废弃PET瓶的回收现状及研究进展

李新芳 涂志刚 赵素芬

（中山火炬职业技术学院，中山 528436）

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种典型的半结晶型聚酯，拥有优良的热性能、力学性能和环境稳定性。由于其具有无毒、耐用而且透明的特性，因此被广泛应用于一次性饮料瓶和食品包装中[1-5]。有数据表明，目前全世界的饮料包装，包括碳酸饮料、茶饮料等，PET瓶装所占的份额都超过了70%，是使用率最高的塑料瓶[6]。随着PET在食品、饮料、柔性制造、印刷、电子等方面的大量使用，PET材料产生的废料数量急剧增加。到2017年，全球包装用PET总用量达到1910万吨[7]。PET是一种生物不可降解的材料，大量使用不仅给环境造成负担，也导致能源短缺。随着国际环保呼声越来越高，世界各国都很重视PET的回收与循环利用[8]。

1.废弃PET瓶的回收现状

全球PET产量处在一个高速增长阶段。在2005年到2010年这五年时间内，其产量增加了大约1000万吨。2008年，全世界的聚酯产能达到6700万吨，其中我国的聚酯产能已经超过2000万吨[9]。

随着经济的发展，我国的PET产量还在呈增大的趋势，目前产能已经超过3000万吨[10]。但这种高速发展都是建立在盲目跟风投资的基础上，生产效率低下、缺乏自我创新能力。

尽管废PET不对环境产生直接的污染，但因其化学性质相当稳定，很难自然老化而被环境消纳，微生物对其也不会分解，且由于其产品轻薄会占据大量的空间，对城市的环境美观造成很大影响[11]。

废PET的问题在现在越来越突出，各国面对这个问题，纷纷投入大量人力物力来研究这个课题并取得了不少成果。PET降解技术的不断进步，PET回收的成本也有了很大的下降，PET回收循环利用有利于环境和工业的可持续发展。

日本PET瓶协会数据显示，在2000年到2005年这五年时间内，日本PET瓶回收率增加迅速：2001年为44%，而2004年达到62.3%。2005年，欧洲对废弃PET瓶的回收量达到79.6万吨，与2004年相比增长了15.1%。其中，德国PET瓶的回收率最高，达到32%，回收量超过20万吨[12]。

美国聚酯容器资源协会（NAPCOR）、消费后塑料回收协会（APR）和PET树脂协会（PETRA）于2010年11月中旬的报道，2009年美国消费后PET聚酯容器循环利用率提到28%，这是美国循环利用率的第六个连续提高之年[13]。

Petcore Europe工业协会报道，2012年欧洲PET瓶回收量超过6000万个，超过52%的使用后的PET瓶被再度回收利用[14]。2015年，总部位于意大利Bologna的热塑性塑料包装生产商ILIPSRL公司宣称已经有能力生产百分百回收聚酯瓶制成的食品包装产品[15]。

2017年，德国贸易协会Forum PET的一项新研究显示，德国90%以上的PET瓶和容器进行了回收[16]，如此高效率的回收工作值得赞扬。

与国外发达国家相比，我国对废旧PET瓶的再利用还处在初级阶段，回收还有很长的路要走。但我国也逐渐认识到废弃PET回收的重要性，从中国橡胶塑料网了解到，2015年我国终于有了第一个能将回收PET瓶再加工后应用于食品等方面的公司——国龙塑料化工有限公司[17]。

2.废弃PET瓶的回收方法及研究进展

目前，废弃PET瓶的回收方法主要有2种，即物理改性法和化学降解法。

（一）物理改性法[18]

在废弃PET瓶物理回收方法中，主要的回收程序就是将废弃PET瓶经过5个步骤开展回收工作：分离、破碎、洗涤、干燥处理、再造粒。这些瓶片大部分被用来生产纤维，但也有少量的被直接用来生产塑料产品，如非食品包装容器，但是，由于PET瓶料在加工和使用中，其分子链可能会断裂，会出现分子量降低、特性黏数低，回收料处理不当会出现脆性大、冲击性能差等问题，所以很难将PET瓶料直接加工成产品，且所得的产品的力学性能偏低。因此，通常会通过物理共混，将PET瓶料与改性材料共混改性，使其具有一定的商业应用价值[19]。

曾以仁[20]以回收PET瓶片(rPET)为主要原料，分别从rPET扩链、rPET/PP共混、rPET/PC共混三方面对rPET进行了再利用研究。解决了rPET加工结晶性差，抗冲击性能差等缺点，得到了拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度以及结晶性好等综合性能优良的产物。王建国[21]等人研究了PBT和PET不同的比例、成核剂及不同种类的增韧剂的含量对PBT/PET共混物性能的影响。结果表明：成核剂能提高共混物的相容性，当乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物型增韧剂(AX8900)含量为0.5%时，共混物的冲击强度被大大提升。刘冰[22]等人采用“熔融挤出-热拉伸-淬火”工艺制备的PP-B/PET共混物中会生产出更多长度、直径比较大的PET微纤，PP-B/PET共混物的屈服应力比纯的PP-B高。

Steinert B W[23]等人研究了 PET-碳纳米管（CNTs）复合膜的电学性能，发现导电率非常容易受到CNTs的含量和分散性的影响。仅含1%的CNTs的PET/CNTs纳米复合材料的电性能比纯PET提高了9个数量级[24]。

（二）化学降解法[25]

化学回收方法既可产生解聚的单体，又可以产生部分降解的低聚物，再通过聚合将其制成瓶级PET切片。在废弃PET瓶的化学回收过程中，主要应用水解、醇解以及糖解3种方式。在这3种方法中，应用范围相对较广泛的主要是水解法，通过该种方法降解出来的低聚物与单体经过一系列的纯化程序后，加入乙二醇最终形成PET。剩下的醇解方法与糖解方法，均具有相对成熟的商业化降解经验。另外，中间产物的精纯程度与一致程度是不同的PET化学回收方法的主要区别。与以上3种回收方式向对比，复合降解法是一类更具有优势的回收方式，其主要的运用形式就是将水解回收方式与糖解回收方式进行结合应用，将废弃塑料转化成应用于食品安全级别的高质量塑料。在此基础上，该种高质量塑料并没有添加另外的化学反应物或者相关试剂，在生产出高品质、高质量PET产品的同时，又有效降低了生产成本，可谓一举多得。

宋婧[26]通过醇解法，变换醇解温度、催化剂种类和废弃PET种类，探索了醇解工艺的最佳条件，得到醇解产率高达98%。王少博[27]以PET聚酯的乙二醇解聚法再生利用为研究主题，合成了一种可在PET乙二醇解聚与再生缩聚反应中均表现出较高且定向催化活性的催化剂——乙二醇钛酸钠。以二甘醇和己二酸为共聚单体，采用酯化物共缩聚工艺，合成了一种新型低熔点共聚酯，制备了以其为皮层、以PET为芯层的热熔粘结复合纤维。施川[28]应用催化剂和乙二醇对废弃PET的降解做了研究，并使用自制催化剂降解废弃PET。Siddiqui等人[29]在碱性环境下，使用微波来对PET进行醇解，这样能够使得PET解聚有更短的时间。180°C的条件下，使用功率为46w的微波只需要30min就能够大致实现对PET的全部醇解。

2016年3月日本京都工艺纤维大学的小田康平和庆应义塾大学的宫本贤治等人在国际顶级期刊Science报道一种全新的细菌以帮助废弃PET的降解，该细菌能在PET薄膜上成长，而且将废弃PET吃掉，从而开创了废弃PET回收处理的全新领域[30,31]，该技术也被美国化学学会评选为2016年10大科技之一。Kathalewar M[32]等人通过糖酵解的方法，从而有效的回收利用废弃的聚酯用于涂料应用的再生产品。使用新戊二醇（NPG，PET和NPG的摩尔比为1:6）通过糖酵解反应，成功地生产了己二酸聚酯多元醇、苯甲酸、三羟甲基丙烷和聚氨酯涂料。

3.废弃PET瓶回收工作中存在的一些问题

现阶段，我国在废弃PET瓶的回收方面还处于低级水平，分析其原因，主要有三点[33]：

第一，我国废塑料行业由环境保护部、国家发改委、商务部、海关总署和质检总局等共同管理。因为行业归口不明确，致使缺乏行业指导、技术规范。塑料回收没有明确的回收体系，企业回收难度加大。

第二，我国在宏观层面还没有对废塑料回收利用行业发展的综合规划，缺乏具体政策扶持，缺乏废塑料分类技术规范，缺乏对采购使用废塑料并达到产品安全要求企业的认定和鼓励。相关制度不健全，这些都导致了我国废旧塑料回收行业长期以来呈低水平徘徊状况。

第三，我国塑料回收主要以物理再生为主，和国际上的物理再生、能量回收、化学还原和用作固体燃料等方法相差甚远，绝大多数废塑料回收处理工艺落后，产品的技术含量和附加值较低，尚不具有较高的工业化水平，欠缺回收处理相关的大型企业与机构。如果借鉴国外技术，其回收成本过高，企业的盈利能力不够。虽然国家有相关方面的扶植，但是不能够吸引社会上资金，导致整个回收产业规模小，回收能力弱。

4.结语

在全世界逐步追求资源再生利用的大趋势下，通过国家政策制度和管理体系的不断完善，新技术、新工艺、新设备的不断升级，PET材料一定会向更加环保的方向发展。

借鉴国外经验，如何能高效率回收PET且在质量上接近原生PET原料，也应作为今后发展的方向之一。