用石油和煤為原料生產塑料來替代天然高分子材料,曾經歷了一條艱難的歷程,整整一代杰出的化學家為實現(xiàn)目前塑料所具有的優(yōu)良理化特性和耐用性能付出了辛勤的勞動。塑料以其質輕、耐用、美觀、價廉等特點,取代了一大批傳統(tǒng)的包裝材料,促成了包裝業(yè)的一場革命。但是出乎人膠預料的是,恰恰是塑料的這些優(yōu)良性能性制造了大量耐久不腐的塑料垃圾。用后大量丟棄的塑料包裝物已成為危害環(huán)境的一大禍害,其主要原因就是這些塑料垃圾難以處理,無法使其分解并化為塵土。在現(xiàn)有的城市固體廢棄物中,塑料的比例已達到15%-20%,而其中大部分是一次性使用的名類塑料包裝制品。塑料廢棄物的處理已不僅是塑料工業(yè)的問題,現(xiàn)已成為公害國際社會的廣泛關注。
為了適應保護地球環(huán)境的需要,世界塑料加工業(yè)研究出許多環(huán)保新技術。在節(jié)省資源方面,主要是提高產品耐老性能、延長壽命、多功能化、產品適量設計;在資源再利用方面,主要是研究塑料廢棄物的高效分選,分離技術、高效熔融再生利用技術、化學回收利用技術、完全生物降解材料、水溶性材料、可食薄膜;在減量化技術方面,主要是研究廢棄塑料壓縮減容技術、薄膜袋裝容器技術,在確保應用性能的前提下,盡量將制品薄型化技術;在CFC代用品的開發(fā)方面,主要是研究二氧化碳發(fā)泡技術;在替代物的研究方面,主要是開發(fā)PVC和PVDC代用品。
在城市塑料固體廢棄物處理方面,目前主要采用填埋、焚燒和回收再利用三種方法。因國情不同,各國有異,美國以填埋為主,歐洲、日本以焚燒為主。采用填埋處理,因塑料制品質大體輕,且不易腐爛,會導致填埋地成為軟質地基,今后很難利用。采用焚燒處理,因塑料發(fā)熱量大,易損傷爐子,加上焚燒后產生的氣體會促使地球暖化,有些塑料在焚燒時還會釋放出有害氣體而污染大氣。采用回收再用的方法,由于耗費人工,回收成本高,且缺乏相應的回收渠道,目前世界回收再用僅占全部塑料消費量的15%左右。但因世界石油資源有限,從節(jié)約地球資源的角度考慮,塑料的回收再用具有重大的意義。為此,目前世界各國都投入大量人力、物力,開發(fā)各種廢舊塑料回收利用的關鍵技術,致力于降低塑料回收再用的成本的開發(fā)其合適的應用領域。
一. 回收熱能法
大部分塑料以石油為原料,主要成分是碳氫化合物,可以燃燒,如聚苯乙烯燃燒的熱量比染料油還高。有些專家認為,把塑料垃圾送入焚化爐燃燒,可以提供采暖或發(fā)電的熱量,因為石油染料86%都直接燒掉了,其中只有4%制成了塑料制品,塑料用完以后再送去當熱能燒掉是很正常的,熱能使用是塑料回收的最后方法之一,不容輕視。但是許多環(huán)保團體反對焚燒塑料,他們認為,焚燒法把亂七八糟的化學品全部集中燃燒,會產生有毒氣體。如PVC成分中一半是氯,燃燒時放出的氯氣有強烈的侵蝕破壞力,而且是引起惡英的元兇。
目前,德國每年有20萬噸的PVC垃圾,其中30%在焚化爐里燃燒,燒得人心惶惶,法律不得不對此擬定對策。德國聯(lián)邦環(huán)境局已規(guī)定所有的焚化爐都必須符合每立方米廢氣值低于0.1ng(納克)的限量。德國的焚化爐空氣污染標準雖然已經屬于世界公認的高標準,但仍然沒有敢說燃燒方法不會因機械故障放出有害物質,所以可以預見,各國環(huán)保團體仍將大力反對焚化法回收熱能。
二. 分類回收法
作為塑料回收,最重要的是進行分類。常見的塑料有聚苯乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯等,這些塑料的差別一般人很難分辨?,F(xiàn)在的塑料分類工作大都由人工完成。最近機器分類有了新的研究進展,德國一家化學科技協(xié)會發(fā)明以紅外線來辨認類別,既迅速又準確,只是分揀成本較高。
三. 化學還原法
研究人員開始設法提煉出塑料內化學成分以便再利用。所采用的工藝方法是將聚合物的長鏈切斷,恢復其原有的性質,裂解出的原料可用來制作新的塑料。有些方法是通過加入化學元素促使相結合的碳原子化學裂解,或是加入能源促成其熱裂解。
德國拜爾公司開發(fā)出一種水解式化學還原法來裂解PUC海綿墊。試驗證明,化學還原法在技術上是可行的,但它只能用來處理清潔的塑料,例如生產制造過程中產生的邊角粉末和其他塑料廢料。而家庭里使用過的沾染上其他污物的塑料,就很難用化學分解法處理。這種還原法的應用,要到21世紀才會大量利用水解法處理廢料。一些新的化學分解法還在研究過程中,美國福特汽車公司目前正在將酯解法運用于處理汽車廢塑料件。
美國倫塞理工學院研制出一種可分解塑料廢棄物的溶液,將這種已申請了專利的溶液和6種混合在一起的不同類型的塑料一起加熱。在不同的溫度下,可分別提取6種聚合物。實驗中,將聚苯乙烯塑料碎片和有關溶液在室溫條件下混合成溶解態(tài),將其送入一個密封的容器中加熱,再送入壓力較低的“閃蒸室”中,溶液迅速蒸發(fā)(可回收再手),剩下的就是可再次利用的純聚苯乙烯。
據稱,研究所用的提純裝置,每小時可提純1kg聚合物。紐約州政府與尼加拉.摩霍克電力公司正打算聯(lián)手建造一座小規(guī)模試驗性工廠。投資者聲稱,該廠建成后,每小時可回收4t聚合物原料。其成本僅為生產原料的30%,具有十分明顯的商業(yè)價值。