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TPE回收再利用的机遇与挑战
作者:邹本飞    来源:CPRJ 中国塑料橡胶
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橡胶/轮胎展厅
天然橡胶, 橡胶颗粒, 硫化硅橡胶, 硅胶, 热塑性弹性体, ...
热塑性弹性体(TPE)是一种兼具橡胶高弹性和热塑性塑料加工性的高分子材料。TPE具有良好的外观质感、较高的拉伸强度和断裂伸长率、良好的电绝缘性和耐电压性、突出的防滑性、耐低温性、耐磨性和耐候性等性能。在生产方面,TPE不同于传统硫化橡胶,加工简便,不需硫化,可用塑料加工设备进行生产,如注塑、挤出、压延、流延及吹塑等。TPE的这些性质引起了人们的极大关注,使其在过去的几十年中取得极大的发展,产品种类不断增加,商业化水平持续提高,市场需求量和使用量也以惊人速度增长。

中国TPE市场在“十一五”期间的年均增长率为13.1% ,预计“十二五”期间的增幅会有所降低,但仍能保持年均8%左右的高增长速度。届时,中国将依然是世界上最大的TPE生产和使用国。

回收利用不容忽视

随着TPE市场用量的增大,回收利用的问题也逐渐引起人们的关注。绝大部分的TPE废弃物(边角料和报废的各类产品)在自然环境中不易分解,严重威胁土地、空气、水源等人们赖以生存的自然资源安全。TPE的回收利用不仅避免污染环境,而且节省资源,扩大原材料的来源,缓解未来石油短缺的能源危机。

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典型TPE材料之回收

为了满足生产边角料以及用后废旧TPE高效回收的要求,针对TPE回收,不同厂家已陆续开发出一些相应的回收技术。下面具体介绍几个热塑性弹性体回收利用的案例。

TPE/PP共混物

TPE最大的应用市场是汽车制造,其市场用量的不断增加决定于汽车行业的蓬勃发展,相对应的是,TPE回收的最大市场也是汽车弹性体部件的回收利用。

据统计,中国2011年民用汽车保有量已突破1亿辆,汽车报废量超过400万辆,预计2020年报废量将超过1400万辆。这么大的废弃量给废旧TPE的回收提供了巨大的发挥空间。

保险杆的回收最具有代表性。汽车保险杠大量采用热塑性塑料和热塑性弹性体的共混物,如三元乙丙橡胶/聚丙烯(EPDM/PP)、聚丙烯共聚物/合成橡胶、聚烯烃热塑性弹性体/聚丙烯(POE/PP)等,其中POE/PP体系较多。

对汽车保险杠的回收,首先需要采用分选技术。国外已实现分选的自动化、智能化,可根据保险杠材料的密度、透光性等差异,高效率地分离出不同成分,用于下一步回收加工。

熔融法是对分选后的粉碎料,直接熔融加工造粒,制作外观和性能要求不高的产品,如填充母料的载体、防尘仪表板、空气过滤器外壳、地下的土工格栅、护坡植草的绿网、建筑材料和防水材料等。或者添加一些改性材料,制备某些性能改善的复合材料,如添加玻璃纤维和PBT可以提高复合材料尺寸稳定性和热稳定性。值得注意的是熔融法回收汽车保险杠必须先脱除涂膜,否则将降低回收料的耐冲击性和断裂伸长率。

热解法可制得液体碳氢化合物、水煤气等,也可制得燃料油和燃料气,取代污染严重的煤。目前国外的技术比较成熟,国内还有一定差距。

热塑性聚氨酯(TPU)

热塑性聚氨酯制备的产品日益增多,如汽车防护板、电缆外套、鞋底、铁轨垫板、轮胎等,随之产生的废旧产品回收用问题也摆到人们面前。

目前已有很多废旧TPU回收利用方法的研究,总结下来有以下三种。

一是物理法:对废旧TPU进行筛选、清洗、粉碎后,以本身作为基体材料,被其他材料改性或者作为其他材料的添加剂或改性剂,如聚氯乙烯(PVC)、丁腈橡胶(NBR)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)等,再采用热压成型、粘合加压成型、挤出成型等工艺制备不同用途的产品。

该方法简单直接,不产生二次污染,回收成本较低,但回收后性能有所下降,主要应用于性能要求不高的低档产品。国内外的技术差距体现在分拣和处理技术的差距上,中国主要还是手工分拣,国外已实现机械化和智能化。

二是化学法:添加不同催化剂分解废旧TPU制备原料单体,如多元醇、异氰酸酯、胺等。化学法归纳起来有六种:醇解法、水解法、碱解法、氨解法、热解法、加氢裂解法。醇解法研究得最多,技术比较成熟,且已形成一定的工业规模。

化学分解TPU的经济效益相对其他方法更高,但技术要求也高,如降解产物的分离与提纯、回收效率和再利用性能、产生的有毒副产物的抑制等。

三是能量法:废旧TPU可作为煤、石油、天然气的替代燃料,用于发电或水泥焙烧等。但是聚氨酯的燃烧存在二次污染问题,在解决不好废气回收难题的情况下,不建议使用。

对于废旧TPU的回收利用,以产前投入的经济角度看,这三种技术中,物理法直接回收利用相对简单实用,投入低,生产成本小,技术更易掌握,更能吸引人们的关注。

废旧TPU的来源主要是工厂废料(边角废料、模具溢出料)和废弃垃圾。

工厂废料的回收:相对容易,可以不出工厂,直接利用现有设备对其进行回收。具体过程和工艺:一是将生产过程中的边角料和溢出料直接添加至新的TPU中一起热熔造粒,制备新产品,添加量约为20%左右。

另一种是回收残次品,这个相对复杂一些。首先粉碎、分拣,再熔融过滤,去除漆皮、玻璃纤维等杂质后,投入挤出设备中造粒。针对工厂废料的回收,为了降低回收难度和节约成本,建议厂家尽量增大产品中热塑性聚氨酯材料的百分比,减少材料的种类数量,来降低分拣难度,方便回收利用。

废弃垃圾中TPU的回收:难度较大,但对环境保护意义重大,研究也很多。如回收后的废旧TPU粉碎后可用作田径赛场,多用途场地等场所的弹性层或表面材料;带皮的TPU废料可以用三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)进行混合改性,通过挤出机造粒,再采用注射成型、挤出成型或压延成型进行加工,制得相应的制品;德国Bayer公司研究的软质微孔PU泡沫废料回收:首先将材料粉碎成合适粒径的粉末,再掺混到新TPU中,在挤出成型机中造粒,注射成型制造鞋底等制品。

此外,TPU 废料的粉末也可作为填料或改性剂用于其他热塑性树脂中,如聚氯乙烯(PVC)、丁腈橡胶(NBR)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)等。

TPE回收之机遇与挑战

随着社会、科技和经济发展,利用废旧TPE制备新产品的种类将越来越多,应用领域变广,生产成本降低,回收废旧TPE将会变得越来越有利可图。预计在不久的将来,废旧TPE回收比例将达到废旧塑料的水平,成为各国经济、社会、环境可持续发展的重要选择。

但是,目前TPE回收还面临着技术、成本和市场推广的问题。如怎样精确分拣废旧材料;如何减少和处理回收利用过程中产生的废气、废水;如何降低回收成本;怎样进一步扩大再利用的范围和提高使用档次等;如何利用市场经济手段促进废旧TPE的回收利用等。

要解决这些问题,就需要相关行业人员从新产品的配方和结构设计、废旧TPE的回收工艺到再利用的技术进行进一步的研究。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/28/2012)
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