废旧聚苯乙烯泡沫塑料的回收与再生方法*

左艳梅，傅智盛

(1 扬州工业职业技术学院化学工程学院，江苏扬州 225127；

2 浙江大学高分子研究所，浙江杭州 310027)



废旧聚苯乙烯泡沫塑料的回收与再生方法*

左艳梅1，傅智盛2

(1 扬州工业职业技术学院化学工程学院，江苏扬州 225127；

2 浙江大学高分子研究所，浙江杭州 310027)

摘要：聚苯乙烯泡沫塑料具有密度低、吸水率低、耐酸碱、隔热隔音性好、防震等优点，被广泛用做机械设备、家用电器、精密仪器仪表、玻璃器皿的缓冲包装及快餐食品的包装。由于其体积大、重量轻、化学性质比较稳定，造成资源的浪费。该文着重研究在能源和资源面临短缺的今天，废弃聚苯乙烯泡沫塑料如何变废为宝，将其进行合理的再生利用，节约资源，实现减少环境污染。

关键词：聚苯乙烯，泡沫塑料，回收，再生

1前言

聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是一个比较古老的塑料品种[1]。它早在20世纪50年代德国BASF公司投产，随后带动了整个欧洲、美洲，形成了巨大的塑料工业体系。聚苯乙烯泡沫塑料已成为塑料行业的重要组成部分，也是泡沫塑料的重要品种之一[2-3]。聚苯乙烯泡沫塑料是一种热塑性材料，经加热发泡后，每立方分米体积内含有300～600万个独立密闭气泡，内含空气的体积为98%以上，这样的结构使它具备了许多优良的特性：密度低、减震性好、保温隔热性能优良、隔音效果好、比强度高、防水、耐酸碱性能好[1]。此外，泡沫结构的聚苯乙烯是一种非结晶塑料，从-18℃到玻璃化转变温度95℃之间不会发生结构变化。因此，可以长期在极低的温度下使用[4-5]。由于具有以上优点，被广泛应用于夹芯墙板、外墙保温材料[6]、地板采暖隔热、道路工程、包装领域、可降解发泡餐具、泡沫浮材[7-8]等多个领域中。1979年，我国的产量还不到5000吨，其中60%的原材料还需进口，到2001年，我国的加工企业有500多家，生产能力已达120万吨，产量68万吨，原料基本实现国产化[9]。

聚苯乙烯泡沫塑料制品在用于减震包装材料时，使用过程均非常短暂，用后即弃，特别是高分子材料，仍然保持良好的物理、机械和化学方面的性能，这就为回收利用奠定基础[10]。

目前，国内外许多科研单位对聚苯乙烯泡沫塑料再生利用的研究，有的已经达到实用化的程度，有的则遇到这样或那样问题，还只是停留在实验室或小规模试验阶段[11]。该文对目前废旧聚苯乙烯泡沫塑料的回收与再生方法进行综述，希望对其合理的再生利用，这样不仅可以变废为宝，还可以消除环境白色污染。

2废旧聚苯乙烯泡沫塑料的回收与再生方法

2.1　物理再生方法

所谓物理法再生，是不破坏聚苯乙烯分子结构情况下，对废旧聚苯乙烯泡沫塑料进行物理处理，重新制得聚苯乙烯泡沫塑料的方法。

2.1.1热熔再生

传统的简单再生法是对废旧的聚苯乙烯泡沫塑料产品进行熔融造粒，包括粉碎、洗涤、干燥、脱泡、挤出、造粒等步骤[12]。德国在这方面的技术比较先进，如Walex公司的聚苯乙烯泡沫塑料回收系统，将脱泡、挤出、造粒集中在一个装置中完成，设备紧凑而且效率很高[12]。更简单的再生利用方法就是将废旧的聚苯乙烯泡沫塑料制品直接进行机械破碎，去静电处理，与充填胶结料充分混合，模制成型，重新制得聚苯乙烯泡沫塑料成品。该方法不需溶剂，不需加热，也省去了原材料的清洗、分离工序，同时省去消泡处理及再发泡过程，简便易行，是泡沫塑料生产厂或其相关制品厂回收边角废料的传统方法。

2.1.2溶剂再生法

将废旧聚苯乙烯泡沫塑料溶于溶剂中，通过过滤、挤压并与溶剂分离可以回收聚苯乙烯树脂，该法不经历高温过程，避免高分子链的降解，产品性能接近悬浮法聚苯乙烯。有文献报道[13]一种以氯化锉、硝酸钠、碳酸钙、氯化钙、碳酸镁、烧碱、盐卤水等无机助剂的水溶液为溶剂回收聚苯乙烯的方法，将溶剂加热到80℃～280℃后喷淋于聚苯乙烯泡沫塑料上使其消泡、过滤、挤压溶剂至溶剂含量为7%～21%，此时可以不进行溶剂分离，直接进行后续产品的加工应用。一种由100%的天然植物提取液为溶剂回收聚苯乙烯泡沫塑料的方法[14]，是将废旧聚苯乙烯在减容机中减容成一种凝胶体，该凝胶体经薄膜蒸发造粒机造粒，就可得到聚苯乙烯粒子该工艺简单，整个生产只需减容机和薄膜蒸发造粒机两套设备，同收粒子的生产成本低，仅为新粒子成本的49%[14]。

2.1.3非溶剂热介质消泡回收

聚苯乙烯泡沫塑料回收工作中的一个难题是其密度小，体积大，运输费用占回收成本的很大一部分，解决方法是就地消泡减容。常用的消泡方法是热压法，即将其加热到80℃～100℃加压消泡。有文献[15]介绍了用非溶剂热介质消泡回收的新工艺，该方法是将废聚苯乙烯泡沫塑料投入消泡罐中，加热到一定温度的热介质，使泡沫塑料接触并与正在消泡收缩的物料一起溶入加热贮槽中，然后将已消泡的物料和所使用的介质分离即可得到已消泡的回收料，整个消泡过程只需30s～50s。根据消泡操作的地点、能源和用途，可分别使用油性、水性、气相或固相介质。

2.2　改性再利用方法

2.2.1改性制备抗冲聚苯乙烯塑料

回收聚苯乙烯泡沫塑料制备的聚苯乙烯塑料质脆，色泽及透明度都远逊于通用透明聚苯乙烯，有必要对其进行改性以提高其性能。欧阳晓东[16]等用线型SBS或SBS/CaCO3复合增韧剂对回收聚苯乙烯泡沫塑料进行增韧改性。实验发现，SBS与聚苯乙烯具有良好的相容性和分散性，加入适量的这类增韧剂不但能使回收聚苯乙烯抗冲强度得到大幅度的提高，还能改善共混物的成型性能。

2.2.2改性制备涂料和胶粘剂

利用废聚苯乙烯泡沫塑料制备改性聚苯乙烯系列胶粘剂和涂料，其生产工艺较为简便，通过不同的改性方法和工艺可制得满足不同需要的产品，是目前废聚苯乙烯泡沫塑料综合利用的有效途径。傅叔余等人[17]以废弃的聚苯乙烯泡沫塑料为原料，选择合适的混合溶剂和乳化剂制取水乳性瓦楞纸箱防潮涂料。该涂料具有良好的附着力、耐候性及耐擦性，多项性能指标均达到GB 9755-88要求，适合作建筑外墙涂料[17]。

王志玲等[18]采用聚合物共混改性技术以废聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯醇、溶剂油、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯等为原料制备了建筑用密封胶。徐溢通过加入酚醛树脂、丁苯橡胶、松香及异氰酸醋改性剂，在适当的溶剂中进行聚合反应，制得户性能优良的建筑用胶粘剂。此外，还可用 EPS来制取水乳型涂饰剂[19]、建筑外墙用水基涂料[20-21]、高效防腐涂料[22]、防腐防水涂料[23]、醇酸改性环保涂料[24]。

2.2.3改性制备阻燃剂

将回收的聚苯乙烯泡沫塑料经清洗、干燥后溶于有机溶剂，用液溴与其进行反应可制得阻燃剂溴化聚苯乙烯。与其他有机阻燃剂相比，溴化聚苯乙烯在燃烧过程中不会释放出二恶英等致癌物质，是一种良好的阻燃剂[25]。用该方法制备的溴化聚苯乙烯阻燃剂其性能可以与商品溴化聚苯乙烯相媲美。

2.3　裂解回收再利用方法

聚苯乙烯的热裂解已研究了多年，其裂解反应工艺也有较多的报道，目前已研究成功的有溶液降解、催化降解、金属熔降解、管式反应器降解等，降解产物中苯乙烯含量最高，回收率在60%左右。为了提高回收率，黄发荣[26]等全面考查了聚苯乙烯的裂解反应，探讨了裂解介质、反应温度、催化剂等因素对降解反应的影响，获得了优化的裂解工艺参数，使苯乙烯的回收率提高到70%左右。聚苯乙烯裂解可得苯、烷基苯及苯乙烯低聚物等，还可以裂解制油。姚致远[27]等研究将处理过的废聚苯乙烯泡沫塑料经挤出机制成泡沫塑料碎块，加热到350℃～400℃，进行催化裂解，得到汽油、煤油、轻油等产物。用单纯的废聚苯乙烯泡沫塑料可得到90%以上的油品，油品中芳香烃占81%、烷烃占5%、烯烃占4%，这些油品可用作化工原料和溶剂[28]。

日本Sawaguchi T[29]等人用改进型反应器在310℃～350℃下控制聚苯乙烯热裂解，产物为苯乙烯单体、二聚体、三聚体，这些产物以可重复使用，节约大量资源。日本[30]将催化剂粉末与聚苯乙烯泡沫塑料充分混炼、裂解得到的产物中苯乙烯含量达77.4%。德国曾立法允许对废聚苯乙烯泡沫塑料进行裂解产生可燃气体供给电厂或化工厂，禁止将废聚苯乙烯泡沫塑料直接简单焚烧生热或发电[31]。

2.4　制作建筑保温材料

根据使用需要，将废聚苯乙烯泡沫塑料粉碎成一定粒径的碎块后与水泥或乳化沥青、砂等混合可制成砖或板材等轻质混凝土制品，是优良的轻质保温隔热材料，经济与环境效益显著。麦守义[32]将聚苯乙烯泡沫塑料破碎成粒径小于20mm的碎颗粒，然后与水泥和膨胀珍珠岩粉料拌合，均匀铺设在屋面上养护3天，自然干透后用水泥砂浆将其上面铺平，从而制成混凝土保温屋面。欧洲有许多国家新修的建筑使用外墙保温材料可降低能源消耗，还可改善生活环境，降低建筑成本。如在德国广泛应用的外墙保温饰面系统中大量使用了聚苯乙烯泡沫塑料板，这些聚苯乙烯泡沫塑料板大多是对废旧聚苯乙烯进行处理加工制成的，减轻污染[33]。

2.5　与乙烯焦油共碳化改性制备针状焦

针状焦具有低的热膨胀系数和高度定向排列，可作为超高功率电弧炉炼钢电极的主要材料。查庆芳等[34]研究了乙烯焦油和废聚苯乙烯共碳化制备针状焦乙烯焦油(ETP)。通过该法制得可以生成高度定向排列的针状焦，热膨胀系数从接近普通石油焦的3.2×10-6/℃降低到优质针状焦的0.3×10-6/℃。

2.6　制备絮凝剂

周伟等[35]利用废聚苯乙烯泡沫塑料制备絮凝剂的方法是先预处理好的聚苯乙烯泡沫塑料溶解于环己酮溶剂中，然后用硫酸进行磺化，用AlCl3作催化剂，水浴加热，使其充分混合反应后，降至室温，静置、熟化2h左右，即得聚硅酸铁溶液。根据聚硅酸铁溶液中聚苯乙烯泡沫塑料的含量，并加入适量络合剂，水浴加热至70℃左右，反应结束后，即得最终产物有机无机复合絮凝剂。该絮凝剂可以用于印染污水的处理，具有良好的絮凝作用[35]。

3结语

综上所述，前面介绍的 EPS废旧料回收再资源化技术各有所长。如物理回 收 、造粒再生以及催化裂解制单体及燃油等再资源化技术，虽然一次性投资大，但处理EPS废塑料量大、效率高、成本低，其中催化裂解制技术可免去废塑料分拣，可处理各种分解结构不同的塑料垃圾；其它回收再利用技术，投资小、设备简单、EPS 再生后的物料用途广泛、成本低，尤其是溶剂型消泡减容的回收装置，可设计成车载形式以利到各EPS 废旧料回收点流动运作，减少运输成本[36]。就我国国情而言，各地根据资金 、操作地点、能源和环境以及再生后的物料用途等来确定 EPS 废旧料回收再资源化技术的工业化实施方案。

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*基金项目： 扬州工业职业技术学院科研课题

专论与综述

Polystyrene Foamed Plastic Recovery and Regeneration Process Research

ZUO Yan-mei1，FU Zhi-sheng2

(1 Department of Chemistry Engineering Technology of Yangzhou Polytechnic Institute，Yangzhou 225127，Jiangsu，China；2 Department of Polymer Science and Engineering of Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang，China)

Abstract：Polystyrene foam has a low density，low water absorption，good acid and heat insulation，shock，etc. So it is widely used as machinery，household appliances，precision instruments，glassware cushion packaging and snack food packaging. Because of its large size，light weight，chemically more stable，resulting in a waste of resources. This paper focuses on the energy and resource shortages today，waste Styrofoam how to change waste into treasure，which is reasonable recycling，resource conservation，achieve a reduction of environmental pollution.

Key words：polystyrene，foam plastics，recovery，regeneration

中图分类号：TQ 328.4

通讯作者：左艳梅，硕士，讲师，主要从事高分子材料应用技术相关教学科研工作；E-mail：40279242@qq.com；Tel：13952753634