聚苯乙烯泡沫塑料回收利用技术进展 □刘英俊 张颂培 赖喜平 孔林河
□刘英俊 张颂培 赖喜平 孔林河 摘要 国内外回收利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料的途径有：制作轻
摘要 国内外回收利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料的途径有：制作轻质建筑保温材料、涂料、粘结剂，通过解聚回收苯乙烯和燃料油以及通过热熔和溶剂法使其再生等。重点介绍了可克服上述各种方法缺点的非溶剂型热介质消泡回收工艺。 关键词 聚苯乙烯，泡沫塑料，回收利用，建筑保温材料，涂料，
关键词 聚苯乙烯，泡沫塑料，回收利用，建筑保温材料，涂料，粘结剂，燃料油，消泡工艺 聚苯乙烯（ＰＳ）泡沫塑料因其成本低，性能优越而广泛应用于
聚苯乙烯（ＰＳ）泡沫塑料因其成本低，性能优越而广泛应用于包装衬垫物及一次性快餐盒、餐具等。据统计，１９９６年我国ＰＳ泡沫塑料制品达６２万ｔ，主要用于家用电器、摩托车、工业配件及产品的减震包装、保温隔热等，还有近１０％ＰＳ泡沫塑料用于一次性快餐盒、托盘、食品包装盒、饮料杯等餐具。 ＰＳ泡沫塑料，包括减震包装材料和一次性餐具，使用过程均非
ＰＳ泡沫塑料，包括减震包装材料和一次性餐具，使用过程均非常短暂，多为用后即弃，其材料本身的性能尚未遭到严重破坏。虽然作为包装功能的使命结束，但作为材料它仍然保持着良好的物理、机械和化学性能，这就为回收利用奠定了物质基础。目前，国内外许多科研单位开展了对ＰＳ泡沫塑料再生利用的研究。 一、回收利用现状
一、回收利用现状 １．制作轻质建筑保温材料
１．制作轻质建筑保温材料 利用ＰＳ泡沫塑料优良的绝热性能，将预发泡聚苯乙烯泡沫塑料
利用ＰＳ泡沫塑料优良的绝热性能，将预发泡聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）或氟里昂发泡的聚苯乙烯片材经吸塑成型的一次性餐盒等破碎，用水泥或粘结剂将其粘结成各种轻质建筑材料，如水泥隔板、轻质屋顶隔热板、轻质混凝土等。 ２．制作涂料、粘结剂、防水材料、改性沥青等
２．制作涂料、粘结剂、防水材料、改性沥青等 利用ＰＳ可溶于芳烃、卤代烷等有机溶剂的性质，将废弃ＰＳ泡
利用ＰＳ可溶于芳烃、卤代烷等有机溶剂的性质，将废弃ＰＳ泡沫塑料制成涂料或粘结剂。还有的厂家曾试验把ＰＳ泡沫塑料与苯、煤油按一定比例混合再加入适量无机填料与惰性材料制成改性防水材料，但由于ＰＳ大分子结构的极性较弱，作为涂料和粘结剂使用时与其他材料的附着力低，只能用于混凝土和纸制品等表面粗糙物品。有文献报道，利用ＰＳ能溶解于沥青和松香的性质，用废ＰＳ泡沫塑料改变沥青的熔点，提高沥青的强度并改善沥青冬裂夏粘现象和克服松香易脆的缺点等。 ３．解聚回收苯乙烯及制作燃料油等
３．解聚回收苯乙烯及制作燃料油等 日本早稻田大学理工学院曾用蒸馏式反应器，在２７０℃下裂解
日本早稻田大学理工学院曾用蒸馏式反应器，在２７０℃下裂解ＰＳ，得到苯乙烯产物。日本公开特许ＪＰ７４１２９７７２提出的裂解方法是将ＰＳ溶于甲基萘或四氢萘，然后在３００℃以上温度下裂解，苯乙烯回收率可达６５．５％。日本公开特许ＪＰ４９０９９３２６提出的另一种ＰＳ裂解方法是以铜粉为催化剂，将聚苯乙烯的苯溶液放入裂解反应器中，再通入过热水蒸汽，在３００℃以上的温度下裂解，苯乙烯回收率达５８．３％。我国发明专利ＣＮ１０３９５７７Ａ介绍的方法是以金属氧化物为催化剂，将经１４０℃下辊压处理的、除去气体的废ＰＳ塑料粉碎至３～５ｍｍ的颗粒，于４５０～５００℃下在裂解釜内实现全部裂解，苯乙烯回收率可达７０％～７５％。 目前，国内有关多处兴建以废弃塑料为原料，通过热催化裂解制
目前，国内有关多处兴建以废弃塑料为原料，通过热催化裂解制取燃料油装置的报道比较多。使用的废塑料包括聚乙烯（ＰＥ）、聚丙烯（ＰＰ）、聚氯乙烯（ＰＶＣ）和聚苯乙烯等。通常的工艺过程分为高温和催化裂解两种，即将废塑料破碎后送入混合槽与已先行热分解的液态分解物混合，再送入热分解槽，分解温度为４００～６００℃，在热分解槽中裂解为气态状烷烃后再进入催化分解槽，温度为２００～３５０℃，最后通过冷凝器冷却回收汽油和柴油。年产１００ｔ的装置仅需投资十几万。但这类技术更适合于废聚乙烯和废聚丙烯，而以废聚苯乙烯为主要原料，直接裂解为燃料油还未见到有关详细报道。 ４．热熔再生
４．热熔再生 通常生产聚苯乙烯发泡片材并经吸塑成型制各种一次性餐具的生
通常生产聚苯乙烯发泡片材并经吸塑成型制各种一次性餐具的生产线都设有熔融挤出设备，随时回收处理冲切下来的边角料。一种工艺为将边角料压入一巨大料斗，料斗纵向长度几乎占挤出机螺筒长度的一半，斗壁上装有多根加热棒，使泡沫边角料接触料斗壁时熔化，释放气体后沿斗壁下流到挤出螺杆上，经挤出拉条冷却切料成再生料。这种工艺的缺点在于边角料被加热时和空气接触造成热降解和变色，再生料的性能差，颜色发黄，甚至失去使用价值。另一种工艺为先将边角料破碎，再用螺旋推进器将泡沫碎粒强制加到挤出机螺筒中，经加热熔融挤出、拉条、冷却、切粒得到再生料。这种工艺由于加热过程是在挤出机螺筒中进行的，仅和少量夹杂在物料中的空气接触，故再生料的性能好，色泽未发生明显变化，如果管理严格这种再生料仍可作为原料的一部分和新料配合重新使用制作发泡片材。由于ＰＳ泡沫塑料密度极低，用这种熔融挤出造粒的办法加以回收不仅需要专门的设备，而且要消耗大量的电能，而社会上经使用后丢弃的ＰＳ泡沫塑料也必须先收集起来再运到回收工厂才能进行熔融挤出造粒处理，收集和运输的代价也是可观的。 中国专利ＣＮ１０９６７３５Ａ介绍的利用废弃ＰＳ泡沫塑料的
中国专利ＣＮ１０９６７３５Ａ介绍的利用废弃ＰＳ泡沫塑料的方法，是先将废ＰＳ泡沫塑料浸入到高沸点混合溶剂中，使其消泡并成为凝胶料，再与改性树脂、助剂混合，经多级排气挤出机挤出造粒，同时冷凝回收溶剂。造粒所得产物为增强聚苯乙烯，可制做文具、玩具和多种日常用品和电子电气零部件。采用凝胶化的方法制成的再生料，经风干至溶剂含量达６％～１０％后，也可重新用于聚苯乙烯发泡塑料制品。 ５．溶剂法再生
５．溶剂法再生 中国专利ＣＮ１０８６４５Ａ介绍的废聚苯乙烯回收用装置，主
中国专利ＣＮ１０８６４５Ａ介绍的废聚苯乙烯回收用装置，主要是针对废聚苯乙烯快餐饭盒设计，其工艺过程为将废弃ＰＳ泡沫塑料溶于脂肪烃、芳烃等有机溶剂中，溶液中聚苯乙烯含量达３０％～５０％，静置并将沉淀的杂质去除后把溶液送入蒸发器，溶剂挥发冷凝回收，并循环使用，留下的聚苯乙烯物料经挤压机挤出成条，即可作为原料使用。此专利报道其溶剂的回收率可达９０％～９５％。 针对聚苯乙烯常使用的溶剂有程度不等的毒性，日本三井造船株
针对聚苯乙烯常使用的溶剂有程度不等的毒性，日本三井造船株式会社开发的废ＰＳ泡沫塑料再生系统采用的溶剂为α-柠檬烯。 该技术的关键是解决了高粘度流体脱除挥发份的难题，成功地将聚苯乙烯和α-柠檬烯分离开来，得到的聚苯乙烯再生料，性能良好， 可用于制造高档聚苯乙烯塑料制品。 二、非溶剂型热介质消泡回收新工艺
二、非溶剂型热介质消泡回收新工艺 １．以往回收技术存在的问题
１．以往回收技术存在的问题 长期以来，虽然有各种泡沫塑料回收再利用技术不断问世，但至
长期以来，虽然有各种泡沫塑料回收再利用技术不断问世，但至今还没有一种适合我国国情，能在技术和经济上都可行的，并适合大面积推广和应用的技术。其主要问题有： （１）聚苯乙烯泡沫塑料质轻体大，拣拾费力，回收难，运输更
（１）聚苯乙烯泡沫塑料质轻体大，拣拾费力，回收难，运输更难。 （２）机械粉碎做轻质混凝土、土壤改良材料、重新模塑成发泡
（２）机械粉碎做轻质混凝土、土壤改良材料、重新模塑成发泡制品等都面临着能耗大，效率低的难题。 （３）用溶剂消泡的方法使其“凝胶化”或用于制作防水涂料、
（３）用溶剂消泡的方法使其“凝胶化”或用于制作防水涂料、粘结剂等，面临着溶剂通常都有毒性，会对周围环境产生新的污染，而且如用于塑料制品，脱除溶剂的代价太大。另一方面粘结剂和涂料对聚苯乙烯的消纳量有限。 （４）溶剂法、机械熔融造粒法等方法对聚苯乙烯泡沫塑料的大
（４）溶剂法、机械熔融造粒法等方法对聚苯乙烯泡沫塑料的大分子都有破坏作用，所得回收料的性能已大大下降。 （５）热裂解回收苯乙烯、苯等工艺可行，但仍需较高能耗，还
（５）热裂解回收苯乙烯、苯等工艺可行，但仍需较高能耗，还会有新的污染物产生，且收率低，很难有经济效益。 ２．非溶剂型热介质法消泡回收新工艺的技术特点
２．非溶剂型热介质法消泡回收新工艺的技术特点 针对前人所做工作中出现的问题，我们认为首先应抓住关键，即
针对前人所做工作中出现的问题，我们认为首先应抓住关键，即就地消泡减容，把已恢复到接近新料聚苯乙烯的消泡减容回收物料再运到各种利用场所，可节约大笔运输费用。研究工作表明，各种聚苯乙烯的良溶剂，如苯及苯的衍生物和酯类等，均有显著的消泡效果。实际上，在某些情况下使用溶剂对聚苯乙烯泡沫塑料做消泡减容处理是可行的，但它的最终用途应当是将所用溶剂也作为后续产品的一部分，如涂料和粘结剂。如果想把聚苯乙烯泡沫塑料再生为塑料制品的原料，采用溶剂进行消泡减容的路线是不可取的。 热熔法是目前已使用的人们曾寄以很大希望的回收技术路线，但
热熔法是目前已使用的人们曾寄以很大希望的回收技术路线，但聚苯乙烯在接触周围空气的情况下熔融将导致热氧化降解分子量减小，材料性能下降。一些企业的边角料回收装置所造出的粒子发黄、发灰基本就是这个原因。还有的单位采用其他机械加工方式使其消泡（如端面摩擦生热设备等），主要问题是能耗太大，生产效率太低，将泡沫塑料粉碎再填塞到减容造粒装置中也将耗费大量时间和能量。而且机械热熔方法减容消泡一般都不可避开将泡沫塑料运输到装置前的问题，很难实现在泡沫塑料集中点现场处理。 在做了多方比较和探索之后，我们提出了和目前国内外所有的技
在做了多方比较和探索之后，我们提出了和目前国内外所有的技术路线截然不同的另一种思路，即非溶剂型热介质消泡减容的工艺，经反复实验和摸索工艺条件，确定了介质的种类和操作适宜温度。这种新技术路线的特点是： （１）消泡效果好，按密度计算消泡后物料体积仅为原聚苯乙烯
（１）消泡效果好，按密度计算消泡后物料体积仅为原聚苯乙烯泡沫塑料的１／３０左右。 （２）消泡过程不产生对周围环境的污染，无粉尘、噪音、污水、
（２）消泡过程不产生对周围环境的污染，无粉尘、噪音、污水、焦渣等。 （３）消泡处理成本低、能耗少、消泡剂损耗很少。
（３）消泡处理成本低、能耗少、消泡剂损耗很少。 （４）消泡后的物料性能好，可直接用做塑料加工原料使用，也
（４）消泡后的物料性能好，可直接用做塑料加工原料使用，也可用于粘结剂、涂料等其他用途。 （５）消泡回收设备简单、操作方便，还可设计成车载形式，以
（５）消泡回收设备简单、操作方便，还可设计成车载形式，以利于到各个泡沫塑料回收集中点流动运作。 ３．新工艺回收料的应用开发
３．新工艺回收料的应用开发 第一套消泡减容工业化回收装置已于１９９７年１１月投入运行，
第一套消泡减容工业化回收装置已于１９９７年１１月投入运行，消泡处理后所得到的聚苯乙烯回收料已运往有关加工厂使用。实际使用结果表明，此种料的用途广阔，经济效益、社会效益及潜在的社会经济效益十分显著。 （１）用于聚烯烃填充母料代替部分载体树脂（ＬＤＰＥ１Ｆ７
（１）用于聚烯烃填充母料代替部分载体树脂（ＬＤＰＥ１Ｆ７Ｂ）。每使用一吨聚苯乙烯回收料，可节约原材料费用４０００元。若该产品全年产量的８０％使用此替代技术，可节省目前尚需大量进口的ＬＤＰＥ树脂６０００ｔ，价值４８００万元。 （２）用于扇贝等海产品养殖，制作“营养塑料”，可使同样条
（２）用于扇贝等海产品养殖，制作“营养塑料”，可使同样条件下扇贝增产２８％。 （３）用于各种注塑或挤出成型塑料制品，可代替部分新树脂。
（３）用于各种注塑或挤出成型塑料制品，可代替部分新树脂。每使用一吨回收料可节约原材料费用３０００元以上。 （４）可用于制作防水堵漏粘结材料等化工产品。经消泡减容处
（４）可用于制作防水堵漏粘结材料等化工产品。经消泡减容处理再运往各化工厂可大大减少运输费用，有利于降低各种化工产品的原材料成本、提高产品竞争力。 非溶剂型热介质法消泡回收聚苯乙烯泡沫塑料新技术的研制成功，
非溶剂型热介质法消泡回收聚苯乙烯泡沫塑料新技术的研制成功，为人类征服聚苯乙烯泡沫塑料用后丢弃带来的“白色污染”提供了坚强的技术保障，同时也为最大限度利用自然资源，使聚苯乙烯泡沫塑料继续生产并为人类社会服务的同时，又为解除用后污染环境的后顾之忧开辟了新途径。此技术一次性投资小、实用性强、便于大面积推广。因此，该项技术的实施将对国内外治理聚苯乙烯泡沫塑料造成的“白色污染”产生重大影响。