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循环经济 | 发泡材料回收再利用工艺实现环保与商业双重价值

01月05日 77

再生资源回收利用行业涉及再生资源的回收运输、分拣加工、绿色供应链等诸多环节,是循环经济、节能环保领域的重要内容。随着垃圾分类和无废城市建设在全国持续快速推进,科学规划“十四五”时期再生资源行业的发展成为循环经济必须解决的问题。

3A Core Materials

图源:3A Core Materials

循环经济

发泡材料是通过物理或者化学方法制备的有泡孔结构的新材料,常见有聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等材质的发泡材料,因材料具有轻质、防震、绝缘、保温性好、防腐、成本合适等优点,被用于国民经济发展的各个部门。

 

聚苯乙烯/聚乙烯等发泡材料大多制成一次性发泡塑料餐盒,而一次性发泡塑料餐盒因其体积大、油污吸附大、难清洗,就被直接废弃。发泡材料的回收再利用已成为行业必须全力克服的紧迫问题。相比于欧美发达国家成熟的发泡材料回收理念以及多年的回收实践,我国发泡材料回收行业还处于起步发展阶段,回收再利用率还是低得可怜。

 

其原因一方面是广大人民回收意识淡薄,二是发泡材料回收成本高,处理费用高,存储跟运输都不方便,处理起来也面临回收技术上的问题。这就导致一部分发泡材料被掩埋或者焚烧,造成严重的环境污染。通过掩埋遗弃在地下千百年不会腐烂,因为不含自然降解性,微生物和藻类无法分解,导致许多动物死亡的悲剧。焚烧时产生有毒气体威胁人类生存,例如聚苯乙烯燃烧时产生有害物质甲苯;聚氨酯在燃烧时产生有毒气体氰化氢体,聚氯乙烯燃烧产生有毒气体氯化氢、氯气以及致癌物质盐酸、二噁英等。

 

近些年我国环保整体上大有改观。2021年将全面禁止不可降解购物袋、一次性塑料棉签、一次性发泡塑料等餐具,或许可从源头上减少污染 。科研机构和企业技术上实现了对含有害物质的发泡材料回收处理,经过机械设备生产加工过后,无公害、无烟雾,避免了二次污染。随着国家政策出台和地方政府支持,发泡材料回收市场的发展脚步将加快。

 

发泡材料的再生过程一般为分选、清洗、破碎、干燥、熔融造粒、高温发泡、收卷、冲压成型。通过这个过程,发泡材料便经历了一次循环再生过程,达到了绿色环保的要求。回收再利用市场可以通过一系列生产工艺把废弃的发泡材料经过再加工生成泡沫颗粒,用到的变废为宝的设备有压缩机/冷压机/热熔机/热熔粉碎一体机/泡沫造粒机/华佗机等。潮湿的废料垃圾可以通过挤干机被挤干,发泡材料废品可以通过减小体积来削减运输成本(通过聚苯乙烯压缩机、EPS冷压机、EPS热熔机、EPE压缩机、EPP压缩机、XPS压缩机、易拉罐压缩机、塑料瓶压缩机)。

EPP/EPS泡沫冷压机

EPP/EPS泡沫冷压机 图源:秦风机械

 

  • 可以减少EPS泡沫塑料材料的大小,压缩比可以达到1:30-1: 50。压缩的成品是EPS泡沫塑料块,其密度可达350kg/m3,很容易把EPS泡沫塑料材料处理成另一种便于回收处理的状态,这种EPS泡沫冷压机主要是用来处理废纸、EPS泡沫、EPE、PUR 、EVA等等。由于压实的泡沫密度大,提高了废旧泡沫回收造粒的产量

 

发泡材料回收从处理形态上可分造坨回收和造粒回收。造坨回收就把废旧发泡材料粉碎之后,经过泡沫造块出坨机加热使之成为一坨,可直接出售。废旧泡沫造粒是先将边角料粉碎,再用泡沫造粒机将泡沫碎粒强制加到挤出机螺筒中经加热熔融挤出、拉条、冷却、切粒成再生颗发泡粒料。

 

发泡材料从处理性质可分为物理回收和化学回收。物理回收指将废旧发泡材料/塑料经过分选、清洗、破碎、熔融、造粒后直接用于成型加工的回收方法。物理回收对原料要求较高,无法很好地处理混合且受污染的生活泡沫和塑料垃圾,且不适合制作高档次的塑料制品,其应用面受到一定的限制。需除少部分高质量粒料可用于制作再生PET瓶,物理回收的绝大部分再生粒料不能用于与食品直接接触场合。

 

化学回收是将发泡废料/塑料废弃物经过一系列的化学反应重新生成发泡颗粒和其他有价值的化学品的过程。化学回收包括气化、热解、溶剂分解和解聚等工艺,这些工艺将发泡废料分解成包括单体在内的化学原料,用于生产新的发泡材料。化学回收可处理未被清洗的各类发泡废料,在处理受污染且混合的生活发泡废料垃圾方面具有很大优势。此外,化学回收将发泡废料/废弃塑料制成新化学制品,其质量与用原始材料生产的相同,可用于食品包装和医用等高质量应用。

 

发泡颗粒是化学回收后的再生粒子,是发泡材料经过热加工和成型处理后切粒成型的。发泡颗粒再经过各种工序处理后就可以成为和新品一模一样的发泡材料制品了。别看小小的发泡珠粒,这可是利润翻了十几倍的新品。因为再生发泡颗粒作为成品,并不是固废。

 

根据加工方法和原料品质的不同,发泡颗粒可以分为多个等级,好点的料可以做一些透明度较高的制品,如笔杆、纽扣、相框、水杯等,透明度差的可以做鞋底、垫盘、手机保护壳、挤塑板等,也可以混合溶剂成其他固液材质(粘土、板材/砖、胶粘剂、阻燃剂等)。

再生发泡塑料珠粒

再生发泡塑料珠粒 图源:英科环保

 

针对各类废弃后有污染性的发泡材料,尤其针对不可降解的聚氨酯和聚苯乙烯类的发泡材料,以及燃烧有毒的聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯类的发泡材料,市场上已有兼顾成本和环保的可行性方案来安全处理,循环再利用。

 

聚氨酯发泡材料回收

 

聚氨酯发泡材料形成的几何转化过程会导致废料产生,在某些条件下,可形成高达20%的废料。其中相当一部分的聚氨酯软泡废料可被重新回用为枕头、沙发、床垫等物品的回弹泡沫填充材料。也可将废料转化其他终端产品,具有很高的经济效益。聚氨酯硬泡材料性能优良和用途广泛,其发展与日俱增,因此对其废旧制品的回收利用能有效地保护环境,减少污染。然而,仍然有相当数量的聚氨酯发泡材料直接被填埋在土地中,或流放于苍茫大海上,除浪费资源外,还引起严重的环境污染。以下是聚氨酯发泡材料的几类回收处理方法。

 

  • 物理回收是对聚氨酯发泡材料的直接回收利用,包括清理粉碎、再二次加工成型(热压成型、粘合成型、挤出成型、用作填料)等过程;
  • 热化学回收是利用高温破坏聚氨酯废料基本结构,使高分子转化为小分子,回收利用小分子,包括热裂解、热氧化裂解、加氢裂解等方法;
  • 化学回收是使聚氨酯中的氨基甲酸酯和脲键断裂,降解为相对质量低的多元醇、二元胺的过程,包括糖酵解、水解法、醇解法、胺解法等;
  • 糖酵解过程用于各种聚氨酯产品,包括弹性体、涂料、硬质泡沫、软质泡沫、注射成型聚氨酯,甚至高回弹聚氨酯泡沫中。

Eurofed

图源:Eurofed

 

一般说来,聚氨酯硬泡材料有粉碎法、物理回收、化学回收以及燃烧回收热能法。从最终产品的使用性能看,化学回收法中的醇解、碱解和水解可行性良;从产前投入的经济角度看,以直接回收利用好,但是制品的性能较差,只能作低档用品使用。可结合实际情况实现对废料的有效利用,以获得最好的投入产出比。

高分子科学前沿

资料源:高分子科学前沿

 

  • 目前对PU废料的处理大多是填埋和焚烧或将其切碎分解成用于地毯的低价值纤维,造成了极大的资源浪费,因此开发再处理方法以回收PU废料对资源的持续利用至关重要。
  • 西北大学的William R. Dichtel教授将二月桂酸二丁基锡(DBTDL)引入交联的PU泡沫中,通过动态氨基甲酸酯交换反应使泡沫具有可塑性,然后使用双螺杆挤出机去除泡沫中的空气,形成一种比原PU泡沫价值更高的材料,这种材料具有较强重塑性,可加工成坚硬耐用的塑料或柔软弹性的薄膜,用于汽车保险杠、表带、购物车或滑板轮等产品。

新材料研习社

资料源:新材料研习社

 

  • 利用粗甘油、二乙醇胺等在碱性催化剂、辛酸亚锡等的催化作用下糖酵解聚氨酯废料,但由于分离步骤多、需辅助设备、经济成本高、产品质量不高等的限制,糖酵解工艺尚未在工业上大规模运行。
  • 罗马尼亚蒂米什瓦拉理工大学团队提出了无分离阶段糖酵解制备工业级聚氨酯泡沫塑料的策略,通过糖酵解过程实现对聚氨酯泡沫的回收,同时糖酵解的多元醇产物可与工业生产配方中相同,从原料回收的角度寻找最佳工艺条件,将聚氨酯泡沫塑料废料纳入工业化生产聚氨酯泡沫塑料的生产过程。这项研究将有助于更好地理解回收多元醇的使用与泡沫性能之间的关系,通过循环经济提高经济效益和环境效益。

 

聚苯乙烯发泡材料回收

 

聚苯乙烯发泡材料已经造成了严重的环境问题,回收与综合再利用具有重要的现实意义,在技术上已经有一定的突破,但仍面临瓶颈。目前利用生物降解法、熔融挤压成型回收法、裂解回收法、溶剂法回收法。回收聚苯乙烯发泡材料,可制备涂料、胶粘剂、阻燃剂、通用型/可发性聚苯乙烯、石膏夹芯砖、模塑成发泡塑料制品以及轻质建筑材料等。

 

  • 生物降解法:将聚苯乙烯泡沫塑料变成生物可降解材料是一种最简便直接的处理方法,能够从源头上聚苯乙烯环境污染问题。
  • 熔融挤压成型回收法:对设备要求不高,工艺简单,容易操作,投入小,适用于一般中、小型厂。是目前最成熟、应用最广泛的回收利用方法。
  • 裂解回收法:将废聚苯乙烯泡沫塑料在高温高压和催化剂催化条件下进行裂解,可回收苯乙烯单体及苯乙烯衍生物,裂解回收法的关键在于高效催化剂的研制和新技术开发,以提高产物回收率和选择性。
  • 溶剂法回收:关键在于找到一种高效无毒且廉价的良溶剂或减容剂,常用溶剂中二甲苯、氯苯、卤代烃等有一定毒性、产生二次污染,而酯类(如碳酸酯、乙酸丁酯和尼龙酸二甲酯)、植物油类(如桔油、柠檬精油、萜烃)的价格较贵。

 

除了粗暴碾压的物理回收法,温和细腻的化学回收法作为调和聚苯乙烯发泡材料与环境的可行性方法而受到各国的重视。当前化学回收中具有工业化潜力的工艺是裂解、汽化、加氢、热解。通俗言之就是把废弃的聚苯乙烯发泡材料分解成单体、化合物、燃料等可再用成分,使聚苯乙烯发泡材料回收真正成为闭环过程。化学方法的优点包括:分解生成的化工原料其质量可与新料媲美;另外它具有大量处理废弃物的潜力,即能实现再资源化又能达到真正治理聚苯乙烯发泡材料对环境的污染。缺点也很明显,就是工程实用化不强。

河北广兴机械

河北广兴机械

图源:河北广兴机械

 

长期以来,聚苯乙烯发泡材料一直被认为是一种难以循环利用的发泡塑料产品。Agilyx宣布与Ineos Styrolution和Trinseo合作,在欧洲建设当地首个工业化规模的PS化学回收装置,并针对挤出聚苯乙烯(XPS)、可膨胀聚苯乙烯(EPS)两类型的发泡材料废品回收。

 

美国已经建成并运行的PS回收装置采用了热解技术,PS在反应器中被无氧加热,解聚成为苯乙烯气体,提取后迅速冷却形成苯乙烯油。随后,苯乙烯油进一步清洁处理,重新聚合成商业级PS。聚苯乙烯发泡材料要抵达填埋现场前,被美国Perfect Block公司果断截获,全部回收再利用,研发成砌体砖块,被循环应用于建材领域,行内专家称之为21世纪最佳产品之一,轻质、高强、耐火、保温、环保、无毒、经济。

Perfect Block

图源:Perfect Block

 

德国Ineos Styrolution的ResolVe复材研发项目为了让聚苯乙烯废料成为有价值的原料,可回收再利用。报告得出的结论:解聚反应(一种将聚苯乙烯分解成多个组成部分的增强工艺)是一种非常合适的聚苯乙烯回收解决方案,可与馏出物进一步聚合,有望生产出符合食品接触标准的再生聚苯乙烯。Ineos Styrolution在化学回收领域,可生产挤出泡沫塑料(XPS)为汽车轻量化和建筑绝缘提供方案。

 

聚氯乙烯发泡材料回收

 

废弃的聚氯乙烯(PVC)发泡材料的显著“罪状”是:在自然环境里,既不腐烂,也不转化降解,还有体积大,给回收运输造成了困难。对于PVC发泡板材可就地先进行粗加工,再运至回收厂进行生产,一般采用熔融法制成棒块、饼干,经熔融后泡沫体积缩小7-8倍。这就解决了长期以来,在回收这种废料时因体积大难以运输的问题。

 

对于PVC发泡材料的回收主要采用化学回收中重新造粒的方法,经分拣洗净的废旧PVC发泡板在双辊炼塑机上混炼,根据废料的来源、质量,加入各种精添加剂,经充分混炼后出片、切粒,过滤挤出制得再生粒料。

 

物理回收法将废旧的聚氯乙烯发泡材料制品经破碎及直接挤出后用于建筑物中的电线护管。化学回收后,可用作防渗补漏剂、沥青增强剂、制造金属、木质门窗和玻璃密封剂 增韧剂和成膜防渗耐磨剂合成粘胶状等。

PVC泡沫三明治结构复合板

PVC泡沫三明治结构复合板 图源:上海越科新材料

 

聚乙烯发泡材料回收

 

生活中用到的聚乙烯发泡材料多为EPE珍珠棉,是完全可以回收再生利用的,降解时间短,因此它也被称为环保材料,业内称为永不衰退的材料,所以对其回收再造也不会像上述几种发泡材质一样费劲。可反复回收利用到箱内衬、救生衣、隔热、防潮帐棚等的内衬垫料等。

 

由于该发泡材料有高弹性,回收方案可选择电机粉碎EPE,块切成小块,然后挤出成型。也可压缩块表面形成一层热熔膜,运输方便,可有效防止EPE回弹的形成。热熔机可以将EPE废料粉碎成碎片,经粉碎,热熔,挤压和成型,变成高密度的饼块,并且可以市场高价出售给回收商做框条等终端产品,还可以节省存储空间和运输成本。

EPE包装

EPE包装  图源:苏州德龙

 

聚丙烯发泡材料回收

 

与其他泡沫材料相比,EPP是一种可以100%回收再利用的发泡材料。化学造粒回收后可再生成EPP,凭借其环保性,耐用性等优良性能,可循环用于包装、汽车制造、电子行业结构件、物流运输、玩具模型及体育用品和建筑等行业。

 

为了减少对海洋污染,JSP公司率先开创了第一个使用海洋工业废物中15%的可回收成分的环保EPP产品,生成再生粒料,PE再生粒料可用于生产农膜,也可用于制造化肥包装袋、垃圾袋、农用再生水管、栅栏、树木支撑、盆、桶、垃圾箱、土工材料等。

EPP颗粒

EPP颗粒 图源:JSP

 

PET发泡材料回收

 

PET发泡材料可实现完全回收重复利用,由PET发泡片材制成的热填充应用可以轻松地与其他一次性PET产品一起加工,兼具生态环保和经济效益。将PET发泡片材经过分离、破碎、洗涤及干燥处理后进行再造粒,再造颗粒可重新生成PET发泡材料,也可制造PET瓶、纺丝制造纤维、用作枕芯、褥子、睡袋、毡等。像思瑞安和阿乐斯的PET发泡片材都是可回收的PET塑料瓶生产的。可谓生于贫寒,而用于高冷,算得上发泡材料回收大家族的“丐帮帮主”。

越升新型PET瓶片/PET泡泡料回收技术

图源:越升

  • 越升的新型PET瓶片/PET泡泡料回收技术使该过程摆脱了预干燥步骤。双螺杆挤出机和高效真空系统的结合简化了整个过程,同时保持了颗粒成品的高质量。

 

Interfoam独家观点

 

我国目前各类发泡材料用品生产量和需求量非常大,回收后的发泡材料在加工后可以再循环应用于建筑、包装、电子电器产品、船舶、车辆和飞机制造、装修装演资料、管道工程等各个领域,满足了循环经济的要求,适应了经济可持续发展。

 

国内很多地方政府以及第三方环境工程都主动提出了对再生发泡材料的应用诉求,在回收市场也催生了不少发泡材料(塑料)回收企业,做到了冷压和热熔再加造粒产业一条龙服务。国际上领先的回收技术让发泡材料有了新的应用场景。不难发现,发泡材料回收再利用的发展前景十分可观,因为这既是一场环保公益,也是一场可以撬动巨大利润的商业活动。

 

Interfoam发泡材料展鼓励建立发泡材料回收再利用机制和举措,倡议并携手发泡材料行业为减少碳足迹和促进可持续发展做出应尽的社会职责。

上海国际发泡材料技术工业展览会

2021.04.28-30

上海跨国采购会展中心

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  • 开展时间
    2021年04月28-30日
  • 展会地址
    上海跨国采购会展中心
    上海市普陀区光复西路2739号
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