创新

实现塑料回收闭环

塑料让我们的生活更轻松、更安全。然而,当前塑料废弃物仍然太多,对地球环境造成了严重影响。为了解决这个问题,我们需要在世界范围内建立更好的回收系统,并真正实现循环经济。新的研究项目给我们带来了希望。

全球每年生产逾3.5亿吨塑料,但在过去数十年间,只有一小部分被回收利用。目前,全球生产的大部分塑料最终被填埋处理,更有甚者被直接丢弃于自然环境中。由于塑料的降解时间长达数百年之久,自然环境中的塑料垃圾只会越积越多,对生态环境造成毁灭性打击,并给人类健康带来威胁。

越来越多的人已经意识到了问题的严重性。目前,“收集、处理、回收”的处理模式已成为全球共识。在这一背景下,“循环塑料”的概念孕育而生。“循环塑料”旨在打造材料循环流程,在这一闭环中,塑料材料可以被循环再利用。作为领先的特种化学品公司,赢创宣布在全球范围内整合各类循环塑料项目,为聚合物价值链的各个循环阶段提供解决方案。

塑料污染,一个世纪难题

凭借诸多优异的特性,塑料已成为现代生活中必不可少的部分。如果没有了塑料,一次性注射器、橡胶手套等医疗设备将无法安全使用。塑料可用作建筑物和冰箱的隔热材料,可制成汽车轻质部件以减少能耗,还可用于食物保鲜、从而减少食物浪费。电动汽车、风能、太阳能等许多前景广阔的环保型技术都离不开塑料。

然而,如今全球生产的近一半塑料被加工成一次性包装材料,这些塑料包装几乎在转眼间就成了垃圾。为了遏制这一污染,我们必须将其回收利用。但在多重因素的影响下,这一目标很难实现。比如,回收塑料无法完全杜绝污染,质量也参差不齐,因此即使是无需和食品接触的包装也极少使用回收塑料。

目前,塑料包装材料主要分为三种类型:聚丙烯(PP)、各种类型的聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),主要被用于制作袋子、薄膜、瓶子等包装以及其它日常用品。在使用后,这三种塑料都可以很容易地回收、熔化并进行再加工。

唯一的问题是,它们无法混合使用。如果PE薄膜中含有少量的PP,就无法制成密封良好的包装。因此,在再利用之前,回收公司会先对塑料回收物进行识别、分拣和分类。那些无法识别、分拣并回收的塑料碎片则会被运往垃圾焚烧厂或用作水泥厂的“替代燃料”。

用于塑料回收工艺的加工助剂

塑料包装材料回收的第一步是粉碎并清洗塑料垃圾,使其尽可能转化为纯净的回收颗粒而能够像新塑料一样进行加工。然而,对于一些由不同塑料原料制成的多层薄膜包装,比如一些包裹湿润或油性食品的包装袋,却几乎不可能将其组成材料分离并回收。

对于赢创而言,就是将“不可能”变成可能。三年前,赢创扩建了位于德国埃森的应用实验室和邻近的技术中心,以便深入研究塑料回收过程中所面临的问题。

过去几十年以来,赢创一直为塑料行业提供添加剂和加工助剂。这些材料改善了塑料制品的性能,例如阻燃性、流动性、耐刮擦性、触感等。可回收塑料同样需要满足以上性能。 “尽管不同生产工艺的细节要求有所区别,但我们发现,赢创现有的许多技术同样适用于塑料回收工艺。” 赢创特种聚合物技术总监Kathrin Lehmann表示。

赢创研究人员的目标:使回收塑料颗粒具备与新材料相同的良好特性。
赢创研究人员的目标:使回收塑料颗粒具备与新材料相同的良好特性。

例如,在清洗和分类领域,Lehmann团队开发的定制表面活性剂可用于脱墨和脱标签工艺,以快速去除塑料包装上残留的油墨和标签,并且不会产生任何残留物。消泡剂可以防止过多泡沫的产生,从而简化洗涤过程;润湿剂可增加清除标签粘胶的碱液的流动性;脱水剂则有助于后续的干燥过程,从而节省能源和时间。

而在另一边,工艺开发团队正在研究塑料挤出机和薄膜包装机的工艺优化,以确定赢创的添加剂在可回收塑料的制备和加工过程中发挥作用。因为虽然回收塑料的工艺要求与新塑料、新材料相似,但也存在额外的要求。例如,由于原料中可能包含多种聚合物,材料的流动性和熔融性必须经常进行微调。

尽量减少回收物处理过程中的异味也是一大重点。如果回收材料中含有有机化合物或粘合剂残留,在挤压过程中加热,将会产生具有挥发性和强烈气味的物质,需要很长时间才能消散。一些回收公司会通过添加芳香剂来暂时掩气味,而赢创的解决方案是通过除味剂将挥发性物质永久去除。

赢创消泡剂有助于显著改善塑料回收设施的清洗工艺。图为化学实验室助理检查回收塑料样品的气味残留。
赢创消泡剂有助于显著改善塑料回收设施的清洗工艺。图为化学实验室助理检查回收塑料样品的气味残留。

助力多层包装薄膜回收利用的烯烃基添加剂

针对多层薄膜难以回收这一棘手挑战,赢创甚至可以提供两套解决方案。对于一部分多层薄膜,可以通过使用合适的表面活性剂,甚至做到100%精确分离。

对于无法成功分离的多层薄膜,解决方案就是VESTOPLAST®。这种由赢创开发的聚烯烃是一种热熔胶粘剂,可用于尿布、卫生巾和纸箱的粘合。VESTOPLAST®是PE和PP的化学近亲,可以使这两种材料相互兼容。不久前,赢创与维也纳技术大学合作开展了一项试验,成功生产出由三分之二PE和三分之一PP组成的全新的、物理性能更好的回收材料。这对于很多下游公司来说无疑是一个好消息。目前,许多公司都希望采购更多可回收材料,但现有回收材料的质量却无法达到标准。

以德国汉高集团为例。2019年,汉高消费品包装材料的使用总量为76.9万吨,其中约一半采用塑料制成。到2025年,汉高计划全部采用可重复使用或可回收再利用的包装材料,其中至少30%将采用回收塑料制成。在不降低对包装颜色、气味、触感和功能要求的基础上实现可持续,这对产品设计师来说将是一个挑战。

与此同时,在确保包装实现坚固、耐温、耐用的同时,客户也越来越关注包装的拆卸方式。目前,许多厂商正在使用塑料捆扎标签,仅需通过几个点就能固定包装,从而替代完全粘合的纸质标签。为此,汉高开发出了一种外包装胶粘剂,可保持包装结构的稳定,从而降低收缩包装的使用。

而这也是赢创发挥重大作用之处。作为一家价值链上游供应商,赢创不仅提供VESTOPLAST®聚合物产品,还提供许多胶粘剂解决方案,可用于酸奶盒、纸板箱等各类包装材料。赢创聚烯烃技术平台总监Sebastian Babik表示:“长期以来,粘合与剥离并不是唯一的问题。另一大问题是胶粘剂产品在回收过程中的性能表现。如今,客户对这一问题的关注度更高。”

这种反思,以及无数塑料回收问题的解决方案,让人看到了希望。世界各国都在完善法律规定,提高塑料废弃物的回收处理比例,并要求各大行业、公司和消费者承担责任。分拣公司、回收商、包装制造商、消费品生产商和化工行业正在寻找打破当前僵局的全新途径。包装行业实现循环经济虽然任重道远,但方向却十分清晰。实现全球塑料回收闭环将是一项世纪重任。我们还有很多东西需要学习。

打破僵局:在赢创位于德国埃森的实验室内,研究人员正在开发提高塑料袋回收效率的工艺。
打破僵局:在赢创位于德国埃森的实验室内,研究人员正在开发提高塑料袋回收效率的工艺。

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