来自塑料的负面影响有:有害气体污染、有害析出物污染、废弃物视觉污染三个方面,要使塑料更加环保,就必须彻底消除这三个方面的污染。
第一部分:低有害气体排放塑料
一、低二氧化碳气体排放塑料(低碳塑料)
低碳塑料是指在合成、加工、储存、运输、使用和废弃的整个生命过程中排放二氧化碳低的一类塑料材料,在塑料制品上述六个环节中,哪个环节中排放二氧化碳呢?
二氧化碳气体的排放主要来自合成和加工耗能、废弃处理(焚烧和降解)两个环节中 ,具体排放比例见表1所示。 (图片) 合成和加工能耗释放的二氧化碳约占80%,解决办法靠节能技术。焚烧和降解耗释放的二氧化碳约占20%,解决办法靠选用低排放塑料,具体品种有生物塑料、再生塑料和无机塑料等。
(一)节能
1、新型设备
►全电动注塑机:采用伺服电机和电力驱动,可达到节能50%,并兼有生产高效率、产品高精度等优点,缺点为价格高于普通设备7-8倍之多。
►伺服电动注塑机:采用伺服电机和液压驱动,可达到节能50%,并兼有生产高效率、产品高精度、生产环境噪音低等优点,缺点为价格高于普通设备3-5倍之多。
►叶片式挤出机:改变传统螺杆为核心的塑料价格设备观念,采用叶片挤压式加工,直接节能达30%,设备减重50%,并具有高混合效果、降低物料分解程度等优点,缺点为刚刚试制,无大批量供应。
2、新型电机
►伺服电机:伺服电机不同于传统的电机,与定量泵电机比较可节能50%左右,且具有生产环境噪音低、生产效率高等优点,缺点为价格高于普通电机3-5倍。
►变量泵电机:由定量泵电机改进而来,节能可达到25%左右。
►变频器:将变频器加装到定量泵电机上,可实现节能20-30%,优点为安装简便、费用低,缺点为对不同产品节能效果不同,并对原有生产工艺和效率有一定影响。
3、新型加热装置
►电磁加热:电磁加热技术是通过电磁感应原理使金属料筒自身发热,从而加热料筒内塑胶原料,与传统加热圈加热比较节能40%左右,并具有降低生产环境温度的效果
►远红外线加热:利用特定波长红外线对料筒中的物料加热,热传导效率达95%以上,远远高于传统发热圈,节能可达到40%左右。
(二)减排
1、选用生物塑料
生物塑料就是以生物质材料制成的一类塑料。生物质材料是指自然界中生长的天然高分子材料,主要包括植物纤维、淀粉、纤维素、蛋白质、木质素及壳聚糖类等。
与石化塑料相比,生物塑料的优点为:
►低碳排放—因生物质在生长过程中可吸收大量二氧化碳气体,具有碳中和作用,只具有相当于石化塑料20%的二氧化碳排放。
►循环再生—生物质材料,年复一年、自然生长,取之不尽、用之不竭,是目前地球上唯一未被很好利用的丰富资源。
►生物降解—绝大部分生物塑料都具有良好的生物降解性能,其制品完成使用寿命后,可完全降解为环境友好的小分子材料,如PLA、PBS、PHA等。
生物质材料因不具有热塑性而不能直接用于塑料,需要经过适当的方法处理后才可用于塑料。目前已开发用生物质材料制造塑料的方法有:生物质材料热塑化改性、与塑料共混改性、用生物发酵法合成塑料,目前已开发的产品如下。
►生物质材料热塑化改性:热塑性
淀粉(TPS)、藻类塑料(美国加州的生物塑料生产商CereplastInc公司开发)、动物蛋白塑料(新西兰怀卡特大学用动物的蹄、羽毛等制成)、大豆蛋白塑料及纤维素塑料(CA、CN)等。
►生物质材料与塑料共混改性:淀粉复合塑料、植物纤维复合塑料(塑木)等。
►用生物质材料发酵法合成塑料:全部生物质塑料有PLA、PHA、PA1010、生物PE(巴西化工巨头Braskem公司以甘蔗乙醇为原料开发一种生物聚乙烯)、生物PET(2011年11月日本东丽公司用美国Gevo公司生物质原料对二甲苯合成)等、部分生物质塑料有PBS、PTT、PA610、PA410、PA10T等。
2、选用再生塑料
(1)再生塑料的来源(二大来源)加工废料:产生的渠道为边角料和各类不合格产品。加工类塑料性能下降小,如保存清洁,可以全部回用。
使用废料:使用过的塑料制品报废后,经过回收而来的废旧塑料,性能下降很多、且污染严重。
(2)再生塑料的优势(三大优势)
◇ 价格低廉,降低成本;
◇ 循环利用,节约石油资源;
◇ 省去合成环节能耗,具有低碳环保性能。
(3)废旧塑料的应用(分为“不能、难以和能”三类)
① 所有废旧塑料都能回用吗?
►无热塑性的废旧塑料不能使用
◇热固性塑料不能回用,如酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料和不饱和聚酯等。
◇过度交联的热塑性树脂交联料,具体如交联电缆料、交联泡沫塑料、辐射交联热收缩材料、聚氨酯硬质泡沫塑料等不能回用。
►烧焦料不能利用
►混杂料难以利用
◇洗机料-属于混杂类,难以利用;
◇复合料-相容性不好,难以利用;
◇混杂料-不相容的混杂料难以利用;
◇印刷、涂层料-混入大量油墨和涂层材料,影响塑料的性能,谨慎使用;
◇共混料-相容或已加入相容剂,可以使用。
►改性料可以利用
◇填充料-性能下降很大;
◇增强料-有的性能不变,有的下降很大;
◇阻燃料-含溴系阻燃剂,出口受限制。
►不同颜色料纯料可以利用
◇透明料-除了透明制品,可任意回用;
◇浅色料-不能用于透明制品,可用于各色制品;
◇深色料-不能生产透明和浅色制品。
②所有塑料制品都可用废旧塑料吗?
►透明制品,不能采用再生塑料;
►纯白色等浅色制品,回用率低;
►制品的性能要求高,回用率低;
►医疗、食品用塑料,不能回用。
3、选用无机复合塑料
无机复合塑料在焚烧处理时,无机成分不放出二氧化碳,因此具有低碳效应。无机填料资源丰富、价格又低,传统上主要用于降低成本,限制增加低碳作用。但无机复合塑料导致很多性能下降,对性能要求高的制品难以适用。
(三)减重
减重的目的在于节省原材料,兼有节能和减排双重功效。
1、简约设计-产品设计应该尽可能简单化,以节省材料;
2、薄壁设计-采用高性能塑料,降低产品壁厚,以节省材料;
3、微发泡-为最新发泡技术,与传统发泡塑料相比,在减轻重量同时不影响制品的性能。
二、其它气体排放
1、分解气体 - 主要呈现在设备的喷嘴和口模处,降低加工温度或改用叶片式加工设备。
2、VOC气体 - 产生于印刷或喷涂过程中的有机小分子挥发物,解决办法为采用环保油墨或涂料、采用免喷涂处理材料。
第二部分:消除固体视觉污染的塑料(降解塑料)
一、生物降解塑料
在有微生物存在的环境可以降解的一类塑料,具体环境为掩埋或堆肥。目前已实现产业化生产的生物降解塑料品种的有:
►改性淀粉:在淀粉中加入增塑剂等助剂,使其具有热塑性能,成为热塑性淀粉(TPS),可用传统塑料加工设备实现加工。优点为价格比较低,缺点产品耐水性差。
国内的生产企业很多,具体见表2所示。(图片) ►PLA:是淀粉发酵成为乳酸,乳酸聚合成为聚乳酸,树脂的性能与PS、PET类似,广
泛用于注塑、片材和纤维制品。国内外生产企业见表3。
►PBS(脂肪族二元酸和二元醇类聚酯及其共聚物)类:目前已合成的品种包括PBS、PBSA、PBAT等,在生产塑料薄膜产品上具有一定的优势。国内外生产企业见表4所示。
►PHA(聚羟基烷酸酯类):目前产业化品种有:第一代产品PHB(聚3-羟基丁酸酯),第二代产品PHBV(3-羟基丁酸与3-羟基戊酸共聚物),第四代产品P34HB(3-羟基丁酸与4-羟基丁酸共聚物),性能比较均衡,但价格比较高。各代产品的生产企业如表5所示。(图片) ►PPC(二氧化碳于环氧丙烷共聚物):我国合成技术处于世界领先地位,目前只有我国的企业有规模化生产,国外生产企业还未见报道。PPC可以将45%左右的气体二氧化碳固化,另外还具有气体阻隔性好的优点,比PET和PA6还要好,接近EVOH。生产情况如表6所示。(图片) ►PCL(聚ε-己内酯):具有较好的生物降解性能和生理相容性,是植入人体的首选材料,可用作手术缝合线等体内材料。由于PCL的熔点低(60℃),加之价格较高,所以很少单独使用。PCL常与其他降解塑料共混使用,用作改性材料,以降低成本和改善性能。
目前国内外生产企业如表7所示,但产量都很小,全球只有几千吨。
二、光降解塑料
在太阳光的照射下可以降解的一类塑料,目前产业化进展不大。
►含羰基的聚合物
光降解类聚合物为分子结构中含羰基的聚合物,具体为乙烯/一氧化碳的共聚物和乙烯/乙烯基酮的共聚物两大类。
乙烯/一氧化碳共聚物由加拿大公司生产,商品名Ecolyte PE;美国杜邦和DOW也生产,称为E-CO共聚物。如在乙烯中引入0.5%的羰基,E-CO在2~3个月内降解;如在乙烯中引入3%的羰基,E-CO可在1个月内降解。
乙烯与乙烯基酮的共聚物称为Guillet共聚物,为前者替代品,含5%羰基的Guillet共聚物的商品名为Ecolyte,这类PE膜的光降期可控制在60-600天之间。
►塑料添加光降解剂
在目前已开发的光降解剂中,二硫代氨基甲酸铁类最常用,其中二乙基二硫代氨基甲酸铁是最有效的光降解剂。它在加工中起抗热氧化稳定作用,在光照下又是最有效的光敏剂。光降解剂的加入量很小,一般都控制在1%以下,而且几种光降解剂并用效果更好。具体产品有上海化工总厂生产的LDPE/LLDPE(70/30)中添加0.05%光敏剂(有机铁、二茂铁等烷基化合物)和0.001%的光敏促进剂,制成了光结晶级树脂,薄膜产品3~4个月完全降解。(图片) 三、水降解塑料
►聚乙烯醇(PVA)
典型的水降解聚合物为聚乙烯醇,英文简称PVA。PVA除具有优异水解性能外,还具有优异的微生物分解性能,可被分解为二氧化碳和水,不污染环境。
PVA的最大缺点为加工性能和防潮性不好。以前一直采用湿法流延成型,目前市场上供应的PVA薄膜大都是流延法生产的。只是近年来才开发出干法挤出成型,提高了PVA的生产效率和薄膜的性能。目前研究热点仍集中在加工上,目的能用普通设备加工。
第三部分:不产生有害物析出的塑料
一、目前限制物质
目前限制析出的污染成分如下:
1、重金属 - 镉、铅、铬6+、汞、砷,可能还有锡;
2、部分卤化物 - 多溴联苯醚、多溴联苯、氯化石蜡;
3、部分有机物 -
(1)含有限制重金属的着色剂、
(2)邻苯二甲酸酯类增塑剂 、
(3)双酚A。
二、涉及的相关法规
1、RoHS指令
欧盟议会和欧盟理事会于2003年1月通过了RoHS指令,主要规定欧盟各成员国应保证从2006年7月1日起,投放欧盟市场的新的电气和电子设备产品中, 6种有害物质的限值为:铅(Pb)、汞(Hg)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的最大允许含量为0.1%(1000ppm),镉(Cd)为0.01%(100ppm)。
文本经过多次补充,主要是扩大产品范围到医疗器械、工业控制设备等。
2、REACH指令
2006年通过REACH指令,要求凡进口和在欧洲境内生产的化学品必须通过注册、评估、授权和限制,自推出以来不断补充,目前高关注物质已达到53种,涉及塑料的有:
增韧剂-REACH附件XⅦ(552/2009/EC)对六种邻苯二甲酸盐物质DEHP、DBP、BBP、DINP、DIDP、DNOP进行限制,在儿童玩具和儿童护理塑料产品中,DEHP、DBP、BBP三项之和含量不超过0.1%,DINP、DIDP、DNOP三项之和含量也不超过0.1%。其它限制的增塑剂还有C10-13短链氯化石蜡、DIBP(邻苯二甲酸二异丁酯)、DIHP[邻苯二甲酸二(C6-8支链)烷基酯]和DHNUP[邻苯二甲酸二(C7-11支链与直链)烷基酯 ]。
阻燃剂-六溴环十二烷(HBCPD)、三(2-氯乙基)磷酸盐(TCEP)着色剂-铬酸铅、钼铬红、铅铬黄、Cobalt(II) diacetate醋酸钴、Cobalt(II)sulphate 硫酸钴、Sodium Chromate(Na2CrO4)铬酸钠、Potassium chromate铬酸钾、Potassium dichromate 重铬酸钾、Ammonium dichromate重铬酸铵、钼铬酸铅红、铬酸铅、铬酸铅黄。
以上产品按产量规定最后截止时间:
◆年产量在1000吨以上的化学品,其申请注册截止时间为2010年11月;
◆年产量在100吨以上的化学物质,其申请注册截止时间为2013年11月;
◆年产量在1吨以上的化学物质,其申请注册截止时间为2018年6月。
3、BPA禁令
加拿大2008年10月18日宣布双酚A为有毒化学物质,由此成为世界上第一个将双酚A列为有毒化学物质的国家,并禁止在婴儿奶瓶的制作过程中使用双酚A。
美国于2009年3月份提案禁止在“可重复使用的食品容器”和“其他食品容器”中使用 (BPA),这一禁令在正式通过180天后开始生效。
欧盟于2010年底宣布婴儿奶瓶BPA禁令,并规定从2011年3月1日起禁止生产含有BPA的塑料奶瓶,6月起禁止任何BPA塑料奶瓶进口到成员国。
我国于2011年5月31日发布通告,确认婴儿奶瓶制造过程中不得添加BPA,且该禁令于6月1日正式生效。
三、解决办法
1、不加或少加有害物质;
2、不让有害物质析出,如电镀涂层。
12/22/2012
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