安徽理工大学 聚合物的回收利用 课件-----第5讲 废旧高分子材料的预处理.

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1、第5讲 废旧高分子材料的预处理 主 要 内 容 废旧高分子材料的收集 高分子材料的分离及其设备 高分子材料的粉碎及其设备 高分子材料的纯化及其设备 高分子泡沫材料的处理 高分子材料的干燥 一、废旧高分子材料的收集 1.工厂废料 工厂的废料可直接从工厂里收集，得到的废料大多 比较干净，而且组成单一，不会被其它物质污染，一般 易于进行再循环。有时干净的废料常常由工厂自已进行 循环利用。 2.生活废料、商业废料 废物收集工作是一项辛苦的工作，随着生活水平的 提高和可供选择工作机会的增多，激发收集人员提高工 作效率是有一定难度的，况且收集工作的安全性也是不 高的。因此，收集费用的节约和工作效率的提高，

2、将主 要依靠新的收集装备和技术。 在现代社会中，考虑到卫生问题和可能发生的意外 事故，人工拣选废品的工作并不受到支持。但是由于种 种原因(主要是经济上的原因)，从事捡拾废品职业的入 依然存在，他们大都在家住区、废物收集地点、资源回 收场所活动，对废物进行有目的的筛选、挑拣，因此是 分离收集的重要力量。 废料的规模化收集有几种途径。首先从废品收购站 收集，这是主要的收集渠道之一。在我国废物收集的重 要途径是废物收购站。中国人民有勤俭节约的光荣传统 ，全国各地均设有废物收购点，通过这些收购点的收集 工作，可得到分离后的废物。其次可用专门的垃圾箱进 行收集，这需要用户的密切配合，然后由环保系统统一

3、收集。由此途径收集的高分子材料，因没有标识或标志 不易识别，故往往是几种高分子材料的混合物，如PE中 常混有PP、PVC、PET等材料。这些材料在进行有效的循 环利用前需进行预处理，如分离、清洗等过程。 二、高分子材料的分离及其设备 要对高分子废旧材料进行有效的利用，最好把材料 进行分离，实行单一材料的循环利用。主要原因是：(1) 多种聚合物的相容性不能很好地解决；(2)混杂聚合物的 性能不能满足如制膜、制纤、发泡等的要求。因此废弃 物的分离显得重要。对于多种塑料混合物、尤其是家用 废物料的分离是比较困难的，但幸运的是通用高分子材 料主要只有几种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯及PET。

4、这样给分离带来了极大方便。 一般废旧物品要进入材料恢复厂进行分选，把玻璃 物品、填料物品、金属制品等分离开来，过程如图。 1.手工分离 手工分离是最简单的、历史最悠久的方法，可以说 自从人类进入文明社会以来，捡拾破烂者就是社会的一 个组成部分。对高分子材料正确分离的前提是操作者能 识别高分子材料，主要的判断依据有二条。 (1)根据塑料制品的标识进行分类。一般制造厂在 塑料或高分子材料制品出厂前均印上标识，尤其在先进 国家标识更为常见，操作者根据标识可将高分子材料分 离开来。 (2)凭经验。已知物品由什么材料制造，按物品来进 行分类，如饮料瓶大多用PET制造。以上两种手段都有一 定的局限性；对于

5、无标识的高分子材料，一般很难识别 分开；而根据物品依经验进行分类有时也会出差错，因 为各厂家会用不同的材料制造相同的产品。 2.密度分离 对于混杂高分子材料，一般要进行粉碎后再进行分 离。将聚合物置于某些液体中，根据密度不同将其分离 ，习惯上称为比重法。但比重法受物料形状和大小的影 响，且塑料表面不易为水所润湿，会带着气泡而浮于水 表面。因此有时用表面活性剂做预处理，使塑料充分润 湿。另一方面，亦可利用塑料粒子对液体的“润湿”差 别来加以分离。比重法可适用于密度相差较大的废材料 ，如铝箔塑料和不同塑料的分离。但此法易受废弃物粒 径、形状、表面污浊程度、表面改性和相互凝聚等因素 的影响。 3.漂

6、浮分离 漂浮分离是利用塑料表面的化学性质不同，有选 择地加以处理使其具有疏水性或亲水性，然后进行分离 。漂浮分离法需用表面活性剂，适用于密度相差小的塑 料，利用用表面活性剂对塑料浸润性不一样的特点。如 左图所示，木质素磺酸钠与丹宁酸的等量混合物对PP浸 润性差，而对PVC较好。漂浮分离过程的如右图所示。 4.静电分离 高分子材料在静电感应后会具有不同的带电特性， 根据物质不同的导电性、热电效应及带电特性可将废旧 高分子材料分开。具体地说，将粉碎的废旧高分子材料 加上高压电使之带电，再利用电极对高分子材料的静电 感应产生的吸附力进行筛选。这种处理要求高分子材料 干燥，温度控制较严，故成本较高。静

7、电分离的原理如 图所示。 这种方法可成功用于PVC包覆的废弃铜线中铜和PVC 的分离，也用城铝箔和聚苯乙烯、PVC和PS、橡胶与纤 维纸、合成革与胶卷等的分离。温度、粒径和重量对分 离效果会有影响。 除了用电场进行分离外，还可用磁场。有一种方法 是把比重法和磁场结合起来，具体是利用直径10nm左右 的磁铁矿等强磁性粉状物，用表面活性剂处理制成胶状 颗粒，然后在水和煤油等介质是成稳定分散的磁性流体 ，将这些流体加入到能变换磁场强度的槽中，受磁力的 作用会使介质的浮力发生变化，从而将混合的废旧高分 子材料按密度不向加以分离。 5.流体分离 风力分离法是流体分离法的一种，此法原理是在 筛选室将粉碎好

8、的塑料从上方投入、从横向或纵向喷入 空气，利用塑料的自重(密度)差异及对空气阻力不同进 行分离，如图所示。除密度外，颗粒的大小和形状会影 响分离效果。 此法适用于密度相差较大的高分子材料的分离， 如金属与高分子材料的分离、塑料与泡沫的分离等； 对密度差小的物质或材料的分离效果较差，尤其同一 种塑料品种会因添加剂的剂量不同等原因导致密度不 同，结果分离也往往会有困难。 除了通过风力来分离，也可利用 液体介质如水等进行分离。根据高分 于材料对水的亲和性的不同及其密度 差别，通过水流等机械力作用将高分 子材料在水中分散成旋流，密度大的 在下，密度小的在上方，从而加以分 离。除亲水性、密度差异外，形状

9、大 小也会影响分离效果。此法适合于分 离多种高分子材料的复合物、多种高 分子混合物，巳获得实际应用，其设 备如图所示。 6.冷热分离 (1) 冷分离法 各种高分子材料具有不同的玻璃化温度。利用高分 子材料不同的脆化温度，将废旧高分子材料混合物分阶 段逐级冷却，如第一级冷到-40，第二级冷到80 ，第三级级冷到一120。具体过程是利用液化气体（ 如液氮）气化时吸热来冷却物料，冷到一个阶段就将混 合物料送入粉碎机进行一次粉碎，然后进行分离；再进 行第二阶段冷却、粉碎，粉碎后再分选，依次逐步进行 ，可把混合物料粉碎分离。 美国UC（联碳）公司的对流式低温粉碎系统，可适 用于废旧高分子材料的分离，如图

10、所示。 () 热熔分离法 利用废旧高分子材料对热敏感程度如热收缩、软化 或熔化温度之差来分离，如PE和PET热熔温度相差很大 ，加热时PE先软化，控制温度并通过过滤网可将聚合物 分离开来，也适用于纸与塑料复合物的分离。但对熔点 或软化点相近的聚合物的分离就有困难。对热固性高分 子材料，此法不适用。 7. 溶解分离 高分子材料的溶解性和溶解度有较大的差别，利用 材料的溶解性及溶解度可将聚合物分开。分离方法有二 种： 采用不同的溶剂。不同的高分子材料有不同的溶 剂，利用不同溶剂可将高分子有选择地萃取出来。 采用同一种溶剂，使用不同的温度。不同高分子 材料溶解度随温度改变，在不同温度下可将不同高分子

11、 材料萃取出来。 此法也适用于提取增塑刑、填充剂、颜料 等，当然需要用适当的化学试剂加以处理。利 用此法，也可将复合物如铝箔与高分子的复合 物、高分子与纸材复合物等分离开来。目前此 法仍有新的研究进展（在开发中）。通过溶解 分离法，可得到较纯的高分子材料。 利用溶解分离的废弃物可以是高分子与高 分子的混合物或复合物，也可以是高分子与纸 、金属、无机物等的混合物或复合物，如PE 纸、PE金属（用作乳制品的盒子、茶具等） ，也有PE、PET、尼龙6、EVA、玻璃纸等复 合或多层复合而成的包装用薄膜材料。 分离用的溶剂可采用四氢呋喃（THF）、 二甲苯等溶剂。 . 光学分离 (1) 一般光学分离 对

12、于带有各种颜色或透明怀不同的废塑料，可以通 过光学方法来加以分离。让光通过聚合物，测定透过或 反射光的强度，可以分离出无色透明、半透明、不透明 的塑料容器。如无色透明PET、绿色PET、半透明HDPE和 不透明HDPE能被分离开来。美国RUTGER大学塑料循环中 心（CPRR）的光学系统就利用光电光发射二极管探测器 来辨别容器的颜色，敏感器检测透过光的强度变化，传 递信息结控制器，控制转换机械装置进行分离。此系统 有一系列检测和分离操作的步骤，首先分离透明无色的 容器，接着是有颜色的容器，再是半透明的，最后是不 透明的容器。 许多以颜色分离为主的分离装置已开发出来，如UK Build Sort

13、ex机器、Parteks颜色分离技术等，利 用物质表面光反射特性的不同来分离物料，或把透明的 粒子、片料从黑色的原料中分离出来，或把黑色的料从 淡颜色的料中分离出来、或分离不同颜色的原料。先确 定一种标准颜色，让含有标准颜色粒子的混合物加入到 光学箱中，在粒子下落过程中，当照射到和标准色不同 的物质粒子时，改变了光电放大管的输出电压并经增幅 控制，瞬时地喷射压缩空气而改变异色粒子的下落方向 ，这样就能将异色粒子分离开来。 CPRR也利用容器的编号来分离，像超市中 使用的条码阅读器，可对不同编号的容器加以 分离。但首先要求生产容器的厂家需对容器加 以编号，如采用美国SPI编号系统（参看下图） 。

14、 (2) X光检测分离 美国得克萨斯州的Asoma乙烯基塑料瓶分选器公司 与CPRR合作，开发出X光辐射传感装置，用来扫描和识 别PVC瓶。瓶子通过检测器，发现含有氯原子的瓶子就 弹出来，并让其它瓶子通过。这种传感器是一种X光荧 光分析器（XRF），由计算机控制此单元，根据得到的 信息分离乙烯珐瓶（PVC）。这种方法主要检测材料中 的氯原子，因为氯原子的X荧光辐射能较高，容易检测 ，而其它塑料的辐射能低。检测的强度与距离、容器的 形状、氯原子的含量以及容器上的异物如标签有关。 因此此法有一些缺点： 对含氯的材料都视同仁，分离PVC时，往往混 有含偏氯乙烯的聚合物材料（阻隔材料层）；对阴燃的 含

15、氯材料也不能分离开来； 含有标签纸的容器也不易检测分离。虽然脏物不 会大大影响瓶子的荧光辐射强度，但纸标签可减少X光 的透过强度，因纸标签实际上对X光是不透过的。 当然一般情况下不影响检测PVC瓶。 此外有许多方法，有加目标分子（如荧光化合物）到 塑料中以促使塑料的识别分离，也有在聚合物的分子链 上引入某些可以识别的基团，如PVC和2巯基萘钠反应 ，形成的产物可用UV装置来识别。人们正利用成像技术 、激光技术来试图分离聚合物，但这些方法需要严格的 操作条件，并需要大量精确和可比较的数据。 (3) 红外光谱检测分离 以上介绍的方法，如密度差分离往往不能 形成纯的分离，由于有些高分子材料的密度相

16、近或相同。熔融法也遇到类似的问题，溶解法 对相似聚合物也无能为力，静电分离也很难得 到纯的高分子。 聚合物材料都有各自的红光特征吸收（常见聚合物 的红外光谱参见前面)。利用这一特性，扫描测定物料 的红外光谱，与标准图谱比较，即可判定是何种聚合物 ；根据判定对物料实现机械动作，从而加以分离。例如 可以用检测电子的设备部件检测，其信号送到机械装置 实现动作加以分离。这种技术主要利用其表面的反射技 术，得到的信号经数学加工，然后与图谱的数据进行比 较，可区分出各种高分子材料。也可利用FTIR吸收光 谱进行分离，但因大部分产品具有不同的商业标签，故 对反射方法的应用产生影响。 目前，人们开发出一种新的红外光谱技术称近 红外光谱（NIR）技术，结合神经