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发泡聚苯乙烯回收新型材料环境污染利用价值

发泡聚苯乙烯（EPS）的回收

大家所熟知的模塑包装泡沫、建筑绝缘材料、盛蔬菜和鱼的板条箱、公共餐饮业和快餐店的盘子和饭盒等，都是由EPS制成。

具有讽刺意义的是，EPS的一些有价值的特性阻碍了对它的广泛回收。

它的质量较轻意味着在定点可回收的材料量非常有限，如快餐店或学校餐厅每星期平均产生的废EPS包装材料量只有45kg。

这个量很难保证相关的运输成本和随后的机械回收费用。

而且，EPS用语各种形式的产品，使消费者很难辨认。

那么，发泡聚苯乙烯该如何回收呢？

日本从七十年代开始首先进行对EPS废料工业化处理和利用的研究,随着塑料工业的迅速发展，EPS塑料的产量日益增加,仅我国年产量就在约十万吨以上,因此对废EPS塑料的回收利用已引起人们的足够重视,并先后在不同领域内开展研究工作，先后取得了不错的进展。

（一）、EPS的回收技术手段

为了给大家更好的理解废EPS塑料的回收利用，我们先来介绍一下在回收过程中常用的技术手段。

1、EPS泡沫的压实

大多数EPS回收过程中的一个重要部分是泡沫的压实，以便它能够方便地运输、计量和搬运。

EPS泡沫的压实涉及到泡孔结构的完全或部分坍塌。

为了使容积密度增加，排除泡孔中的空气是必要的。

现在很多公司设计开发了一系列专门用于EPS等松散物料压实的设备。

这种EPS压实机可以大大减少EPS泡沫的占用空间，方便EPS泡沫块的回收和运输。

应用这种泡沫压实机，把EPS泡沫材料压缩成密度比较大的块状，可以大大降低运输成本，方便进一步再生处理或占用较少的垃圾填埋空间。

2.废EPS的粉碎

EPS的回收最简单的方法是泡沫的粉碎。

来源于废弃包装材料的EPS可被粉碎用来生产分级的EPS泡沫碎片。

制得的EPS泡沫碎片粒径为1—50mm，这取决于旋转切断机的类型。

生产不同的粒径等级以适用于特定的场合。

废EPS泡沫经过适当粉碎可作为土壤改良剂（粒径范围为4—8mm）、堆肥助剂（粒径范围为6—12mm）、也可用作田地排水系统（粒径范围为8—25mm）和排水管覆盖层（粒径范围为25—50mm）.

（二）、EPS的回收形式

1、EPS的机械回收

聚苯乙烯泡沫塑料是热塑性塑料，回收的EPS将会重新制成聚苯乙烯.

民用EPS泡沫通常以袋装形式用半挂拖车运送到机械回收厂。

一旦检查完卸下的废EPS后，就通过手工分离除去杂质，如纸、金属、其他的聚合物和食品残渣。

然后将聚合物粉碎成绒状物，随后进入洗涤和干燥过程。

绒状物首先通过离心干燥出去大量的水，再通过对流加热干燥。

接着采用挤出机压缩并将绒状物加热到205℃，最后通过带花边的口模挤出并制粒.

制粒是指用EPS压缩机和回收造粒机将EPS废料转化为PS颗粒，用于制造塑料制品，如衣架、花盆、录影带、家具、建筑材料或保温材料等。

无论是哪种方式，回收EPS前提都需要进行压缩，才能降低整个回收流程的成本。

★机械回收EPS过程中的降解:

在EPS的机械回收过程中，由于压实过程中的局部过热或者再次配合导致的热历史会使聚合物发生部分降解。

这种降解可由颜色变黄和产生气味（由于乙醛降解产物的生产）而证实。

变色是阻燃剂改性的EPS所特有的问题，由于这些添加剂是温度敏感型的，能在聚合物再加工过程中分解。

值得注意的是，由于民用EPS已应用食品行业，因此，不好的气味也可能是食品残渣及油脂或者食用油残余物的存在导致的。

用于EPS中的添加剂在机械回收过程中也会出现降解和腐蚀问题。

例如，在EPS的回收过程中含卤阻燃剂会形成卤化气体，在水存在的情况下这些气体会形成酸，从而导致加工设备的腐蚀。

此外，EPS的分子量会下降并最终影响到材料的机械性能,润滑剂如金属的硬脂酸盐也会与阻燃剂和成核剂反应而使泡孔结构失控。

2、EPS的溶剂回收

一种比较新的回收EPS的方法是将EPS聚合物溶解在柠檬油精中。

柠檬油精是从柑橘类水果皮中提取的可生物降解的溶剂（即橘皮黄酮）。

当这种溶剂喷到EPS泡沫上时，EPS泡沫放出气体，并转化成密度比原始发泡材料高很多倍的凝胶状材料。

d-柠檬油精这种溶剂能够安全地溶解EPS并且几乎不影响聚合物的使用性能。

d-柠檬油精的结构和性能如图所示：

分子式

C10H16

分子量

136.24

结构式

相对密度（20℃）

0.844

粘度（25℃）/mPa．s

0.98

凝固点

-97℃

沸点

175.～179℃

折光率

1.473

闪点

48℃

自燃点

237℃

无色液体。

易燃。

有刺激性。

有愉快的柠檬香味。

能与乙醇混溶，不溶于水。

由于它能通过卡车大量运送到塑料回收厂中，因此使用这种溶剂能够显著地提高运输废EPS泡沫的经济效果。

通过网式过滤器过滤凝胶来纯化废PS，不仅能够出去粒子状的杂质如土，也能够除去其他的聚合物，这是由于这些物质不溶于柠檬油精。

凝胶过滤后，通过将第二种溶剂（严格来说是非溶剂）加到混合物中使纯化的PS沉淀。

最后采用离心分离将这3种组分分离，使PS脱气并挤出，溶剂蒸发并回收重复使用。

用于EPS回收的d-柠檬油精工艺有下列优点：

1作为天然的溶剂，d-柠檬油精是绝对安全的，是无毒的；

2由于在溶解和压实过程中不加热，因此聚苯乙烯的物理性能几乎没有下降；

3EPS的体积降为原始体积的1/25，这大大节约了运输成本；

4d-柠檬油精可以回收并反复使用多次；

5由于只将EPS浸泡在d-柠檬油精中而使其溶解，因此加工过程中几乎不需要能量；

6值得注意的是，尽管d-柠檬油精是有机精制油，但从阻燃角度来说它是安全的。

实验证明，将点烟的香烟扔进含有20%EPS溶解物的柠檬油精溶液中，溶液不会燃烧。

3、EPS的焚烧，回收能量

当大量的EPS机械回收不能产生可观的经济效益时，焚烧EPS废物并回收能量是可行的方法。

废焚烧法回收热能是将废弃聚苯乙烯塑料置于特殊的焚烧炉中燃烧回收热量，以替代部分燃料。

聚苯乙烯的热值高达4600kJ/kg，超过了燃油平均4400kJ/kg的热值，换句话说，1kgEPS泡沫产生的热量等于1.2—1.4L燃料油产生的热量，从而可部分替代炼铁、发电、燃烧锅炉的燃料。

燃烧法虽然可以获得能量但需要使用专门的燃烧高炉，否则聚苯乙烯燃烧不充分会产生苯乙烯、二恶英等有害物质，对环境造成二次污染。

焚烧法回收装置成本较高，而且材料的使用价值也没有得到充分的利用。

（三）、回收EPS的应用

1、用于制造轻质建筑材料：

用可发性聚苯乙烯的预发泡颗粒或以破碎成小块的聚苯乙烯泡沫废弃物为主体补加不同的填料，使用不同的粘结剂制成各种轻质的建筑材料。

比如，用碎木丝为填料，以水泥为粘结剂，加水混合，然后模塑成各种形状的轻质水泥隔板，或制成人造木材；

内衬铁丝支架制成的轻质泡沫板可以作为墙板、台面，或装饰板；

用膨胀珍珠岩做填料能制成屋顶隔热板；

以泥土为粘接剂和填料，与聚苯乙烯泡沫颗粒等量均匀混合并压制成型，干燥后煅烧，可制成供高层建筑用的轻质大砌块，或地下渗、排废水的透水管；

以废尼龙丝为填料可制成轻质抗弯浇铸材料等等。

这种回收方法工艺简单，可回收量大，投资小，是一种较好的回收利用方式，唯一不足就是产品的技术附加值较小。

　　2、用于制造通用型聚苯乙烯：

将聚苯乙烯泡沫废弃物经高温消泡冷却后，机械破碎，挤塑成条，再切粒制成通用型聚苯乙烯。

这种方法的主要问题是再生料的外观可能是由于废弃泡沫破碎前未洗净以及在烘焙挤塑过程中局部温度过高等原因而呈棕色，失去了新聚苯乙烯无色透明的特点。

其抗冲击性能也较差，只能用做一些低值塑料零件，很难与一般塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯制品媲美。

　　3、用于再制可发性聚苯乙烯：

用废弃PS泡沫循环再制EPS或再模制泡沫制品，应该说是废PS泡沫最合理的利用方向。

因为废聚苯乙烯泡沫材料除表面受环境污染略变质外，内部还保持着原有聚苯乙烯泡沫的性能，这就为多次利用创造了条件。

只有这样，重新模塑或制造EPS才能最好地发挥聚苯乙烯泡沫的多方面优良特性。

利用废聚苯乙烯泡沫制造EPS或再模塑有下列几种方法：

第一，溶解聚合法。

将废烙泡沫材料溶解于苯乙烯单体中，加入分散剂使PS的苯乙烯溶液成珠粒状悬浮在水中，加热使其聚合，然后加发泡剂，继续聚合制成珠粒发泡料。

它的优点是利用废烙代替了部分苯乙烯，可使成本降低，缺点是要消耗苯乙烯单体，同时也受到PS表面清洁度不稳定对引发剂活性的影响，很难制得均匀一致的产品。

第二，球化发泡法。

是将通用型的聚苯乙烯切成圆柱形粒料，悬浮在分散剂的水溶液中，加热使圆柱体熔融球化，再降温加压加发泡剂，冷却后经过滤、洗涤和低温干燥制成珠粒本方法的关键在于原料的质量，否则难以保证新制EPS的质量。

第三，珠粒破碎再模塑法。

是在液体介质中选用合适的软化剂，表面活性剂和消泡剂，将大块废PS泡沫选择性地破碎到直径4—8mm的球形珠粒，加发泡剂后再模塑成泡沫制品。

本法工艺简单，消耗的附加材料少，模制成品的各项物理性能与原废料接近，而且投资小，效益大，值得推广。

　　4、溴化改性制备阻燃剂。

聚苯乙烯分子中含有苯环结构，苯环上的氢原子可被亲电试剂取代。

有人将回收的聚苯乙烯泡沫塑料清洗干燥后溶于二氯甲烷溶液中，在三氯化铝催化下，与液溴发生亲电取代反应而制得阻燃剂溴化聚苯乙烯。

含溴量可高达6%，可作为聚氯乙烯、ABS、聚丙烯等塑料制品的阻燃。

与其它有机阻燃剂相比，溴化聚苯乙烯用量低，阻燃效果好，燃烧过程中不释放恶英等有毒致癌物质，特别是与三氧化二锑并用，其协同阻燃效果更好，是一种性能良好的阻燃剂。

用该工艺制备的溴化聚苯乙烯，性能可以与商品溴化聚苯乙烯阻燃剂相媲美，而且成本低。

但因为阻燃剂本身的用量就不是很大，因此此法不能满足大量废PS的回收工作。

　　5、热分解技术：

一方面，可裂解制造苯乙烯单体，即把废聚苯乙烯泡沫塑料在加热条件下，选择合适的催化剂使其裂解生成苯乙烯单体。

在苯乙烯供应比较紧张的情况下，利用聚苯乙烯泡沫废弃物解聚制造苯乙烯，以满足市场的需要，是一条合理的利用途径。

美国、法国、和日本等也进行过大量实验，但未见有工业化的报导。

解聚制造苯乙烯主要问题是苯乙烯的转化率比较低，在较好的情况下也不过70％左右，一般仅在40%左右，转化率低，不仅影响生产成本，而且留下的残渣还给裂解设备的清洗和连续运转造成困难。

另一方面，可裂解制油。

将泡沫塑料隔绝空气加热或在水汽下加热分解可得到小分子量烃的混合物，再用催化剂分解重整，可得不含硫的汽油馏份和煤油馏份及部分气体。

1kg塑料可得1L油品，其余主要是残炭。

日本在这方面研究较多，我国在这方面也取得一定成效，现在正在进行产业化。

　　6、接枝改性制备涂料。

涂料的制备均由基料添加颜料经搅拌研磨而成。

基料为成膜物，聚苯乙烯泡沫由有机高分子组成，经溶剂溶解以后可以作为涂料的基料，其耐水性和绝缘性良好。

但用作基料制备的涂料附着力和成膜性很差，只要将其进行改性处理并添加适量的交联剂，增塑剂，以改善其成膜性能及膜层质量，这样就可以制成各类涂料。

比如，将废聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后溶于二甲苯中，加入引发剂，在一定温度下滴入丙烯酸进行接枝改性反应，得组份甲；

将石油沥青溶于二甲苯，得组份乙；

将水、乳化剂以及助剂混合均匀得组份丙；

将上述三种成份在乳化釜中进行共乳化，制得防水涂料。

丙烯酸分子在聚苯乙烯的分子链上的接枝，不仅增强了涂膜的附着力，而且提高了乳液的稳定性。

制得的涂料具有良好的耐热性、低温柔韧性和粘接强度。

另外，用柔性的丙稀酸丁酯接枝在刚性的聚苯乙烯分子链上，可提高聚苯乙烯的柔韧性和附着力，与适当助剂配合，可制成性能良好的防腐涂料。

参考文献：

1、【澳】约翰 

.沙伊斯著《聚合物回收---科学、技术与应用》化学工业出版社2004.4

2、钟世云许乾慰王公善编著《聚合物降解与稳定化》化学工业出版社2002.12

3、韩宝仁朱元吉冯连勋编著《塑料异型材制造原理与技术》化学工业出版社2001.9

4、王建国编著《高分子合成新技术》

化学工业出版社2004.4

5、翟金平胡汉杰主编《聚合物成型原理及成型技术》

化学工业出版社2001.7

附：

英文文献

（一）、MechanicalrecyclingEPSintheprocessofdegradation

----ByJohn.ShayiSi

Expandedpolystyrene,alsoknownaspolystyrenefoam,alsoknownasfoam,referredtotheEPS,itismade​​ofpolystyrene,flameretardantsandblowingagents,isaversatilenewmaterials,mainlyusedforpackaging,insulationfield,awiderapplicationinthepackagingofhouseholdappliances,instruments,meters,craftsandothervulnerablevaluableproductsandtherapiddevelopmentinrecentyears,fastfoodpackaging.Moldedpackingfoam,knownasbuildinginsulationmaterials,cratesofofShengvegetablesandfish,publiccateringandfastfoodshops,platesandlunchboxesaremade​​fromEPS.However,duetoaone-timeuseproduct,used,thrownaway,likelytocauseenvironmentalpollution,andnotrotinthewaterorsoilformanyyears,affectingtheamenityandcropproduction;

ifthefocusisstackedlargearea,isnotconducivetothefire;

ifaswastecombustion,willproduceapungentblacksmoke,causingseriousharmtotheenvironment.

Ironically,someofthevaluablefeaturesoftheEPShindereditswiderangeofrecycling.Thequalityoflessermeansareverylimitedintheamountofdesignatedrecyclablematerials,suchasfastfoodrestaurantsorschoolcafeteriasweekonaveragegeneratedwasteEPSpackagingmaterialisonly45kg.Thisquantityisdifficulttoensurethatthetransportationcostsandthesubsequentmechanicalrecyclingcost.Moreover,theEPStermsofproductsofvariousforms,sothatconsumersdifficulttoidentify.

Becausealotoftransportingitbytrucktoaplasticrecyclingfactory,sotheuseofsuchsolventscansignificantlyimprovetheeconomiceffectsofthetransportofwasteEPSfoam.BycombfiltersgelpurificationofwastePS,notonlytogoouttotheparticle-likeimpuritiessuchassoil,canalsoremovetheotherpolymers,itisbecausethesesubstancesdonotdissolveinthelimonene.Gelfiltration,thesolventwillbethesecond（strictlyspeaking,non-solvent）isaddedtothemixturemanipulationprecipitationofpurifiedPS.Finally,thecentrifugalseparationofthesethreekindsofcomponentseparation,thePSdegassingandextrusion,solventevaporationandrecycledtobereused.

EPSmechanicalrecyclingprocessduetolocaloverheatinginthecompactionprocessagainwiththeresultofthethermalhistorymakespolymerpartiallydegraded.Thisdegradationisconfirmedbytheyellowcolor,andodor（duetotheacetaldehydedegradationproductsinproduction）.ThecolorisflameretardantmodifiedEPS-specificproblems,becausetheseadditivesaretemperaturesensitive,candecomposeinthepolymerprocessing.ItisworthnotingthatthecivilEPShasbeenappliedtothefoodindustry,anunpleasantsmellmayalsobecausedbythepresenceoffoodresiduesandgreaseorcookingoilresidueof.

AdditivesusedintheEPSwillalsoappearinthemechanicalrecyclingprocessdegradationandcorrosionproblems.Forexample,thehalogen-containingflameretardantsinEPSrecyclingprocesstheformationofhalogenatedgases,thesegasesinthepresenceofwatertheformationofacid,leadingtocorrosionofprocessingequipment.Inaddition,themolecularweightofEPSwilldeclineandultimatelyaffectthemechanicalpropertiesofmaterials,lubricantssuchasmetalstearatewillbeflameretardant,andnucleatingagentresponse,leavingthefoamstructureoutofcontrol.

ArelativelynewmethodofrecyclingEPSpolymerdissolvedinlimonene.Limoneneisabiodegradablesolventextractedfromcitrusfruitpeel（orangepeelflavonoids）.WhenthesolventissprayedintotheEPSfoam,EPSfoamemitsgases,andtransformedintoadensitymanytimeshigherthantheoriginalfoammaterialofthegelatinousmaterial.D-LimonenesuchsolventscanbesafelydissolvedEPSandalmostdoesnotaffecttheusepropertiesofthepolymer.

D-LimoneneprocessforEPSrecyclinghasthefollowingadvantages:

Asanaturalsolventd-Limoneneisabsolutelysafe,non-toxic;

Astheheatintheprocessofdissolutionandcompaction,sothephysicalpropertiesofpolystyrenealmostdidnotdecline;

EPSvolumereducedtotheoriginalvolumeof1/25,asignific