通用热塑性废旧塑料回收利用的技术

1.通用热塑性废旧塑料的特点

（1）废弃量大 通用热塑性塑料应用极广，尤其是聚烯烃类消费量极大，如按2005年统计，PE年消耗量约1100万t，PP为895万t，且多数为一次性使用制品（如包装膜、农膜、中空容器、包装容器等），在固体废弃物中，废旧塑料的质量占比为4%～10%，体积占比为10%～20%，而聚烯烃占其中的70%以上。

（2）废旧塑料制品品种多 废旧塑料制品有模塑制品、型材制品（板、棒、管、片、异型材、薄膜等），包装制品（包装膜、袋、绳带、瓶、箱包盒、周转箱、桶、盆等）、日用品及器皿、容器、纤维及织物、建材（门窗、板、纸、地砖等）、涂装材料（油漆、涂料、油墨）、粘结剂等，不同品种制品回收工艺也不同。

（3）塑料品种多 虽然通用塑料一般为PE、PP、PVC、PS等品种，但按不同成型方法及改性方法可派生出许多品种，如单一组分、共混、共聚、共挤（注）、增强、填充等改性品种等。每个品种的组分不同，回收时常需进行分离。

2.通用塑料废旧料的基本回收工艺

虽然PE废旧塑料品种及制品种类很多，不同回收材料及不同形式制品的回收工艺及流程都有所不同，选用的设备及生产形式也不同，但基本回收工艺流程是相同的，除了焚烧或填埋回收处理外，多数回收工艺流程包括鉴别分类、去异物、粉碎、清洗、分离、干燥、回收利用等步骤，且按回收料情况、回收利用的要求及回收利用工艺等因素酌情将各工序编制成适当的工艺流程。各工序的内容在前已详述过，这里仅补充以下几点：

（1）粉碎工艺 废旧制品是按回收利用工艺要求采用粉碎的方式粉碎到规定大小尺寸的，如当制品有纸质或塑料标签时则用湿式粉碎可将塑料与标签分离，且需对薄膜清洗后再粉碎；干法粉碎薄膜无需先清洗，直接粉碎成碎片再用热空气吹粉碎料可将轻薄的标签分离出来，但粉碎料杂质多；而当废料要经热解或改性回收时，则废料需进行粗、中、细多次粉碎，直至成粉末才可回收加工。

（2）清洗与干燥 收集来的废旧制品表面都有不同程度的污染，回收加工前按污染情况及回收工艺要求设置清洗工序。对污染严重及要制作再生料的回收工艺，则都需多次清洗或粉碎后再清洗去除废料表面污物（如泥土、灰尘、油污、油墨、颜料等），还可采用分离活物设备（如水力旋流器、摩擦清洗机等设备去除泥沙等污物）。

清洗后的废旧料都应经脱水及干燥处理，通用塑料含水量在0.5%以下，防止水分影响回收加工的正常进行。

（3）分离分拣 对不同塑料、不同老化和降解程度的塑料、不同成型工艺的制品（如注射、挤出、吹塑）及不同着色的制品在回收加工前都应经分拣分离，但对性能接近及相容性好的材料则可以不必分离。如LDPE与LLDPE、HDPE与少量PP等则一般不需分离，但HDPE与PVC、LDPE等塑料则应分离；对多组分塑料或不宜分离的品种（如分离成本高），则需采用适当回收工艺再生利用，如化学溶解法等。

（4）回收利用工艺 通用废旧塑料常用回收利用工艺有热分解法、化学分解法、废料直接再生利用、废料再生后直接利用、废旧料改性回收利用（包括各种物理及化学改性回收利用）、废旧能量回收（PE、PP热值高，焚烧时不产生有毒分解物）、制取再生泡沫塑料、废旧料配制油漆、涂料、沥青、混凝土、塑木等回收工艺。

由上述可知，回收通用废旧塑料任务重，对保护环境有重大作用，且需采用多种回收技术才可适应回收不同塑料品种和制品的要求。如对薄膜、中空制品等废旧制品现已开发了专用设备及生产线进行回收加工。这在发达国家已具有较高的水平，配置了先进回收设备形成了规模化产业。我国近几年来也引进了不少回收废塑料设备和生产线，但由于收集废料体系不完备、废料来源不足、设备不能充分发挥作用、回收成本较高等原因，给回收工作带来了一定的困难，尚待改善之中。

3.不同塑料的回收工艺

（1）PE废旧塑料的回收利用 PE系列塑料为非极性聚合物，化学性能不活泼，一般不宜用化学回收法，可用直接再生利用、改性再生利用、热解回收法及焚烧法，且不同制品形式回收工艺也有所不同。

1）PE废旧料特点。在废弃塑料中PE制品的废弃量最大，主要废旧塑料有HDPE、LDPE、LLDPE及其复合材料。

按废弃制品的品种主要有农膜、地膜、包装膜、中空制品及模塑成型制品。如HDPE主要制品有各种用途的管材、包装袋（膜）、中空吹塑容器和箱（桶）等；LDPE主要制品有日常用塑料制品、薄膜（农膜、地膜、包装膜、弹性薄膜、液体包装膜）、包装袋、垃圾袋、注塑制品（小型容器、盒盘、塑料花）、拉伸/吹塑容器、板材、挤型管、电线电缆包覆、异型材、热成型制品、化工容器和槽罐等；LLDPE主要制品有农膜、地膜、模塑件、管材和电线电缆等。

按废旧塑料的组分不同可分为单一组分料、复合组分（如共挤、共混等复合材料）料，也可分为不同成型加工用料（如注射级、吹塑级）、有色和无色料、不同标签材料制品等。

2）PE废旧塑料的主要回收及利用工艺有如下一些：

①直接再生利用。一级回收料及二级回收料加入适当助剂后都可直接作再生料再进行造粒或开炼塑化制作模压坯料。这类再生料性能比新材料的性能差，如伸长率、抗冲击强度、流变性能等都有差距。另外，再生料还有一种异味，故再生料不能直接制作食品、化妆品、医用等的包装制品，但少量再生料与新料混合仍可用于各种成型方法加工性能达标的新制品。再生料也可直接制作性能低档的制品或粗大的制品，如日用品（瓶、坛、箱、盘、盆、桶）。LDPE、LLDPE的再生料常用作农用地膜、育秧软盘、包装袋、垃圾袋等；HDPE的再生料也可作箱包、管材、容器制品。PE再生料也可用作土木材料的改性剂，如用废旧PE农膜及食品袋的再生料与沥青高速共混用于铺设公路可提高路面的耐应力开裂、耐高温塑性变形性，克服了单纯沥青抗老化性、热稳定性和可塑性差的缺点，且又可回收PE。此外，PE再生料还可作共挤（注）复合材料的夹芯层。

PE再生料制作农用地膜实例如下：

工艺流程如图20-27所示。

图20-27 聚乙烯废料的再生工艺流程

其工艺特点如下：采用低温、高速挤出工艺；挤出机选用大直径、小长径比；第一阶挤出机比第二阶挤出机的直径与长径比均小，具体见表20-44；机头内腔截面加大1～2倍，使用多层细过滤网，以有效滤除杂质，减少更换滤网次数；添加抗氧化剂；添加新树脂，以LLDPE为佳，添加量以25%～30%（质量分数）为宜。

表20-44 挤出机的规格

具体吹塑工艺：挤出温度从加料口至机头依次升高，如190℃、200℃、210℃、220℃；改用圆柱形滤网，以增大过滤面积；采用大吹胀比，有利于提高薄膜的横向拉伸强度和纵向直角撕裂强度，当口模直径为100mm，吹胀比约为5.6时，薄膜的纵向和横向强度接近，吹膜易于控制；控制膜泡形状和冷却线高度，可使薄膜的纵向、横向强度趋于一致。膜泡形状以呈高脚杯状（见图20-28）为佳；冷却线高度以530mm左右为宜；主机转速以100r/min为宜。

图20-28 再生PE生产膜泡形状

1—泡管 2—冷却线 3—泡颈 4—稳泡棒 5—调节环 6—风环 7—进风 8—模头

②物理改性再生利用。利用改性技术将废旧PE塑料配制成改性再生料，该技术应用很广，不仅可提高再生料的性能，扩大使用范围，还可节省混杂废塑料的分离工序，降低回收成本。常用的物理改性方法是采用各种用途的改性剂或改性材料组成共混改性再生料。现举例简述如下：

a.用填充改性PE制作箱包容器。其工艺流程举例如图20-29所示。各种形式的填充改性PE再生料应用举例见表20-45～表20-48。

图20-29 用聚乙烯再生粒料制造柑橘包装箱的工艺流程

表20-45 用废旧PE再生料制作包装箱举例

（续）

表20-46 用废旧PE再生料制作人造木材制品举例

表20-47 用废旧PE再生料制作涂料制品举例

（续）

表20-48 用PE再生料制作其他制品举例

b.废旧PE的增强再生利用。废旧PE料利用玻璃纤维增强可再生制作强度高、模量高、冲击韧性好的再生料（但强度及模量比GFPP再生料低），增强GFHDPE再生料可作工程塑料应用。其不同配方料的性能见表20-49。

表20-49中的基质是弹性体改性高密度聚乙烯，其强度值偏低。用20%含量的短玻璃纤维改性高密度聚乙烯已超过聚丙烯树脂的强度。短玻璃纤维活化剂为硅烷偶联剂。用短玻璃纤维改性回收聚乙烯制品的拉伸强度也超过了其树脂的强度（再生高密度聚乙烯制品的拉伸强度15MPa左右）。回收的聚乙烯料经造粒和干燥后再与活化短玻璃纤维实施共混造粒。

表20-49 短玻璃纤维经活化处理后增强改性HDPE树脂的试验结果

注：L—纤维取向方向；T—垂直于纤维取向方向。

c.废旧PE的增韧改性利用。废旧PE的增韧方法有两种：一种是利用SBR、BR、EPDM、IIR、SBS等弹性体，在145℃左右的塑化温度进行开炼共混；另一种方法是用活性偶联处理后的无机粒子（如Ca-CO₃）、少许马来酸酐（MAH）、过氧化二异丙苯（DCP）与HDPE废旧料共混而成。其配方及性能见表20-50。

当在100质量份高密度聚乙烯中加入被活化的CaCO₃70质量份，用MAH1.1质量份及DCP0.4质量份时，与未进行活化的相同填充量比较缺口冲击强度提高4倍，拉伸强度提高60%；与未充填的高密度聚乙烯相比冲击强度提高近1倍，拉伸强度提高2MPa。用活化的钛白粉（TiO₂）改性HDPE的结果见表20-51。

表20-50 活化CaCO₃对HDPE的改性结果

表20-51 活化TiO₂对HDPE改性的结果

③化学改性回收利用。PE常用化学改性回收工艺有氯化改性及交联改性两种方法。

a.氯化改性PE（CPE）是将废旧PE分离、清洗后经干燥、粉碎加入反应釜中通入氯气进行氯化反应的改性方法，其工艺流程如图20-30所示。通过控制Cl₂的浓度、氯化反应时间等条件可得到不同氯含量的改性再生PE。

HDPE、LDPE和PP都可进行氯化改性，PE氯化得到氯化聚乙烯（CPE），因含氯量的不同，产品的用途也不同。低氯化聚乙烯（氯含量10%（质量分数）左右）产品具有阻燃、耐应力开裂性好的特点，力学性能变化不大，加工性能良好，与PE的用途基本一样；氯含量为25%～40%（质量分数）时，CPE为弹性体，柔软性很好；氯含量≥45%（质量分数）时稳定性降低，易分解出HCl。高氯化聚乙烯通常用作PE、PVC、ABS、橡胶等材料的改性剂，以改善共混合金的冲击韧性、耐燃性、耐候性、耐低温性以及成型性等；CPE弹性体可作为大分子增塑剂及塑料合金的相容剂。

b.交联改性PE再生料。常用化学交联改性工艺有两种方法：硅烷交联和过氧化物交联。不同交联度的PE再生料性能不同，对回收PE料，一般只需使之轻度交联就既可保持热塑性塑料特点，又可因交联后形成三维结构，提高再生料的力学性能、耐热性、耐候性、耐磨性及尺寸稳定性。

交联PE再生料可用于制作与木屑共混片材和鞋底，且将产生的边角料经改性降低交联度后又可再制作泡沫片材、聚烯烃硬板、卷材等，用作建筑和包装材料，其性能见表20-52和表20-53。

图20-30 用废旧PE生产CPE工艺流程

表20-52 泡沫片配方与性能

表20-53 聚烯烃硬板配方与性能

④催化剂裂解和热裂解。废旧PE料在沸石催化剂作用下在熔融盐分解炉中加热到420～580℃即可快速分解（分解速度比热分解快2～7倍），且可降低分解残留物。采用碱性催化剂还易产生不饱烃。

废旧PE料也可在>350℃裂解温度下分解，且随不同温度获取不同的再生材料，在800℃时可得乙烯、丙烯和甲烷；在400～500℃时可得到35%～70%液体、20%～40%的气体和10%～30%残留物；在较低温度下可得高沸点烃化合物或齐聚物。

两种裂解法都可从废旧PE中提炼各类油料、燃气及残留物，可作燃料和铺路材料。

⑤焚烧回收利用。PE、PP等聚烯烃塑料的热值很高，且焚烧时不会产生有毒物质，因此也可用焚烧法回收热能。

（2）PP废旧塑料回收利用 PP的用量也很大，所以其废料回收利用也非常重要。

1）PP废旧塑料特点。目前常用的PP塑料有等规PP（IPP）及无规PP（APP）两类，IPP用作塑料制品，应用很广，而APP主要用作改性载体。此外，还有间规PP（SPP），它具有热塑性弹性体及橡胶的特性，目前尚待推广应用。

由PP的综合性能优于PE，所以应用也很广，其制品用途及废旧塑料的特点有所不同：

①我国PP塑料的消耗量占塑料总量25%以上，因此回收利用任务很重。

②PP制品及废旧品的种类很多。我国的PP约有2/3的产量是用于塑料，还有1/3用作纤维。塑料用品主要用在日用品、工业零部件、电气零件、家用电器零部件、容器、产品包装、管材和板材等。纤维主要用做编织品、地毯背衬、绳索等。此外，还可作涂料、合成纸、合成木材及蒸煮消毒容器等。

a.注射制品。家用器具是PP注射制品应用很多的方面，货箱和日用品方面的用量仅次于HDPE，汽车工业的零部件也常用。

b.薄膜主要用于食品、日用品、化学药品包装、电器及电子器械包装。

c.挤出成型品主要用于电线电缆及管材、板材和片材等，板材、片材又可用作热成型产品。

d.中空成型制品。多层容器的出现，使PP在中空制品中消费量大大增加。以PP为主要结构层，辅以EVA、尼龙等阻气性能好的塑料层做的中空容器，可代替聚氯乙烯容器，也可作盛装液体燃料、日用化学品的容器。

e.纤维及其织物。PP编织袋可代替传统麻袋装化肥、水泥、粮食、砂糖等物品；PP织物用于地毯、窗帘等家用品；PP无纺布在工业上应用日趋广泛。新近又出现了可染色手感好的PP纤维，正向纺织用品领域扩展。PP扁带用于捆扎，单向拉伸薄膜纤维可制作缆绳或网具等。

但其废旧制品的大宗来源是薄膜、编织袋、打包带、捆扎带、中空容器及汽车蓄电池槽、汽车保险杠、仪表板等工业制品。

③其复合材料品种多，尤其是一些工业制品，如汽车保险杠、仪表盘等均匀塑料合金复合材料。另外，薄膜还有BOPP、OPP、CPP等品种，因此给回收分离带来较大困难。但PP表面能高，摩擦因数小，吸水率小，所以其制品表面较干净，不易污染。

2）PP废旧料的回收利用包括如下一些方法：

①直接再生利用。PP废旧塑料直接再生利用工艺及应用与PE相似，但用作工业制品时为保证再生PP制品的性能，应首先对不同来源的废旧品进行力学性能测试及评估。常用双辊塑炼机塑化及模压试样进行拉伸、冲击性能测试，然后再判断再生料适用于制作哪些制品、添加哪些添加剂。而且因为PP耐候性及耐光性差，所以常需添加抗氧化剂、光稳定剂及UV吸收剂等助剂。同时，再生料常与新树脂并用，以保证新制品性能。PP塑料经循环利用后性能变化情况见表20-54。

表20-54 PP塑料经循环后的性能

PP废旧料直接再生利用的领域很广，各类废料制成再生料可进行塑化加工成型，或造粒成型加工制作各种制品，如再生膜、中空制品等。如编织袋废料可作再生打包带、再生单丝及绳索；保险杠废料可作再生转轮内衬、空气调节部件、喇叭涂层、保险罩内衬、实心轮子、装饰百叶窗和其他注射模压制品等。另外，在PP生产过程中产生的APP副产物还可作沥青或混凝土填料，或作粘结剂，如将PP、APP和灰分混合，再加入铝矿渣可制成混凝土砖块；APP与沥青熔混也可涂于纸材和布材上作屋顶材料。

②物理改性回收利用。利用共混、填充、增强、增韧等物理改性方法是提高PP再生料性能的有效和经济的方法。经改性后的再生料性能可达到或超过原材料的标准，因此广泛用作工业制品。其应用举例见表20-55。

玻璃纤维与回收PP的造粒工艺可以分为两种：一种是直接混合、塑化造粒法；另一种是运用活化后的长纤维丝，在螺杆挤出机的中间加料口输入，然后与熔融体塑料掺混，最后切粒而成，其直接混合工艺如图20-31所示。

挤出机转速为30～50r/min，挤出机各段温度：Ⅰ段为60℃、Ⅱ段为190℃、Ⅲ段为210℃、机头为198℃。

表20-55 废旧PP物理改性回收利用举例

图20-31 玻璃纤维与回收PP直接混合工艺流程图

非直接混合工艺：纤维增强PP（GFRPP）的生产工艺流程如图20-32所示。

玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）的质量控制要注意以下几点。玻璃纤维（GF）不可过度粉碎；纤维长度分布范围应较窄；GF必须均匀分布，且必须被熔融的PP充分湿润；挥发性组分靠真空排气除去；要求连续地进行造粒生产。

图20-32 GFRPP粒料生产工艺流程图

1—PP及配合剂 2—计量加料器 3—双螺杆挤出机 4—玻璃纤维无捻丝 5—真空排气口 6—机头 7—水浴 8—空气口 9—切粒机 10—筛分后储运包装

如果采用单螺杆挤出机混合造粒，宜选用螺杆长径比较大者，以便充分混合。若使用双螺杆挤出机则应选取同向型双螺杆挤出机。

GF组分对GFRPP性能的影响见表20-56。一般GF含量增加，GFRPP的力学性能有所增加。通常工业生产上GF含量在40%（质量分数）以内，因GF超过40%（质量分数）时，GFRPP性能反而开始下降。GF单丝直径越小、纤维长度越长，则复合材料的力学性能越好。但在成型加工过程中，纤维被磨损过细则会削弱纤维的增强作用。

作为增强材料的纤维现在大都使用玻璃纤维。此外，天然纤维、合成纤维和人造纤维都可以作为通用塑料的增强材料。

表20-56 不同GF组分含量的GFRPP性能

③化学改性回收利用。废旧PP化学改性回收利用工艺主要有氯化改性法、接枝改性法、交联改性法等，应用实例见表20-57。

④其他回收利用，主要包括催化剂裂解回收和焚烧回收能量。

a.催化剂裂解回收利用。废旧PP可用SiO₂/Al₂O₃粉末为催化剂，在380℃左右即可发生裂解，可回收可燃气体、戊烷、甲基-戊烯（戊二烯、己烯、庚烯、庚烷、壬烷、十三烯等）液体燃料，以及残留物。不同温度时的成液率、气体量和残留物回收比例见表20-58。

表20-57 废旧PP化学改性回收利用举例

（续）

b.焚烧回收能量。废旧PP一般在1000℃以下即可燃烧，可用于取热、制蒸汽或发电。PP的热值高，且不发生二次污染，焚烧法是回收PP能量的又一途径。欧洲及美国、日本等国家和地区开发了一些回收工艺及设备，可在高温（400～1200℃）处理废料，灰的残余量少，仅有10%～15%，只是设备造价较高。

（3）PVC废旧塑料的回收利用 PVC塑料是通用塑料中用量较大的品种，其用量仅次于PE和PP，我国年消耗量近1000万t。其制品用途很广，有包装、建材、日用品、管道、薄膜、容器、电材、鞋类、人造革等，因此废弃物量也极大，且各有回收特点。

1）PVC废旧料的特点主要体现在以下几方面：

表20-58 PP在不同温度下的裂解产物

①材料品种多。PVC可分为硬质PVC、软质PVC、半硬质PVC、糊状料PVC等品种，且不同制品有不同的配方，如同为硬质PVC，但管材PVC与板料PVC的配方料组分不同，不同配方的PVC品种可达上千种，因此需分类分离回收。

②制品品种多。硬质PVC制品品种有管材、板（片）材、门窗型材、异型材、棒材、瓶（容器）、管件（接头）、电气零件及模塑制品等，约占PVC用量的65%；软质PVC制品品种有薄膜、软片、人造革、鞋底（面）、标签、电线电缆、地毯、软管、医用制品，约占PVC用量的25%；PVC糊主要用于搪塑制品等。不同形式的制品常需采用不同的预处理方式。

③性能变化大。PVC塑料为不耐氧、光和热的易分解塑料，分解时会释放HCl及二英、重金属蒸气等有毒物质，环保性差。另外，其组分中有许多助剂，如增塑剂、稳定剂等助剂会迁移至表面。因此，PVC制品在加工和使用过程中因上述原因致使性能下降，回收利用时常需先评估废料性能状态，再加入添加剂后才能再生利用。另外，PVC的热值远比PE、PP、PS低，且有二次污染，故不利于采用焚烧法回收能量。

2）废旧PVC的分离。PVC废旧料回收利用前的分离、分拣十分重要，有些必须彻底分离。

对瓶类、薄膜制品，PVC常与PET、PE、PP、PS等塑料制品混杂在一起，除PET外，可用浮洗法分离，即便分离不完全，当含量<3%（质量分数）时对再生PVC料性能的影响也不大。但PET含量>0.1%（质量分数）时就会影响PVC再生料的性能，它与PVC的密度相近且加工温度相差大，因此回收加工前必须将PET分离出去。

另外，PVC薄膜大多用于农膜，表面污染严重，再生前必须彻底洗涤。

PVC电线电缆废旧料常含橡胶组分，因此需采用专用工艺（Vinyloop）分离。

PVC管材及模塑制品中通常含有不同组分及配比的助剂，再生利用前应掌握废旧料中的助剂情况，并按再生料的用途采用添加新助剂、通过溶解、裂解等方法分离出来，再制作再生料。

PVC塑料门窗是近年来推广的新型建材，使用寿命较长，故目前废旧制品量还不大，但以后废弃量会不断增大。这种制品由玻璃、金属结构件及塑料框架等组成，回收前必须将金属件、玻璃、密封条等混杂材料分离出来。废旧框架料可能是新塑料制作的，也可能是再生料为芯层的共挤复合料组成的，两者回收后再生料的性能不同，回收再生时添加助剂也不同，因此也应分拣后分别进行回收加工。

总之，PVC废旧料在回收加工前，需按不同制品的塑料组成及再生料的用途酌情进行分离。

3）废旧PVC的回收利用方法有以下一些：

①直接回收利用。一级回收料（如边角料、加工中的废品、废料）粉碎后可按一定比例加到新料中代替一部分新料进行成型加工，也可用于塑化造粒后，再成型加工，或直接塑化成型加工。

对于二级回收料，首先应进行分离、清洗，干燥处理后进行回收料性能测试和评估，确定需添加的添加剂品种和配比，然后粉碎、混炼制作粒料成型加工，或直接混炼成型加工。这种回收利用方法应用很广。

如废旧SPVC制品（如薄膜）经彻底清洗、碎片、干燥后可再造粒成型加工，也可生产再生PVC软管，如果加入CaCO₃等无机填料可制再生硬管；又如废旧HPVC的板和管材，可用作再生管材（如穿线管），也可配制成发泡料作三层复合管中的夹芯层，还可造粒模塑成型加工硬质PVC零件（如农机零件）；再如废旧PVC门窗，经分离后可作新门窗框型材的夹芯层（两表面层回收料质量比为1/3，芯层回收料质量比为2/3）。另外，与冶金废料赤泥共混可直接用于制作再生塑料门窗框架。

废旧PVC电线电缆包覆料可用溶剂回收法（Vi-nyloop工艺）分离PVC、铜和橡胶，可直接制成PVC粒料使用，性能接近新料。

废旧PVC瓶可再生制作管材、管件、地板和PVC瓶等再生制品，但一般不用作食品、医用等有卫生级要求的瓶类容器，其工艺流程如图20-33所示。

图20-33 PVC废瓶的再生利用流程

废旧PVC瓶回收料中混合塑料制品较多，除了分离标签、瓶盖、含金属涂料和粘结剂外，还必须分离混杂塑料，其含量必须控制在一定范围之内，因此，预处理工艺较复杂，应先拣杂物，粉碎，多次洗涤，分离，且在挤塑时必须经熔体过滤，筛网尺寸为74～100μm（即150～200目）。熔融过滤负荷为25%时，分离后（过滤前）的熔料混杂塑料允许含量见表20-59。

表20-59 过滤前PVC物料中允许的最大杂质含量

分离后PVC塑料必须将混杂塑料去除干净。因不同塑料熔点不一致（如PET熔点高于PVC）在塑化时控制温度困难，高温可使PET熔化，但PVC会发生分解，而选低温则PET不能熔化，夹杂在PVC熔体中无法使用再生料。另外，如果油类等物质未去净，则会改变物料颜色，产生异味并影响润滑性，此时应重新加入新PVC料，以补偿润滑性、稳定性、抗冲击性及颜色等方面的不足。用回收PVC料可制作再生PVC瓶，其性能也符合管道标准的要求，所以也可制作再生PVC管及管件。再生PVC瓶的工艺流程如图20-34所示。

废旧PVC微孔拖鞋边角料及废旧PVC薄膜还可制作再生PVC微孔泡沫塑料鞋底。几种二级回收料再生利用实例见表20-60。

图20-34 废旧PVC瓶制再生PVC瓶流程示意图

表20-60 二级PVC回收料再生利用举例

（续）

②物理改性再生利用。由于PVC塑料组分复杂，品种多，要进行分离回收较困难，成本高，而且再生料性能差，所以采用各种改性方法是提高再生料性能，降低成本的一种理想方法。如PVC再生料与CPE、EVA、橡胶、玻璃纤维、活化无机填料、增韧剂等材料组成共混、填充、增强、增韧改性再生料，可有效地提高再生料的性能，使低档材料变为较高级的材料。

a.共混改性。废旧PVC常与PP、PE、PS等非极性塑料和丁腈橡胶等组成共混物，以提高再生料的性能。

如PVC/PE共混物，用CPE、ABS、EVA等为增容剂配制的共混料，具有降低PVC熔体粘度和软化温度，提高流动性及综合性能等特点。其中，PE/CPE/PVC共混料手感良好，成本低，耐候性优良，且可用PVC废膜及回收料配制；PVC/CPE/PP共混物（PVC及PP均为回收料）抗冲击性好；PVC（100质量份）/PP（10质量份）/EPDM（20质量份）/CPE（20质量份）具有抗冲击、增韧和流动性好等优点；PVC/ABS共混物，两者均为回收料，当ABS含量达5%（质量分数）时，密度为1.38g/cm³，拉伸强度为53MPa，伸长率为119%，软化温度为68.1℃；废旧PVC薄膜（100质量份）、稳定剂（1.92～2.2质量份）、混合增塑剂（20～30质量份）、丁腈橡胶-30（7～10质量份）、其他（5～6质量份）组成的共混料具有耐油、耐酸、耐低温、手感好、防滑、抗撕裂、粘合性好、可注射成型加工等优点，可用作运动鞋、劳保鞋的鞋底；废旧PVC鞋底料（100质量份）、PVC树脂XS-3、CPE（含氯34.5%（质量分数），10质量份）、丁腈橡胶2010型（5～10质量份）、过氧化二异丙苯（化学纯，0.3～0.8质量份）、偶氮二甲酰胺（工业级，1质量份）、氟代甲苯（代用品，10～15）、三盐基硫酸铅（工业级，适量）、二盐基硫酸铅（工业级，适量）、硬脂酸锌（化学纯，0.8质量份）、硬脂酸（化学纯，0.2质量份）、轻质CaCO₃（37μm，20～40质量份）组成共混料，可制作泡沫塑料鞋制品，其工艺流程如图20-35所示。

丁腈橡胶与CPE共混胶的生产过程是，将丁腈橡胶于38℃低温辊上分三阶段塑炼，每阶段塑炼时间为25min，其间应停放12h以上，然后将丁腈橡胶与CPE按配比于150℃下的高温辊上混炼成均匀的共混胶片待用。

碳酸钙的表面处理过程是，将碳酸钙、硬脂酸加入混合机，混合3min后加增塑剂再混合5min即可。

图20-35 废旧聚氯乙烯鞋底料共混改性制作泡沫鞋的工艺流程

b.填充改性。废旧PVC常可填充活化无机填料，如活化处理后的CaCO₃等填料来提高再生制品的强度。

c.增韧改性。因PVC树脂制品经加工和使用后韧性下降变硬变脆，因此常需添加增韧改性剂提高再生料的韧性。常用的改性剂有NBR、CR、CPE（含氯量为35%，质量分数）等类弹性体；EVA（含VA量为65%～70%（质量分数），用量为5%～15%（质量分数）、MBS（含丁二烯40%（质量分数），用量为10%～20%（质量分数）、ABS（含丁二烯50%，（质量分数），用量为8%～25%（质量分数）等非弹性体。

用NBR为改性剂时，通常先将其破碎后再与PVC及助剂捏合，然后再供直接成型或挤出造粒成型。

用CPE为改性剂时，CPE含氯量为35%左右，且应加入少量的LDPE，可提高再生料的韧性、冲击、强度及流动性，但拉伸强度会稍有下降。

用EVA为改性剂时，当EVA中VA含量为65%～70%（质量分数）、EVA用量为5%～15%（质量分数）时，改性效果最好，可提高再生料的抗冲击性、流动性、对热和光的稳定性，但模量、强度及耐热性下降。

用MBS为改性剂时，其中丁二烯含量为40%（质量分数）、用量在10%～20%（质量分数）时改性效果最好，可提高再生料冲击强度、加工性和PVC的透明性，但成本有些高。

用ABS作改性剂时，其中丁二烯含量为50%（质量分数）、用量为8%～25%（质量分数）时改性效果最好。

用NBR-CPE增韧改性废旧PVC制作泡沫鞋底的工艺流程如图20-36所示。

d.增强改性。常用经KH550偶联剂处理后的玻璃纤维作为增强材料，可与废旧PVC组成增强改性PVC再生增强塑料，工艺流程如图20-37所示。

废旧PVC物理改性回收利用举例见表20-61。

③化学改性再生利用。PVC与聚烯烃一样也可利用氯化、交联等化学法进行改性提高再生料的性能，几种方法举例介绍如下：

a.交联改性。PVC交联改性有多种方法，使用的交联剂多为含硫的有机化合物，如二硫羟化合物及硫、二硫化钠等无机物；溶剂多为DMF、液氨、乙二胺（EN）等。PVC废料用交联剂进行改性，不仅可以提高PVC制品的力学性能，还能有效抑制PVC的脱HCl反应，使PVC再生制品稳定。PVC交联改性方法汇总见表20-62。

图20-36 废旧PVC制泡沫鞋底的工艺流程

图20-37 废旧PVC的玻璃纤维增强改性工艺流程

表20-61 废旧PVC物理改性回收利用举例

表20-62 PVC交联改性方法汇总

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①取粒状PVC分散于碳化物的EN或液氨溶液中，或取PVC与硫化物混炼的薄板浸渍于EN或液氮中。

PVC交联改性，可广泛应用于电线电缆包覆、热收缩薄膜、套管、医用材料、高级地板、墙纸等建材，具有阻燃、耐腐蚀、耐热、耐磨、尺寸稳定等优点。

b.PVC氯化改性。与PVC树脂一样，回收PVC也可进行氯化改性，制得氯化聚氯乙烯（CPVC）。改性后的PVC连续使用温度可提高约40℃，强度和模量也有所改善，但脆性及软化点略有增加。用悬浮氯化改性工艺制得的氯化PVC通常用于制备电解设备器件、污水处理净化装置配件、热水管等耐热、耐化学品的器件。采用溶液氯化工艺改性后的制品可用于制作涂料和粘结剂。

氯化聚氯乙烯（CPVC）也是聚氯乙烯的重要化学改性产品之一。对回收PVC再生料的氯化改性的主要目标是提高PVC的连续使用温度。普通PVC的缺点之一是最高的连续使用温度仅在65℃左右，经过氯化改性的聚氯乙烯的最高连续使用温度可达105℃。除了提高使用温度外，强度和模量等性能也得到了改善，见表20-63。但氯化改性聚氯乙烯也有不足之处，一是脆性略增，二是氯化改性后增加了熔体粘度，且CPVC的软化点也高于普通PVC。

表20-63 CPVC与PVC的性能对比

注：聚氯乙烯和氯化聚氯乙烯的聚合度范围均为565～740。

其氯化改性的第二个目标是氯化改性后用于作涂料和粘结剂。此类氯化改性采用溶液氯化工艺，其产品俗称过氯乙烯。而通常用悬浮氯化工艺制得的改性产品主要用于制备耐热、耐化学药品的器件，如电解设备配件、污水处理净化装置配件、热水管等产品。

c.其他化学改性。PVC溶解于DMF中，在氨气氛中于120～190℃加压进行反应，DMF首先与氨生成二甲胺，然后PVC与二甲胺反应，生成含有二甲氨基的聚合物，收率约40%。该聚合物对铜离子、镍离子等表现出整合树脂的性质。PVC与N-甲基二硫代氨基甲酸钠及N-甲基二硫化氨基甲酸酯反应也可得到对铜离子具有吸附能力的整合树脂。PVC的DMF溶液与乙二胺或二乙烯三胺等聚乙烯聚胺反应，得到的水溶性高分子可作为阳离子絮凝剂，对陶土悬浊液有澄清作用。

④废旧PVC裂解脱HCl工艺。由于PVC为热敏性塑料，极易发生分解，因此有利于利用热裂解或催化剂裂解方法进行回收利用，但PVC在分解时会释放出大量HCl，对设备腐蚀性很大，严重破坏环保环境，同时会使催化剂中毒，影响油化、汽化、炭化时的回收率及回收物的质量，所以PVC在裂解前需进行脱HCl处理，然后才可进行回收加工。PVC的回收方法主要有回收燃油、气体用的热裂解法、催化裂解法及制取活性炭和离子交换体的裂解法。

脱HCl处理有裂解前、裂解中或裂解后去HCl三种方法。

裂解前脱HCl是将废PVC或PE、PP、PS、PET等废料以一定比例配制成混合料，在加热到250～350℃时使其发生HCl气体与熔融料分离进行脱HCl处理，一般采用专用的双螺杆热分解装置进行脱HCl。

裂解中脱HCl是在废旧PVC中加入碱性物质，如Na₂CO₃、CaO、Ca（OH）2或加入Pb等，使裂解时产生的HCl立即与碱性物质发生反应生成卤化物进行裂解中脱HCl。

裂解后去HCl是在PVC裂解后收集产生的HCl，并以化学方法中和去除HCl。

经去除HCl后的PVC可以重新用作合成氯乙烯的单体作为合成PVC树脂的原料，也可进行后续的裂解回收，如油化法及炭化法回收等。

⑤废旧PVC裂解回收工艺。它是将脱HCl的PVC在高温下进行降解反应回收汽油、柴油、可燃气体、HCl等回收物的工艺，主要方法有高温裂解法、催化裂解法、加氢催化裂解法三大类。

a.高温裂解。其裂解炉结构可分为槽式反应器、流化反应器、螺旋式和挤出机式反应器。高温裂解工艺流程如图20-38所示。其工艺条件及其回收物见表20-64。

b.催化剂裂解是利用ZSM-5催化剂是由天然沸石加工、烧结成的合成沸石，其中椭圆形的细孔隧道可使废旧PVC降解物分解成低分子脂肪烃和芳香烃，且形成C₄～C₂O的低分子烃类回收物。因此，当脱HCl的PVC在350～400℃发生热分解后，经回流冷却分离出重烃的分解物进入由ZSM-5催化剂的裂解槽中即可在较低的裂解温度下进行催化裂解，冷却回收汽油、柴油、煤油及燃气，出油率可达80%～90%。其工艺流程如图20-39所示。

c.加氢催化裂解是将废旧PVC粉碎料与油类物质混合成糊状，然后在氢化裂解反应器中于500℃、40MPa高压氢气气氛下进行热裂解，脱除HCl。裂解产物在洗涤器中除去无机盐，液体产物经分馏得到化工原料、汽油及其他产品，挥发性的碳氢化合物作为裂解供热用的气体燃料。与一般裂解法相比，气体和油的收率更高。但这种方法因使用加压氢气，投资与操作费用昂贵。

图20-38 高温裂解的工艺流程

表20-64 废旧PVC高温裂解法

图20-39 废旧塑料催化裂解工艺流程

d.其他裂解方法。超临界水废塑料油化法是一种新型的临界方法，与现有的热解法相比，这种方法可以加速塑料分解，减小设备尺寸，且不需任何催化剂和反应药品，成本低廉。

使用超临界水作反应溶剂将废塑料转化成汽油或润滑脂的过程相当容易，只需控制处理时间与温度及水的添加量，反应时间很短，油化率极高。如在400～500℃、压力25～30MPa下只需几分钟，80%以上的废塑料都可以回收，产品主要是轻油，几乎不产生焦炭及其他副产物。作反应性溶剂使用的水可重复使用，油化产生的油和气体可作油化反应器的热源，对环境无不利影响。但目前这种技术还不成熟，形成工业生产规模还需时日。

⑥废旧PVC裂解炭化法是将去HCl的废旧PVC在高温裂解时控制适当的温度和加热升温速度及适当的措施下，使分解时的PVC碳化物形成具有牢固键能的高性能活性炭，如用通入水蒸气等气体的活化法；用ZnCl₂、ZnO、CaCl₂等脱水性物质的化学品活化法；用重铬酸钾、高锰酸钾等氧化性物质与原料一起加热，同时发生炭化和活化的方法；用在空气中脱HCl或在氨水中加热加压促成交联反应形成交联结构，提高活性炭活性的方法等。这些方法都可供PVC分解时生成高性能的活性炭。

例如，废旧PVC先在350℃时脱去HCl，以10～30℃/min的升温速度加热到600～700℃，用水蒸气在900℃活化即可制成比表面积为400m²/g的活性炭。但炭化过程必须控制升温速度及活化温度保持在最佳参数，否则就不能回收活性微孔碳化物。不同PVC材料回收活性炭的比较见表20-65。

表20-65 不同PVC材料制活性炭的比较

此外，同一种废旧PVC料在不同条件下也可回收不同性能的活性炭，如将含47%（质量分数）邻苯二甲酸酯类增塑剂、三碱式硫酸铅稳定剂、碳酸钙等添加剂的PVC电缆护套于500℃干馏时，可回收20%～25%（质量分数）的分解油，混入NaOH、KOH、Mg（OH）2等金属氢氧化物后于550℃干馏，得到不同的活性炭，其中对大相对分子质量物质吸收作用良好的可用作分子筛。得到的35%的残渣含碳量少（44%，质量分数），灰分多（46%，质量分数），可用于除去水中微量的磷酸离子，去除率达93%。从工业生产角度考虑，除了要求活性炭比表面积大外，还要求有较高的收得率。研究发现，加入CuCl₂等金属氯化物能促进脱氯化氢反应的发生，形成坚固的炭骨架结构，有效提高活性炭收得率。

⑦用废旧PVC回收离子交换体。如果将PVC废料热解制得的炭化物用硫酸磺化，或将PVC先磺化再脱除HCl，即可制得离子交换体。例如，将PVC废料投入10倍重量的浓硫酸中，缓慢升温，在180℃完成HCl脱除反应，得到活性炭状离子交换体，交换容量为4.2mmol/g，与市售离子交换树脂性能相同。

PVC中所含的稳定剂对制得的离子交换体的性能有影响。在中试规模的废旧PVC热解中对含稳定剂的PVC进行炭化，然后用质量分数20%发烟硫酸在70℃继续20h磺化，发现含2%（质量分数）锡类稳定剂的PVC制得的离子交换体交换容量最大。

炭化温度对离子交换体的性能也有影响。PVC在275～325℃裂解得到的碳化物，其磺化及羧基化反应率都较低，在350℃以上，由于部分碳化物分解成液状物，成为多孔质，从而提高了磺化率，使交换容量得到增大。

此外，外加催化剂对离子交换体性能也有一定的影响。如加入FeCl₃可促进交联反应，并抑制因炭化物的熔解而造成的孔隙堵塞。但加入过量FeCl₃会加速硬化，使HCl沿固定孔道排除，孔隙率小，无法形成多孔质。当FeCl₃相对于PVC表面的加入量为25g/m²时，可达到最大交换容量（4.8mmol/g）。

加入异种元素与PVC一起裂解可制得对重金属离子具有选择吸附能力的离子交换体。如在PVC中加入单体硫，热解后的炭化物中含有大量的硫，然后在氢气流中活化，得到的含硫活性炭（含硫24%，质量分数）对汞化合物具有选择吸附性，吸附能力约100mg/g。

由废PVC制离子交换体的方法及性能见表20-66。

在回收离子交换体时，PVC中的稳定剂、炭化温度、催化剂品种等诸因素对回收的离子交换体的性能都有影响，应于酌情选择和控制。

表20-66 废PVC制离子交换体的方法及性能

⑧废旧PVC的能量回收工艺。PVC的燃烧热值为19MJ/kg，因此焚烧PVC废料回收能量也是一种有效的回收利用方法，西欧和日本曾以该方法为主，回收的能量主要用于发电。但PVC焚烧时会产生HCl气体，形成的残渣含有铅等重金属，对环境造成二次污染。一般采用在焚烧炉或烟道中喷射生石灰或消石灰的干法、半干法以及喷射NaOH水溶液的湿法，除去80%～95%的HCl，但碱的利用率只有20%～25%。对产生的重金属残渣需作另外处理。PVC的燃烧热小于PE、PS、木粉以及脂类，加上设备费用的上升，使得焚烧成本较高。因此，在发达国家焚烧PVC已不再是主要的回收方法。

（4）PS废旧塑料的回收利用 PS是通用热塑性塑料用量仅次于PE、PP和PVC的第四大塑料，应用范围很广。

1）PS废旧塑料的特点主要体现在如下几方面：

①主要塑料品种有以下一些：通用PS（GPS），是高透明、脆性、冲击强度料，常用注射、挤出加工日用品、家用电器、计算机、仪表、医疗设备上透明制品；高抗冲击PS（HIPS）含有橡胶类增韧剂组分，冲击强度和断裂伸长率高，广泛用于电气配件、家用电器外壳、食品容器为不透明制品；挤出发泡PS片（板）材及热成型制品，主要用作建筑板材、防振材料、一次性热成型食品包装制品；可发性PS（EPS）泡沫制品均为低密度轻质制品，用作防振包装、建筑板材、冷冻隔热材料、复合板、漂浮材料、保温墙体（砌块）等。前两种材料还有板、管棒、片、及薄膜制品，但用量比后两种小，废旧料也较少，可用常规回收方法回收；后两种料废弃量大，为白色污染的主要来源之一。

②泡沫制品密度小，质量轻，体积大，表面污染较严重，回收前需采用强力脱水、干燥及增密消泡等预处理工艺。

③PS可溶解性好，有利于回收配制涂料、粘结胶和油漆制品，而且可回收应用价值较高的苯乙烯单体和高纯度苯。

2）废旧PS的脱水处理。其典型的回收过程如图20-40所示。原料通过输送带时用人工方法先去除明显的杂物，然后将原料粉碎并用带清洁剂的水清洗。进入一振动筛以去除清洗水，再用干净的漂洗水喷射漂洗，同时也去除了一些固体杂物和纸浆。漂洗后输送到离心干燥机以去除表面水分，这时原料中还有相当数量的水分必须除去，除去这些水分可以通过挤压、加热、真空排气挤出等几种方法来实现，比较常用的是真空排气挤出机和脱水机组，配以熔体过滤系统。

图20-40 泡沫PS回收工艺

脱水过程是由挤出机来完成的。挤出机可以是单螺杆或双螺杆，单螺杆挤出机脱水时需要先进行预干燥，预干燥时可能会有些污染物带入；而双螺杆挤出机脱水无需预干燥，可直接在压缩段将水汽排出，所以其产品更干净。另外，由于食物包装中的油脂有可能不能完全清洗掉，这样会使产品留有明显的气味，而用双螺杆挤出机脱水就可以消除异味。此外，如果需要，还可以在造粒前加入另外的材料，如橡胶进行改性。

这时的物料还含有一定的水分，需再进入强力热空气干燥器，使含水量降到2%以下。

3）PS泡沫塑料增密减容处理。PS泡沫回收的关键工艺就是增密减容，亦即消泡（或称脱泡），就是将其泡沫结构部分或全部破坏，去除其中的空气，从而使体积减小。脱泡最常用的方法是用热（可由外部热源供给或由摩擦产生）软化并破坏泡孔结构。此外，还有溶解法和凝胶法。

选择用何种方法消泡，要根据加工量、PS泡沫的清洁程度等因素来定。一般来说，脱泡前原料必须是干净的，没有其他杂物，如果原料受污染程度较大，如用过的快餐食品盒等，则必须先进行清洗和干燥。

几种消泡工艺见表20-67。

表20-67 废旧PS泡沫料消泡工艺举例

4）废旧PS塑料的回收利用。废旧PS塑料的回收方法按回收料等级、品种及回收用途也可分为直接回收利用、改性回收、化学裂解回收、溶剂溶解回收、焚烧回收等，具体方法介绍见表20-68。

表20-68 废旧PS塑料的回收方法简介

（续）

图20-41 废旧PS制造涂料的工艺流程

5）焚烧回收能量。PS的热值很高（见表20-69），故对不利于分离的PS废旧料也可采用焚烧法回收能量，且无二次污染及有毒气体和残渣。

表20-69 常见塑料废弃物的热值

6）用废旧PS制作再生油漆、涂料及粘结剂。这是废旧PS塑料独特的回收利用方法。用废旧PS泡沫料配制的几种再生油漆、涂料、粘结剂的配方见表20-70。

废旧PS料还可配制其他粘结剂：

①建筑胶。先将废旧PS泡沫溶于二甲苯（或乙酸乙酯）中，加入改性剂（如酚醛树脂）、活性剂（加氧化锌）及填充剂（如滑石粉），充分搅拌均匀，即可得到金黄色粘结剂。可代替415建筑胶，用于木材、地板块以及马赛克的粘结。

②密封胶。以废旧PS泡沫、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯等为主料，加上其他辅料，经过加热、溶解、搅拌，可制得密封胶。

表20-70 用废旧PS泡沫塑料配制的几种再生油漆、涂料、粘结剂的配方

（续）

③通用胶。先将废旧PS泡沫溶于乙酸乙酯中，再加入松香（或酚醛树脂）改性，加入适量的交联剂和防老剂以及填料，搅拌均匀后即得通用胶。该胶可在24h内完全固化，粘结力>3×10⁵N/m²，并在45℃下保持两年有效。

④不干胶。将废聚苯乙烯泡沫与溶剂、辅料按一定比例熔融后制成不干胶，这种不干胶的成本较目前采用天然胶制成的低得多，而且使用性能很好，重复粘贴性很好，耐酸碱、耐低温，通过配方的调整可以控制不干胶的干湿快慢程度。据报道，浙江省劳动保护研究所以废聚苯乙烯泡沫为主，加入SBS共聚物、松香、甲苯、汽油、松节油等制成粘结剂，该粘结剂可粘贴木材、瓷砖，因此可用于家具、地板、马赛克、瓷砖的粘贴。这种粘结剂毒性低，而且耐水性也很好。

⑤塑料漆。用废聚苯乙烯泡沫生产塑料漆的工艺过程是：清洗→干燥→溶解→搅拌→过滤→成品。这种塑料漆中废塑料含量为15%～40%。溶剂视所用废塑料种类选用苯、甲苯等一种或多种。产品与珠光漆相似，可根据需要分别制成适用于家具及金属制品的表面涂饰漆及防锈漆。根据所选溶剂与填料，还可以制成耐酸碱的防护漆。生产工艺极简单，可在常温下生产，不需加热，能耗极少。

⑥保护漆。按常规工艺回收废聚苯乙烯泡沫，得到回收聚苯乙烯树脂再进行：清洗→破碎→溶解→低温处理→浓缩→造片→烘干→产品。

生产出的回收聚苯乙烯树脂料的透光性、防水性、耐腐蚀性、隔热性、电绝缘性均接近聚苯乙烯新料，但性脆且附着性差。经过试验制成聚苯乙烯保护漆（涂料），其生产过程为：配料→搅拌反应→沉析分离→加入添加剂→成品。该保护漆吸收了喷漆、烤漆、防锈漆的长处，使用效果很好，具有光亮、耐水、耐腐蚀、不起泡、不失色、不脱落等优点。

用废旧PS泡沫生产的几种涂料配方见表20-71。

表20-71 用废旧PS泡沫生产的几种涂料的配方

（5）用聚烯烃废旧塑料再生塑木制品 塑木技术是近些年来在世界上发展起来的一种新型加工技术，是一种将废旧聚烯烃料与木屑等植物纤维材料废料，以高份额填充量、用挤出、模压、压制、压延、注射等成型加工方法制成塑木复合材料的技术。由于这种方法可变废为宝，既可节省大量自然资源，又有利保护环境，降低成本，具有很高的经济与环保价值，所以世界各国都注重于开发、应用和生产这类制品——塑木制品。

塑木复合材料具有木材的加工优点，且比木材性能好，强度高，防腐，防虫蛀，防湿，耐老化，使用寿命长，可重复回收利用，且可采用塑料成型加工方法制作板材、型材、管材、各种形式的模塑制品及发泡制品，故成型加工性好。

目前塑木制品的应用已经非常广泛，如公园、球场、街道等场合的露天桌椅；建筑材料、吊板、屋顶、高速公路噪声隔板等；下水井盖、铁路枕木、格栅板；包装材料、搬运垫板和托盘及底盘；围墙、花箱、篱笆、走道、地板、防潮隔板等。

1）塑木复合机理。聚烯烃塑料多为非极性材料，而木质纤维材料多为极性材料，两者相容性差，因此组成复合材料必须解决相容性差的问题才能保证木质填充料以高份额填充量填入塑料基材中，且能均匀分散，保证复合材料的性能。其复合机理以塑木制品的挤出成型工艺为例，虽然木粉和塑料粒子之间的相容性问题主要靠加入偶联剂和相容剂来解决，但在实际生产中却可以从另一个角度出发，即不考虑材料的均匀分布的相容性问题，而是只考虑材料表面的结合或粘接问题。基于这个思路，在木粉改性PP和PE的配方中并不刻意寻找解决木粉和树脂相容问题的方法，而是只要使这两种材料表面（或界面）经过挤出机的高温高压能强制地粘接在一起并挤出成型即可。因此可以认为，木粉改性PP和PE的成型机理是一种类似于表面（或界面）被粘接在一起的机理，电镜图也可以明显看出木粉和塑料被挤压粘接在一起的现象。

由于在高温高压下树脂（PP和PE）已经完全熔融，起粘接作用的应该是树脂本身，即PP、PE和木粉在高温高压下挤出经冷却后，PP和PE就在各自的体系中把大量的木粉粘在一起，同时表现出很好的成型效果。

PP和PE是无极性的材料，不会和有极性的木粉粘接在一起，但通过生产试验发现，挤出后的木塑制品成型非常好。可能是木粉中含有的部分物质起到了相容剂的作用，另一个原因可能是在高温高压下木粉和塑料被强制挤压在一起，从而达到成型的作用。因此，初步认为木粉改性PP和PE的挤出成型机理是大量的木粉和树脂在高温高压下通过挤出机强制地被粘在一起。

各种塑木制品的挤出成型工艺流程大体相同，一般包括原料的准备、预热、干燥、挤出成型、挤出物的定型与冷却、制品的牵引与卷取（或切割），有些制品成型后还需经过后处理。

2）塑木复合材料的组成。塑木复合材料是以木质纤维为基材、聚烯烃树脂为粘结剂，再加入各类助剂后混炼而成的。

本质纤维主要为木材加工的边角料、废料、木屑、锯末及麦秆、亚麻秆、棉花秆、稻壳等植物纤维的粉料，一般粒度为74～149μm（20～100目），含量>50%（质量分数）。复合前粉料必须经干燥处理，含水<3%。

塑料主要采用PE、PP、PVC树脂的废旧料，如地膜、棚膜、包装袋和包装膜等。

各类助剂包括润滑剂、增粘剂、相容剂、抗老化剂、阻燃剂和改性剂等。

原料配方按不同制品及成型方法设计，如建筑用模板制品，废旧塑料占15%～30%（质量分数），木粉占65%～70%（质量分数），助剂占10%～20%（质量分数）。

配方料的配制方式按不同加工方法设计，如挤出加工模板的加工方法，经预处理后的木粉先制成粒料，在挤出加工时与塑料、助剂按一定比例计量加入挤出机中塑炼混合后挤出成型。也有将木粉、塑料、助剂混合、熔融再挤出成型，或挤出造粒再供挤出成型的。

3）塑木复合材料的成型特性主要体现在以下几方面：

①塑料与木粉相容及分散性差，因此除了配制相容剂等助剂外，需将配方料充分塑炼、捏合或搅拌使物料塑化及木粉分布均匀。

②吸水性大，木粉必须充分干燥处理，在成型或塑化时需排气。

③流动性差，粘度大，因此在塑化及成型时阻力大，挤出时挤出后物料流出速度慢。

④传热性差，不易冷却，且冷却不匀易发生变形，因此在模具及冷却装置中必须使制品均匀冷却和充分冷却。

⑤物料混融性差，必须控制成型或塑化时的加料量，如挤出成型时各组成计量加料，加料和螺杆配有同步系统，最好可随时定点测定料筒内物料的液体压力，配置压力传感器，以利于随时控制工艺过程及机器的安全。

⑥重复利用率高，废旧的复合材料可作为一级或二级回收料重新制作制品，回收利用率高。

4）塑木制品的成型工艺。塑木材料可采用挤出、模压、压制、压延、注射等工艺加工制品，目前主要采用挤出、模塑或挤出压制联用工艺加工制品。由于塑木复合材料的成型特性各异，所以各种成型加工时工艺要求略有不同。

①挤出成型工艺。挤出成型工艺流程如图20-42所示。

图20-42 塑木制品挤出成型工艺流程

废旧塑料及木粉必须粉碎，木粉粒度在74～850μm（20～200目）范围内，物料必须干燥处理，含水量<3%，且必须防止再吸湿。

挤出机可采用单螺杆机、双螺杆机及两台挤出机复合共挤等形式。设备都应配置计量加料装置，且加料及螺杆之间都是同步控制系统。单螺杆机宜选用大直径螺杆，挤出机料筒都应开设排气孔，且应具有承受较大背压和较大扭矩的负载的能力。选用较大功率的可变频调速电动机（功率比一般挤出机大一倍以上）。双螺杆机加工性好，产量高，常为优选机种，但一次性投资大（比单杆机大2～3倍）。双机组共挤工艺是用于制作外层为塑料、内芯为塑木材料组成的制品的。另外，挤出机的牵引速度要可调，且要快一些，因为物料挤出后连续挤出流速慢，易使口模处质量变大，如果不及时引出会造成堵塞，制品变形，生产停滞。挤出速度应与牵引速度匹配，同时还可拉伸制品，提高制品沿拉伸方向的强度。

挤出工艺条件是决定塑木成型的关键因素之一。工艺条件中首当其冲的是料筒温度，尤其在开始塑化阶段料筒加热温度是保证塑化的主要参数。料筒温度高低与物料粘度、塑化程度、料筒内熔体压力、木粉与塑料之间的结合性能有关。料温高，口模温度和挤压力小，木粉与塑料结合性差，制品离口模收缩大，形状不稳定。料温低则反之，但挤出膨胀严重。另外，口模与型芯温度应一致，以免制品内外受热不匀而发生变形。当进入正常操作后，螺杆速度、背压大小、对物料剪切和摩擦热成为影响料温的主要因素，因此控制料筒温度、螺杆转速和背压是控制料温的主要因素。如当木粉填量为50%（质量分数）时，PP塑木材料在挤出过程中的料筒各段温度应分别控制在140℃、180℃、190℃、210℃、210℃的各温度段内，对PE料则应控制在140℃、150℃、160℃、160℃、160℃的各温度段内。同时，采用压力传感器随时监控各段的液体压力，及时调节温度、转速及背压，可使物料处于正常的塑化状态。

由于塑木材料传热性差，物料挤出后必须进行均匀充分冷却，否则因自重作用会使制品变形，因此出模后应设置冷却定型模，或直接进入冷却设备冷却。一般对硬质制品不宜快冷，以免产生内应力，对软质制品则应快冷。

冷却定径方式可分为干式和湿式两种，还可分为水冷或风冷等形式，应按制品形式选择，如木粉含量高于塑料比例时要选用干式风冷，反之选择湿式水冷进行定型定径，但有时也可两种形式互换交错使用。

各种工艺条件应按木粉含量、制品特点、选用设备对应条件及不同批次的配方料酌情调节。

挤出成型设备除了挤出机外，还需配备木粉粉碎机、空压机、制冷机、机头、干燥机、长度切割机和打包机等各类辅助设备。

②塑木制品模压成型工艺。模压成型又称压缩成型，此法是先将废旧塑料放入具有一定温度的模具型腔中，然后闭模加压，使其成型并硬化，最后脱模取出制品。模压生产工艺流程如图20-43所示。

图20-43 模压工艺流程

模压成型主要用于热固性塑料的成型。对于热塑性塑料，由于需要预先制取坯料，需要交替地加热再冷却，故生产周期长，生产效率低，能耗大，而且不能压制形状复杂和尺寸较为精确的制品，因此一般趋向于采用更经济的注射成型。

模压生产的主要设备是液压机，它在压制过程中的作用在于通过模具对塑料施加压力、开启模具和顶出制品。

模压成型过程的控制因素主要是模压压力、温度及时间，同时还应注意坯料的加入量。模压压力是指模压时迫使塑料熔体充满型腔和进行固化而由液压机对塑料所加的压力，塑料在整个模塑周期内所受的压力与塑模的类型有关，并不一定都相同，因此必须根据模塑过程中的具体变化，进行调节控制。

一般制品的密度随模压压力的增加而增加，降低压力会增加制品中的气孔。密度大的制品，其强度一般偏高，但单纯增大模压压力并不能保证制品内没有气泡，有效的措施是模压时放慢闭模速度，预热时的压力要偏低，并分两段或三段升到所需压力，在这期间注意排气。发泡的模压制品不宜分段加压，更不得中间换气。

模压温度是指模压时所规定的模具温度，而不是模具型腔内塑料熔体的温度。模压温度高可缩短模压周期，但过高的模压温度会使树脂发生热氧老化，在不损害制品性能的前提下，适当提高模压温度有益于缩短模压周期和提高制品质量。由于塑料是热的不良导体，因此在模压厚度较大的制品时就需要较长的时间，否则制品内层很可能得不到应有的固化。不同的塑料有不同的模压温度，控温的基本原则是模压温度在该热塑性塑料的软化点以上10～20℃左右。对微发泡制品还应注意模压温度的选择要与交联速率、发泡剂的分解速率相匹配。

塑木材料的流动性决定了模压产品时，温度应该适当提高，同时模压时间也要延长。模压工艺条件见表20-72。

表20-72 参考模压工艺条件

（续）

注：本表中压制品工艺条件为PE改性体系；PP改性体系压制条件的温度略高于PE体系，其压制情况与PE体系类似。

共挤成型工艺由单螺杆或双螺杆机用两台机组合完成，其中一台用于以新树脂挤出制品外表面，另一台用塑木料挤塑制品夹芯层。

挤压成型工艺，即挤出机和压延机联用的一种边挤出边压延的工艺，主要用于成型板材，其制品综合性能优于挤出板。

压延成型工艺可分为两种形式，一种是混合料挤出板坯后经辊压成板，另一种是混合料经开炼机开炼、密炼成片，粉碎后再挤出压延成片。

5）塑木制品应用举例如下：

①塑木建筑用模板。配方（质量份）：木粉70～85、废旧PP15～30和助剂10～20。其中，助剂包括润滑剂（石蜡）2、增粘剂（邻苯二甲酸二辛酯）5、相容剂（硬脂酸和氯化聚乙烯）2、耐老化剂钛白粉（TiO₂）2、阻燃剂10、木粉粒度75～1700μm（10～200目，可用食品或饲料加工造粒机造粒），含水量<13%。计量加入挤出机塑炼，工艺流程如图20-44所示。

图20-44 塑木建筑模板生产工艺流程

塑木建筑模板的优点如下：

a.原料来源广，综合成本低，在市场上具有竞争力。

b.基本性能和木材相当，可锯、可钉，其制品耐用性比木制和竹制的建筑模板好。

c.制品组装灵活，可根据市场和客户要求而变化。

d.重复使用率高，可回收利用。

e.塑木建筑模板制品不怕虫咬，抗酸碱，耐老化，不易吸水，易和混凝土剥离等。

目前市场上各类建筑模板和塑木建筑模板的比较见表20-73。

表20-73 市场上各类建筑模板和塑木建筑模板的比较

②爱因木（又称爱因超级木材）。爱因木是日本公司研发的著名塑木复合材料，其工艺流程如图20-45所示。

爱因超级木材的特点如下：

a.比胶合板强度大，具有铝板般的尺寸稳定性。

b.120℃高温下不软化，有优良的耐热性，对螺钉的保持力强。

c.由于木粉和塑材紧密结合，吸水少。

d.可自由涂装和连接，具有高耐水性。

e.通过表面处理，可使大量木粉露出表面，类似天然木材，可用于汽车内装饰和家具。

爱因超级木材与常规合成木材的物性对照见表20-74。

爱因超级木材的螺钉保持力见表20-75。

表20-74 爱因超级木材及与常规合成木材的物性对比

表20-75 爱因超级木材的螺钉保持力及与其他材料的对比

图20-45 爱因复合木材的制造流程

③发泡塑木制品。配料由PVC废旧料、木粉及发泡剂等组成，制品可分为发泡卷材、夹芯发泡板两类，可用作室内地板、车厢内地板，厚板可作夹芯复合板。

④塑木托盘。用塑木复合材料制作储仓、运输用的塑木托盘容器是近年来发展的工艺，其制品性能比传统材料托盘和塑料托盘有较多的优点，是一种新型环保产品，但目前应用还不是很多。各种托盘制品的使用性能比较见表20-76，其主要性能指标见表20-77。

表20-76 各种托盘制品的使用性能比较

这种材料的原料来源广，成本低，加工性与木材相似，可锯、刨、钉、粘接，结实耐用（使用寿命比木式塑制品长），结构可随要求而变，组装方便，且可回收重复使用，不怕虫咬，耐酸碱，耐老化，不易吸水，可代替木材制品，无需化学处理。塑木托盘应用举例见表20-78。

表20-77 塑木复合仿木材料的主要技术性能指标

塑木托盘的生产配方见表20-79。

配方料中木粉为75～1700μm（20～200目）的粉料，干燥处理至含水量<3%，干燥后须防止再吸潮；塑料用PE、PP、PVC为主，可用地膜、棚膜、包装膜等大量废旧制品，分离要求较低，但必须加入适量相容剂、增粘剂并搅拌均匀。配方料组分及配比视制品要求而定。然后用压制注射或挤出成型加工即可。制品截面可设计成实体、中空、异型等不同结构，其成型工艺流程包括分拣、清洗、造粒、制备粘结剂、再配料、捏合、高温高压复合、成型、断料、检验、包装等工序。

表20-78 托盘应用举例

表20-79 塑木托盘的生产配方