廢棄高分子材料低碳再利用工程技術(shù)的研究與應(yīng)用

于超群 何軍擁

摘要：隨著時(shí)代社會(huì)的不斷發(fā)展，可持續(xù)成為人們密切關(guān)注的話題，如何應(yīng)對(duì)越來越多的資源需求，為人類社會(huì)的發(fā)展提供幫助成為科技研究的重要方向。筆者對(duì)高分子材料的基礎(chǔ)概念進(jìn)行了介紹，并對(duì)高分子材料低碳再利用的方式進(jìn)行分類探析，還對(duì)相關(guān)技術(shù)地進(jìn)展展開綜述，在其中著重介紹高分子材料低碳再利用的研究技術(shù)發(fā)展方向，以期為高分子材料的再利用，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：廢棄高分子材料;回收利用;新資源

高分子材料以質(zhì)量小、防水效能好、強(qiáng)度高以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)在一眾現(xiàn)代材料中脫穎而出。此外，高分子材料還具有成本較低以及可以通過添加不同成分被賦予更多性能的特點(diǎn)。這些特性使高分子材料在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛地運(yùn)用，比如國(guó)防建設(shè)、先進(jìn)技術(shù)、基礎(chǔ)建設(shè)等，高分子材料在其中都具有不可替代的地位。與此同時(shí)，與之伴隨而來的還有越來越多的高分子材料運(yùn)用導(dǎo)致的環(huán)境污染。目前，高分子材料的環(huán)境污染問題隨著全球環(huán)境的惡化備受關(guān)注。如何有效地回收廢棄的高分子材料并加以再次利用是本世紀(jì)的一大環(huán)保話題，本文依據(jù)高分子材料的回收利用現(xiàn)狀，總結(jié)了高分子材料回收利用的研究應(yīng)用，并提出相關(guān)措施，以期為其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供思路。

一、廢舊高分子材料的類型

廢舊高分子材料主要來源于居民生活廢棄垃圾、工業(yè)生產(chǎn)廢料以及生產(chǎn)中的廢棄資料。工業(yè)廢料是指高分子材料在加工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角料，或是無法被使用的殘次品。廢棄高分子材料的生活來源主要是居民在使用后拋棄的塑料袋以及其他塑料制品。生產(chǎn)資料廢棄的高分子材料則是在生活垃圾以外的，同樣被使用的高分子材料制品。這些廢棄高分子材料由于用途不同，其回收利用的途徑和方式也不同，從而影響了其再利用方式及再利用的成本和可行性，不利于廢棄高分子材料的可持續(xù)利用。

二、廢棄高分子材料的可持續(xù)利用方式

（1）設(shè)計(jì)出可持續(xù)利用的高分子材料

要想高效提升高分子材料的可持續(xù)利用效率，就要在高分子材料制作的最初階段，考慮到其回收利用的問題，研制并生產(chǎn)易于可持續(xù)利用的高分子材料。日本的汽車公司，Toyoda就建立了相應(yīng)的廢舊汽車保險(xiǎn)杠回收利用項(xiàng)目，并通過長(zhǎng)時(shí)間的研究，通過可回收材料制造出了具備保險(xiǎn)杠性能標(biāo)準(zhǔn)的保險(xiǎn)杠。同時(shí)，該公司還研究了一種由聚丙烯和橡膠混合而成的新型高分子材料，即超級(jí)聚烯烴。這種材料與傳統(tǒng)的橡膠增韌聚丙烯的材料不同，這種新型材料的橡膠中的晶體具備方柱形結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Σ牧系目箟盒云鸬皆鰪?qiáng)作用，同時(shí)這種材料還具有相應(yīng)的物理性能，能夠快速進(jìn)行回收利用。這家公司通過將這種既具備一定性能，又能夠?qū)崿F(xiàn)有效回收利用的材料大量應(yīng)用于汽車的零件制造，能夠有效推進(jìn)高分子材料的可持續(xù)利用，并保護(hù)人類的生存環(huán)境，使汽車行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染降到最低，在推動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的同時(shí)促進(jìn)人類的可持續(xù)發(fā)展。

（2）高分子材料利用的多種新方法

不同材質(zhì)的高分子材料需要采取不同的回收利用方法。例如，對(duì)于金屬聚合類的高分子材料，人們可以采取電磁快速加熱的方法，使金屬類高分子材料的升溫速度能夠達(dá)到15度每秒，從而使金屬與聚合物失去黏合作用，實(shí)現(xiàn)金屬類高分子材料的回收利用。而對(duì)于聚酯、玻纖增強(qiáng)塑料以及聚酰胺復(fù)合膜這類高分子材料，人們常常采用超臨界流體法來幫助回收利用。舊聚酯是一種縮聚物，能夠通過堿性的水使其分解為化學(xué)物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)回收目的。采取超臨界流體法來回收聚酯的優(yōu)點(diǎn)是其分解速度快，且不需要催化劑就可以實(shí)現(xiàn)完全回收。對(duì)于玻纖增強(qiáng)塑料，超臨界水可以有效破解玻纖的回收困難問題，僅需5分鐘就可以將其分解為油狀分子和玻纖，使其從高分子材料中脫離出來。此外，對(duì)于復(fù)合膜這種高分子材料，通過亞臨界水來進(jìn)行回收，能夠?qū)⑵渲械腜A6部分溶解于水，從而使PE分離，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的高分子材料達(dá)到70%～80%的回收率。總之，超臨界流體法能夠有效回收這三種材料，實(shí)現(xiàn)高分子的可持續(xù)利用。此外，還有固相剪切擠出法、反應(yīng)性共混法、熱裂解、催化裂解以及多層夾心注塑技術(shù)等方法，來實(shí)現(xiàn)各類型的高分子回收利用。

（3）制造可生物降解的高分子材料

要想有效減少環(huán)境污染的危害，就要既對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行回收利用、降解處理，又要從生產(chǎn)端入手，減少有害材料的生產(chǎn)，并進(jìn)一步生產(chǎn)利用可再生資源，滿足需求。比如，相關(guān)研究人員可通過現(xiàn)有技術(shù)，利用可進(jìn)行生物降解的高分子材料，例如纖維素、淀粉等，也可以通過制造具備生物降解特性的合成材料，實(shí)現(xiàn)回收利用，比如聚丙交酯，聚丁二酸丁酯等。這種材料的運(yùn)用能夠有效減少環(huán)境污染，但同時(shí)，由于這種材料具備較高的成本，難以在世界范圍進(jìn)行大面積的推廣，阻礙了高分子材料的持續(xù)發(fā)展。但是，各國(guó)學(xué)者仍然沒有放棄進(jìn)行這類材料的運(yùn)用，通過不斷地研究和實(shí)驗(yàn)，荷蘭研究了熱塑型淀粉分子的結(jié)構(gòu)，并通過分子的加工性與力學(xué)性能的關(guān)系添加了適量的增塑劑和相應(yīng)的聚合物，制造出了可生物降解的塑料，為高分子材料的可生物降解發(fā)展提供了思路及幫助。美國(guó)也采取了沒有毒素且價(jià)格相對(duì)低廉的 NMMO作為可降解纖維素薄膜的溶劑，從而避免了傳統(tǒng)溶劑對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，并且這種薄膜與聚丙烯薄膜的質(zhì)量相當(dāng)。世界各國(guó)都在可生物降解的高分子材料聚合物方面進(jìn)行了深入地研究，推動(dòng)了相關(guān)材料的有效發(fā)展，并進(jìn)一步使人們認(rèn)識(shí)到可生物降解聚合物各種類型之間的區(qū)別及優(yōu)勢(shì)，為未來創(chuàng)造出更加綠色的高分子材料提供了有效途徑和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

總結(jié)

要想推動(dòng)高分子材料的有效回收利用，就要從高分子制造以及回收利用兩方面入手，不斷提高相關(guān)技術(shù)。即研究者一方面要在相關(guān)材料的制造端加大研究投入，創(chuàng)造出更多能夠進(jìn)行有效回收利用的綠色高分子材料，另一方面對(duì)已建材料要通過積極的研究，盡可能地實(shí)現(xiàn)完全降解以及回收利用，實(shí)現(xiàn)舊高分子材料的回收利用，推動(dòng)資源的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：一作：于超群（1988-10-）女，蒙古族，黑龍江省哈爾濱市巴彥縣，碩士研究生，專任教師，專業(yè)負(fù)責(zé)人，講師，主要研究方向?yàn)閼?yīng)用韓語。

二作：何軍擁（1971.11-），男，碩士研究生，廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，教授，主要研究方向：材料工程、職教研究。