淺析塑料降解及回收利用技術

劉亦晴

摘 要：塑料制品行業的持續快速發展為世界經濟注入了新的活力，但隨著塑料制品在各個領域應用的不斷增長，廢舊塑料對環境的生態平衡帶來的隱患也不斷增加，各國政府和研究機構紛紛采取措施，通過加大廢舊塑料回收和研發對環境更加友好的可降解塑料來減少白色污染，通過垃圾分類改變人們隨意丟棄廢舊塑料制品的習慣，通過在塑料制品全生命周期的管控來統籌推進和解決塑料廢物的環境污染問題。

關鍵詞：廢舊塑料;回收利用;生物降解

0 引言

隨著中國塑料制品行業近年來的持續快速發展，塑料及其制品遍及國民經濟的各個領域，發揮著巨大且不可替代的作用。在產量不斷增長的同時，塑料制品行業也在進行產業結構調整，通過引入新技術、新工藝實現產品不斷轉型升級。2019年全國塑料制品產量達8184.2萬噸，穩居世界塑料生產和消費的第一大國位置。然而，隨著塑料制品消費量的不斷增長，塑料制品使用后的廢舊塑料也不斷增多，廢棄塑料給生態平衡帶來極大的隱患，各國政府和研究機構紛紛采取措施，研究和探索廢舊塑料回收技術和方案，經過不懈努力，廢舊塑料的回收領域取得了一定成效，全球廢棄塑料回收明顯增長，再利用率逐漸提高。塑料制品應用范圍較廣，不斷增長的下游行業為塑料制品行業的發展提供了強有力的支撐，塑料制品的應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、農用塑料制品、工業交通等方面。

1 塑料材料制品的性能特點

塑料材料具有重量輕、化學性能穩定、絕緣性、減震性等諸多優點，使得塑料在各個行業的應用越來越普遍。

1.1 重量輕

受能源和環境保護的壓力，航空業和汽車制造業率先進行零部件的輕量化設計，目前輕量化設計在越來越多的工業領域展開，其中一個重要的方向是應用密度更低的材料替代鋼材及合金材料。塑料的相對密度約0.9～2.2，是較為常用的輕量化材料。由特殊工藝制成的發泡塑料質地更輕，因組織內部均布微孔，其相對密度僅為0.01，可以應用到對輕量化設計有特殊要求的場景。

1.2 優良的化學穩定性

材料的耐腐蝕性是相對指標，通常所述材料的耐腐蝕性是相對金屬等一般材料而言的。塑料家族中絕大多數都具有較好的抗腐蝕能力，較難與酸堿等化學物質發生反應。各種不同材質的塑料性能和應用也不盡相同，例如PP塑料的耐腐蝕性能一般，而PTFE塑料則具有極強的耐腐蝕性能，其優良的化學穩定性，可應用于強酸強堿等惡劣工況。

1.3 優異的電絕緣性能

選擇并應用合適的材料是保證電氣和電子設備質量和可靠性的關鍵，絕大部分塑料都是電的不良導體，其表面電阻、體積電阻很大，使其成為重要的絕緣材料，在電子工業和機械工業上廣泛應用。

1.4 較好的隔熱性能

塑料的導熱性是比較低的，例如聚氯乙烯的導熱系數僅為鋼材的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能源費。泡沫塑料的微孔結構使其在隔熱的同時，也具有較好的隔音、防震性能。

1.5 機械強度分布廣

塑料普遍具有強度大、密度小的特點，因而具有較高的比強度。塑料的種類繁多，各種塑料的硬度、抗張強度、延伸率和抗沖擊強度等力學性能區別很大，不同的應用可以根據性能要求選擇不同材質的塑料。

2 廢舊塑料回收問題

塑料作為一種新興材料，因其質輕、易加工、綜合性能好等諸多優點應用極為廣泛，在國民經濟中發揮巨大作用的同時，也給人們生活帶來極大方便。隨著塑料制品的消費量增加，廢棄塑料也不斷增多，特別是一次性塑料制品的出現，對環境造成的危害越來越嚴重。塑料材料結構穩定，不易被天然微生物菌降解，在自然環境中變成污染物長期存在并不斷累積，加強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，塑料的回收再利用率顯著提高。

2.1 廢舊塑料的分離

經回收后廢舊塑料必須達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定，附加值很低。為了提高廢舊塑料的利用價值就必須對回收物進行分離處理，獲得單一品種的廢舊塑料，并清除附著在塑料上的雜質。人工分離是較為傳統的分離方法，通過識別塑料的外觀、色澤、透明度、硬度等對小批量的廢舊塑料進行分離，其缺點是識別的準確度不高，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，或者離心等措施，實現對不用種類塑料的分離。

2.2 廢舊塑料的回收

廢舊塑料回收通常可分為簡單再生法和改性再生法，簡單再生法是將廢舊塑料經過分離、清洗后，進行熔融并用于成型加工的回收方法。改性再生技術是指將廢舊塑料進行改性加工，改性加工是破壞聚合物的分子鏈，將廢舊塑料中的有機成分轉化成石油化工原料，即塑料再生料。其中，熱解技術是一種較為成熟的廢舊塑料處理工藝，熱解技術利用高溫破壞聚合物分子鏈，使塑料中的有機成分轉化成汽油、燃氣精煉產品。熱解技術可進一步細分為催化劑裂解技術、氫化裂解技術等。

2.3 廢舊塑料的再利用系統工程

廢塑料治理是一個系統工程，也是一個綜合性的任務，需要在塑料產品全生命周期內統籌考慮，治理塑料污染從源頭設計到后端應用都要做綜合判斷，設計塑料制品時就要考慮產品的可回收性。盡管生活中很多塑料制品都標注有可回收標識，但實際上回收這些塑料制品的成本和技術難度并沒有進一步得到關注。為了打通塑料產品的回收再利用鏈條，還需要從生產企業、加工企業、回收企業在產品全生產周期廣泛合作。

3 可降解塑料應用

為了減少廢舊塑料對生態環境所造成的污染，盡管各國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，從可持續發展的角度出發，開發可降解塑料勢在必行。

可降解塑料對保存期較為敏感，各項使用性能在保存期內可保持穩定，過了保質期以后，無法再保證使用性能，被丟棄后會在自然環境條件下降解，并逐步降解成對環境無害的物質，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納米以上波長的光能，光降解塑料采取在聚合物中加入光敏感基團或添加具有光敏作用化學助劑的方式，實現材料的光氧化反應加速。光降解塑料需要應用在光照時間充足的場景，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境中微生物分解，在細菌、霉菌或藻類等分解作用下最終可轉化成對環境無污染的物質。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環境無害的物質。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、糖等可食用的物質為原材料，經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環境的污染，還可以通過減少二氧化碳降低溫室效應。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，技術難點在于高活性催化劑，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，從而進一步提升合成物質的各項性能。目前較為成熟的產品是由二氧化碳與環氧共聚物所得的脂肪族聚酯，應用到一次性包裝材料、餐具、農用地膜等方面，廢棄的二氧化碳基生物降解塑料在自然環境中即可完全降解。

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品。淀粉是一種天然高分子聚合物，具有價格低、可再生等優點，應用淀粉作為塑料的原材料可以減輕對石油資源的使用。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，大分子之間有很強的相互作用力，難以與其他聚合物共混加工，必須對淀粉中的羥基進行酯化、醚化等化學反應，即對淀粉進行化學改性處理，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、玩具等領域。

4 結語

在全球塑料行業高速發展的同時，主要發達國家都在致力于研究和推動塑料的回收利用，以及發展對環境更加友好的可降解塑料。中國塑料行業也在全球致力框架下，努力開拓可持續發展的道路，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位于世界前列。在“綠色、低碳、循環、生態”的產業發展方略指引下，中國塑料加工行業逐步從規模增量型的粗放發展方式向質量效率型集約增長轉變，中國的可降解塑料的產量占世界產能約25%，與中國塑料占世界產能的比例基本相當。

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