PET塑料瓶的回收利用的研究

朱兴东 原创 | 2009-02-18 09:29 | 收藏 | 投票
关键字:回收利用 pet塑料瓶 

 

摘要:PET材料在包装材料领域广泛用用。常见的就是PET材料的塑料瓶。关于它的回收利用各国的发展水平各异。中国独特的国情使中国的PET瓶回收利用呈现独特的特征。很多学者已经加以分析解剖。本文针对PET瓶的回收利用进行简单分析论述。        
关键词PET塑料瓶 回收利用
随着世界经济的发展,人类在创造物质财富的同时,也给人类赖以生存的自然环境带来了很多的危害。生态破坏,环境污染日趋严重,资源短缺问题日益突出。时下,经济的可持续发展,清洁生产,生产资料的回收利用逐渐的受到人们的关注。本文仅针对PET类商品中的PET塑料瓶的回收利用进行粗浅的探讨。
(一)      有关PET的介绍
  化工中的PET聚对苯二甲酸乙二醇酯英文名: polyethylene terephthalate,简称PET
  PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物,表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能,长期使用温度可达120,电绝缘性优良,甚至在高温高频下,其电性能仍较好,但耐电晕性较差,抗蠕变性,耐疲劳性,耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。
  PET历史于1941年首先由英国JttWhinfieldJTDickon研制成功。 PET作为纤维原料已有53年的历史,英国帝国化学公司(1cI)1946年以涤纶(Teleron)纤维投入生产,继而美国杜邦公司(Dupent)1948年以代春纶”(Dacron)纤维投入生产。
  PET分类及用途PET主要原料对二甲苯和对苯二甲酸(PTA)大量用作纤维,可分为非工程塑料级和工程塑料级两大类。PET具有优良的特性(耐热性、耐化学药品性。强韧性、电绝缘性、安全性等),价格便宜,所以广泛用做纤维、薄膜、工程塑料、聚酯瓶等。国际上聚酯类热塑性塑料工业化产品有以下6个方面(已形成工业化的有商品出售)
  (1)液晶聚合物
  (2)聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)
  (3)聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)
  (4)聚对苯二甲酸乙二醇酯工程级PET
  (5)聚对苯二甲酸乙二醇酯标准级PET
  (6)聚对苯二甲酸乙二醇酯回收级PET(包括共混物及100回收料)
  非工程塑料级主要用于纤维、饮料瓶、薄膜、片耐材、烘烤食品容器等。
  工程塑料级PET 耐有机溶剂、耐候性好。缺点是结晶速率慢,成型加工困难,模塑温度高,生产周期长,冲击性能差。一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性,以玻璃纤维增强效果明显,提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性。采取添加成核剂和结晶促进剂等手段,改进结晶速度慢的弊病。加阻燃剂和防燃滴落剂可改进 PET阻燃性和自熄性。
  此外,为改进PET性能,PET可与PC、弹性体、PBTPS类、ABSPA形成合金。
  PET(增强PET)主要采取注射成型法加工,其他方法还有挤出、吹塑、涂覆和焊接、封接、机加工、真空镀膜等二次加工方法。成型前须充分干燥。主要应用为电子电器方面有:电气插座、电子连接器、电饭煲把手、电视偏向轭,端子台,断电器外壳、开关、马达风扇外壳、仪表机械零件、点钞机零件、电熨斗、电磁灶烤炉的配件;汽车工业中的流量控制阀、化油器盖、车窗控制器、脚踏变速器、配电盘罩;机械工业齿轮、叶片、皮带轮、泵零件、另外还有轮椅车体及轮子、灯罩外壳、照明器外壳、排水管接头、拉链、钟表零件等。
  综上所述:PET类的商品总类很多,本文主要针对PET塑料瓶的回收利利用进行探讨。
(二) 有关PET塑料瓶的介绍
PET瓶不仅广泛用於包装碳酸饮料、饮用水、果汁和茶饮料等,是当今使用量最大的饮料包装,而且广泛用於食品、化工、药品包装等众多领域。PET塑料在包装领域中具有广泛的应用,无论是包装膜、卷材、还是啤酒瓶,都使用PET塑料。但是当这些材料被废弃时,面临着如何处理的问题每年中国生产的PET瓶达数百亿只,预计到2005年,每年将有50万吨以上的PET用於PET瓶的制造。因此PET瓶的回收利用不仅可以解决环保问题,而且可以做为一种新的原料资源,缓解中国PET原料不足的矛盾。
是的,回首中国的30年的改革开放,中国虽然在经济领域取得了举世瞩目的成就,但是也给中国的环境带来了很严重的破坏。水污染、大气污染、固体废弃物污染等等。给中国的经济的带来了缩水。人们也逐渐认识到了这一问题,相应的提出了走持续发展道路,绿色GDP战略,循环经济战略,等等的一系列措施。有此可见,PET塑料瓶的回收利用符合中国面临的现实问题,对于环境保护,节约资源,可持续发展有大益。
(三)      PET塑料瓶的回收利用的方法及中国的状况
关于PET塑料瓶的回收方法主要有两种:物理回收及化学回收。
物理回收处理法: PET瓶的物理回收处理法相对简单,主要是将清洗干净的PET瓶废料干燥和造粒。PET瓶的物理处理法与分拣过程联系紧密。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         
物理回收法主要有两种:一是将废PET瓶切碎成片,从PET中分出HDPE、铝、纸和粘合剂,PET碎片再经洗涤、干燥、造粒;二是先将废PET瓶上非PET的瓶盖、座底、标签等杂质用机械方法分离,再经洗涤、破碎、造粒。再生PET中不得含有PVC杂质,否则会影响PET的色泽。当PVC混入量较少时可在传送带上用人工方法分离,即受扭力作用时PVCPET瓶在受力部分产生不同的                                                                                                                       不同的熔点,将破碎PETPVC碎片通过装有加热器及温度控制的传送带,PVC被熔化後粘附在传送带上,这样可与PET分离开。饮料瓶上的标签可在瓶子破碎後用鼓风机和旋风分离机组合分离装置除去。也可釆用抽气塔分离装置分离,破碎的PET碎片垂直从分离塔顶部加入,碎片与上升气流形成逆流,利用PET与标签碎片比重差异,标签被抽去,PET从分离器底部出来,为了保证标签分离效率,在生产中可釆用两套以上的分离装置。                                                                                                                                                                                                                                                                                 
PET碎片的洗涤是非常重要的。洗涤常釆用80-100热水来软化或溶解粘贴标签和底座的EVA粘接剂或其他类型粘接剂,为防止脱落的粘接剂再粘附PET碎片,需在水中加入添加剂,如堿、乳化剂或其它专用化学剂。清洗液一般由工厂根据废瓶来源和粘接特性来确定其配方组成和含量,清洗液可滤去杂质重新加热後循环使用,洗涤可在装有搅拌器的特别清选罐内进行,为保证清洗的效果,洗涤可釆用二级洗涤工艺。 PET碎片通常釆用离心脱水机使碎片含水量降至2%,再经带式或管式干燥机干燥,使水份含量降至0.5%。德国克朗斯公司成功开发的高质量PET瓶循环再造系统,年加工量可达1.5万吨PET饮料瓶,经加工後的PET原料可直接制作成其他PET容器,生产成本大大降低。PET瓶循环再造系统利用化学涂层消除技术,以烧堿为化学涂层消除剂,除去PET瓶表面粘附的污染物,可实现任何种类的PET瓶的循环再造。经该技术处理的再循环产品,不仅能直接混合制作瓶坯,同时,再循环产品由於乙醛与黄色素含量低,还能满足纯净和质量的要求,特别适用於食品与饮料工业中产品的包装,成本比一般新材料低20%-30%
化学回收处理法:化学处理法是通过化学方法把PET瓶还原或分解成制造PET树脂的原料或单体。由於物理回收的PET原料在使用上具有一定的局限性,大部分回收再造的PET树脂只能用於制造非食品包装或纺织品,因此,不少企业倾向於用化学法处理废PET瓶,使之分解成制造PET树脂的原料或中间体,达到完全复用的目的。
不过,化学处理法同样需要预先对PET废料进行物理分拣、清洗处理。由於釆用不同的工艺路线,所分解制备的产物不相同,因此,化学处理法大多是由大企业开发出来的一整套工艺系统。
比如日本的帝人公司开发了一种从废PET瓶中回收DMT(对苯二甲酸二甲脂)EG(乙二醇)的循环方法。它先把废PET瓶压碎并清洗,然後溶解於EG中,在EG的沸点温度和0.1Mpa的压力下,把PET进行解聚,生成双-对苯二甲酸羟乙酯(BHET)。再经过滤,除去滤渣和添加剂,使BHET与甲醇起反应,在甲醇的沸点温度和0.1Mpa的压力下,经过酯交换反应生成DMTEG。再经过蒸馏,把DMTEG进行分离,然後通过重结晶过程,把DMT精制;通过蒸馏把EG纯化,甲醇可循环使用。回收的DMTEG的纯度都可达到99.99%,生产成本与通用的DMTEG法的成本不相上下。DMT可以转化成纯TPA(对苯二甲酸),用於制造瓶级PET树脂。循环装置可以生成10%左右树脂用的原料。
日本月岛机械公司(TSK)也发明了一种回收工艺,可从废聚酯瓶中回收高纯度的对苯二甲酸(TPA)EG。在该工艺中,PET树脂片与碳酸钠在一定条件下反应40-60分钟。PET被解聚成为EGTPA,後者形成对苯二甲酸钠(NaTP)。由於NaTP不溶於EG,因此EG通过过滤和蒸馏被分离回收。而NaTP溶於水後,在温度刚刚高於90时分两步加入硫酸,在硫酸钠溶液中得到TPA晶体。晶体通过过滤、洗涤得到高纯度的TPA,硫酸钠被回收。
TSK公司已经对该工艺进行了100/年规模的中试试验,其TPA回收率约为98%。由於工艺操作压力低,反应时间短,预计生产成本相对适中。该公司估计一座8000/年的工业化生产装置的投资约为1100万美元,考虑到节约PET处理成本,这一规模的装置在经济上是可行的。
澳大利亚PETrecycle公司开发了一种被称为Penew的专利技术。该专利被意大利M & G集团购买後,在美国西佛吉尼亚州兴建了一套工业规模的PET回收装置,该装置每年可处理100ktPET瓶。
该工艺的优点是可处理?色或有涂层的PET瓶废弃物。其过程是将PET瓶经乙二醇蒸汽蒸一小时,使之脆化,然後将其磨碎至1mm大小的颗粒,除去杂质,醇解为低聚体,包括部分对苯二甲酸单体。再经特殊过滤工序除去颜料添加剂或涂层杂物。最後产品在现有生产装置中与新鲜单体混合、酯化即可制得无色的PET
特别值得一提的是,目前回收处理的PET瓶以饮料包装用PET瓶为主。虽然美国几家企业已申请通过了美国FDA的检查和认证,可以回收清洁用品和化妆品业的PET包装,但在欧洲,出於谨慎的考虑,目前非食品PET在回收料中所占的份额还不超过1%
比较物理和化学法的优劣,化学处理法在保证回收原料的清洁性方面更有优势,特别是对於食品包装,这也是化学回收法快速发展的主要原因。当然,物理回收法也有其优点,就是处理成本较低。
中国目前的情况大致上以物理回收利用为主要的方法。也有外资在华企业和民营企业使用化学回收利用方式。我国目前PET行业可分为PET回收清洗业和再生PET加工业两个分行业。目前我国从事PET清洗行业的企业众多,小企业(2000~3000t/a)占95%以上。企业的等级和技术还比较低。
(四)国外PET塑料瓶的回收利用举例
目前用PET瓶替代玻璃瓶灌装啤酒是发展趋势,但PET瓶的回收利用却是个问题。啤酒厂商都知道,玻璃瓶可以回收使用,可降低成本。而PET瓶比玻璃瓶价格高,还无法像玻璃瓶一样可以回收后高温清洗,所以现在各企业采用PET瓶灌装啤酒和饮料,大都还是选择一次性使用。我国目前PET饮料瓶的消费量很高,废PET瓶的再生利用,不但可以减少环境污染,而且可以变废为宝。但目前国内只有很少部分被利用,其余大多数都被随意丢弃,造成资源的浪费和环境污染。那么国外在PET瓶回收方面有何不同的情况呢?
国外用回收的PET瓶来制造PET包装。澳大利亚用回收的PET瓶作为三层包装瓶的中间层原料。再生PET广泛用于生产3—17dtex短纤维,用作非织布。美国还应用再生PET来生产6.6—9.9dtex中空纤维,用作絮棉填充料。再生PET还可用于服装用纤维,例如美国Dyersburg织物厂用100%废PET瓶再生PET切片生产绒面布,美国Wellman Fiber公司开发室外用面料,再生PET纤维与其它纤维混纺,混纺率可达89%,该公司还与其他公司合作,以废PET饮料瓶为原料生产衣用涤纶短纤维。美国巴塔哥尼亚公司用再生PET纤维与其他纤维混纺生产运动衣,混纺率达80%。
 同时国外在PET瓶回收方面也有其先进技术。
在直接回收技术方面,德国塑料单丝和包装带挤出设备生产厂家Reimotec公司开发出不用相容剂就能把PET/尼龙瓶直接回收和加工成包装袋技术。此前德国塑料加工厂回收PET/尼龙瓶都必须添加相容剂。据该公司经营负责人介绍,这项新技术诀窍在于双螺杆挤出机能把尼龙高度分散成细颗粒。目前,德国越来越多地采用PET瓶包装啤酒并推行塑料瓶押金制,使PET/尼龙瓶回收量大幅度增加。在实行强制押金制度前,德国大部分回收的PET瓶料都出口到中国。该技术为德国塑料啤酒瓶的押金制度提供了有力的技术支持。 
在红外处理回收技术方面,德国的塑料回收与利用公司DKR,与相关的科研和质量检验部门一起,成功地研制出一种PET塑料材料回收再利用的新技术。利用该项新技术可以将透明的、不透明的和色彩斑斓的有色PET塑料瓶都充分加以回收利用,然后将回收来的废旧PET塑料瓶经自动分拣装置分拣,由短红外线设备进行特殊的技术处理,在封闭的生产线中重新被加工成可用的新饮料瓶;或者被加工成纺织工业、包装工业和建筑装饰业中使用的材料。
(五)中国发展PET瓶回收利用的必要性和前景
随着中国加入WTO,中国改革开放30年,中国逐渐在世界商品加工生产领域占据重要地位,日益成为商品生产大国。伴随商品生产,商品包装企业也迅速发展。而PET材料在商品包装材料中占有重要地位。随着中国经济的进一步发展,对PET包装材料的需求量会进一步加大。而中国再生PET加工业以生产纤维为主
在PET瓶生产领域还有很大的空缺,这一点加大了与需求量逐年增加的矛盾。在中国发展PET瓶回收对于中国加工业的发展有很大的益处,同时,减少对PET的进口量,减少了对外国的依赖;对于中国的环境保护,资源的可持续利用有很大的现实意义。同时新的产业必将带动就业岗位的增加,对于缓解就业压力也有很大的益处。
2008年世界金融危机对各国的经济都有很大的影响,中国的经济也面临新的机遇和挑战。发展循环经济越来越深的人心,走可持续发展道路对中国经济的进一步发展有很大的推动力。而发展PET瓶回收利用正合其中之意。也符合当下科学发展观之意。
由此可见:在中国发展PET瓶回收利用既有很大的必要性也有广阔的前景。
(六)发展PET瓶回收利用的商品学分析
PET瓶在商品学领域主要涉及到商品的生态包装,包装材料,及包装设计原则等方面。
生态包装,又称绿色包装,或环境友好包装,是指对生态环境和人体健康无害,能循环复用和再生利用,可促进可持续发展的包转。发展生态包装的基本原则-3R1D中的recycle原则。就要求包装可回收再生,即放弃的包装物质或能量最容易通过生产再生制品或焚烧回收热量胡堆肥改善土壤方式,达到再利用的目的。这一点和PET瓶回收利用的主旨不谋而合。
众所周知,商品包装废弃物会影响人们生活的环境。而影响人们生存环境长期平衡的主要问题在于:一方面人们生活消费所必需的资源不断地被消耗而日益减少;另一方面,人们生活消费所产生的大量废弃物不断日益不断积累而日益增加。其所形成的结果将是,可消费物质逐渐枯竭,而不可消费的物质则逐渐增多。形成这种现象的本质在于:缺少了将不可消费物质重新转化为可消费物质的逆循环系统。而PET塑料瓶的回收利用正是在包装材料领域建立了逆循环系统。消费后的包装的逆向循环-回收利用,是在包装的生命周期中连接垃圾和资源的桥梁,是减少包装废弃物的环境污染,实现变废为宝的关键环节;包装废弃物的回收利用,对资源相对贫乏的我国来说是一个现实而又迫切的问题,意义重大,主要表现在减少污染,节约资源与能源。
包装材料是指用于制造包装容器和用于包装运输、包装装潢、包装印刷的材料、辅助材料以及与包装有关材料的总称,包装材料在整个包装工业中占有重要地位,是发展包装技术、提高包装质量和降低包装成本的重要基础。
PET塑料在包装材料中属于包装用塑料,它的性质使它成为优良的食品包装材料,特别适合适宜做饮料的包装尤其是含气饮料的包装,是最具有发展前途的包装容器。
同时,发展PET瓶的回收利用也符合商品包装设计原则中的环境友好性设计原则。
可见发展PET瓶的回收利用从商品学角度来讲也有很大的意义。 
(七)从循环经济角度分析PET瓶回收利用
就人类与环境的关系而言,人类社会在经济发展过程中经历了三种模式,传统经济模式、“生产过程末端治理”模式、循环经济模式。;传统经济模式对人类与环境关系的处理模式时,人类从自然中获取资源,又不加任何处理地向环境排放飞舞,是一种“资源——产品——污染排放”的单向线性开放式经济过程。在早期阶段,由于人类对自然的开发能力有限,以及环境本身的自净能力较强,所以人类活动对环境的影响并不凸显。但是后来随着工业的发展、生产规模的扩大和人口的增长,环境静的自净能力削弱乃至丧失,这种发展模式导致的环境问题日益严重,资源短缺的危机越发突出。这是不考虑环境代价的必然后果。;“生产过程末端治理”模式,它开始注意环境问题,但其具体做法是“先污染、后治理”,强调生产过程的末端采取措施治理污染。结果,治理的技术难度很大,不但治理成本极高,而且生态恶化难以遏制,经济效益、社会效益和生态效益都很难达到预期目的。循环经济模式,它要求遵循生态学规律,合理利用自然资源和环境容量,在物质不断循环利用的基础上发展经济,使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环的过程中,实现经济活动的生态化。他倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式,遵循“减量化、再利用、再循环”的原则,采用全程处理模式,已达到减少进入生产流程的物质量、以不同方式反复利用某种物品和废弃物的资源化目的,是一个“资源——产品——再生资源”的闭环反馈式循环过程,实现从“排除废物”到“净化环境”到“利用废物”的过程,达到“最佳生产,最适消费,最少废弃”。
PET瓶的回收利用也正符合循环经济的发展模式。PET资源——PET瓶产品——PET瓶包装废弃物——PET资源。减少了包装废弃物的同时,也保护了环境,节约了资源,对经济的可持续发展,和走节约型经济发展道路有很好的推动作用。
(八)中国发展PET瓶回收利用的现状和应当注意的问题
同时,根据WRAP的调查,全球再生塑料的流动数量中70%是以中国为最终目的地,同时发达国家基本上进口了全球再生塑料其余30%的绝大部分。可以说,中国已经随着经济的发展对PET塑料的需求量越来越大。2002-2007年中国再生塑料和再生PET进口量:
中国PET回收利用的领域及2007年中国再生PET纤维产能分布:
       
我国再生PET加工业以生产纤维为主,近年来再生PET纤维产业盲目扩张。企业间竞争激烈,开工率已由2000年的90%下降到2005年的55%。在制瓶业中,许多的企业为降低成本将废料和新料混合使用。可见中国的PET塑料的生产的现状还有需要改善的方面。
同时在中国,基本上是再生PET加工工业的快速发展推动了废PET回收行业的蓬勃发展,但是缺少整个社会的废旧资源分类体系的系统规划建设,因此,目前还是靠低劳动力成本的拾荒者为主维持这个体系的运行。
近年来在全球环境保护的观念推动下,发达国家系统地规划垃圾分类体系建设并认真推广,使得他们在垃圾初级分类方面远远领先中国,因此二次分类处理成本也就大为降低。日本在这方面做得尤其突出。原料处理工艺技术,中国目前的废PET瓶破碎清洗行业的工艺设备主要是以人工与机械相结合的半自动化生产线为主,单线产能普遍在10-20吨/天水平,企业普遍没有污水处理设备,因此对环境的二次污染问题严重。如果我们的企业不能处理好对环境二次污染的问题将严重制约再生PET行业的健康发展。以欧洲为代表的发达国家的废PET瓶破碎清洗企业普遍采用高度自动化的设备处理废瓶,单线产能在30-50吨/天,普遍配有污水处理设备和环境保护装置,属于环境友好型企业。
再生PET的应用中国目前主要是以短纤维产品和直接用纤维级瓶片吹瓶用为主,以及少量的塑钢带、单丝和工程塑料等产品,中国在纤维用途的再生PET产品的开发上近年来有许多创新。近年来陆续有仿纶地毯纱的波斯纶,特别是去年开始出现再生PET长丝生产技术的突破使得许多再生PET长丝企业出现,同时还有超细纤维、仿羽绒纤维等。
可见总体上,中国的PET瓶业回收利用的发展任重道远,还需要更多有志之士去为之奋斗,还有很长的道路要走。
参考文献
(1)《商品学概论》主编万融     中国人名大学出版社
(2)中国再生资源回收利用协会∶http://www.crra.org.cn/index.aspx
(3)中国树脂在线官方网站:http://www.xlresin.com/
(4)中国轻工业网官方网站:http://www.clii.com.cn/index.asp
(5)世界废料网官方网站:www.worldscrap.cn
个人简介
自07就读于西南科技大学,经济与管理学院,工商管理专业。
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