塑料包裝廢棄物的回收利用

范煒亮 王克儉

（北京化工大學機電工程學院成型制造研究中心）

1. 包裝廢棄物的產生和危害

包裝容器在完成或失去其保持內裝物原有價值和使用價值的功能后，它將成為固體廢棄物，加入到垃圾的行列。包裝廢棄物已對環境造成了嚴重污染，影響到工農業生產并威脅到人類健康和動植物的生存[1]。我國塑料制品產量近十年經歷了高速增長期，2008 年至2017 年期間，我國塑料制品產量保持高速增長，2008 年塑料制品產量僅為3,713.82 萬噸，到2017 年達到7,515.54萬噸，同年全世界的塑料制品產量為34,800 萬噸，其中大約30%的塑料用于包裝，這些塑料包裝材料和容器經一次性使用后，大部分成了固體廢棄物。塑料包裝廢棄物的重量輕、體積大、數量多，難以降解，又不能隨意焚化，大多被丟棄在鐵路邊、內河水域和城鎮大街小巷，日積月累便成了觸目驚心的“白色污染”帶[2]。塑料包裝制品中含有聚氯乙烯、丙烯晴等有害物質，在燃燒時產生的HCl 會導致酸雨；生產泡沫用到的氟利昂和氟氯碳化合物會破壞大氣中的臭氧層，加劇溫室效應；塑料垃圾的長期堆放不僅會造成視覺污染，還為蚊蠅、細菌、鼠類提供了繁殖場所；塑料垃圾釋放多種有毒氣體，若不及時治理，會形成大范圍的毒氣源；填埋處理的塑料垃圾會污染土壤，使農作物減產，讓大面積的土地失去使用價值；塑料包裝廢棄物危害環境，進而危害人的生命健康，多種癌癥的誘發都與污染物、化學污染等環境因素密切相關，環境的惡化也令多種動植物瀕臨滅絕。

隨著塑料包裝廢棄物的日益增加，我們必須采用正確、科學的方法將其綜合治理并進行回收利用，這樣可以減少對環境的污染，維持生態平衡，同時還能節約大量的資源和能量。

2. 塑料包裝廢棄物的處理方法

塑料材料在包裝廢棄物中占據很大比重，因此塑料包裝廢棄物的回收處理和再生利用是解決環境污染的重要途經。塑料的可回收利用率很高，再生塑料也比再生紙的能耗低，不能再生的塑料還可處理為無害的液體。目前，對塑料包裝廢棄物的處理方法基本可分為三種，即：填埋、焚燒和回收再生利用。

2.1 填埋

廢舊塑料的大分子結構使其在廢棄后長期不易腐爛，暴露在空間中，易隨風飛動或漂浮在水面上，造成環境污染。因此，人們常利用丘陵凹地或自然形成的凹坑建設填埋場。廢棄塑料填埋方法簡單、成本低、不需復雜的儀器設備，是最快的處理方式。但填埋不能使廢塑料資源化利用，而且人們產生塑料廢棄物的能力遠大于填埋場的處理能力，長此以往會找不到新的填埋場所，填埋塑料后的土壤也會受到不同程度的污染，因此填埋不是一種好的處理方式，不符合可持續發展原則。

2.2 焚燒

焚燒法是將不能再次利用的混合塑料在焚燒爐中焚化，過程中產生的大量熱量可被充分利用。焚燒爐的投資成本昂貴，適合于發達國家中塑料垃圾比例較大的大型、中型城市。廢棄塑料經焚燒后，其體積減少90%，質量減輕80%，其熱值為83 kJ/kg，接近于燃料油，焚燒剩余的部分易分解。

然而，塑料焚燒過程種還產生大量有害氣體，會危害環境和人的健康。廢塑料焚燒過程的主產物是二氧化碳和水，但不同品種的塑料在不同焚燒條件下也會產生多環芳香烴化合物、一氧化碳等有害物質。例如PVC 會產生HCl，聚丙烯氰會產生HCN，聚氨醋會產生氰化物等。另外，在廢塑料中還含有鎘、鉛等重金屬化合物．在焚燒過程中，這些重金屬化合物會隨煙塵和焚燒殘渣一起排放，污染環境[3]。因此，必須建立對有害氣體的處理設施，防止其進入大氣層以避免形成溫室效應和酸雨。焚燒法由于其昂貴的成本和有限的適用范圍，也不是塑料廢棄物處理的最佳方式。

高爐噴吹技術是一種將廢塑料作為原料，制成適宜粒度后噴入高爐，取代焦炭或煤粉的新方法，是一種進化的焚燒利用技術。國外對高爐噴吹技術的應用探索表明，該方法雖然會在生產時產生有害氣體，但其排放量僅為焚燒法的0.1%-1%，對環境的污染已大幅降低，且廢塑料在高爐中的熱利用率能達到80%。該技術的難點在于對廢塑料的加工處理，廢塑料在噴入高爐前必須加工成具有一定粒度的粒狀物料。在加工時，包裝塑料中的固體塑料和薄膜塑料因具有不同的形狀難以共同處理，最好分開加工。

在加工處理問題方面，國外學者已經找到一些解決的途徑。在中國，大部分高爐仍采用噴吹煤粉技術，然而國內煤粉存在灰分較高、噴吹效益差、煤資源短缺等問題，發展高爐噴吹廢塑料技術是一種合理的解決方案。我國應致力于尋找出更加經濟、實用的制粒和噴吹方法。

2.3 回收再生利用

大型的塑料包裝容器從垃圾堆中分揀后，經過清洗、消毒可直接回收利用；塑料包裝廢棄物的再生利用主要指熔融再生和造型等。回收再生利用的方法主要包括廢塑料的再生技術、熱處理油化技術、加工成衍生燃料（RDF）焚燒能源化利用技術以及一些其他的化學處理技術。目前回收利用技術已經初步成熟，在國家提出固體廢棄物向減量化、資源化、無害化處理的政策下，包裝廢棄物的回收利用不僅可行，還能促進包裝工業的發展[4]。目前，中國對廢塑料的回收利用尚未普及，回收利用率僅20%左右，其余仍采用填埋、焚燒的處理方法。而日本、德國等發達國家廢塑料的回收利用率已達70%，塑料再生利用是解決國家資源短缺問題的重要手段，在中國，廢塑料回收加工有龐大、穩定的市場，行業的前景較好。下面對幾種回收利用的方法及其優缺點進行介紹。

2.3.1 直接再生利用

廢塑料的直接利用是指將其經過清洗、破碎、塑化、直接加工成型或與其他物質經簡單加工制成有用制品。清洗廢塑料通常用水，受污染嚴重的則使用洗滌劑或溶劑，清洗過程需進行大規模排水處理，為避免經濟負擔和環境負荷，應采用封閉系統。粉碎塑料時使用回收利用專用的特殊粉碎裝置，如：纖維增強塑料 微粉碎機、空氣渦流粒子碰撞粉碎機、防止材料與設備摩擦發熱的氣流粉碎機等。此外還開發了處理薄膜的兼有洗凈與粉碎功能的水中粉碎技術[5]。分類、洗凈、粉碎等良好的前處理工作有助于廢塑料的再次加工成型。直接再生利用技術在國內外應用廣泛，其制品已被應用于工農業、建筑業、漁業和日用品等多個領域。

這種方式的優點是成本低廉、工藝簡單，缺點是再生料制品的力學性能大幅下降，不宜制作高檔次制品。

2.3.2 改性再生利用

改性再生利用技術可提高再生料的基本力學性能，以滿足一些專用制品在質量上的需要。塑料包裝廢棄物的改性技術有很多，常見的有共混改性、增強改性、填充改性、增韌改性、接枝改性、熱裂解和催化裂解等，大體上可分為物理改性和化學改性兩類。

物理改性通過機械混煉設備將塑料升溫至軟化點以上進行熔融混合，制備出多相態、多組分的共混物合金和復合材料[6]。其中共混改性是將一種或多種樹脂添加到另外一種樹脂中以改變其性能的改性方法，摻入的樹脂是一些高分子物質，相容性較好，添加后對原樹脂的其它性能無顯著影響。填充改性與共混改性類似，不同的是在樹脂中添加小分子物質，相容性較差，對樹脂性能影響較大。增韌改性則是用于提升再生塑料力學性能的一種方式，可通過添加彈性體、剛性粒子、共混熱塑彈性體等物質實現。纖維增強改性被應用于高分子復合材料領域中，使通用樹脂向結構材料和工程塑料轉變，回收的熱塑性塑料經過纖維增強改性后在抗熱性、強度、模量、抗疲勞性方面的性能均有提高，與此同時材料的脆性增大這種方法的應用前景很好，是塑料回收利用的新途徑。

化學改性則通過使用化學手段（如接枝、共聚等方法）在分子鏈中加入其他鏈結和功能基團。交聯劑、成核劑、發泡劑等化學制品對廢塑料改性時可提高耐熱性、抗沖擊性和抗老化性，為再利用做準備。

原位反應擠出工藝將物理、化學改性與成型制造結合在一起，在縮短改性周期的同時實現連續性生產，還能獲得綜合力學性能良好的再生塑料。該工藝在特定的螺桿擠出機中將化學接枝改性和組分共混同時進行，這種方法最適用于多組分高聚物之間的增容共混。

2.3.3 熱分解

熱分解技術的基本原理是將廢舊塑料制品中原有的樹脂高聚物進行徹底地大分子鏈分解，使其分解到低分子量狀態，從而獲得具有高使用價值的產品。該技術對廢塑料的回收利用比較徹底，分解后的產物有油、氣、固體和混合體，對應的熱分解工藝分別是油化工藝、氣化工藝和炭化工藝。其中，油化工藝可對PS、PE、PVC、PMMA等多種廢棄塑料進行處理；氣化工藝主要用于多種混雜的廢棄塑料垃圾和城市中含廢塑料包裝的垃圾；炭化工藝則是將熱分解產生的炭化物質經過適當的處理后制成活性炭，可應用于PVC 的熱分解。

2.3.4 化學分解

廢塑料通過化學中的分解反應可變成單體或相對分子質量低的物質，再次成為高分子合成的原料，通常采用水解或醇解（常用的有甲醇、乙醇、乙二醇）。

經過化學分解后的產物均勻，容易控制，無需分離和純化，設備的成本也較低。缺點是對預處理的清潔過程、品種的均勻性、分解所用的試劑要求高，不適合處理混雜的廢塑料。

此外，還可以用超臨界水對廢棄塑料進行化學回收。水在溫度和壓力分別高于其臨界溫度（374.3℃）和臨界壓力（22.05MPa）時，處于超臨界狀態，超臨界水具有氧化性和有機溶劑的性能，用超臨界水處理廢塑料的反應速率快，效率高，反應在密閉空間中完成，避免了環境污染，該技術還有成本低、油化率高等優點。這項環保技術極有前途，然而其發展時間還短，值得不斷探索、完善。

3. 常見塑料包裝制品的回收利用

在日常生活垃圾中存在各種各樣的塑料包裝廢棄物，其中回收的重點是聚烯烴、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酯等，本節對一些常見廢塑料制品的分類、用途和回收處理方法進行介紹。塑料包裝制品的分類詳見表1。

表1 常用樹脂原料及用途

3.1 聚烯烴（PO）回收利用

聚烯烴（PO）主要包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），是廢棄塑料中最普遍，數量最多的塑料。聚烯烴在回收利用時通常經過分選、清洗、粉碎、著色和塑化造粒等步驟。聚乙烯和聚丙烯有良好的耐老化性，經塑化造粒后，材料的性能只是略低于新料的性能，故在回收造粒時只需添加少量抗氧化劑和紫外線吸收劑，或不添加任何助劑。

在美國，回收利用的聚烯烴容器中，把HDPE牛乳瓶、礦泉水瓶回收樹脂用于制造承裝機油和洗滌劑的塑料瓶。此外，P&G 公司在制造紙尿布雙層薄膜包裝時，內層使用新樹脂LDPE，將回收的HDPE50%與EVA 混煉做外層。

3.2 聚氯乙烯（PVC）回收利用

聚氯乙烯（PVC）在我國塑料制品中占30%以上，對廢舊聚氯乙烯的處理通常是直接回收或添加適當的新料，重新制作出各種產品。聚氯乙烯的組成復雜，除了樹脂，還包含增塑劑、潤滑劑、穩定劑、顏料等其他輔助材料。在使用過程中，助劑在光和熱作用下會產生揮發和損失，再重新制作制品時需要適量補充助劑以便于獲得較好的物理機械性能，達到產品的使用要求，這種方法稱為直接復配回用。

廢聚氯乙烯在催化劑作用下與煤焦油進行反應可制成瀝青和塑料油膏。反應過程中，鍵狀的聚氯乙烯分子與煤焦油中的小分子交聯形成二維網狀結構，使改性后焦油瀝青的軟化點提高，并具有柔性好、耐低溫等優點。

3.3 聚苯乙烯（PS）回收利用

聚苯乙烯主要以泡沫塑料形式應用于電器產品、工藝品、精密儀器的防震包裝，也應用于快餐盒等食品包裝，可做保溫材料。這些包裝材料大多是一次性的，使用后即成為廢品。對于聚苯乙烯泡沫塑料，可用直接發泡法或可發性珠粒法重新加工回用，這兩種工藝都屬于物理過程，不破壞聚苯乙烯的高分子結構，能保留材料原有的性質。最近，日本學者采用檸檬烯這種新溶劑將聚苯乙烯溶解，溶液經過過濾、蒸發后得到熔融態的聚苯乙烯，再通過擠出泵水冷固化，切粒等步驟，制出的成品具有和新樹脂一樣的優異性能。

將廢舊聚苯乙烯與水泥混合還可制成混凝土，其密度相當于膨脹珍珠巖；聚苯乙烯泡沫塑料與適當的填料、粘結劑混合后還可制造輕型建材；此外，廢聚苯乙烯因其高透明度和良好的折光率還可涂在其他塑料上作為真空鍍膜的底漆。

3.4 聚酯（PET）回收利用

生活中最主要的聚酯廢棄塑料是飲料包裝瓶，即PET 瓶。其主要成分為聚對苯二甲酸乙二醇酯，這種材料在塑料中對氧氣和二氧化碳有較好的耐受性，PET 瓶還具有質量輕、價格低廉、無毒、不易碎等優點，在20 世紀90 年代由美國杜邦公司開發后，快速成為了飲料包裝領域的主要材料[7,8]。

PET 瓶的回收利用包括再使用、材料回收再生、化學回收再生和能源回收再生。其中，PET瓶的再使用是節約原料、能源，減少包裝廢棄物的重要途徑。先進的滅菌洗滌技術和重罐裝技術是使PET 瓶作為容器反復多次使用的重要保障，目前，PET 瓶可重復使用的次數可達20 次。PET飲料瓶再使用工藝的處理步驟如下：分類→挑選→水洗→酸洗→消毒→水洗→亞硫酸氫鈉浸泡→水洗→蒸餾水洗→50℃烘干→再使用

4. 結語

隨著生產生活中一次性塑料制品的日益增加，廢棄塑料的回收是我國在綠色包裝和環保領域的重大課題。近年來，國家出臺的“限塑令”和在大城市試行的垃圾分類政策已經提升了人們對包裝塑料回收的環保意識，我們仍需向外國學習先進的處理技術以提升廢塑料資源的利用率。