| 世界范围的塑料消费量目前达到了1.5亿吨，用于各种材料、制件和商品。其中，PP和PVC之类材料以其巨大的用量而闻名，而薄膜、泡沫等因其在制件和商品中的通用性而著称。如图1，四大塑料以及众多消费量较少的塑料种类构成了庞大繁多的塑料家族。
由于应用、技术和经济等方面的原因，聚合物加工和使用后产生的废弃物使塑料的进一步开发面临着很大的困难。同时，这还是一个必须认真对待的环境污染来源。从环保观点来看，能够对塑料进行重复加工是解决问题的最好途径，再加工可以从两个方面来进行：
 问题所在
造成循环使用困难的原因有很多，如下和图2所示：
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塑料废弃物非常纷乱。例如塑料袋子很轻，分散于城市垃圾甚至于飘飞在空中；汽车的塑料部件包含在其1～2吨的其它垃圾材料中；塑料瓶子、PVC墙纸支离破碎，回收到的都是少量部分……
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使用过程中产生的废弃塑料因其使用寿命而劣化，长期的暴露于空气、热、光、化学品环境，使得塑料的化学组和化学结构成被改变。
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塑料经常要与不相容材料紧密混合使用，造成其分离困难，例如作为电线包覆层、防水布、增强带等。
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常用的塑料价格较低，循环制品难以获得竞争力。相反，价格昂贵的塑料又很少用于由其它材料制造的一般性小部件。用于循环使用的研究费用成本并不容易收回。
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热固性塑料的交联结构形成了一种不可逆的三维网络结构，妨碍了其再加工。
相应地，塑料回收过程困难、成本高。
废弃物分类
为了尽力简化问题避免增加循环使用步骤，有必要对废弃物进行分类。尽管塑料废弃物来源各异，但基本可以分为三个类型：
图3概括了前述的两种有效方法，表明对于加工废物料而言其前景非常看好。
加工废物料的循环使用
如果从加工工序的起始阶段就开始考虑到循环回收的因素，这样的过程将是一个理想并可以实现的完美闭合循环过程。在这个过程中，熔渣、边角料、次品或有缺陷外形产品等安全有序地分别存放，然后分别粉碎，最后在产品相同的部位和外形上进行再利用。图4展示了大多数制造商所采用的工艺路线。
该过程要成功运行，必须遵循以下基本原则：
循环回收过程对材料的损害
一般来说，循环税收过程会使大分子断链，但有时，也会引起交联，材料被氧化甚至被水解会引起以下性能的改变：
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流变性能的变化――一般熔体粘度会减小，但有时也会增加；
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拉伸强度和模量的下降带来机械力学性能和热性能的下降。如果材料采用了纤维增强，那么纤维长度的减少还会加剧性能的下降。化学损伤会带来纤维使用寿命的减少，天然纤维较为严重，人造或玻璃纤维相对好一些。
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保护性添加剂的损失、化学结构的改变和使用期间吸收的化学物质会带来循环使用材料的耐老化性能、化学行为、燃烧性能和电性能的改变。
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白色和浅色制品的颜色一般会发生明显变化。
如何通过可见和不可见方式来限制循环回收对材料的损害
如果使用了循环回收材料使材料的性能下降的话，可以采用以下多种办法来掩饰这种损害：
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采用高浓度的循环回收材料来代替原材料。一般采用20～25％的替代比，但可根据新制件和产品的要求调整替代比例。
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通过复合注射或复合挤出方式用在循环回收材料外部包裹上一层或两层原材料。这种技术一般用于膜状、管状和挤出制件。
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将回收材料作为内部填充料来使用，这种方法一般用于不可解交联的热固性塑料制品中。
热历史影响
热历史是可以叠加的，取决于一种聚合物所经历的温度及对应时间。
N.YARAHMADI和Al.(Polymer Degradation and Stability 73, 1, 2001, p.93)研究了一种白色硬质PVC制品的褪色行为。通过以下不同的条件可以导致相同的褪色结果：
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65°C下168天；
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70°C下92天；
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75°C下45天。
这些数据可以利用Arrhenius方程进行很好的拟合。（如图5所示）
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图 5: log (老化时间)/（1000/T）的Arrhenius图
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可以预测，如果在室温下要达到相同情况的颜色变化将会需要几百年甚至更长的时间，但是在高温下这个寿命时间极为短暂，例如200°C下只需要30秒时间（假定此温度下褪色机理不变）。
湿气影响
相当一部分聚合物对水解很敏感，在加工过程中会因为水解作用而发生变化，而且加工时间越长，温度越高，带来的变化越大。
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性能保持: |
干 |
湿 |
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拉伸强度 (TS) |
100 |
91 |
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断裂伸长率 (EB) |
98 |
87 |
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弹性模量 (mod) |
97 |
85 | |
聚碳酸酯经过两次循环回收加工过程后性能的保持程度如图6 （F.P. LA MANTIA and Al.，Progress in Rubber, Plastics and Recycling, 19, 3, 2003, p.135)所示，其变化是由湿度引起的。加工过程中存在的水引起了制品性能的全面退化。
污染物影响
工厂中用到的别的聚合物、使用过程中引进的化学物质或者不小心引入循环回收过程中的某些化学物质都有可能构成污染物的来源。
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性能保持: |
油 |
乙二醇 |
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断裂伸长率(EB) |
200 |
118 |
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弹性模量 (Mod) |
65 |
88 |
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拉伸强度 (TS) |
78 |
83 | |
T.KALLEL和 Al. (Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 19, 2, 2003, p.61)研究了低浓度（几个百分比）的一种发动机油和乙二醇对PE/PS合金性能的影响。一般情况下这两种污染物（特别是矿物油）可以充当增塑剂，从而减少材料的动态粘度和力学性能。一些力学性能（模量、拉伸强度和断裂伸长率）的变化结果如图7所示。
关注循环回收过程中的未知因素
我们已经明确知道循环回收过程会劣化机械力学性能，但是这个过程对材料流变行为的影响却是相对不那么清楚了，有时流变行为的变化会以完全意想不到的方式来影响材料的性能。阻燃级别，即阻止燃烧和释放烟雾的性能，就是一个很好的例子。X. ALMERAS和Al. (Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 20, 1, 2004, p.25)研究了多次循环回收过程对膨胀型PP/PA材料VO阻燃级的氧指数（LOI）、垂直燃烧速度（UL94标准）和CO释放的影响。经过第一次循环回收后，材料不再符合VO阻燃级别，氧指数下降了20％，CO释放从40％增加到了高于100％。
对循环回收材料进行完善处理和合理应用，即使经过多次循环回收过程，也可使之成为性能优良、成本低廉和环境友好的聚合物原材料
从完全应用到相对原始材料的小比例使用，循环回收材料都有可能涉及，这样一个加工过程需要考虑到很多工艺参数条件，包括：
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制品某一部位可能产生废料的平均比例；
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在该部位进行第一次循环回收加工所需的技术支持；
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进行第二次循环回收加工的可能性；
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经济成本参数。
UL标准对回收物料应用的要求
UL标准要求：
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所回收物料不包括热固性材料、热塑性弹性体和已经回收使用过的材料；
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在同一塑件中，回收物料低于同等级原始热塑性材料质量的25％，则不需要额外的测试性能；
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对于回收物料高于原始热塑性材料质量25％的情况，UL标准要求对产品进行力学性能、燃烧性能和老化性能等相关特定的评估测试。
制造商要求
如图8所示，各种产品的制造商，如长纤维增强热塑性塑料（LFRT）、工程热塑性塑料（ETP）和热塑性弹性体（TPE）等，对循环回收材料在产品中最高应用含量都有各自不同的要求。LFRT的应用含量很低，这是因为回收物料中长纤维的断裂会带来机械性能的严重下降。对于其它的热塑性塑料，应用含量取决于材料对水解和热氧老化的敏感程度以及加工工艺参数。这些规范的前提条件是回收物料必须得到认真的预处理，并且要求没有经过严格预先测试的回收物料不能应用到生产中。
图9展示了一种TPV经过1～7此循环处理过程中，其拉伸强度和压缩变形的变化过程。我们可以看出该样品的良好性能表现。其生产加工过程得到了优化，后一循环紧接前一过程进行。
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图 9: 一种TPE经过1～7次循环处理过程拉伸强度（TS）和压缩变形（CS）的变化过程
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结论
塑料废物料很容易找到其用武之地，即作为原始物料的添加成分来进行制件的生产加工。
如果能够在生产过程的起始阶段就开始考虑到循环回收的应用，那么加工过程中产生的废物料将会成为额外的利润来源。但是前提是必须遵循一些必要的要求：
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不要在加工过程和储存过程中损害材料；
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在循环回收之前及其进行过程中都要认真处理废物料；
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在同一制件中合理应用回收物料和原始物料
循环回收过程往往伴随着热损害、氧化损害及可能伴有的水解损害，相应会带来性能方面或多或少的改变。但是对于未增强热塑性塑料而言，根据UL标准一般都认可，在制件（甚至是高技术或高安全要求的制件）中，可以采用20～25％回收物料与80～75％原始物料的配比。在这个平均水平附近，根据回收物料的劣化程度和最终制件的要求，可以适当进行各种调整。但是要求每一种变化调整都必须进行前后对照的研究及应用前的预先测试。由于交联造成的三维网络，循环回收很难应用于热固性和弹性体材料中。对纤维增强塑料而言，循环回收过程会使纤维变短，因此而带来机械性能的改变。
参考文献
Technical guides and websites: Akzo Nobel, BASF, Bayer, Degussa, DSM, DuPont, Hoechst, RTP, Victrex…
X. ALMERAS and Al. (Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 20, 1, 2004, p.25)
N.YARAHMADI and Al. (Polymer Degradation and Stability 73, 1, 2001, p.93)
F.P. LA MANTIA and Al. (Progress in Rubber, Plastics and Recycling, 19, 3, 2003, p.135)
T.KALLEL and Al. (Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 19, 2, 2003, p.61) |
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