浅析塑料降解及回收利用技术

刘亦晴

摘 要：塑料制品行业的持续快速发展为世界经济注入了新的活力，但随着塑料制品在各个领域应用的不断增长，废旧塑料对环境的生态平衡带来的隐患也不断增加，各国政府和研究机构纷纷采取措施，通过加大废旧塑料回收和研发对环境更加友好的可降解塑料来减少白色污染，通过垃圾分类改变人们随意丢弃废旧塑料制品的习惯，通过在塑料制品全生命周期的管控来统筹推进和解决塑料废物的环境污染问题。

关键词：废旧塑料;回收利用;生物降解

0 引言

随着中国塑料制品行业近年来的持续快速发展，塑料及其制品遍及国民经济的各个领域，发挥着巨大且不可替代的作用。在产量不断增长的同时，塑料制品行业也在进行产业结构调整，通过引入新技术、新工艺实现产品不断转型升级。2019年全国塑料制品产量达8184.2万吨，稳居世界塑料生产和消费的第一大国位置。然而，随着塑料制品消费量的不断增长，塑料制品使用后的废旧塑料也不断增多，废弃塑料给生态平衡带来极大的隐患，各国政府和研究机构纷纷采取措施，研究和探索废旧塑料回收技术和方案，经过不懈努力，废旧塑料的回收领域取得了一定成效，全球废弃塑料回收明显增长，再利用率逐渐提高。塑料制品应用范围较广，不断增长的下游行业为塑料制品行业的发展提供了强有力的支撑，塑料制品的应用层面主要包括包装塑料制品、建筑塑料制品、工程塑料制品、农用塑料制品、工业交通等方面。

1 塑料材料制品的性能特点

塑料材料具有重量轻、化学性能稳定、绝缘性、减震性等诸多优点，使得塑料在各个行业的应用越来越普遍。

1.1 重量轻

受能源和环境保护的压力，航空业和汽车制造业率先进行零部件的轻量化设计，目前轻量化设计在越来越多的工业领域展开，其中一个重要的方向是应用密度更低的材料替代钢材及合金材料。塑料的相对密度约0.9～2.2，是较为常用的轻量化材料。由特殊工艺制成的发泡塑料质地更轻，因组织内部均布微孔，其相对密度仅为0.01，可以应用到对轻量化设计有特殊要求的场景。

1.2 优良的化学稳定性

材料的耐腐蚀性是相对指标，通常所述材料的耐腐蚀性是相对金属等一般材料而言的。塑料家族中绝大多数都具有较好的抗腐蚀能力，较难与酸碱等化学物质发生反应。各种不同材质的塑料性能和应用也不尽相同，例如PP塑料的耐腐蚀性能一般，而PTFE塑料则具有极强的耐腐蚀性能，其优良的化学稳定性，可应用于强酸强碱等恶劣工况。

1.3 优异的电绝缘性能

选择并应用合适的材料是保证电气和电子设备质量和可靠性的关键，绝大部分塑料都是电的不良导体，其表面电阻、体积电阻很大，使其成为重要的绝缘材料，在电子工业和机械工业上广泛应用。

1.4 较好的隔热性能

塑料的导热性是比较低的，例如聚氯乙烯的导热系数仅为钢材的0.28%，相同面积的单玻塑窗比单玻铝窗隔热能力高40%左右，在住宅、宾馆等建筑物普遍应用塑料窗体与中空玻璃，可大幅度减少冬季供暖和夏季空调能源费。泡沫塑料的微孔结构使其在隔热的同时，也具有较好的隔音、防震性能。

1.5 机械强度分布广

塑料普遍具有强度大、密度小的特点，因而具有较高的比强度。塑料的种类繁多，各种塑料的硬度、抗张强度、延伸率和抗冲击强度等力学性能区别很大，不同的应用可以根据性能要求选择不同材质的塑料。

2 废旧塑料回收问题

塑料作为一种新兴材料，因其质轻、易加工、综合性能好等诸多优点应用极为广泛，在国民经济中发挥巨大作用的同时，也给人们生活带来极大方便。随着塑料制品的消费量增加，废弃塑料也不断增多，特别是一次性塑料制品的出现，对环境造成的危害越来越严重。塑料材料结构稳定，不易被天然微生物菌降解，在自然环境中变成污染物长期存在并不断累积，加强废旧塑料的回收问题到了不得不解决的地步。近年来全球废弃塑料回收量逐步增长，塑料的回收再利用率显著提高。

2.1 废旧塑料的分离

经回收后废旧塑料必须达到很高的纯度后才能再次利用，但通常情况下回收的废旧塑料往往是多种类混在一起的，以这种混合塑料为原料的制品性能不稳定，附加值很低。为了提高废旧塑料的利用价值就必须对回收物进行分离处理，获得单一品种的废旧塑料，并清除附着在塑料上的杂质。人工分离是较为传统的分离方法，通过识别塑料的外观、色泽、透明度、硬度等对小批量的废旧塑料进行分離，其缺点是识别的准确度不高，工艺效率低。密度分离法也是一种较为常见的分离工艺，其原理是利用聚合密度不同，利用水、空气等介质，或者离心等措施，实现对不用种类塑料的分离。

2.2 废旧塑料的回收

废旧塑料回收通常可分为简单再生法和改性再生法，简单再生法是将废旧塑料经过分离、清洗后，进行熔融并用于成型加工的回收方法。改性再生技术是指将废旧塑料进行改性加工，改性加工是破坏聚合物的分子链，将废旧塑料中的有机成分转化成石油化工原料，即塑料再生料。其中，热解技术是一种较为成熟的废旧塑料处理工艺，热解技术利用高温破坏聚合物分子链，使塑料中的有机成分转化成汽油、燃气精炼产品。热解技术可进一步细分为催化剂裂解技术、氢化裂解技术等。

2.3 废旧塑料的再利用系统工程

废塑料治理是一个系统工程，也是一个综合性的任务，需要在塑料产品全生命周期内统筹考虑，治理塑料污染从源头设计到后端应用都要做综合判断，设计塑料制品时就要考虑产品的可回收性。尽管生活中很多塑料制品都标注有可回收标识，但实际上回收这些塑料制品的成本和技术难度并没有进一步得到关注。为了打通塑料产品的回收再利用链条，还需要从生产企业、加工企业、回收企业在产品全生产周期广泛合作。

3 可降解塑料应用

为了减少废旧塑料对生态环境所造成的污染，尽管各国采取了很多措施加大塑料回收再利用的力度，但能够回收利用的废旧塑料仅占塑料垃圾总量约1%，无法解决废旧塑料带来的污染问题，所以，从可持续发展的角度出发，开发可降解塑料势在必行。

可降解塑料对保存期较为敏感，各项使用性能在保存期内可保持稳定，过了保质期以后，无法再保证使用性能，被丢弃后会在自然环境条件下降解，并逐步降解成对环境无害的物质，通常包括光降解型塑料、生物降解型塑料、二氧化碳基生物降解塑料和淀粉基生物降解塑料等。

3.1 光降解型塑料

光降解塑料在太阳光照射下能够发生降解，太阳光中的紫外光可将高分子链有序分解，大部分聚合物无法直接吸收285纳米以上波长的光能，光降解塑料采取在聚合物中加入光敏感基团或添加具有光敏作用化学助剂的方式，实现材料的光氧化反应加速。光降解塑料需要应用在光照时间充足的场景，一定程度上限制了其推广范围。

3.2 生物降解型塑料

生物降解塑料能够被环境中微生物分解，在细菌、霉菌或藻类等分解作用下最终可转化成对环境无污染的物质。高分子量聚合物在微生物中的酶的作用下逐渐分解成低分子量的分子碎片，细菌等微生物可以将低分子碎片消化吸收，并最终分解成水和二氧化碳等对环境无害的物质。生物降解型塑料包括完全生物降解型塑料和不完全生物降解型塑料两类。完全生物降解型塑料由纤维素、蛋白质、糖等可食用的物质为原材料，经过特殊工艺制作而成。不完全生物降解型塑料由天然高分子原料与通用合成树脂通过共混或共聚方法制作而成，通常情况下不完全生物降解型塑料同完全生物降解型塑料相比，具有更好的力学性能和加工性能。

3.3 二氧化碳基生物降解塑料

二氧化碳是一种低成本碳资源，以二氧化碳作为原料合成生物降解塑料，不仅可以减少塑料对环境的污染，还可以通过减少二氧化碳降低温室效应。二氧化碳基生物可降解塑料是二氧化碳和其他单体在催化剂作用下共聚所得的高聚物，技术难点在于高活性催化剂，只有在催化剂的作用下才能合成出二氧化碳基生物降解塑料，合成后的塑料还需要通过低成本改性处理，从而进一步提升合成物质的各项性能。目前较为成熟的产品是由二氧化碳与环氧共聚物所得的脂肪族聚酯，应用到一次性包装材料、餐具、农用地膜等方面，废弃的二氧化碳基生物降解塑料在自然环境中即可完全降解。

3.4 淀粉基生物降解塑料

淀粉基生物降解塑料以淀粉为原材料，将淀粉经过改性塑化后与其他聚合物共混加工，形成的一种可降解塑料产品。淀粉是一种天然高分子聚合物，具有价格低、可再生等优点，应用淀粉作为塑料的原材料可以减轻对石油资源的使用。淀粉作为一种高分子聚合物，在塑料合成过程中很难进行熔融加工，原因在于其分子中含有大量羟基，大分子之间有很强的相互作用力，难以与其他聚合物共混加工，必须对淀粉中的羟基进行酯化、醚化等化学反应，即对淀粉进行化学改性处理，将普通淀粉变成热塑淀粉。淀粉基生物降解塑料广泛用于塑料包装材料、食品容器、玩具等领域。

4 结语

在全球塑料行业高速发展的同时，主要发达国家都在致力于研究和推动塑料的回收利用，以及发展对环境更加友好的可降解塑料。中国塑料行业也在全球致力框架下，努力开拓可持续发展的道路，目前每年使用的回收利用废旧塑料约3000万吨，废旧塑料瓶的回收率已经位于世界前列。在“绿色、低碳、循環、生态”的产业发展方略指引下，中国塑料加工行业逐步从规模增量型的粗放发展方式向质量效率型集约增长转变，中国的可降解塑料的产量占世界产能约25%，与中国塑料占世界产能的比例基本相当。

参考文献：

[1]贾峰.不要让塑料垃圾成为人类的“遗产”[J].世界环境，2019 （06）.

[2]薛行飞.废塑料回收再生工艺及环保要求[J].资源节约与环保，2018（10）.

[3]杨舒琰，刘丽丽，李金惠.加强废塑料回收，减少环境污染[J].世界环境，2018（05）.

[4]徐明波.石油化工生产中的环境保护问题[J].当代化工研究，2016（05）.

[5]高佳乐，王莉果，周鹏飞，等.固体废物的分类、环境影响及防治对策[J].环境与发展，2018（11）.

[6]徐靖，张伟.塑料回收再利用技术研究进展[J].精细与专用化学品，2019（07）.

[7]陈鲲.废塑料洗涤水污染及处理研究进展[J].塑料科技，2015（06）.