再生塑料工藝、鑒定、應(yīng)用的研究進(jìn)展

余巧玲，陳偉力，梁森濤，何國山，葉元堅(jiān)，王萬卷，戴銘標(biāo)

(.國家高分子工程材料及制品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心（廣東），廣東 廣州 510110；2.廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東 廣州 510110)

十四五規(guī)劃中明確指出要構(gòu)建資源循環(huán)利用體系，推進(jìn)廢物循環(huán)利用。我國是塑料生產(chǎn)與消費(fèi)大國，每年約產(chǎn)生1.4×107t廢舊塑料，將廢舊塑料填埋，增加土地資源負(fù)擔(dān)；將廢舊塑料焚燒，則污染環(huán)境；將廢舊塑料回收制造成再生塑料顆粒，再生塑料顆粒作為塑料原料投入再利用，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)再利用，符合可持續(xù)發(fā)展的基本國策[1,2]。再生塑料來源廣泛，在生產(chǎn)生活中，許多廢舊塑料制品都可以用于熔融造粒，如塑料袋、塑料鞋、農(nóng)用膜、塑料管、塑料桶等，成型加工的再生塑料顆粒，經(jīng)過一些特殊工藝和配方將在其他領(lǐng)域得以運(yùn)用，可制造成機(jī)器的零部件、農(nóng)機(jī)具、非飲用水管、水泥包裝袋、木塑制品、塑料盆等。

按照GB/T 40006.1—2021的定義，再生塑料是利用廢舊塑料加工而成的用作原用途或其他用途的塑料，但不包括能量回收[3]。再生塑料主要通過預(yù)處理（篩選、分類、清洗）、熔融擠出造粒、改性等物理或化學(xué)的方法對廢舊塑料進(jìn)行加工處理后重新得到的塑料顆粒，是對塑料的再生利用。再生塑料通常分為三個(gè)等級(jí)，一級(jí)再生塑料顆粒是利用新料在加工過程中剩下的邊角料加工而成，二級(jí)再生塑料顆粒是利用已使用過一次的原料加工而成（高壓再生塑料顆粒除外），三級(jí)再生塑料顆粒是利用使用過兩次或兩次以上的原料加工而成，原料被反復(fù)使用的次數(shù)越多，性能越差，顆粒的光澤度與表面的粗糙度也越差。

再生塑料對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有諸多優(yōu)點(diǎn)，然而在再生塑料發(fā)展道路上依舊存在些缺點(diǎn)，如分類困難、耐熱性差、易于老化、氣味大等，需要在技術(shù)上持續(xù)改進(jìn)，推動(dòng)再生塑料行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。筆者就再生塑料的工藝研究、鑒定研究、應(yīng)用研究及標(biāo)準(zhǔn)概況等進(jìn)行闡述，為再生塑料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 再生塑料的工藝研究

一般情況下，工藝研究主要通過對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，在滿足產(chǎn)品生產(chǎn)參數(shù)要求的同時(shí)，可以讓產(chǎn)品質(zhì)量更佳。在工藝參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，可以較好的保證產(chǎn)品質(zhì)量的均衡性和再現(xiàn)性。工藝研究所得到的參數(shù)，是生產(chǎn)工藝在實(shí)操環(huán)節(jié)最有利的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，是生產(chǎn)過程中重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵參數(shù)的充分驗(yàn)證。工藝研究通常分為兩個(gè)階段，第一階段是小試，評價(jià)工藝參數(shù)，對工藝參數(shù)的合理性進(jìn)行論證，確定影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)；第二階段是中試或生產(chǎn)，確定工藝的實(shí)用性，建立生產(chǎn)工藝的實(shí)操參數(shù)范圍，對過程進(jìn)行控制生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的產(chǎn)品。工藝研究所確定的參數(shù)是否行之有效，最終需驗(yàn)證工藝來明確。

廢舊塑料通過有機(jī)溶劑輔助軟化造粒、復(fù)合再生造粒、熱風(fēng)循環(huán)加熱熔融造粒等工藝制備成再生塑料，實(shí)現(xiàn)廢舊塑料的循環(huán)再利用[2]。再生塑料的工藝研究主要針對再生塑料的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，旨在獲得性能更優(yōu)越的再生塑料顆粒。Mehat Nik-Mizamzul[4]等利用田口方法，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，對4個(gè)可控因素（熔體溫度、保壓壓力、注射時(shí)間、保壓時(shí)間）設(shè)計(jì)3水平的試驗(yàn)，確定制造過程中各因素和水平的最優(yōu)組合，從而優(yōu)化再生塑料制品的力學(xué)性能，利用力學(xué)性能來評價(jià)初級(jí)塑料與再生塑料適宜的共混比例，考察再生塑料添加比例對產(chǎn)品力學(xué)性能和熔體流動(dòng)速率的影響，結(jié)果表明，25%再生聚丙烯和75%原生聚丙烯共混制得的產(chǎn)品比100%原生聚丙烯的彎曲模量更強(qiáng)，可見通過優(yōu)化工藝參數(shù)，可以改進(jìn)再生塑料產(chǎn)品的力學(xué)性能;夏炎[5]等考察廢舊塑料相對分子量變化、分子極性變化對造粒的力學(xué)性能影響，考察廢舊塑料分子鏈變化、含雜等因素對再生塑料的力學(xué)性能影響，從增強(qiáng)修復(fù)、抗沖擊性修復(fù)、抗雜性修復(fù)介紹廢舊塑料再造粒的力學(xué)性能修復(fù)方法及加工工藝技術(shù)，為建立一條以廢舊塑料為加工主體實(shí)現(xiàn)原生塑料性能的再生造粒工藝提供參考；申乾成[6]等建立了一種廢舊丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）塑料再生加工改性ABS塑料顆粒的工藝，包括6個(gè)步驟（配料、混料、熔融塑化、擠出、熱處理、造粒），該工藝創(chuàng)新體現(xiàn)在添加劑（增強(qiáng)劑、耐候劑、相容劑和無鹵阻燃劑）和在傳統(tǒng)擠出造粒中間加入熱處理過程，由此來提高再生ABS的機(jī)械性能、耐候性能和使用性能。

通過對再生塑料工藝的不斷研究與創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展。此外，將再生塑料的再生工藝與環(huán)保要求進(jìn)行有效結(jié)合，最大化的減少對環(huán)境的危害，也是再生塑料工藝研究和應(yīng)用普及的重要關(guān)注點(diǎn)，不僅可推動(dòng)再生塑料產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，也能為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

2 再生塑料的鑒定研究

再生塑料比原生塑料的價(jià)格低，使得某些企業(yè)為了利益，將再生塑料非法用于水管、食品類包裝等國家明令禁止使用的領(lǐng)域。3·15晚會(huì)曾對一些企業(yè)使用再生塑料生產(chǎn)水管的行為進(jìn)行曝光；在肉菜市場仍有一些綠色、紅色塑料袋流通，用于青菜、肉類打包，這些顏色鮮艷的包裝袋大多是家庭作坊用再生塑料制成的。為了對再生塑料市場進(jìn)行監(jiān)管、提高再生塑料產(chǎn)品質(zhì)量水平、保障消費(fèi)者/使用者的身體健康，開展再生塑料的鑒定研究，成為了廣大科研工作者的重要研究領(lǐng)域。

Pe?alver Rosa[7]等通過靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用法的創(chuàng)新非靶向法測量原生聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和不同含量的再生PET樣品的揮發(fā)性有機(jī)物分布，建立了具有161個(gè)塑料材料有機(jī)物特征的圖譜，利用揮發(fā)性指紋圖譜與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合來區(qū)分原生PET和再生PET，應(yīng)用基于偏最小二乘（PLS）回歸的統(tǒng)計(jì)模型來量化PET樣品中再生塑料的含量；王成云[8]等通過熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用法結(jié)合保留指數(shù)，利用聚烯烴在再生過程中產(chǎn)生的醇、醛、酸、酚等9種特征物質(zhì)作為標(biāo)識(shí)物來鑒別聚烯烴是否為再生聚烯烴塑料；王成云[9]等通過原生塑料與再生塑料的差示掃描量熱儀（DSC）曲線上熔融焓與結(jié)晶焓的差異性來快速鑒別原生塑料與再生塑料，利用熔融焓來計(jì)算單一組分再生塑料的含量，利用再生塑料熔融峰平均熱流的差異來計(jì)算雙組分再生塑料中各組分的含量，建立的DSC定量再生塑料含量方法與高分辨熱重（TG）分析結(jié)果的差異小于4%；張書敏[10]等通過感官檢驗(yàn)、手工分揀、紅外光譜分析、灰分檢測和粉末含量檢測等技術(shù)手段，分析研究再生塑料顆粒的7種典型特征：聚合物組分不一致、夾雜物、表面油污、塑料粉末、顆粒粘連、不同色系顆?；旌稀⒒曳植灰恢?，再結(jié)合生產(chǎn)工藝，推斷再生塑料顆?？赡艿卯a(chǎn)生來源為機(jī)頭機(jī)尾料、過渡料、掃地料等。

再生塑料的鑒定方法可分為兩個(gè)類別：第一個(gè)類別采用傳統(tǒng)的簡單鑒定法，主要通過塑料的理化特性進(jìn)行鑒定，如感官檢驗(yàn)、灰分檢測、密度測試等；第二個(gè)類別采用高精尖設(shè)備的儀器分析法，如紅外光譜法（FT-IR）、拉曼光譜法(Ram)、熱裂解/氣質(zhì)聯(lián)用法(PY/GC-MS)、差示掃描量熱法(DSC)、熱重分析法(TG)等。儀器分析法是開發(fā)便捷可行的鑒定再生塑料方法的優(yōu)良手段，其利用再生塑料在再生過程中會(huì)發(fā)生降解，使得各種層級(jí)的聚合物都混合在一起，通過對再生塑料這典型特征的分析，來鑒定和定量再生塑料。FT-IR法和Ram法，利用再生塑料不純凈（夾雜外來雜質(zhì)）、多種材質(zhì)共混、低分子化合物等體現(xiàn)出來與原生塑料不一樣的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵等進(jìn)行鑒定；PY/GC-MS法利用再生塑料在再生過程中塑料會(huì)被氧化，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、清洗劑殘留、抗氧劑降解等產(chǎn)生特征物進(jìn)行鑒別；DSC法利用再生塑料中雜質(zhì)影響再生塑料的重結(jié)晶，不均勻的晶型結(jié)構(gòu)使得再生塑料的DSC曲線有別于原生塑料，通過熔融峰、結(jié)晶峰、熱焓等鑒定再生塑料的含量等；TG法利用再生塑料中物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、熱分解情況的差異進(jìn)行鑒定。

3 再生塑料的應(yīng)用研究

應(yīng)用研究是帶有特定的應(yīng)用目的：一是基礎(chǔ)研究成果的延伸，對基礎(chǔ)研究成果進(jìn)行發(fā)展，確定基礎(chǔ)研究成果的可能用途；二是根據(jù)具體的、預(yù)定的目標(biāo)，對所應(yīng)采取的新方法和途徑進(jìn)行確定。再生塑料的應(yīng)用研究是將對再生塑料的理論研究發(fā)展成為實(shí)際運(yùn)用，通過應(yīng)用研究為實(shí)際問題的解決提供科學(xué)依據(jù)。

付麗麗[11]等以主要成分為聚乙烯（PE）的廢舊塑料瓶（桶）料為主體材料，加入主要成分為ABS樹脂的廢舊電視機(jī)外殼料量為5%～30%，兩者進(jìn)行共混改性，考察廢舊ABS樹脂加入量對熔體流動(dòng)速率（MFR）、拉伸性能、沖擊強(qiáng)度的影響，進(jìn)而確定最佳加入量，結(jié)果表明，廢舊ABS樹脂加入量為20%時(shí)，綜合性能最佳，通過廢舊電視機(jī)外殼料的加入，提高廢舊塑料瓶（桶）的強(qiáng)度與韌性；Jubinville Dylan[12]等采用熱機(jī)械工藝模擬回收聚乳酸（PLA）、馬來酸-聚乳酸(PLA-g-MAH)，并研究了熱機(jī)械工藝對PLA、PLA-g-MAH的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能的影響，將再生PLA、PLA-g-MAH與純木粉、改性木粉（WF）混合制成生物復(fù)合材料，WF的加入對PLA的結(jié)晶度和模量產(chǎn)生了顯著的影響，此類木塑復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐水性和尺寸穩(wěn)定性；劉江榮[13]等采用再生PE塑料代替天然骨料，研究不同代替量（10%、20%、30%、50%、70%）時(shí)，再生PE塑料改性混凝土的表觀密度、吸水性、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量、荷載-位移曲線等基礎(chǔ)物理力學(xué)特性，并通過微觀結(jié)構(gòu)分析來探究改性機(jī)理，結(jié)果表明，在保證工程安全性的基礎(chǔ)上，以再生PE塑料代替天然骨料，對于緩解資源、保護(hù)環(huán)境有重要意義；J.Thorneycroft[14]等研究了再生塑料在混凝土配比中部分代替細(xì)砂，從材料組成、粒徑、處理方法等出發(fā)，對11鐘新型混凝土配合比進(jìn)行了評價(jià)，確定了適宜的再生塑料代替細(xì)砂的比例，結(jié)果表明，再生塑料代替細(xì)砂的比例為10%時(shí)，可以很好的保證加入再生塑料混凝土的結(jié)構(gòu)性能；馬嘉琛[15]用廢膠料、再生塑料、聚乙烯蠟對基質(zhì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性制備出橡塑復(fù)合高黏改性瀝青（RPRA），該瀝青高低溫黏度可控，通過評測路用性能確定三種改性劑的最佳添加量，分析探索了RPRA的黏附性能、高低溫六邊形、黏彈性，并對微觀結(jié)構(gòu)、分子量分布等進(jìn)行分析，結(jié)果表明，三種改性劑配合比為廢膠粉20%、再生塑料5%和聚乙烯蠟3%時(shí)，RPRA各項(xiàng)性能指標(biāo)與性價(jià)比良好，改性劑的加入瀝青的性能得到改善（如抗車轍性能、感溫性、抗瞬時(shí)形變、抗永久形變），微觀結(jié)構(gòu)分析顯示廢膠料、再生塑料、聚乙烯蠟的加入強(qiáng)化了體系交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子量分布分析顯示改性劑的加入，使RPRA中大分子比例下降，相容性得到改善。

再生塑料的應(yīng)用研究是運(yùn)用基礎(chǔ)研究成果及有關(guān)的知識(shí)，為創(chuàng)造新產(chǎn)品、新方法、新技術(shù)、新材料的技術(shù)基礎(chǔ)所進(jìn)行的研究。再生塑料目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于家居建材、玩具、生活用具等行業(yè)。Fibertex個(gè)人護(hù)理公司用再塑PP材料生產(chǎn)系列非織造布、立白集團(tuán)將再生塑料應(yīng)用到產(chǎn)品包裝中、宜家用再生塑料制造家具、樂高用再生塑料生產(chǎn)積木……當(dāng)科學(xué)家在南極洲的雪中、在人體血液中發(fā)現(xiàn)微塑料，保護(hù)賴以生存的環(huán)境引起了共鳴，塑料的再生利用是一種必然趨勢，隨著不斷的研究，再生塑料將被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。

4 再生塑料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

表1展示了再生塑料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要涵蓋原料、性能評價(jià)、鑒定、制品等。對于性能評價(jià)，主要針對氣味、有毒有害物質(zhì)（重金屬、多溴聯(lián)苯及其他有機(jī)物等）、理化性能等，規(guī)定測試方法，進(jìn)行評價(jià)；對于再生塑料制品（管材、編織袋、拼裝沼氣池）的評價(jià)，傾向于制品使用性和安全性，尤其側(cè)重物理機(jī)械性能，如拉伸性能、耐熱性能、跌落性能等；對于再生塑料的鑒定，主要采用了紅外光譜分析法、裂解-氣相/質(zhì)譜聯(lián)用法、元素分析法、差式掃描量熱法、物理分析法、化學(xué)分析法等。

表1 再生塑料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況

2021年10月發(fā)布的再生塑料系列標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 40006.1—GB/T 40006.12）特別規(guī)定了放射性要求。放射性對生物的危害是顯而易見，不容忽視的。在放射性核素檢測領(lǐng)域中最常見的是α、β、γ射線。γ射線會(huì)產(chǎn)生γ粒子，γ粒子穿透力很強(qiáng)，能穿透人體和建筑物，對人體造成直接傷害；α、β射線分別產(chǎn)生α、β粒子，這兩種粒子雖然穿透力小，但是電離能力強(qiáng)，倘若吸入體內(nèi)，就會(huì)永久停留在體內(nèi)，對人體內(nèi)部造成損傷?？茖W(xué)家已在人體血液中發(fā)現(xiàn)微塑料，帶有放射性物質(zhì)的再生塑料也會(huì)降解為微塑料進(jìn)入人體，從而對人體產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害。山東黃島口岸曾截獲來自美國進(jìn)口廢塑料，該廢塑料外照射貫穿輻射吸收劑量率最大值為0.575 μGy/h，相當(dāng)于5.037 mSv/a,已經(jīng)大于GB 18871—2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的公眾人員所受當(dāng)量劑量最大值1mSv/a，可見再生塑料放射性不容忽視。對再生塑料進(jìn)行放射性檢測具有重要意義，是保障大家安全的可靠舉措。

5 展望

人們的綠色環(huán)保意識(shí)隨著生活水平的不斷提高而不斷增強(qiáng)，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境獲得了大家的共識(shí)。大多數(shù)不可降解塑料埋在地下幾百年都不會(huì)降解，回收利用廢舊塑料是一種必然趨勢。通過塑料的回收再利用，可以避免大量的塑料廢棄品隨處丟棄，從而防止動(dòng)物吞食，是保護(hù)生態(tài)平衡的有力手段；再生塑料的價(jià)格低于原生塑料，可以根據(jù)實(shí)際需要，加工特定方面的屬性，生產(chǎn)制造出對應(yīng)的產(chǎn)品，進(jìn)而有效減少資源流失；塑料是通過石油煉制而成的產(chǎn)品，對于有限的石油資源，廢舊塑料的再生利用是節(jié)約石油資源的重要措施。展望未來，再生塑料在工藝、鑒定、應(yīng)用等方面都具有廣闊的發(fā)展空間，等待相關(guān)科技人員去發(fā)掘。

再生塑料在發(fā)展的道路上需要從全生命周期去管理，統(tǒng)籌規(guī)劃。

（1）做好產(chǎn)業(yè)區(qū)域劃分，從全國布局再生塑料產(chǎn)業(yè)鏈，大力實(shí)施“綠色、低碳、循環(huán)、生態(tài)”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方略，推進(jìn)健康可持續(xù)發(fā)展。

（2）做好全生命周期每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)保障，解決再生塑料行業(yè)面臨的難題（如提高物理性能、同級(jí)閉環(huán)循環(huán)、多次循環(huán)利用等），大力推廣產(chǎn)品可回收再生設(shè)計(jì)理念，從源頭去剔除對廢舊塑料回收再生不利的影響元素。

（3）做好技術(shù)方法的開發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化，完善現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系，對于高效快捷的技術(shù)方法要及時(shí)轉(zhuǎn)化為便于推廣應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，以利于再生塑料的市場監(jiān)管與質(zhì)量提升。