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1、 塑料水杯的生命周期研究报告1、 概述1.1意义 在全球各个国家都大力发展各自实力的同时，全球资源、生态环境也受到了极大的影响，甚至出现了极大地危机，所以资源问题已成为全球性的关注热点之一。面对人与自然的矛盾不断加剧，更多的人意识到我们需要重新认识环境问题的来源和人类活动方式及消费模式之间的关系，通过各种不同的手段来促进人类的可持续发展，所以也有越来越多的人开始重视到产品生命周期的评价。本文通过PP产品整个生命周期的分析实现工业系统的生态化、预防污染、可持续发展等，希望能够对PP生产现状以及回收管理有所帮助。1.2技术现状 聚丙烯是目前世界上最重要的合成树脂之一，具有相对密度小、来源广泛、质量
2、轻、易回收、机械性能优越的特点，且耐高温、耐腐蚀，有优异的电性能和化学稳定性，因而被广泛的应用于工业制品、日用品、包装薄膜、纤维、涂料等领域。PP塑料杯为聚丙烯机械一次冲压成型工艺无印花，不可降解。1.2.1技术水平 在制作工艺上，聚丙烯工艺有多种，其中最有前途应用最广泛的是本体工艺和气相工艺两大类。本体工艺 本体工艺是在液体丙烯单体中进行丙烯的聚合反应，按反应器类型可分为本体环管反应器和搅拌釜反应器两类，本体环管反应器的代表是Spheripol工艺，而搅拌釜反应器的代表是Hypol工艺。 Hypol工艺能够生产出用途广泛的各类聚丙烯产品牌号，产品的灰分含量和氯含量低，均聚物产品具有较高的等规
3、度和刚性，能够生产光学性能出色的薄膜制品(BOPP、CPP、IPP)，以及具有较好可成型性和尺寸稳定性的纤维产品。此外，不经热降解可制得高熔体指数的产品。无规共聚物具有很好的光学性能、低温冲击强度和低温热封性能。抗冲共聚物产品中共聚物组分的分布均匀，刚性和抗冲性能的综合性能优异，可用于制造具有低温耐冲击性能的周转箱、机械强度和外观性能良好的工业零部件、汽车和电子工业部件等，可生产具有高流动性、高速注塑成型的多种嵌段共聚产品牌号。 Spheripol工艺采用由海蒙特公司和日本三井化学公司联合开发的高效催化剂体系GF2A翻FT4S，能生产所谓全范围的聚丙烯产品：聚丙烯均聚物、无规共聚物和三元共聚物
4、、抗冲共聚物、多相抗冲共聚物、丙烯与烯烃类共聚单体在反应器内形成的合金，以及丙烯与非烯烃或极性单体形成的高性能合金等。气相聚丙烯工艺 气相聚丙烯工艺是由气相丙烯直聚合成固体聚丙烯产品，所采用的反应器主要有三种：立式搅拌床、卧式搅拌床和流化床。分别以Novolen气相工艺、BPAmoco气相工艺和Unipoi相工艺为代表。 Novolen工艺的均聚和共聚都采用气相聚合，不像Spheripol和Hypol那样均聚采用液相聚合而共聚采用气楣聚合，所以Novolen工艺从聚合反应器出来的聚合物不需要再进行闪蒸、干燥处理，也不像浆液法那样需要进行离心干燥和溶剂回收等步骤。 Unipol气相法聚丙烯所采用
5、的稀相流化床聚合工艺是共专长，其特征是简单、灵活、经济、安全。由于采用了先进的气相流化床技术和高效催化剂，流程大为简化，只需较少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物等在内的各种聚丙烯工业化产品。整个反应系统稳定而灵活，可以在较宽的操作范围内调节操作条件，产品性能保持均一。 BPAmoco气相工艺的一个显著特点是独特的反应器设计使其具有良好的径向混合和低的轴向分散。采用高效催化剂，停留时间小于1h。 BPAmoco工艺的第二个特点是撤热方式搅拌床反应器的反应热是靠液体丙烯汽化带走的，这种反应器可使单程转化率达到15%-20%或更高，而其它主要靠循环气流控制温度的气相法工艺的单程转化
6、率只能达到2%-3%。 另外，聚丙烯还可以通过改性来提升在某些方面的性能，以满足特殊情况的需求，或者能增强某些方面的能力以获得更广泛的应用。目前，聚丙烯的改性按照改性方法主要可分为：接枝改性、填充改性、共混改性、交联改性四种。1.2.2环保情况 塑料本身不能再自然条件下降解，逐年积累下来的废旧塑料已经造成了严重的环境污染。同时，废塑料热然蕴含这巨大的再生资源。因此，废塑料的资源化是解决废塑料对生态环境以及节省能源的重要举措。（1）重熔再生 该法是将废塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质，可分为简单再生和复合再生两种。简单再生已被广泛采用，主要回收树脂生产厂和塑料制品厂生 产过程中产生的边角废料
7、，也可以包括那些易于清洗、挑选的一次 性使用废弃品。这部分废旧料的特点是比较干净、成分比较单一，采用简单的工艺和装备即可得到性质良好的再生塑料，其性能与新料相差不多。现在塑料废弃物品约有20采用这种回收利用方法， 现阶段大多数塑料回收厂是属于这一类的。（2）改性再生通过与PE（聚乙烯）混合铸造成型，具有良好的改性效果。表1 PP与PE混合的配方配 方质量份配 方质量份聚丙烯90重晶石粉50低密度聚乙烯10硬脂酸钙1. 5聚丙烯与乙-丙共聚物的共混可在其中掺入一定量的乙-丙共聚物，制取聚丙烯/乙-丙共聚物（EPR)的共混物。聚丙烯与其他聚合物的共混聚丙烯可与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SB
8、S)共混。（3） 木粉填充改性废塑料 木粉填充改性废塑料是一种全新的绿色环保塑木材料，其加工方法也是物理改性再生方法。由于近几年来国内外对该方面的研究较多，发展较快，并且已有商品化产品出现，塑木材料及其相关技术的发展已成为一种趋势。1. 3内容 一次性聚丙烯(PP)塑料杯是生活中常用的容器,塑料容器为与食品直接接触类用品,且使用寿命短,消费量巨大,如果不对其进行全过程的管理与监督,很容易对人体健康和环境质量产生不利影响。产品的生命周期评价(life cycle assessment简称LCA)是一种对产品从原材料采集,到产品生产、运输、销售、使用、回用和最终处置的整个生命周期阶段中与环境的相互
9、作用进行系统分析、评价的方法。1.3.1评价目标 对PP水杯的生产周期的全程分析得出其对环境影响的程度;分析结果与讨论,对生产中可能存在的改进提出建议;对消费,处理处置的过程中存在的问题进行分析。1.3.2评价对象 本文所研究的对象为最常用的约500 ml的PP塑料水杯,冷热饮均使用。由于口杯的使用单位为个,用材料总重评价不能体现其使用价值的均等性,同时为减小误差,所以将研究单位定为/500个。1.4 研究方法 查阅资料，参考文献2、 PP水杯生命周期北海原油生产54%其他地方的天然气与原油北海天然气生产46% 北海开发的占15% 其他地方的占85%原料油气精炼 气体排放制造加工合成型 电力
10、（CO2、SOX、NOX）丙烯生产 蒸汽 固、液体废弃物排放聚丙烯生产片材制造 机械冲压成型流通和运输 使用/再使用/维护 废物管理 图1 PP生产流程系统边界3、 定性评价 首先，在原料提炼过程中，会消耗大量的石油、天然气（原材料）等重要的自然能源，另外由于天然能源的纯度问题需要进一步的炼化才能使用，在这之中就将会产生很多废气，肥料如CO2、NOX、SOX等。 其次，在加工成型的过程中，会以石油、天然气、煤炭、水利能源等提供能量来支持加工所需的热量及机器运作，进而产生废水废气。 之后，在从原料运送到加工厂和从加工厂到销售都需要运输物流。在运输过程中势必将消耗一定量的柴油、汽油等，同时也会产生
11、大量的废气、烟尘等。 作为PP水杯，基本不需要维护。 在使用过后的废物处理中，由于中国的垃圾回收机制没有形成较为良性的系统，所以大部分PP材料的水杯应该会和其他垃圾废物一同填埋到垃圾场，而PP材料在自然因素下几乎不会自动降解。另外一部分被回收利用，与其他材料混合或者重熔重新制造新的工业产品，在这一过程中又会产生大量的电力，水力消耗产生废水废气废料，再一次进入到以上的循环中。以上过程中所产生的废气都有可能加剧温室效应，对整个全球性的环境造成更为巨大的影响。 现将PP塑料水杯的生命周期分为五个阶段（原料开采加工、产品加工、运输与销售、使用、回收）。对两个一级指标(环境影响和人体健康影响)中的8个二
12、级指标(可再生资源消耗、不可再生资源消耗、温室效应、能源消耗、富营养化、酸化、固体废物、健康风险)进行分析。表2 加权评价指数 项目阶段原材料选择能源消耗固体废料废液排放废气排放原料开采加工阶段22111产品加工阶段32121包装运销32223使用阶段44444再生处理32233 环境责任率 R=61/100=61%，刚刚“及格”总的说起来对环境的影响比较大，并且有很大的技术提升空间。4、 定量评价4.1产品生命周期中的负荷 在PP水杯的整个生命周期中包括原料开采加工、产品加工、运输与销售、使用、回收。现将PP水杯设计的环境负荷表分为以下表格 表3 PP生产系统的能源输入清单 MJ/kg PP
13、原料生产加工过程石油(供料)天然气(供料)总计天然气（燃料）石油(燃料)煤炭能源铀能源(核能)水力发电其他能源(非指定)总计37.99.8247.711.916.871.6610.810.0632.3 表 3中，原料生产时所消耗的石油和天然气能量，是指向油气精炼厂供料这一过程消耗的能量，即把石油供料给精炼厂之前消耗了 37 9 MJ/kg PP，把天然气供料给精炼厂之前消耗了 9 82MJ / kg PP，这其中包括了石油与天然气的开采、运输等等。加工过程中，天然气和石油又是作为燃料为设备提供热能，用于发电，生产蒸汽等方面。整个系统消耗的不可再生能源总计为 47 7MJ / kg PP + 32 3MJ / kg PP = 80 0 MJ / kg PP，没有使用可再生能源。 表 4 PP 生产系统中主要气体排放清单 g/kg PPSOXNOXCO2VOC或CXHX1110178013 硫氧化物的排放主要来自原油的燃烧，因为原油中通常含有一定量的硫，而前面的系统说明
