第2章 废旧高分子材料高值利用概况
2.1 废旧塑料回收和利用概况
废旧塑料的回收和高值利用，是变废为宝和解决生态环境污染问题的重要途径。废旧塑料的回收和高值利用作为一项节约能源、保护环境的措施，受到世界各国的普遍重视。废旧塑料回收和高值利用方法主要包括分类回收、制取单体原材料、生产清洁燃油和用于发电等技术。一些新的废旧塑料高值利用技术已持续开发成功并推向应用领域。
Wrap公司的研究表明，塑料回收利用对减少二氧化碳气体排放有重要作用。生命循环分析表明，与埋地和焚烧而回收能量的替代方案相比，回收利用每吨塑料可避免产生约1.5～2t二氧化碳。
2.1.1 国外废旧塑料回收和利用概况
2.1.1.1 美国废旧塑料的回收和利用
美国是塑料生产大国。据统计，美国年生产塑料3400多万吨，废旧塑料超过1600万吨。美国早在20世纪60年代就已开展了对废旧塑料回收利用的研究，目前，回收利用的废旧塑料，包装制品占50%，建筑材料占18%，消费品11%，汽车配件5%，电子电气制品3%，其他占13%；按塑料原料品种分，所占比例分别为聚烯烃类占61%，聚氯乙烯占13%，聚苯乙烯占10%，聚酯类占11%，其他占5%。美国在20世纪末废旧塑料回收率达35%以上。其中，燃烧废旧塑料回收能源由20世纪80年代的3%增至18%，废旧制品的掩埋率从96%下降到37%。
塑料包装工业循环回收利用渐行渐近，已影响到食品和饮料制造商与零售商塑料瓶和包装的可持续发展，在某些情况下，循环回收服务已使塑料废弃物成为可持续发展的材料。例如，美国从事食品包装的PWP工业公司于2009年7月中旬宣布将建设第二套循环回收装置，据PWP工业公司测算，基于年处理能力8000万磅（1 lb=0.4536kg）PETE塑料瓶，则新的循环回收利用装置将可减排二氧化碳6万吨、减少埋地22.63万立方米和节能7.8亿千瓦·时。2009年6月，PWP工业公司已在西弗吉尼亚州Davisville投产了8万平方英尺（1ft2=0.0329m2）的消费后塑料循环回收利用中心，这是北美自行运营公司投运的第一批之一。此后，PWP工业公司与可口可乐亚特兰大塑料循环回收利用公司一起，将PETE塑料瓶转化成食品和医药管理局（FDA）认可的食品级适用材料。
从事瓶用矿泉水的Native Waters公司已100%采用可生物降解塑料瓶，使用了ENSO可生物降解PET塑料。ENSO塑料瓶能保持现有PET塑料瓶相同的物性和强度，而比淀粉基PLA材料可降解塑料更稳定。美国环境设计顾问业务组织McDonough Braungart 设计化学部（MBDC）于2009年1月13日授予沙伯创新塑料公司的Valox iQ PET聚酯树脂以环境绿色产品荣誉。Valox iQ PET聚酯树脂采用专有工艺用PET聚酯基聚合物制取，该树脂也使用了高达65%的消费使用后塑料废弃物，从而使其碳足迹比其他工程热塑性塑料要低50%～85%。Valox iQ PET树脂的应用包括家具、计算机和消费电子产品以及汽车部件。
2.1.1.2 欧洲废旧塑料的回收和利用
据位于布鲁塞尔的欧洲塑料制造和回收集团Plastics Europe、EuPC、EuPR和EPRO的统计，2007年欧洲塑料回收率第一次达到了50%，比上年提高了一个百分点。2007年欧洲塑料需求增长3%，需求量达到5250万吨，其中50%的塑料回收利用，20.4%循环回收，29.2%回收用作能量。
奥地利、比利时、丹麦、德国、荷兰、挪威、瑞典和瑞士的 2007 年塑料废弃物回收率均超过80%。
欧洲2007年市场上所有PET聚酯瓶回收利用率已达到40%，回收利用率比上一年提高20%。据欧洲PET聚酯瓶回收利用组织（Petcore）称，欧洲2007年收集量达到了113万吨。PET聚酯回收利用材料应用于制造纤维的吨位数增大，然而其在整个应用市场上所占份额从52%降低至47%。回收利用用于板材的吨位数增大，其所占份额增大到24%。而用于吹塑也继续增多，2007年占近18%。2007年PET聚酯回收利用用于捆带条的吨位数也强劲增长32%。向远东出口量维持所收集PET聚酯量的14%，但出口吨位数增长高达36%。
欧盟委员会于2006年9月强行通过一项法案，以提高回收塑料包装废弃物的目标比例。新法案把原先确定的回收15%塑料包装废弃物的目标提高至22.5%。根据欧盟统计数据，目前有5个国家（奥地利、比利时、德国、意大利和卢森堡）在这方面做得最好，已达到新法案的目标要求；执行状况最差而排在末尾的两个国家是葡萄牙和希腊，分别仅实现了9%和3%的回收目标。
据欧洲聚氯乙烯（PVC）2008年会议报道，2007年PVC消费后回收利用率提高到80%。2007年PVC消费后回收利用量14.95万吨，而2006年为8.3万吨。2007年回收利用量中窗框超过5万吨，管材为2.1万吨。
英国政府2008年5月初提出实施计划，到2020年所有牛奶包装的1/2用可回收材料。该目标是英国政府环境、食品和农业事务部确定的实施计划的一部分，被称为“牛奶路线图”（milk roadmap）。实施该计划后，CO2、甲烷和氮氧化物排放比1990年减少高达30%。肉类和牛奶的生产估算占英国温室气体总排放量约7%。英国2007年每天生产136亿升牛奶，其中65亿升进入液体牛奶市场。Nampak公司已于2007年在中型规模内向市场推出其第一款可循环回收的HDPE牛奶瓶。据称，英国零售商出售的约80%牛奶采用塑料容器包装。经HDPE处理的塑料瓶100%可回收利用，表明可达到最大的可持续性，并实现有效地回收利用。2008年年底，Nampak公司使用了由政府资助的Wrap集团、牛奶供应商Dairy Crest公司、零售商M＆S公司和从事回收利用技术的Nextek公司共同开发的工艺，在英国东北部建设了每年可处理1.3万多吨HDPE牛奶瓶的闭环回收利用装置。
意大利是目前欧洲回收利用废旧塑料工作做得最好的国家。意大利的废旧塑料约占城市固体废物的4%，其回收率可达28%。意大利还研制出了从城市固体垃圾中分离废旧塑料的机械装置。回收料加入一些新的助剂，可保证其具有足够的力学性能，用于生产垃圾袋、异型材和中空制品等。
欧洲PET聚酯生产商西班牙LSB（La Sedade Barcelona）公司于2008年5月中旬宣布组建PET聚酯回收利用子公司。新的分部负责管理该集团在法国Beaune和Perpignan、意大利Acerra和西班牙Balaguer的4套装置。LSB公司已在前三年内通过发展和收购建立了PET回收利用业务。2007年，LSB公司取得西班牙RPB（Recuperacionesde Plasticos Barcelona）公司的回收利用业务，在Balaguer拥有年处理能力7000t的装置，2007年年底又增设第二条生产线。2007年10月，LSB收购法国Beaune装置，作为收购澳大利亚Amcor公司在欧洲业务的一部分。另外，2009年LSB投资200万欧元在法国南部Perpignan建设回收利用新装置。至此，LSB公司循环回收利用其生产PET的10%以上，目标是今后几年内使每年回收利用能力达到14万吨。LSB公司将致力于PET聚酯100%回收利用并实现CO2减排。
据统计显示，2008年欧洲塑料回收率已达到54%，2009年欧洲塑料需求量增长至5280万吨，其中有50%的塑料被回收利用、20.6%循环回收、29.5%回收用作产能。奥地利、比利时、丹麦、德国、荷兰、挪威、瑞典和瑞士2009年塑料废弃物回收率均超过82%。从欧盟27个成员国和2个非成员国的统计数据来看，2008年欧洲塑料废弃物总量约为2490万吨，其中63%来自塑料包装。欧盟非常重视废塑料的回收和利用，目前欧洲国家多数市民都能自觉地将包装废弃物分类。
欧洲2009年市场上所有PET聚酯瓶回收利用已达到52%。据欧洲PET聚酯瓶回收利用组织称，欧洲2009年收集量达到了150万吨。PET聚酯回收利用材料应用于制造纤维的吨位数增大，回收利用用于板材的吨位数增大，其所占份额提高到27%。而用于吹塑的占比也继续增多，2009年占近20%。向远东出口量维持所收集PET聚酯量的14%，但出口吨位数增长高达36%。欧洲包装和包装废物导则要求欧盟大多数成员国2008年应至少回收塑料包装22.5%，目标是到2020年从家庭来源回收利用或再利用塑料比例增加到50%。
为保证塑料行业的可持续发展，必须在塑料生产商、加工商、零售商及回收厂之间建立联合的国家行动计划。例如，生产商需要保持塑料的良好形象，加工商应提高产品质量，零售商通过塑料袋交换方案加强与顾客的联系，回收商进行回收利用等，通过提高塑料袋责任使用来改善行业形象，实现双赢。此外，不同的废塑料品种的循环利用方式也不尽相同，有的可以送到工厂再加工，有的可用作堆肥，有的可用来转换成能源，有的可以进行生物降解等。
据了解，欧洲PET废塑料回收收益比塑料制品生产和回收过程中的排放高出5～9倍；预计到2020年，使用塑料的收益比生产和废弃物管理带来的排放之和高出9～15倍。
2.1.1.3 其他国家废旧塑料的回收和利用
日本是塑料生产第二大国，而且能源短缺，所以对废旧塑料的回收利用一直持积极态度。日本废旧塑料回收利用工作做得较好，据日本“废旧塑料管理协会”统计，2003年日本1020万吨废旧塑料中，52%（530万吨）回收利用，其中包括2%用作化工原料、3%用作再熔化固体燃料、20%用作发电燃料、13%用于焚烧炉热能利用。日本在混合废旧塑料的开发应用方面也处于世界领先地位。三菱石油化学株式会社研制的Reverzer设备可以将含有非塑料成分（如废纸）达2%的混合热塑性废旧塑料制成栅栓、排水管、电缆盘、货架等各种再生制品。
据巴西PVC协会称，与欧洲国家相比，巴西塑料回收缺少政府介入，但巴西的塑料回收量却很高，巴西的塑料回收率已从1998年的9.5%提高到2006年的17%。近年来，巴西废塑料回收率呈逐年上升趋势，其中以废塑料瓶最为显著。2011年，巴西全国共产生废PET塑料51.5万吨，回收29.4万吨，回收率高达57.1%。而美国当年的回收率不到30%，欧盟也尚未过半。
2.1.2 国内废旧塑料回收和利用概况
我国塑料工业是国民经济的支柱产业之一，目前我国已步入世界塑料大国的行列。据2012年不完全统计，中国废旧塑料年产生量约3000万吨，我国已经成为全球最大的废旧塑料市场和再生利用国，同时也是全球废旧塑料进口量最大的国家。
塑料具有耐腐蚀、不易分解的特性，尤其一次性塑料包装废弃物、塑料农地膜被随意丢弃而造成的视觉污染，以及废塑料对环境造成的潜在危害，已成为我国社会各界关注的环境问题。它的这一特性及其在垃圾中质量轻、体积大，决定了它的最终处置不宜填埋，且它又是热值很高的大分子材料，回收利用符合我国可持续发展的基本国策，也能充分利用其价值，节约资源，保护环境。
随着我国塑料工业的不断发展，废弃塑料再生利用越来越成为我国资源再生和环境保护事业的一个重要方面[4]。目前，全国各地已形成大大小小的废塑料加工、经营集散地十几处，交易额大都在几亿元以上，呈蓬勃发展之势，为农村富余劳动力提供了就业、致富的门路。但是在一些地方由于设备简陋和对塑料了解甚少，存在资源浪费和二次污染，所以，对废塑料回收利用的综合治理成为一个迫切的问题。需要政府有关部门结合当地实际情况同有关专业协会共同合理规划并配以正确的指导措施，达到综合治理的目的。
我国塑料加工工业协会廖正品借鉴国外的经验，结合我国国情，提出“塑料工业和环境保护协调发展是塑料工业可持续发展的一项重要战略”和“回收利用为主，替代为辅，区别对待，综合防治”的科学决策。废塑料的回收加工技术并不复杂。近几年，我国在废塑料回收利用机械设备的研制开发上已经取得了重大成效，目前我国已经能够自己制造出各种聚乙烯、聚丙烯废膜回收生产设备，塑料破碎机，回收造粒机组（包括排气式挤出造粒），切粒设备，而且拥有简单、适用、自动化程度较高、投入不大等特点，甚至有些还具有独创性。
当前，我国废塑料回收利用技术发展基本成熟，人力资源丰富，从事废塑料回收加工的人们积极性高，市场需求大且稳定，这项事业已经在全国各地如火如荼地进行着，如果加强管理，对该行业产业实施减免税的扶持政策，将会有很好的前景。
2.2 废旧橡胶回收和利用现状
橡胶制品的种类很多，其中橡胶轮胎占橡胶制品总量的多数。据估计，约70%的天然橡胶和合成橡胶消耗在生产车辆轮胎上。轮胎是一种高性能的复合产品，在轮胎的胎体、胎面、胎面基部、内衬层、胎圈、白胎侧等构件中使用了5种不同类型的烃类弹性体和若干种不同种类的炭黑补强剂。因此，废旧轮胎被称为“黑色污染”，其回收和处理技术是一项世界性研究课题，同时也是环境保护的难题。
2.2.1 国内废旧橡胶回收和利用现状
虽然我国橡胶制品总产量与工业发达国家相比差距很大[5]，但是我国橡胶工业发展速度很快，废橡胶的再生利用率高，年生产再生胶比例名列前茅。我国废橡胶的利用主要是对废轮胎的利用，一是加工后生产再生胶和胶粉，二是旧轮胎翻修利用。据统计，2003年全国橡胶消耗量为310万吨，产生的废橡胶量约为200万吨，利用量为130万吨，其利用率为65%。2008年，我国橡胶消耗总量约550万吨，同年产生的废旧橡胶量达350万吨。2010年，我国共生产440万吨再生橡胶，相当于为橡胶工业提供了70多万吨天然橡胶，同时处理了500多万吨废橡胶。据测算，废轮胎中含有22%～24%的尼龙等合成纤维，可加工成塑料制品；16%～24%的钢丝是优质弹簧的原料；58%～60%的橡胶混合物，可制成再生胶的胶粉，用于橡胶制品、建设道路等。当前我国废旧橡胶的回收利用正好与国外相反，国外大多以生产胶粉为再生利用的主要手段，生产再生胶为辅，而我国则以生产再生胶为主，约占全国废橡胶利用总量的90%。胶粉工业刚刚起步，胶粉所占比例仅为再生胶的2%，且基本上是生产粗胶粉。同时，我国对再生胶和胶粉的后续加工利用，没有普遍展开。其他在直接利用或改性利用方面也比发达国家少得多[6]。
另外，从美国、日本等发达国家废轮胎的利用渠道分析，旧轮胎符合翻新条件的，首先进行翻新，一般都翻新3～5次，不能翻新的才进行其他利用。而我国翻胎业落后，大量新胎为一次性用品。特别是我国废橡胶的再生利用，多数工厂规模较小，布局分散，管理粗放，污染严重。同时产品质量不稳定，生存发展缺乏后劲，导致了新的资源浪费。
2.2.2 国外废旧橡胶回收和利用现状
一般认为，橡胶制品的产量约为消耗生胶产量的2倍。在生胶产量中，天然橡胶约占30%，合成橡胶占70%。统计资料表明，20世纪80年代中后期的废橡胶产生量约占当年橡胶制品产量的40%～45%，而废橡胶的回收量在废橡胶产生量的50%以下。
20世纪80年代初期，世界年均生胶总消耗量为1550万吨左右，年生产橡胶制品3100万吨，其中50%为轮胎，其余制品为胶鞋、胶管、胶带等。20世纪80年代后期，世界各国所产生的废橡胶已超过1300万吨，美国橡胶制品年产量约500万吨，其中轮胎为300万吨，每年报废轮胎量约为2亿条；此外，每年还产生工厂废橡胶（即边角料等）约45万吨，年均再生处理废橡胶量占20%，被堆存量为60%。其中大量的废橡胶作为工业锅炉、热电厂的燃料，回收部分能量。日本每年产生的废橡胶量约为96万吨，其中废轮胎约5000万条，废轮胎占废橡胶的60%，废胶管、胶带及工业杂品占17%，其余为废胶鞋、电缆等。日本再生利用废橡胶中37%废轮胎被制成再生胶或胶粉，13%翻新为轮胎。
20世纪90年代以后，美国、英国、德国、澳大利亚、加拿大和日本等国相继建成了废轮胎低温粉碎工厂，将废橡胶制成精细胶粉或超细胶粉，其粒径为30～60μm。国外废橡胶利用重点已从再生胶转向制造胶粉和开辟其他领域。
在美国，胶粉已占废橡胶利用量的8.9%，大大超过再生胶。通过共同努力，美国境内废旧轮胎存量已减少许多，90%以上的废旧轮胎回收利用，主要用于生产胶粉、再生胶和热能利用。美国橡胶生产商会在报告中称，2010年，美国产生的废轮胎已有91%得到重新利用。据美国《橡胶世界》报道，废轮胎胶粉用来制备体育场和游乐场橡胶地板，是废轮胎回收利用增长最快和用量最大的两种用途。在这两个应用领域，美国每年大约要消耗掉1300万条废轮胎。美国生产胶粉是用常温或低温粉碎等方法，研究人员2002年参照粉末冶金的原理，以胶粉为原料，在不添加任何助剂的情况下，借助于高压直接压制出模压橡胶制品，制品性能可达到原来的35%～40%。利用胶粉生产各种橡胶制品，如鞋底、垫片、地砖、黏合剂、电气绝缘件、运输带、防水建材、农用节水渗管、消声板、水管、包装材料、涂料、窨井盖、游泳池护缘、橡皮擦等各种产品。
英国PYReco公司开发的废旧轮胎热解闭环回收利用技术获推广应用。PYReco公司于2008年11月与世界领先的特种矿物加工工程承包商之一、芬兰Metso公司旗下的Metso矿物公司签署协议，到2010年年底建成废旧轮胎连续化热解装置并投入运行。这一开发项目可使废旧轮胎再返回成为制取新轮胎适用的材料。
加拿大安大略省在全省范围内推行一项轮胎回收计划，旨在赋予废旧轮胎第二次生命。据统计，该省居民每年至少扔掉1200万条废旧轮胎，其中只有1/2被回收利用，而其余部分被送到加拿大的其他省份，作为水泥厂的燃料。加拿大的加工设施可以处理巨型轮胎，巨型轮胎不需要切成小块再投进去分割，设备可以一次性将巨型轮胎直接投进去破碎，在废橡胶生产设备方面已经形成自动化生产线。
2.3 废旧纤维的回收和利用概况
目前，生产再生胶和废胶粉已经是废橡胶再生利用的主要途径，且该过程产生了大量的废纤维。据统计[7]，20世纪80年代中期，我国每年产生废胶量达70万～80万吨，20世纪末突破100万吨。目前，我国再生胶的年产量为20万吨以上。在再生胶的生产过程中，一般至少产生5%的废纤维，这样每年的废纤维的产量约为1万吨（不包括废胶粉生产中产生的废纤维）。由于技术、经济及其他原因，作为第二产物的废纤维的再生和利用常被人们忽视，大部分厂家采用焚烧法将其处理掉。然而，通过焚烧法处理废纤维，在能源紧张的今天并非明智之举。实验证明，尽管废橡胶再生过程中废纤维已遭到一定程度的破坏，但它仍具有一定的机械强度，特别是合成纤维，仍具有弹性好、耐磨性高、耐介质性能优良等特点。虽然这些废纤维表面沾有污物，同时又混杂一定量的碎胶渣和胶粉，但是通过适当的工艺处理，完全可以发挥其潜在的利用价值[8]。
废旧纤维及其制品可由多种途径和方法进行回收利用：再生胶厂的废短纤维因粘有部分废橡胶可直接加工成再生板材或采用适宜配方制防水油毡；回收的废天然纤维可以造纸；合成纤维的废弃物可热解回收有机化工原料；如果将废纤维作为增强骨架材料，则可以用于制备弹性体、再生胶、热塑性树脂、废旧热塑性塑料回收料、橡塑共混物、微发泡制品等[9]。
回收利用废旧纤维，首先应区别其种类，然后进行分拣，以便合理地利用。国内对纺织纤维制品的回收处理，过去主要是采取分类回收处理的办法。即按棉、毛、丝、麻将其回收分类，然后回用于纺纱、织布。鉴于废弃纺织纤维质量状态存在的差异性，对其处理的方式可分为再加工利用和弃置两种。再加工利用是指利用机械对废弃纺织纤维进行切割、开松、除尘、梳理以获得纤维状物质。弃置的废弃纺织纤维可以传统的方式进行掩埋，也可以焚烧的方式作为热源使用。废旧纺织纤维及其制品可由多种途径和方法进行回收利用。回收的纤维可以作为纺织原料、造纸、制造纤维素衍生物，还可以用来制造无纺布等。