玻璃纤维增强塑料的回收

作者：斯特拉乔布

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 世界正在经历一场低碳革命，复合材料在减少温室气体排放方面的潜力是显而易见的。但回收玻璃纤维增强塑料（GRP）的难度是一个绊脚石，特别是在建筑和汽车等回收压力很大的领域。 欧洲复合材料工业协会（EuCIA） 指出，GRP 是“可回收的，且符合欧盟法规”，事实也的确如此。但目前只有德国的设备可以用于回收，而对于英国的公司来说，这些设备是昂贵和不环保的，由于运输的原因，这些设备只能送往垃圾填埋场。 GRP 是循环可用的，那么实际上它在多大程度上可以被回收？如果充分发挥作用，经济上可持续，拥有地域广泛的循环供应链，那么这将对GRP 市场产生多大的影响？ 《增强塑料》杂志（Reinforced Plastics）上有几篇文章已经综述了基于碳纤维回收工艺的高温分解的发展，自从在英国西米德兰兹郡的Milled Carbon 公司（现在是ELG 碳纤维公司）创建以来，现在这些方法在好几个地方的市场上都有供应。但是碳纤维的价值约为玻璃纤维价值的10 倍，因此，虽然这些工艺的商业化进程并非一帆风顺，尽管其回收的量要小得多（相比于2012 年在欧洲生产的大约100 万吨玻璃钢部件，碳纤维增强塑料[CFRP] 只有76,000 吨），但这比寻找GRP 的回收方法要容易得多。 由EuCIA 支持且在德国得以应用的回收工艺，包括添加GRP 废弃物到水泥窑里。这就增加了复合材料所有部件的价值，并且通过采用叫作Compocycle 的路线使其得到了更好的商业化， Compocycle 由Zajons 操作，然后将材料填进Holcim 公司的水泥窑。但是该工艺仍然有一个显著的门槛费用。在德国，没有关于垃圾填埋的法规，因此GRP 废料的量足以证明这样的工艺是有效的。像丹麦Fiberline 公司这样的复合材料生产商已经支持这个工艺了，并且在最大限度地利用它。但是这条路线降低了材料的价值，使其相当于工业碳酸钙的价值，目前与垃圾填埋场的填埋相比还不是特别经济。 机械研磨 通过机械研磨回收GRP 已经存在了几十年。追溯到20 世纪70 年代后期， 沃尔夫冈•昂格尔在美国佛罗里达州开发了自己专有的海狼（Seawolf）技术， 用于研磨玻璃钢废料，并用它替代腐烂的船气窗，或使用喷雾式设备吸收它， 用于制造浴缸和其他产品等。 现在昂格尔的公司被称为Eco- Wolf，由他的女儿萨宾- 科琳娜昂格尔管理。Eco-Wolf 最近（2011 年）与全球玻璃纤维解决方案公司合作，寻求建造和管理设施，以收集和回收整个美国的玻璃纤维，并开发如铁路枕木（轨枕） 这样的应用。 1990 年在德国成立的ERCOM 复合材料回收有限公司，回收汽车生产和使用后的废弃物，并将零件通过粉碎和分级研磨成粉末，再应用于新的片状模塑料（SMC）中，其比例高达20％。ERCOM 公司在2004 年倒闭。将GRP 研磨成来细粉用作填料的这种方法在多个行业都已经非常成熟了，但当使用水泥回转窑的方法时，降低了材料价值， 与工业碳酸钙的价值相当，能以非常低的成本购买到（大约200 英镑/ 吨）。此外，它需要大量的能量输入，用于把材料研磨得比较精细。因此，除了一些内部循环（见下文），将回收方法商业化的尝试已经失败了。 在英国，两家采光屋顶制造商现在正通过研磨回收自己的一些废弃物。菲隆产品公司（Filon Products）对机械设备进行了投资，用于研磨其内部的GRP 废料，并将其混合进一系列的产品中去， 包括天花板、屋顶排水沟和带标志的平板。他们现在正在研究在模塑化合物中使用再生材料。 Hambleside Danelaw 公司（HD） 同样研磨废料，并为生命周期结束的产品提供了一个回收计划。在过去10 年左右的时间里，他们曾参与许多产品的试验。最初，他们曾与邓迪大学在泡沫混凝土中使用再生材料，这样有一定的优势，但是大幅的减少（有效地增加粘度）意味着它并不会轻易流入模具。在2007 ～ 2008 年，英国的多次试验都采用了BeAware 方案（关于废弃物意识和资源利用效率的建筑环境行动），把GRP 废弃物应用于预制混凝土和橡胶制品中去。性能方面的改进得到了论证， 但又一次没能将其商业化。 然而HD 公司发现，在从树脂粉末分离出玻璃纤维，并将其作为增强材料重新使用时会产生更多的价值。他们在用于屋顶排水沟的新的玻璃纤维薄毡和热塑性复合材料中做了这样的实验。除了玻璃纤维增强聚酯的产品外，它们用注塑成型的聚丙烯（PP）和其他聚合物来制造建筑产品。往聚丙烯中添加玻璃短纤维会增加强度和刚度，以及降低PP 含量，从而降低注塑成型制品的成本。他们正在探索如何扩大应用的方式，并到达可以利用从其他公司得到的废弃物来处理和回收进新产品的程度。 HD 公司的质量和环境标准总监雷汗说：“作为一家有责任心的企业，我们觉得有必要考虑循环经济，并且还要为我们所生产的产品负责。我们不能一直往地上的洞里扔东西，因为a）没有足够的孔，b）垃圾填埋的成本在持续增长。” 法国的Mixt 复合材料再利用公司（M-C-R），即Plastic Omnium Auto Exter-ieur 的一个子公司，已经完成了类似的工作。M-C-R 制造模塑化合物，并从其客户那里收回工艺废弃物，然后再研磨， 并重新集成到制造汽车零部件的新化合物里。再生材料被磨细至约50 微米， 以取代填料。 M-C-R 的研发项目经理塞巴斯蒂安•马森解释道，附加价值是在环保方面，或是在关于鼓励回收/ 增加回收量方面。 M-C-R 还从较细的研磨回收料中提取长纤维， 并作为水泥地面PP 纤维的一种替代物销售出去， 其中纤维防止了水泥早期硬化期间的开裂。CERIB(Centre d’Etudes et de Recherches de l’Industrie du Béton) 已通过试验对这一点进行了验证。他们也做了一些研究来混合热塑性塑料中的纤维，虽然这还没有商业化。 在比利时，Reprocover 公司用研磨热固性的工业废物制造井盖、阀室和其他建筑产品，包括从附近的玻璃纤维增强制造商3B 玻璃纤维公司得到的GRP 和清洁的废纤维。他们最近开发出了一种具有优良吸振特性的双块式轨枕来取代木制枕木，目前正在进行用于审批的详细测试。 在欧洲，木制枕木有可能会被淘汰， 这是由于关于用于处理木制枕木的杂酚油的致癌效应的立法预期将在2018 年生效，所以铁路公司正在积极寻求替代品。对GRP 废料来说，这可能是一个极有潜力的市场应用。 热和化学过程 其他几个对GRP 工艺的研究已进行了多年。例如，在20 世纪90 年代， 英国诺丁汉大学对流化床工艺中处理成型化合物做了实验。回收的纤维被重新用在团状模复合物中（DMC），研究者们测试了其性能。 在21 世纪初，英国利兹大学的一项关于GRP 废弃物的高温分解的研究表明，回收的玻璃纤维可以取代DMC 中多达20%（重量）的原玻璃纤维。由高温分解产生的油和气原则上可以回收用作燃料和化学原料。事实上，裂解方法是在2001 ～ 2003 年由丹麦的ReFiber 公司为GRP 开发出来的，其中纤维是和聚丙烯粘合在一起的，而后置入隔热板，但是这没有考虑到市场。他们的原型裂解炉继续被用于法国纺织品回收公司Apply Carbon 公司的碳纤维回收。 日本对此研究的重点一直放在聚合物的化学分解上，如由亚临界水水解，回收其中的玻璃纤维和化学品， 并将其再利用到新产品上。欧洲的EURECOMP 项目也对这种方法进行了研究，并于2012 年完成，埃克塞特大学、Plastic Omnium 公司和其他公司参与了该项目。这个项目表明了该方法的可行性，但关于处理温度需要采用折衷的办法，因为较高的加工温度会过多地损害纤维的机械性能，而较低的温度又会导致无法接受的较长的循环时间。 EURECOMP 的一个有用成果是与其他回收工艺相比，获得了一个完整的生命周期评估。最终的报告中指出：“一个生命周期的评估...... 表明了溶剂分解工艺在机械回收或能源回收处理方面还不具备竞争力，但在对环境有影响的高温分解方面可能会有竞争力。” 大部分回收工艺的一个共同特点是，虽然大多数情况下玻璃纤维的硬度保持在或接近原来的状态，但是强度往往会大幅降低。苏格兰斯特拉思克莱德大学的吉姆•托马森，一个玻璃纤维分级的专家，以前在Owens Corning 公司做过玻璃纤维方面的研究，正在开发一种对GRP 废弃物的玻璃纤维进行后处理热回收的方式，以再生性能，能够与原玻璃纤维相媲美（ReCoVeR 项目）。如果成功的话，这可能会创造一个新的市场，回收的玻璃纤维将与原短切玻璃纤维直接竞争销售。 英国的行动 KTN 材料公司自成立以来一直参与支持英国的综合回收工艺。2011 年2 月， KTN 材料公司的一个车间汇集了来自英国各地的利益相关者，这些人一起讨论了GRP 的回收供应链。结果是，英国复合材料贸易协会的运营经理苏维尔， 接受了征集资金对回收现状进行一个更加全面的回顾的挑战。 资金由资源效率行动计划（REAP） 的废弃物及资源行动计划（WRAP）赞助，用以汇集有共同兴趣的人士，并发布复合材料行业的一个REAP 文件。这是立即发布的文件，并将突出四个方面的行动： •为GRP 回收开发商业上可行的市场； •支持GRP 和CFRP 回收新工艺的商业化； •提供复合材料废弃物分类的一致性； •分享案例研究，最佳实践的信息和新兴技术给该机构，尤其是中小型企业的。 英国复合材料协会，KTN 材料公司和相关的行业合作伙伴，将负责监督这些行动的执行，以及文件的酌情更新。 该何去何从？ 如果我们回头看看GRP 回收的历史，可以看到一些美好的意愿都化为泡影了，这都可以列成一张表了。也许很多行为还是发生在这个列表的时间之前。Refiber 公司的埃里克•格鲁夫- 尼尔森，现在在调查用于风力发电机叶片生产的新材料，几年前他做了一个中肯的评论：“要再次进入纤维回收领域， 市场将需要更加安全。对服务必须有一个‘呐喊’。” 也许，这就是正在发生的变化。作为一个与整个复合材料行业的人都有接触的人，仍有人能接受垃圾填埋，将其作为处理废弃物的解决方案，但我越来越发现，企业都在问问题和寻求答案， 甚至委任相关责任人监督处理废弃物。他们想要回收废物，无论从经济角度（填埋价格上涨），还是从环境的角度，这都很重要。他们的客户也认为它很重要， 有时会在合同里提出要求。 看起来最经济的可持续循环利用的方法将涉及最大化再生材料价值的工艺和应用。用机械粉碎，这意味着提取和使用更长的纤维。我满怀兴趣地关注着斯特拉思克莱德大学的工作，看看回收的纤维是否能在经济性上同原纤维进行竞争。 欧洲报废车辆（ELV）指令是一个强大的推力，有助于回收和汽车零部件材料的循环利用，这仍然在持续增长， 到接近2015 年最后期限时，增加可回收的材料将达到85%。同样，用回收的木材更换枕木的潜力是比较粗糙的级别的GRP 再生料的一个机会。越来越多地使用BREEAM（建筑研究所环境评估法）是一个强大的驱动力，可以协助提高建筑行业的回收率和再生含量。一些国家禁止填埋，其他一些国家则增加垃圾填埋税，这都为回收提供了进一步的推力。 ELV 崇尚的生产者负责的原则扩展到了其他行业，而在这“绿色”革命中我们找到了自己，近年来公众的看法有了很大的改变，并在继续改变。对我们的孩子来说，回收一直是他们的经历的一部分。 正是这种感知的变化，不论其是否被经济、市场、法律或利他主义驱动， 这都给我带来了希望。在开创一个经济的、可持续的GRP 回收供应链方面， 目前对GRP 进行回收的行动将比前辈们获得更大的成功。我期待着看到这对GRP 产品市场产生的效果，以及通过更广泛地使用GRP 而获得的更大的环境效益。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/24/2014)