塑料回收与再生在建筑材料中应用的标准化研究

钱雨桐，沈冰清，赵之涵，张素银，郭培培

（1.中国计量大学标准化学院，杭州310018；2.绍兴市标准化研究院，绍兴312000）

1　绪论

塑料作为继金属、木料、水泥和无机砖石之后的第五大建筑材料，具有以下优点：生产塑料建材时所需要的能耗低于等量钢铁建材，其制成的管道输送能耗低于金属质管道，且塑料的回收与再生利用性能均高于木材和无机材料砖石。这使得塑料建材不仅可以满足国家节能环保的要求，还可以在建筑设计和材料选择上提供更加广阔的思路与范围，进而打造更舒适的室内空间。

近年来随着塑料建材需求量的不断上升和市场的不断扩大，塑料建材年产量大幅增长，大量建筑垃圾也由此产生，其中包含的塑料废弃物将成为不容忽视的环境威胁。因此，对建材中废旧塑料的回收以及再生塑料在建材中的应用研究与标准化，是环境污染、资源短缺现状下的迫切需求，也是对国家相关法律法规与标准规范的积极响应，同时有利于建设环境友好型建材产业，规范塑料再生建材市场秩序。

2　国内外研究现状分析

2.1　塑料回收技术国内外研究现状

2.1.1国外进展

在国外一些发达国家，塑料回收技术的重点主要放在如何建立稳定的回收源体系和如何实现塑料垃圾的分类上。从前者来看，发达国家由于在垃圾分类回收上起步较早，因此已建立了较为完善的垃圾回收社会机制、商业体系及法律法规，更为重要的是民众的垃圾回收及分类意识和企业的资源回收再利用意识较强，这就为垃圾回收体系的建立奠定了基础。而由于环境保护立法的完善，大量专业性较强的资源回收企业与社会组织也应运而生，由此形成了一个较为完整的塑料资源回收商业产业链及社会自理生态。从后者来看，塑料资源回收的重点则在于如何将塑料垃圾从混杂各类形态物质的垃圾资源中分离筛选出来。事实上，虽然一些发达国家的民众在垃圾分类上自觉性较高，但在工业废弃物处理过程中仍然有部分垃圾分类和塑料分离受到技术难度的限制。目前，这些国家所使用的依靠水力、风力、X射线、热源等识别塑料种类以进行分选的方法得到的效果相对较好，这也为塑料垃圾的分类筛选技术提供了新思路。

在塑料回收利用方面，欧洲、美国、澳大利亚和日本对于不同领域塑料垃圾的回收处理各有所长。在欧洲，塑料的平均回收率在40%以上；而美国通过建立垃圾回收与收集系统使得废旧塑料的有效回收率不低于12%，其中，在所有进行回收利用的消费后塑料中，塑料建筑材料仅占18%，但在全球已属于较高的水平；澳大利亚和日本在包装塑料回收领域也均有所建树。总体来看，从建材中回收的塑料占回收总量的比例在上述国家中均不高，回收利用技术的开发重点也不在建材回收处理上。

纵览全球，技术水平、资金保障和塑料回收状况差距明显。据统计，全球每年所产生的塑料垃圾中，有超过65%来自发展中国家。因此，即使欧美日澳等发达国家及地区拥有先进的回收利用技术，其所能覆盖的回收源依旧是少数，况且在工业建筑产生的塑料垃圾的回收分离及再利用方面还存在较多难点及问题。

2.1.2国内进展

不同于以上发达国家，我国的塑料垃圾回收利用工作起步较晚，比例低，绝对数量大，回收成分较为复杂。长期以来，大量的塑料资源得不到有效的回收利用，甚至包括一些纯度高、回收较为方便的塑料。这是由于我国的垃圾分类回收体系不够健全，众多回收商认为生产新塑料的成本低，缺乏对这类资源回收的重视。此外，废旧塑料的废弃污染缺乏有效的监管与规范也加剧了这一问题的产生。

目前，我国在塑料回收技术上与发达国家存在较大差距，尤其在社会垃圾资源分类回收体系上。中国每年产生的塑料垃圾绝对总量排在世界前列，但被真正回收利用的占比却较低。另外，塑料垃圾如何被正确地回收利用也是一个难点。利用的好将成为减少新塑料生产，推广资源回收再利用的绿色典范；但若放任企业和民众随意回收利用，大量中小型企业甚至家庭作坊式的回收很有可能在市场逐利的推动下，因缺乏技术支持造成回收利用中的二次污染，与保护环境的初衷相违背。

2.2　再生塑料建材应用国内外研究现状

再生塑料是指将经过一次消费后的塑料经过破碎等加工工艺，获得一定硬度、耐热耐高温及其他多种性能的塑料产品。

2.2.1国外进展

在国外，废弃塑料处理再生技术正在不断更新换代并得到了广泛应用，且其技术与成果被越来越多地运用于建筑材料制造行业。

在国外，再生塑料的主要用途之一是制造各类具有隔热保温功能的建材。实验室研究发明了用木屑粉与废旧热塑性塑料混合加工成具有阻燃性能的建筑装饰材料的工艺，最终制品的阻燃性能也符合我国国家标准GB/T 5464—2010《建筑材料不燃性试验方法》中对于建筑材料可燃性的指标要求。同时国外的技术实践也表明，在道路工程中运用再生的塑料建材是可行且优质的选择。目前一些国家已将这种建材投入实际运行当中，例如俄罗斯道路建设人员在路面铺展中将一种再生塑料泡沫用作路面的隔热材料，取代了以往铺设防冻层的做法，达到了预防路基冻结、胀裂和翻浆的目的。

此外，另一项新型的再生塑料建材研究是将处理后的回收塑料破碎成一定粒径的颗粒与其他原料及助剂混合搅拌，以制作成被称为再生塑料改性混凝土的新型混凝土。虽然将再生塑料掺入混凝土的技术尚未成熟，还需多方性能测试与试验，但从国外已取得的文献成果分析，塑料再生颗粒部分取代混凝土骨料对混凝土进行改性的技术有着较为广阔的前景。

2.2.2国内进展

随着经济技术水平的不断提高，整个社会对于环境保护和资源节约越发重视，再生塑料用作部分建材这种新思路在我国建材领域中已占据了一席之地。但就目前看来，国内建筑领域用到的塑料材料仍然较少，再生塑料所占比例更为低下。另外，在再生塑料的应用方面，我国与发达国家仍存在较大差距。我国再生塑料建材以塑胶地板、塑料水管、塑料包边等塑料直接制成品为主，而发达国家则是将这种塑料作为一种添加剂制成混合物，进而提升建筑的整体质量及各类参数水平。

2.3　国内外现状对比及标准化状况分析

2.3.1现状对比分析

目前，国内外在再生塑料建材的回收使用及处理水平上仍存在较大差距，这其中包括硬实力（再生塑料分离技术、再利用技术、建材使用水平等）和软实力（社会塑料资源回收体系，群众配合程度、认知水平等）两方面。同时，我们也应考虑到我国巨大的市场规模、人口规模以及不断提升的经济技术水平，虽然再生塑料建材利用率不高，但能够利用的绝对数量较多，因此我国的再生塑料建材市场潜力远超部分发达国家。具体对比情况如表1所示：

表1　国内外塑料回收与再生在建筑中应用与发展的现状对比表

2.3.2标准化状况分析

目前，我国塑料回收行业已有塑料回收分级管理体系作为依托。此外，国家标准化管理委员会也出台了大量有关塑料的标准及规范，例如关于塑料袋的标准GB/T 24984—2010《日用塑料袋》，关于塑料管材的标准GB/T 9647—2015《热塑性塑料管材 环刚度的测定》和GB/T 19809—2005《塑料管材和管件聚乙烯（PE）管材/管材或管材/管件热熔对接组件的制备》等等。由目前已出台的标准规范可以看出，我国的塑料标准体系已基本建成，但是关于再生塑料建材的标准相对缺失。与国外相比，无论是塑料回收、分离环节，还是重新制造、整合环节，我国在工艺流程及参数设置上的标准体系均尚未建成，所设立的标准中也有指标不明确、流程不透明、数据有出入等问题。因此，建议对再生塑料的标准体系及其在建材领域的应用，尤其是关乎建筑安全性及环保性等方面，应多加重视。总体看来，我国再生塑料建材标准呈现出主体明确但缺乏细节的现状，还有诸多问题有待解决。

3　建筑废弃物中塑料回收处理技术的规范

3.1　建筑用塑料材料分类

3.1.1热塑性塑料

在用于生产建筑材料的塑料中，在固定的温度范围内可以经升温软化，降温硬化，并且能进行反复加工的塑料，统称为热塑性塑料，如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS塑料等。其中聚氯乙烯是建筑中应用最多的材料，耐化学腐蚀和电绝缘性能优良，难燃，但耐热性较差，遇高温易分解；聚乙烯通常用于制造防水、给排水管和绝缘材料，其质柔软，耐低温性能及加工性能好，而刚度、耐热性以及耐老化性差；聚苯乙烯主要以泡沫的形式作为隔热材料，具有电绝缘性能好、耐辐射、加工性好等优点，同时也具有脆性大、耐冲性和耐热性能差等缺点；聚丙烯通常用于制成管材、卫生洁具和模板等；而ABS塑料以抗冲击、耐化学腐蚀、耐高低温、电气性能优良、易加工且成型尺寸不易变化、表面有光泽等诸多优点，广泛应用于建筑五金、各种管材、模板和异型管中，是一种用途非常广泛的热塑性工程塑料。

3.1.2热固性塑料

遇热后无法软化或在某种特定条件下固化，之后无法复原的一类塑料被称为热固性塑料，如酚醛树脂塑料、氨基塑料等。建筑材料中常见酚醛塑料的应用，其具有优良的电绝缘性能和力学性能，坚固耐用、成型尺寸不易变化等优点，使其适用于生产各种层压板、玻璃钢制品和涂料。

3.2　回收处理技术分类

3.2.1直接回收利用

直接回收利用是指只进行简单分离、选拣、清洁、破碎等物理方法对混合塑料废弃物进行处理，而不改变其化学性质。回收废弃塑料的一个最基础的方式是对混合的塑料废弃物进行分离，分离成单个成分。未经分离的混合物因价值不高、化学物理性能不明而无法进行再次利用，而分离后得到的单一塑料物质可经一定工艺后制作成高价值的塑料产品。因此，出于经济利益最大化的考量，一些发达国家在国内大力推广根据塑料材质以及特性加以分类的标签，解决了传统上用眼、耳、鼻等感官辨别塑料种类的办法，大大降低了依凭经验判断所产生的误差，以便再生塑料生产企业对其进行精准识别与回收，同时保证了工业化以及规模化生产的效率。有效分离塑料的自动鉴别技术包括：浮降法、空气分离、水旋法、近红外分光法、X射线分析法、静电分离技术、选择性溶解等[1]。

废旧塑料的直接回收利用需要经过预处理阶段去除其表面带有的杂质，预处理后经过加工成型便可得到再生塑料产品。预处理工艺流程如图1所示：

图1　废旧塑料直接回收利用的预处理过程

3.2.2改性回收

直接回收利用的一大好处在于工艺流程简便且生产成本低，但也存在再生塑料制品物化性能弱于消费前塑料制品性能的问题。若要得到高性能再生产品，则还需采用改性的方法使得产品的化学和物理性能发生改变，以满足更高的功能要求。改性的方法可以分为物理改性、化学改性和物理化学改性三种。

物理改性主要是指将处理后的塑料原料与其他辅助料或聚合物进行机械共混，以使其力学上的性能有所增强，这类改性方式工艺程序繁杂，通常需要配有专业型的设备。化学改性则通过化学反应改变材料的性能，常用工艺有交联改性、氯化改性、共聚反应改性等[2]。若要同时实现物理和化学上的性能改变，则可借助另一种方法，即原位反应挤出工艺的改性与成型[3]。此种方法一改单纯物理或化学改性所造成的不连贯，大大提高了需要改性的塑料再生制品的生产效率，同时获得综合性能高的产品。

3.3　通用塑料回收过程应用于建筑材料的可行性分析

我国塑料回收再生行业因近几年塑料产品的不断开发与投入应用而欣欣向荣，中小企业如雨后春笋般出现，市场投资活跃，同时产业发展模式正从传统家庭作坊式向依靠消费需求驱动的商业模式转变，并逐渐形成了加工集群化、市场交易集约化、以市场需求和价格驱动为导向的环保型产业经济。[4]我国从事塑料再生制品生产的企业有数万家，全国各地均分布有回收网点。塑料回收再生企业数量与规模的壮大为建筑垃圾中塑料的回收提供了市场优势。

虽然目前市场上回收量最高的塑料产品来源于塑料包装，其在再生塑料来源中占比高达70%，但建筑行业的快速发展为新型再生塑料建材运用于建筑建造之中带来更多可能，同时因为塑料管材、管件、隔热防渗透建材等使用年限较长的结构性塑料建材报废期的临近，废旧建筑塑料的回收利用将拥有更为广阔的发展空间。

塑料建材所使用的塑料如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯以及ABS塑料等，均为常见的塑料种类，每一种都已具备较为完善的回收再生处理工艺，建筑塑料回收后经过预处理工序便可采用通用塑料回收技术或稍加改进的工艺对其加以利用、改性、成型为再生塑料制品。此外，建筑塑料的回收再利用价值较大，能够带来较好的经济效益，使其能够得到企业的重视。因此，大力发展建筑材料中塑料回收再利用具有较高可行性。

3.4　建筑废弃物中塑料回收处理过程的规范化建议

一方面，从追根溯源的角度看，塑料回收行业的持续健康发展离不开对生产性污染和废物排放的控制，对塑料回收处理的工艺设计和改性原料及助剂添加方面均应考虑是否对环境造成影响，通过改进技术降低原料的耗费与废物的产生，对物理改性机械设备以及化学反应设备定期维护与改进，为回收处理过程提供保障。

另一方面，我国可借鉴发达国家对于塑料垃圾的分类标签识别技术，将其应用于建筑废弃物的分类回收之上，标识上的内容应包括废塑料的种类、来源于何种建筑材料、消费后受污染程度、材质特性、处理建议等，以利于统筹规划废旧塑料去向，减少企业在回收过程中不必要的识别时间的浪费，提高处理效率的同时降低回收成本。在改性再生过程中所使用的原料和助剂应标准化、记号化，并赋予针对性，同类制品尽量采用统一品质的原料，同时对产品进行模块化设计，以减少原料种类，促进塑料的循环利用，增强再生塑料建材的质量控制与规范，推动最后成型产品的标准化。

4　塑料再生建材应用途径及标准化探索

4.1　塑料再生建材应用途径

4.1.1在建筑涂料方面的应用

涂料是一种使用于物体表面并且能与该物基体物质牢固粘结，形成完整、具有一定硬度与韧性的保护膜的建材，其一般由成膜物质、颜填料、溶剂和助剂组成。我国建筑涂料产业在下游产业的推动下得到了长期性的发展，为了整个建筑涂料市场的持续健康增长，使企业能够生产出具有高附加值、高质量、高于环保标准要求的产品，提倡环保与健康仍然是最关键的推动力。目前我国利用废弃塑料制造建筑涂料所选用的塑料主要是废旧聚苯乙烯泡沫塑料，因聚苯乙烯塑料具有抗水、防潮性和轻质、高硬度等特性，所以适合作为制造耐磨防水防霉涂料的原料。目前已有研究的塑料建筑涂料生产工艺包括：将PS泡沫塑料进行溶和改性、乳化等处理步骤，制造成乳胶漆，可用于建筑墙体的内部及外部涂刷；通过将废弃的聚酯塑料与多元醇进行醇解、缩聚反应合成一种绝缘漆[5]；将废料进行清洁、破碎后与二甲苯、松香水原料以一定配方溶解形成某种优质的调和油漆等，此外还有清漆、色漆以及墙面涂料等多种建筑涂料种类配方研究。

4.1.2在掺杂制成混凝土方面的应用

将废弃的生产或生活性塑料进行分类回收，再由专业人员或设备进行清洁、粉碎等工艺流程后，所形成的颗粒物便是塑料再生环保颗粒。不同粒径及种类的塑料再生颗粒以不同比例掺入混凝土的骨料中可获得多种改性的新型混凝土材料，这类塑料再生混凝土的力学特性与物理特性可能与传统配料产出的混凝土材料大相径庭，但由于塑料颗粒可填补混凝土材料内部空隙及阻碍裂缝产生，同时其本身所具有的耐冲性和耐磨耗性，能够使混凝土获得更好的延展性及其他未经发掘的优良特性。国内外已有学者对再生塑料混凝土的物化及力学性能进行实验与研究，如将改性聚丙烯废弃塑料颗粒粉碎至2-3.5mm后按照不同的掺量百分比代替砂子加入混凝土中，测试混凝土密度与受压弹性模量和基准混凝土相比所产生的变化[6]。根据不同掺杂配比标准获得特定性能改性混凝土材料的领域，仍有很大的试验与研究空间。

4.1.3在增强建材保温性能方面的应用

经处理后的塑料回收物在提高建筑材料保温性能方面的应用途径主要有两种：第一种是直接将经处理工艺后的塑料作为基料，同水泥、增粘剂或其他原料混合制成具有内在保温性能的砖石和板材，如聚苯乙烯泡沫塑料保温砖产品；第二种是将塑料制成一定粒径的塑料再生颗粒，辅以水泥浆、粉煤灰、抗裂剂等添加剂制成能够保温的浆料，如胶粉聚苯颗粒浆料，将该类涂料涂刷于建筑的墙体表面、地表及屋顶可达到一定隔热和保温作用。两种途径各有优势，适用于不同环境条件下建筑建造的需求。在第二种应用途径方面，我国建筑工业行业已制定有标准如JG/T 158—2013《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》等，对保温材料中塑料颗粒的性能指标提出了要求。

4.2　塑料再生建材标准化需求分析

4.2.1清洁生产标准需求

在用于生产再生塑料建筑材料的塑料中，聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯四类塑料最为常见。而企业在利用回收这几类废塑料生产再生塑料建材时，通常采用的处理技术包括直接再生、催化或氢化裂解、真空裂解、共焦化、RDF以及高温焚烧等。在使用这些技术生产建材过程不可避免会产生废弃化学污染物，通过对聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯在常用加工工艺中产生的污染情况的研究发现：（1）使用直接再生方法生产废PP过程中，干燥工艺过程易造成环境污染程度最高，同时整项生产流程中会产生二氧化碳排放、酸性物质污染以及大量烟尘和粉尘；（2）废PE在进行氢化裂解时所产生的污染高于催化裂解，大约为催化裂解的2倍，而两者都会产生的影响包括酸性物质污染、二氧化碳排放以及臭氧耗竭。

针对上述生产再生塑料建材可能造成的污染，需要从企业自身以及外部监督等方面进行控制，对清洁生产的各个方面做出规定与要求，如建立二氧化碳排放、酸化、烟粉尘等指标评价体系。近年来，我国在塑料回收再生循环领域制订并颁布实施了《废塑料加工利用污染防治管理规定》等多项规章规范性文件，在促进国内废塑料再生行业法制化进程中发挥了积极作用。但我们也应看到在企业生产过程中仍未解决的诸多污染控制方面的需求，且规章尚未上升到法律的层面，相关配套的排放标准缺乏，均为政府与企业规范化的管理带来困难。

4.2.2废旧塑料再生配量标准需求

面对废旧塑料资源化技术的不断更新与研发进步、新型再生建材产品不断涌现的现状，各类产品生产工艺及原料配比仅由各个企业内部控制，无法对整个塑料再生行业的技术发展起到推动作用。促进塑料再生建材生产工艺与原料配量的规范化，将有利于控制产品质量、优化生产过程。行业标准《粉煤灰、煤矸石综合掺量分析方法》制定项目的开展，为配量标准化提供了借鉴意义。规范化可通过企业内部制定企业标准加以规定，也可通过构建团体标准、行业标准从宏观上进行控制。

4.2.3环保节能标准需求

塑料回收再利用产业本身就秉承着绿色、循环以及可持续发展思想，在国家节能减排的号召之下，其研发生产的塑料再生产品更应顺应建筑行业节能化、环保化的发展趋势，研发和生产符合建筑行业环保节能标准的塑料再生建材。由于利用废旧塑料制造的再生建材本身所具有的特殊性，塑料掺杂对于建材性能的定量影响仍在实验与开发之中，专门针对塑料再生建材环保节能性指标要求的标准尚未制定，无法对市场上所有塑料再生建材节能性质进行统一归类与划分，这将是今后建筑行业标准化工作开展与进步需要重点考虑的内容。

5　总结与建议

从废弃建筑材料中回收塑料的过程与生产再生塑料建材的过程是一套完整连续的工艺体系，回收技术的研发与再生塑料的应用都具有广阔的前景，其发展过程中也将产生诸多标准化的需求。对此提出以下建议：

（1）加强回收利用过程污染关键环节的规范控制

从建筑垃圾中分选出的建筑塑料表面通常带有重金属等有害有毒物质及污染的水分，使其在回收利用的化学反应发生过程中易产生毒性或有害气体对环境造成再次污染。为避免再次污染的发生，必须对造成污染的关键技术环节进行实时监控，制定污染物处理规范，严格限定污染物排放量。政府可通过立法立规抬高塑料回收加工市场的准入标准，按照《环境影响评价法》对相关企业进行环保资格审查，对不合格企业进行停业整改，企业也应及时淘汰低技术含量的生产工艺和生产设备，形成政府、社会、企业联动监管机制，以推动行业环保化、节能化发展。

（2）完善经济扶持制度，促进建筑塑料回收再利用的产业化

塑料回收与利用产业作为发展循环经济、提倡绿色环保可持续发展所必不可少的支持性产业，政府应重视其投入与回报差值，对经济附加值较低、利润不高的回收再生项目加大投资与引导力度，为生产技术落后的家庭式作坊或超小型企业提供技术支持以扶持其向商业化、高技术领域转型。近年来建筑行业的发展及塑料建筑材料的大量应用使得塑料建筑垃圾废弃比例不断增高，再生塑料建材需求市场不断增大，对此，政府应在重视其他行业塑料回收进展的同时，引导企业将重心部分转移至建筑塑料的回收再利用领域，促进建筑塑料回收再利用的产业化与规模化。

（3）促进回收利用技术的研发工作及标准化整合

我国建筑行业产生废塑料的分类识别技术、生产技术信息采集等工作尚未完善，实验室研究的技术成果也未能在企业中得到有效运用和及时更新，这严重阻碍了技术进步的步伐。对现有已实施技术和未实施技术进行整合，建立相应的建筑塑料回收再利用技术资源数据库，并制定配套的再生塑料建材产品标准和技术规范，有利于进一步规范中高低端企业的生产过程，进而提升行业的竞争力。