小型挤出机助力塑料回收研究

回收现代塑料远比看“追逐箭头”符号中的数字并将其投入指定垃圾箱要复杂得多。一旦塑料到达回收设施，就需要以正确的方式处理，以优化其回收潜力。现代包装、设备以及许多其他技术应用中使用的塑料材料通常是由数十种化学物质组成的复杂混合物。这使得回收这些塑料并防止其进入填埋场成为真正的挑战。研究回收方法的科学家不断努力开发从废弃物收集到高效闭环回收的方法。最终目标是弄清楚如何分离出各个废弃组分，然后确定如何高效地将它们加工成与原生塑料材料等效的再生塑料。

三种回收工艺类型

在回收领域，主要有三种工艺类型：化学、机械和基于溶剂或物理的方法。每种方法在不同情况下都有其自身的优缺点。对于像塑料这样的聚合物材料，这些方法可能产生非常不同的结果。化学回收基于解聚反应，会得到各种较小的构建块或单体混合物。物理回收利用溶剂将塑料分解，但不会影响聚合物结构。机械回收则采用研磨、磁性分离、分类、抽除挥发性有机化合物（VOC）以及带熔融过滤步骤的挤出等技术。在这些机械步骤中，聚合物结构不会受到影响，至少不是有意为之。

在机械回收工艺的研究阶段，目标是确定可以实施哪些不同的机械处理步骤，以便最终获得最高纯度的再生塑料。一台小型实验室规模挤出机可以成为测试和回收研究中的重要资产，用于找出最佳参数和回收路线。由于研究路径常常会带来商业上不可行的新发现，因此需要进行小规模实验，以经济有效且不产生大量不可用废弃物的方法测试新方案。

减少废弃边角料

在某些情况下，将废弃物转变为有用材料是一项政府指令，而在其他情况下则是自我设定目标。例如，欧盟（EU）等组织提出了相关指令，要求汽车行业使用更多比例的再生材料，其中包括一定份额来自报废车辆的材料。

其他行业可能只是希望环保并减少自身废弃物。例如纺织行业生产如运动包等产品时会使用不同数量和类型混合材料，由于生产过程中总会剩下一些裁剪下来的材料，因此必须妥善处理这些废弃边角料。

减少废料的产生一直是任何负责任企业的目标，而生产耐用、可修复和可回收的产品则是欧盟《可持续与循环纺织品战略》明确提出的目标之一。该战略的另一个目标是纳入足够的回收能力，并最大限度地减少焚烧和填埋。目前，欧洲每年丢弃近500万吨服装，其中大部分被送往填埋场或焚烧。当前，只有1%的此类材料被回收用于制造新服装。（来源：欧盟委员会能源、气候变化与环境总司）在实验室规模上对生产过程中剩余的小块废料进行实验，有助于开发能够提高纺织品回收率的方法。

塑料回收科学

塑料回收是一个复杂的过程，涉及大量实验和众多变量：材料或混合材料的化学成分是什么？应该如何切割材料，还是应该将其粉碎？为了有效回收，这些颗粒应有多小？是否需要进行某种预处理以使材料适合挤出机加工？为了优化加工流程，预处理步骤应按什么顺序进行？在后续工艺中，塑料再生料是否会经过注塑成型？对于纺织品来说，实现纤维到纤维的回收是否可行？所有这些问题都需要得到解答，以开发经济高效的回收工艺。

由于在工业规模上测试所有这些可能变量并不现实，因此通常使用实验室规模的挤出机进行初步试验。工业级挤出机所需原材料量要大得多——至少约100公斤。除了在如此大体积上运行未经验证的实验会造成浪费外，在某些情况下甚至无法获得如此大量的原材料。一批待回收的新型材料测试样本可能只有5公斤、10公斤，甚至仅有几克。

在回收中使用挤出机

幸运的是，在小型挤出机上进行的试验可以代表更大规模加工时的情况。所有在实验室中开展的情景模拟和测试都可以在可控范围内完成，包括通过流变测试测量材料特性、确定废气成分等。这些测试方法可以在线完成，使得检测更加便捷，并且速度足够快，可以及时获得结果以调整工艺流程。与只取整体批次中的一小部分（可能并不具有代表性）样本且耗时较长的离线实验室检测相比，这种方式得到的数据也更为规律。在基于少量原材料通过实验确定了工艺流程后，由于挤出工艺具有良好的可扩展性，该方法可以相对容易地转移到大型挤出设备上应用。

实验室挤出机的可控尺寸带来了其他优势。实验室规模挤出机占地面积小，意味着它可以更容易地适应狭窄的工作空间；有些型号甚至可以放在实验台上，使操作变得简单方便。此外，可以用极少量材料通过实验室挤出机预先调整主要加工参数。如前所述，在回收那些未设计用于回收且从未被回收过的产品中的塑料废弃物时，有许多变量需要考虑——例如，来自报废车辆、电气废料、转子叶片等的塑料废弃物。对于这些材料应该使用哪些添加剂、哪种颗粒尺寸效果最好等，都需要确定。小型挤出机对于初步尝试辨别最佳加工参数非常有用。

电子行业就是实验室规模挤出机极为实用的一个例子。想象一下，一卡车电子产品准备进行回收。这些电子产品包含各种金属和塑料，大大小小的零件混杂在一起。如何采用机械方法，而避免使用危险化学品或有毒溶剂，将这些部件分离并获得有用的再生材料？你该从哪里开始？

在实验室规模下，可以仅用几百克材料开始。例如，一个500克的电子元件可能一半是金属，一半是塑料。但这部分塑料可能包含十几种不同类型的塑料。这意味着最终每种聚合物得到的数量都非常非常少，可能只有几十克。在半工业挤出机或更大型设备上处理这些材料是不现实的。

在这种情况下，流程会首先将样品进行相对简单的研磨和金属分离处理。这一步提取了金属部分，并得到含有不同聚合物比例的混合物。然后光谱分析方法如拉曼光谱法或近红外光谱（NIR）法可以根据化学成分区分和分离塑料的小颗粒，也可以采用其他机械方法，如沉浮测试，根据密度来分离不同类型的塑料。当完成这一分离步骤后，实验室规模挤出机会发挥作用，因为某些聚合物只存在于很少量。有时还需进行预处理，然后这些少量塑料被送入挤出机，在那里经过机械加工（可能加入某种添加剂以改变强度或其他物理性能），最终将材料转变为一致、均匀的产品。

一台可以与实验室规模挤出机配套使用的小型注塑机带来了额外的优势。当聚合物从挤出机出来后，可以直接送入注塑机，制备用于后续测试的样品。这些样品随后可以进行纯度、可加工性和使用性能的测试。

当前及未来小型实验室挤出机在回收领域的价值非常可观，因为许多应用仍处于向循环经济转型的初期阶段。将挤出机、注塑模具以及其他小型分析仪器等技术结合起来，使得在可控范围内，从原本混杂的聚合物中开发新的再生产品成为可能。