塑料包装废弃物的回收利用

范炜亮 王克俭

（北京化工大学机电工程学院成型制造研究中心）

1. 包装废弃物的产生和危害

包装容器在完成或失去其保持内装物原有价值和使用价值的功能后，它将成为固体废弃物，加入到垃圾的行列。包装废弃物已对环境造成了严重污染，影响到工农业生产并威胁到人类健康和动植物的生存[1]。我国塑料制品产量近十年经历了高速增长期，2008 年至2017 年期间，我国塑料制品产量保持高速增长，2008 年塑料制品产量仅为3,713.82 万吨，到2017 年达到7,515.54万吨，同年全世界的塑料制品产量为34,800 万吨，其中大约30%的塑料用于包装，这些塑料包装材料和容器经一次性使用后，大部分成了固体废弃物。塑料包装废弃物的重量轻、体积大、数量多，难以降解，又不能随意焚化，大多被丢弃在铁路边、内河水域和城镇大街小巷，日积月累便成了触目惊心的“白色污染”带[2]。塑料包装制品中含有聚氯乙烯、丙烯晴等有害物质，在燃烧时产生的HCl 会导致酸雨；生产泡沫用到的氟利昂和氟氯碳化合物会破坏大气中的臭氧层，加剧温室效应；塑料垃圾的长期堆放不仅会造成视觉污染，还为蚊蝇、细菌、鼠类提供了繁殖场所；塑料垃圾释放多种有毒气体，若不及时治理，会形成大范围的毒气源；填埋处理的塑料垃圾会污染土壤，使农作物减产，让大面积的土地失去使用价值；塑料包装废弃物危害环境，进而危害人的生命健康，多种癌症的诱发都与污染物、化学污染等环境因素密切相关，环境的恶化也令多种动植物濒临灭绝。

随着塑料包装废弃物的日益增加，我们必须采用正确、科学的方法将其综合治理并进行回收利用，这样可以减少对环境的污染，维持生态平衡，同时还能节约大量的资源和能量。

2. 塑料包装废弃物的处理方法

塑料材料在包装废弃物中占据很大比重，因此塑料包装废弃物的回收处理和再生利用是解决环境污染的重要途经。塑料的可回收利用率很高，再生塑料也比再生纸的能耗低，不能再生的塑料还可处理为无害的液体。目前，对塑料包装废弃物的处理方法基本可分为三种，即：填埋、焚烧和回收再生利用。

2.1 填埋

废旧塑料的大分子结构使其在废弃后长期不易腐烂，暴露在空间中，易随风飞动或漂浮在水面上，造成环境污染。因此，人们常利用丘陵凹地或自然形成的凹坑建设填埋场。废弃塑料填埋方法简单、成本低、不需复杂的仪器设备，是最快的处理方式。但填埋不能使废塑料资源化利用，而且人们产生塑料废弃物的能力远大于填埋场的处理能力，长此以往会找不到新的填埋场所，填埋塑料后的土壤也会受到不同程度的污染，因此填埋不是一种好的处理方式，不符合可持续发展原则。

2.2 焚烧

焚烧法是将不能再次利用的混合塑料在焚烧炉中焚化，过程中产生的大量热量可被充分利用。焚烧炉的投资成本昂贵，适合于发达国家中塑料垃圾比例较大的大型、中型城市。废弃塑料经焚烧后，其体积减少90%，质量减轻80%，其热值为83 kJ/kg，接近于燃料油，焚烧剩余的部分易分解。

然而，塑料焚烧过程种还产生大量有害气体，会危害环境和人的健康。废塑料焚烧过程的主产物是二氧化碳和水，但不同品种的塑料在不同焚烧条件下也会产生多环芳香烃化合物、一氧化碳等有害物质。例如PVC 会产生HCl，聚丙烯氰会产生HCN，聚氨醋会产生氰化物等。另外，在废塑料中还含有镉、铅等重金属化合物．在焚烧过程中，这些重金属化合物会随烟尘和焚烧残渣一起排放，污染环境[3]。因此，必须建立对有害气体的处理设施，防止其进入大气层以避免形成温室效应和酸雨。焚烧法由于其昂贵的成本和有限的适用范围，也不是塑料废弃物处理的最佳方式。

高炉喷吹技术是一种将废塑料作为原料，制成适宜粒度后喷入高炉，取代焦炭或煤粉的新方法，是一种进化的焚烧利用技术。国外对高炉喷吹技术的应用探索表明，该方法虽然会在生产时产生有害气体，但其排放量仅为焚烧法的0.1%-1%，对环境的污染已大幅降低，且废塑料在高炉中的热利用率能达到80%。该技术的难点在于对废塑料的加工处理，废塑料在喷入高炉前必须加工成具有一定粒度的粒状物料。在加工时，包装塑料中的固体塑料和薄膜塑料因具有不同的形状难以共同处理，最好分开加工。

在加工处理问题方面，国外学者已经找到一些解决的途径。在中国，大部分高炉仍采用喷吹煤粉技术，然而国内煤粉存在灰分较高、喷吹效益差、煤资源短缺等问题，发展高炉喷吹废塑料技术是一种合理的解决方案。我国应致力于寻找出更加经济、实用的制粒和喷吹方法。

2.3 回收再生利用

大型的塑料包装容器从垃圾堆中分拣后，经过清洗、消毒可直接回收利用；塑料包装废弃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废塑料的再生技术、热处理油化技术、加工成衍生燃料（RDF）焚烧能源化利用技术以及一些其他的化学处理技术。目前回收利用技术已经初步成熟，在国家提出固体废弃物向减量化、资源化、无害化处理的政策下，包装废弃物的回收利用不仅可行，还能促进包装工业的发展[4]。目前，中国对废塑料的回收利用尚未普及，回收利用率仅20%左右，其余仍采用填埋、焚烧的处理方法。而日本、德国等发达国家废塑料的回收利用率已达70%，塑料再生利用是解决国家资源短缺问题的重要手段，在中国，废塑料回收加工有庞大、稳定的市场，行业的前景较好。下面对几种回收利用的方法及其优缺点进行介绍。

2.3.1 直接再生利用

废塑料的直接利用是指将其经过清洗、破碎、塑化、直接加工成型或与其他物质经简单加工制成有用制品。清洗废塑料通常用水，受污染严重的则使用洗涤剂或溶剂，清洗过程需进行大规模排水处理，为避免经济负担和环境负荷，应采用封闭系统。粉碎塑料时使用回收利用专用的特殊粉碎装置，如：纤维增强塑料 微粉碎机、空气涡流粒子碰撞粉碎机、防止材料与设备摩擦发热的气流粉碎机等。此外还开发了处理薄膜的兼有洗净与粉碎功能的水中粉碎技术[5]。分类、洗净、粉碎等良好的前处理工作有助于废塑料的再次加工成型。直接再生利用技术在国内外应用广泛，其制品已被应用于工农业、建筑业、渔业和日用品等多个领域。

这种方式的优点是成本低廉、工艺简单，缺点是再生料制品的力学性能大幅下降，不宜制作高档次制品。

2.3.2 改性再生利用

改性再生利用技术可提高再生料的基本力学性能，以满足一些专用制品在质量上的需要。塑料包装废弃物的改性技术有很多，常见的有共混改性、增强改性、填充改性、增韧改性、接枝改性、热裂解和催化裂解等，大体上可分为物理改性和化学改性两类。

物理改性通过机械混炼设备将塑料升温至软化点以上进行熔融混合，制备出多相态、多组分的共混物合金和复合材料[6]。其中共混改性是将一种或多种树脂添加到另外一种树脂中以改变其性能的改性方法，掺入的树脂是一些高分子物质，相容性较好，添加后对原树脂的其它性能无显著影响。填充改性与共混改性类似，不同的是在树脂中添加小分子物质，相容性较差，对树脂性能影响较大。增韧改性则是用于提升再生塑料力学性能的一种方式，可通过添加弹性体、刚性粒子、共混热塑弹性体等物质实现。纤维增强改性被应用于高分子复合材料领域中，使通用树脂向结构材料和工程塑料转变，回收的热塑性塑料经过纤维增强改性后在抗热性、强度、模量、抗疲劳性方面的性能均有提高，与此同时材料的脆性增大这种方法的应用前景很好，是塑料回收利用的新途径。

化学改性则通过使用化学手段（如接枝、共聚等方法）在分子链中加入其他链结和功能基团。交联剂、成核剂、发泡剂等化学制品对废塑料改性时可提高耐热性、抗冲击性和抗老化性，为再利用做准备。

原位反应挤出工艺将物理、化学改性与成型制造结合在一起，在缩短改性周期的同时实现连续性生产，还能获得综合力学性能良好的再生塑料。该工艺在特定的螺杆挤出机中将化学接枝改性和组分共混同时进行，这种方法最适用于多组分高聚物之间的增容共混。

2.3.3 热分解

热分解技术的基本原理是将废旧塑料制品中原有的树脂高聚物进行彻底地大分子链分解，使其分解到低分子量状态，从而获得具有高使用价值的产品。该技术对废塑料的回收利用比较彻底，分解后的产物有油、气、固体和混合体，对应的热分解工艺分别是油化工艺、气化工艺和炭化工艺。其中，油化工艺可对PS、PE、PVC、PMMA等多种废弃塑料进行处理；气化工艺主要用于多种混杂的废弃塑料垃圾和城市中含废塑料包装的垃圾；炭化工艺则是将热分解产生的炭化物质经过适当的处理后制成活性炭，可应用于PVC 的热分解。

2.3.4 化学分解

废塑料通过化学中的分解反应可变成单体或相对分子质量低的物质，再次成为高分子合成的原料，通常采用水解或醇解（常用的有甲醇、乙醇、乙二醇）。

经过化学分解后的产物均匀，容易控制，无需分离和纯化，设备的成本也较低。缺点是对预处理的清洁过程、品种的均匀性、分解所用的试剂要求高，不适合处理混杂的废塑料。

此外，还可以用超临界水对废弃塑料进行化学回收。水在温度和压力分别高于其临界温度（374.3℃）和临界压力（22.05MPa）时，处于超临界状态，超临界水具有氧化性和有机溶剂的性能，用超临界水处理废塑料的反应速率快，效率高，反应在密闭空间中完成，避免了环境污染，该技术还有成本低、油化率高等优点。这项环保技术极有前途，然而其发展时间还短，值得不断探索、完善。

3. 常见塑料包装制品的回收利用

在日常生活垃圾中存在各种各样的塑料包装废弃物，其中回收的重点是聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酯等，本节对一些常见废塑料制品的分类、用途和回收处理方法进行介绍。塑料包装制品的分类详见表1。

表1 常用树脂原料及用途

3.1 聚烯烃（PO）回收利用

聚烯烃（PO）主要包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），是废弃塑料中最普遍，数量最多的塑料。聚烯烃在回收利用时通常经过分选、清洗、粉碎、着色和塑化造粒等步骤。聚乙烯和聚丙烯有良好的耐老化性，经塑化造粒后，材料的性能只是略低于新料的性能，故在回收造粒时只需添加少量抗氧化剂和紫外线吸收剂，或不添加任何助剂。

在美国，回收利用的聚烯烃容器中，把HDPE牛乳瓶、矿泉水瓶回收树脂用于制造承装机油和洗涤剂的塑料瓶。此外，P&G 公司在制造纸尿布双层薄膜包装时，内层使用新树脂LDPE，将回收的HDPE50%与EVA 混炼做外层。

3.2 聚氯乙烯（PVC）回收利用

聚氯乙烯（PVC）在我国塑料制品中占30%以上，对废旧聚氯乙烯的处理通常是直接回收或添加适当的新料，重新制作出各种产品。聚氯乙烯的组成复杂，除了树脂，还包含增塑剂、润滑剂、稳定剂、颜料等其他辅助材料。在使用过程中，助剂在光和热作用下会产生挥发和损失，再重新制作制品时需要适量补充助剂以便于获得较好的物理机械性能，达到产品的使用要求，这种方法称为直接复配回用。

废聚氯乙烯在催化剂作用下与煤焦油进行反应可制成沥青和塑料油膏。反应过程中，键状的聚氯乙烯分子与煤焦油中的小分子交联形成二维网状结构，使改性后焦油沥青的软化点提高，并具有柔性好、耐低温等优点。

3.3 聚苯乙烯（PS）回收利用

聚苯乙烯主要以泡沫塑料形式应用于电器产品、工艺品、精密仪器的防震包装，也应用于快餐盒等食品包装，可做保温材料。这些包装材料大多是一次性的，使用后即成为废品。对于聚苯乙烯泡沫塑料，可用直接发泡法或可发性珠粒法重新加工回用，这两种工艺都属于物理过程，不破坏聚苯乙烯的高分子结构，能保留材料原有的性质。最近，日本学者采用柠檬烯这种新溶剂将聚苯乙烯溶解，溶液经过过滤、蒸发后得到熔融态的聚苯乙烯，再通过挤出泵水冷固化，切粒等步骤，制出的成品具有和新树脂一样的优异性能。

将废旧聚苯乙烯与水泥混合还可制成混凝土，其密度相当于膨胀珍珠岩；聚苯乙烯泡沫塑料与适当的填料、粘结剂混合后还可制造轻型建材；此外，废聚苯乙烯因其高透明度和良好的折光率还可涂在其他塑料上作为真空镀膜的底漆。

3.4 聚酯（PET）回收利用

生活中最主要的聚酯废弃塑料是饮料包装瓶，即PET 瓶。其主要成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯，这种材料在塑料中对氧气和二氧化碳有较好的耐受性，PET 瓶还具有质量轻、价格低廉、无毒、不易碎等优点，在20 世纪90 年代由美国杜邦公司开发后，快速成为了饮料包装领域的主要材料[7,8]。

PET 瓶的回收利用包括再使用、材料回收再生、化学回收再生和能源回收再生。其中，PET瓶的再使用是节约原料、能源，减少包装废弃物的重要途径。先进的灭菌洗涤技术和重罐装技术是使PET 瓶作为容器反复多次使用的重要保障，目前，PET 瓶可重复使用的次数可达20 次。PET饮料瓶再使用工艺的处理步骤如下：分类→挑选→水洗→酸洗→消毒→水洗→亚硫酸氢钠浸泡→水洗→蒸馏水洗→50℃烘干→再使用

4. 结语

随着生产生活中一次性塑料制品的日益增加，废弃塑料的回收是我国在绿色包装和环保领域的重大课题。近年来，国家出台的“限塑令”和在大城市试行的垃圾分类政策已经提升了人们对包装塑料回收的环保意识，我们仍需向外国学习先进的处理技术以提升废塑料资源的利用率。