(chǎn)品全生命周期內(nèi)統(tǒng)籌考慮，治理塑料污染從源頭設(shè)計(jì)到后端應(yīng)用都要做綜合判斷，設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)就要考慮產(chǎn)品的可回收性。盡管生活中很多塑料制品都標(biāo)注有可回收標(biāo)識(shí)，但實(shí)際上回收這些塑料制品的成本和技術(shù)難度并沒有進(jìn)一步得到關(guān)注。為了打通塑料產(chǎn)品的回收再利用鏈條，還需要從生產(chǎn)企業(yè)、加工企業(yè)、回收企業(yè)在產(chǎn)品全生產(chǎn)周期廣泛合作。

3 可降解塑料應(yīng)用

為了減少廢舊塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境所造成的污染，盡管各國(guó)采取了很多措施加大塑料回收再利用的力度，但能夠回收利用的廢舊塑料僅占塑料垃圾總量約1%，無法解決廢舊塑料帶來的污染問題，所以，從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，開發(fā)可降解塑料勢(shì)在必行。

可降解塑料對(duì)保存期較為敏感，各項(xiàng)使用性能在保存期內(nèi)可保持穩(wěn)定，過了保質(zhì)期以后，無法再保證使用性能，被丟棄后會(huì)在自然環(huán)境條件下降解，并逐步降解成對(duì)環(huán)境無害的物質(zhì)，通常包括光降解型塑料、生物降解型塑料、二氧化碳基生物降解塑料和淀粉基生物降解塑料等。

3.1 光降解型塑料

光降解塑料在太陽光照射下能夠發(fā)生降解，太陽光中的紫外光可將高分子鏈有序分解，大部分聚合物無法直接吸收285納米以上波長(zhǎng)的光能，光降解塑料采取在聚合物中加入光敏感基團(tuán)或添加具有光敏作用化學(xué)助劑的方式，實(shí)現(xiàn)材料的光氧化反應(yīng)加速。光降解塑料需要應(yīng)用在光照時(shí)間充足的場(chǎng)景，一定程度上限制了其推廣范圍。

3.2 生物降解型塑料

生物降解塑料能夠被環(huán)境中微生物分解，在細(xì)菌、霉菌或藻類等分解作用下最終可轉(zhuǎn)化成對(duì)環(huán)境無污染的物質(zhì)。高分子量聚合物在微生物中的酶的作用下逐漸分解成低分子量的分子碎片，細(xì)菌等微生物可以將低分子碎片消化吸收，并最終分解成水和二氧化碳等對(duì)環(huán)境無害的物質(zhì)。生物降解型塑料包括完全生物降解型塑料和不完全生物降解型塑料兩類。完全生物降解型塑料由纖維素、蛋白質(zhì)、糖等可食用的物質(zhì)為原材料，經(jīng)過特殊工藝制作而成。不完全生物降解型塑料由天然高分子原料與通用合成樹脂通過共混或共聚方法制作而成，通常情況下不完全生物降解型塑料同完全生物降解型塑料相比，具有更好的力學(xué)性能和加工性能。

3.3 二氧化碳基生物降解塑料

二氧化碳是一種低成本碳資源，以二氧化碳作為原料合成生物降解塑料，不僅可以減少塑料對(duì)環(huán)境的污染，還可以通過減少二氧化碳降低溫室效應(yīng)。二氧化碳基生物可降解塑料是二氧化碳和其他單體在催化劑作用下共聚所得的高聚物，技術(shù)難點(diǎn)在于高活性催化劑，只有在催化劑的作用下才能合成出二氧化碳基生物降解塑料，合成后的塑料還需要通過低成本改性處理，從而進(jìn)一步提升合成物質(zhì)的各項(xiàng)性能。目前較為成熟的產(chǎn)品是由二氧化碳與環(huán)氧共聚物所得的脂肪族聚酯，應(yīng)用到一次性包裝材料、餐具、農(nóng)用地膜等方面，廢棄的二氧化碳基生物降解塑料在自然環(huán)境中即可完全降解。

3.4 淀粉基生物降解塑料

淀粉基生物降解塑料以淀粉為原材料，將淀粉經(jīng)過改性塑化后與其他聚合物共混加工，形成的一種可降解塑料產(chǎn)品。淀粉是一種天然高分子聚合物，具有價(jià)格低、可再生等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用淀粉作為塑料的原材料可以減輕對(duì)石油資源的使用。淀粉作為一種高分子聚合物，在塑料合成過程中很難進(jìn)行熔融加工，原因在于其分子中含有大量羥基，大分子之間有很強(qiáng)的相互作用力，難以與其他聚合物共混加工，必須對(duì)淀粉中的羥基進(jìn)行酯化、醚化等化學(xué)反應(yīng)，即對(duì)淀粉進(jìn)行化學(xué)改性處理，將普通淀粉變成熱塑淀粉。淀粉基生物降解塑料廣泛用于塑料包裝材料、食品容器、玩具等領(lǐng)域。

4 結(jié)語

在全球塑料行業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，主要發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于研究和推動(dòng)塑料的回收利用，以及發(fā)展對(duì)環(huán)境更加友好的可降解塑料。中國(guó)塑料行業(yè)也在全球致力框架下，努力開拓可持續(xù)發(fā)展的道路，目前每年使用的回收利用廢舊塑料約3000萬噸，廢舊塑料瓶的回收率已經(jīng)位于世界前列。在“綠色、低碳、循環(huán)、生態(tài)”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方略指引下，中國(guó)塑料加工行業(yè)逐步從規(guī)模增量型的粗放發(fā)展方式向質(zhì)量效率型集約增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，中國(guó)的可降解塑料的產(chǎn)量占世界產(chǎn)能約25%，與中國(guó)塑料占世界產(chǎn)能的比例基本相當(dāng)。

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