從專利視角看廢舊聚丙烯回收技術發展現狀

韓曉潔

國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心 北京 100160

2019年7月，《上海市生活垃圾管理條例》正式實施，北京于2012年出臺相關條例，各地也將采取有關措施。垃圾分類的大幅度推進將為廢舊塑料的回收在源頭上實現初步分選，降低了后續難度。

聚丙烯是生產生活中主要塑料原料之一，回收方法包括焚燒裂解、以原分子結構直接再生等，后者的經濟價值較高。本文以在華專利申請中涉及廢舊聚丙烯回收的文獻為基礎，針對保持原分子結構的再生方法，對廢舊聚丙烯的回收現狀進行梳理。

從專利角度出發，上述回收分為機械回收和化學回收，主要涉及國際專利分類中的B29B17/00和C08J11/00及相關下位組。機械回收主要通過機械法從其他材料中分離塑料或粉碎廢棄物，化學回收主要通過化學手段對廢棄物進行處理從而實現提純分離或性能改進。

1 機械回收

1.1 分選技術

機械分選技術主要包括電選、浮選、風選、光選、磁選等，目的在于去除金屬等雜質并使塑料間分離。電選和浮選在早期使用較多，光選技術在近期得到了一定程度發展。由于各方法優缺點不同，因此，后期逐漸轉為多種分選技術綜合利用，自動化程度也不斷提高。

電選主要利用摩擦等手段使待分離塑料帶電，通過不同電性和電量分選。添加摩擦輔助材料使塑料具有理想極性和電量、改變電極設置方式進行多次分選、通過振動傳輸方式避免粒子聚結、添加導電添加劑以精確控制不同物質間電性差異等手段均可提高分選精度。浮選主要通過密度差異進行分離。浮選液的選擇是關鍵因素之一，在浮選前通過表面活性劑對顆粒進行親水性改進、或者使浮選液抖動等手段也可以提高分選效果。

光選主要依據物料的不同光反射性進行分離，首先通過紅外等射線對塑料進行識別，然后根據識別結果進行分離操作。其識別速率快，準確率高，同時不產生廢液、廢氣等污染。在識別裝置后連接的分離裝置通常具有高自動化的特點，是塑料分選的主要發展趨勢之一。但是，該方法無法對黑色物質進行識別，且對多層膜材料、復合材料的識別能力偏差。

1.2 破碎技術

由于廢棄物形貌不一，很難直接進行分離回收，因此，在分選操作前通常會進行破碎處理。現有破碎技術，主要依據產品性質或進一步分離需求對處理工藝進行調整，而為了適應生產加工需要，在裝置上也進行了多種改進。其中，多級破碎或循環破碎處理可以提高粒子的均勻性并達到所需粒徑，常用破碎手段包括研磨、切割、沖擊等。

從聚合物的溫度性質出發對破碎工藝進行改進是有效方法之一。如可以在聚丙烯破碎前進行加熱，從而避免因粒子的高速碰撞產生過多微塵污染環境，同時還能減少刀具損耗。反之，還可以通過低溫處理，利用聚丙烯低溫耐沖擊性較差、與其他塑料存在脆化程度差異的特性，提高破碎效果，并可依據破碎粒徑不同，采用多級操作實現塑料間的初步分離。而為了優化工業化生產流程、降低成本或者提高使用壽命、環保性能，現有技術還從刀具結構、加熱結構、輸送結構、易更換部件、以及自清潔構件設置等方面對粉碎裝置進行改進。

2 化學回收

2.1 分離提純技術

化學分離主要涉及兩種，即將其他雜質如添加劑分離去除和將多種塑料進行分離，最終獲得高純度聚丙烯。相對于機械處理，化學法所得產品純度更高，可處理原料種類更多，但是成本也更高。因此，為節約成本并提高產品純度，在化學法分離提純中，往往前期采用機械法進行初步處理。

熔融、溶解后分離是常用方法，分離對象為明顯具有不同熔點或溶解度的物質的混合物，主要通過控制加熱溫度或溶劑的溶解度參數使原料形成固液混合狀態并進行分離。其可進行多級操作，實現多種聚合物分離，尤其能對機械法無法精確分選的多層膜或者塑料組合物等廢棄物進行有效分離。在熔融或溶解過程中添加如相分離劑、助濾劑等助劑，對溶劑種類或工藝參數進行調節是研發熱點之一。

針對涂層、鍍層等特定雜質，以及汽車用品、地毯等特定原料，可通過加入分解劑、蝕刻液等去除待處理層，或者針對制品中特定成分進行處理實現分離。該類技術針對的原料單一，對前期分類要求嚴格，通常在相關物品生產者自身或者產業鏈中易于獲得原材料的企業中實施。另外，為了實現回收目的，可再生特性被更多的引入原產品生產設計中，從而實現高效經濟的回收利用；阻燃劑等原制品添加劑也被去除或檢測，以消除不良影響。

2.2 改性處理技術

聚丙烯在使用過程中會出現分子結構變化或者被添加多種添加劑，使得廢棄物的性能變差。在回收再生過程中，需要對廢舊聚丙烯的性能進行改進從而滿足再利用的需求。

通過共混得到復合材料再生制品是常用手段。共混物可以為如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等新塑料或者填料等填充物，也可以為廢舊的塑料、玻纖、電路板、橡膠輪胎顆粒等回收料；常用添加劑為相容劑、增韌劑、抗氧化劑、潤滑劑等。廢舊聚丙烯以單一聚合物或者與其他廢舊塑料的混合物的形式投入使用，可作為基體或者填充劑，共混后實現撓曲模量等力學性能和加工性能的改進。但是，對于聚丙烯廢棄物的混合物，因組分繁雜影響性能，會限制再利用的范圍，往往進行降級應用，如制備板材等。

為了精確優化共混物性能，可以對聚丙烯的老化程度、殘留添加劑等進行評估檢測，從而對再利用產品的組成進行設計；為了減少分子鏈降解的影響，添加偶聯劑能夠使再利用時低分子物質發生偶聯；為了減少顏色或者氣味影響，可在混合物中添加遮光劑或特定組成的去味劑。值得注意的是，除了作為增強劑外，填料如碳酸鈣、氧化鎂等還可作為酸接受劑或者中和劑，以抑制廢舊聚丙烯在使用或者造粒時產生的鹽酸等物質的不良影響。

3 結論

對于廢舊聚丙烯的回收，原料的分離提純是再利用的關鍵環節。生活垃圾中的廢舊塑料存在的雜質過多，為再利用帶來了非常高的難度。隨著垃圾分類的推行，雖然對可回收物進行了簡單分類降低了難度，但是依然存在紙品、金屬等混雜物影響回收效果。為了更好的實現回收利用，采用多種手段鼓勵更為細化的垃圾分類方式，如進一步從可回收物中分離塑料制品，是可行方案之一。