第一節　廢舊瓶前處理

一、廢舊瓶的基本特性

廢舊瓶片的再利用作為一項節約資源、保護環境的措施，普遍受到世界各地的重視。廢舊瓶片的循環再利用方法主要包括了分類回收、制取單體原材料、生產清潔燃油和用于發電、紡絲成纖維等技術。瓶片的循環再利用對減少二氧化碳氣體排放有重要作用。與埋地和焚燒以回收能量方案相比，再利用每噸塑料可減少產生1.5～2.0噸二氧化碳。PET瓶是食品、飲料包裝的主要品種之一，世界年生產聚酯瓶約3000萬噸，其中中國約600萬噸。舊聚酯瓶具有極強的化學惰性，很難在自然條件下降解，不僅對地球環境造成很大的負擔，而且還會造成極大的資源浪費。

PET瓶本身不僅包括了瓶體的PET組分，還包括了PE的瓶蓋、PVC的標簽紙還有標簽紙上膠水等成分，如表2-1所示。經過機械法回收純PET的含量高達99.9%，HDPE和黏合劑含量可分別降至0.03%、0.01%和0.06%。PET瓶片循環再利用料的特性黏度可達0.74dL/g。一般要求PVC、HDPE、黏合劑含量要極低，否則影響PET的可紡性。

表2-1　PET瓶組成及成分

二、廢舊瓶資源化工藝流程及裝備

廢舊瓶前處理過程是其再利用的關鍵，直接影響到其產品的品質。廢舊瓶前處理工藝流程細分為廢舊瓶—分揀—破碎—粗洗—瓶蓋、標簽分離—高溫處理—脫水—精洗—脫水—凈瓶片。廢舊瓶前處理流程及車間如圖2-2和圖2-3所示，下面將對廢舊PET瓶前處理主要流程進行分別說明。

（一）整瓶清洗

PET瓶由輸送機輸送進入洗瓶機。PET瓶按洗瓶工藝要求進行清洗，洗瓶機在洗瓶過程中，同時解開片狀瓶磚，洗瓶機對PET瓶中的泥沙和雜質等進行預洗去除，洗瓶工段還可去除殘留在PET瓶中的部分PE商標、紙標簽和部分膠粘PVC標簽。更重要的是，經過加熱預洗，PVC瓶物理性狀發生變化（相對PET瓶而言，PVC瓶顏色變乳白朦朧色或淡黃色），十分方便后續挑選。

（二）瓶的識別與分揀

廢舊瓶的來源非常復雜，常常混入沙土等雜質，且不同品種、不同黏度的瓶片往往混雜在一起，這不僅會對廢舊瓶的回收加工造成困難，也會較大地影響生產的制品的質量。因此，廢舊瓶前處理不僅要將廢舊瓶中的各種雜質清除掉，而且也要將不同品種的瓶分開。

1.廢舊瓶的分離方法

廢舊瓶的分離方法包括了人工分離、半機械化分離、機械（自動）分離（X射線探測和紅外線掃描技術），這幾種方法的優缺點如表2-2所示。

表2-2　廢舊瓶分離的方法

（1）人工分離與半機械化分離技術。主要依賴操作人員的經驗，雖然投資低，但這種方法勞動強度大、效率低、準確率低。

（2）近紅外（NIR）識別分揀技術。近紅外（NIR）譜區主要是分子振動的倍頻和合頻吸收。雙原子分子非諧振子除了基頻躍遷外也可能發生從基態到第二或更高激發態之間的躍遷，這種躍遷稱為二級或多級倍頻躍遷，產生的吸收譜帶稱為二級或多級倍頻吸收，統稱倍頻吸收。多原子分子的振動可以看成是由許多簡正振動組合而成，它們之間可能發生相互作用，使吸收峰頻率近似于二基頻的和或差，這種吸收叫合頻吸收。NIR吸收很適合用于分析透明的或淡色的聚合物，且相當快捷和可靠。NIR光譜的波數為14300～4000cm-1，適用于大多數通用塑料及工程塑料（PE、PP、PVC、PS、ABS、PET、PC、PA、PU等）的鑒定，因此NIR技術應用較廣。該法快捷、可靠，響應時間短，靈敏度高，穿透試樣的能力比MIR強。同時，NIR光譜儀無運動部件，易維修。

（3）水浮選器/水力旋流器分離技術。這種分離回收技術的原理是根據瓶上各種組分的比重不同，利用氣流分選器、水溶液洗滌劑、水浮選器/水力旋流器、靜電分離器等分離出標簽、膠、HDPE、鋁等，最后得到純PET。其中氣流分選主要分離出PET瓶的標簽，水浮選分離出其中的HDPE瓶蓋。

在PET瓶前處理過程中，由于原料情況的不同以及用戶對最終產品的要求不同，對分選設備的要求和布置就各有不同。應該遵循分選設備的互補性、雜質分選的全面性、特殊雜質的針對性原則。

2.分選設備的互補性

當某一瓶子通過一分選機進行分選，未能被分選機有效分離出來（分選效率都小于100%），這說明該瓶子本身可能具有不易被分選機識別出來的特性，比如標簽、臟物質、物質形狀等因素。如果該瓶子再次通過同樣的第二臺分選機，第二臺機器也有非常大的可能誤判該瓶子，因為該瓶子對兩臺分選機來說是一樣的。這就說明，如果串聯兩臺基本一樣的分選機來提高生產線的分選效率，結果肯定是不理想的。用兩臺分選機來提高最終產品質量的情況下，必須考慮分選設備的互補性，比如說，前一臺分選機是反射光正分選，那第二臺采用穿透光的負分選來互補性能，從而把一些漏選的雜質高效地分離出來。

3.雜質分選的全面性

長絲級或瓶級將是未來主要質量要求，在這種情況下，設計分選中心一定要考慮原料的特性，對原料中可能存在的雜質進行充分的考慮。對于從廢棄物分選工廠或超市回購的瓶子，主要雜質一般為各種不同的塑料。從垃圾或填埋場里再次回收的瓶子可能帶有很多其他雜質，這些雜質的不同都會對分選機的安排產生影響。

4.特殊雜質的針對性

在PET回收的所有雜質中，特別是高品質PET回收中，PVC依然是最重要，也是最難控制的，這就需要在設計分選方案時對PVC有一個特殊的考慮，從而能使PVC在最終產品中有非常好的控制。

對于分選機來說，有正分選和負分選的區別，所謂正分選，就是在進料的瓶子中，將需要的瓶子打出來，同理可得，負分選就是在進料的物料中將雜質從原料中打出。表2-3為分選機正分選和負分選的區別。

表2-3　分選機正分選和負分選的區別

5.分選的案例分析

案例一：

在原料較好，并且有過較好的預處理情況下，推薦使用以下方案（圖2-4）。

該方案主要是：第一臺采用反射光分選，將所有雜質包括不透明的塑料在第一道分選時去除，同時還有可能少量的PVC遺漏后進入第二道穿透光精分選設備。在第二臺設備里，由于是穿透光精分選，PVC在此得到針對性的處理，這樣兩臺分選機達到了很好的互補（穿透光和反色光），顏色分選可以將有顏色的、不透明的（包括PVC標簽的全包瓶）進行分選，從而進一步減少人工和PVC標簽可能帶來的對最終產品質量的污染。

在此方案中，如果去掉顏色分選，會使人工成本上升，如果去掉一臺材質分選機，由于沒有互補性存在，可能會導致PVC含量的升高，用戶可以結合自己的實際情況和要求對分選設備進行取舍。

案例二：

該方案主要針對材質比較混雜，前段并沒有進行非常細致的預處理生產線（圖2-5）。

第一道反射光正分選，將所有PET瓶從物料流中分選出來，通過第二道穿透光負分選精選PET瓶，這樣達到兩臺設備的互補性。由于第一臺采取了正分選，所有雜質的多樣性問題得到解決，第二臺穿透光精分選也同樣對PVC雜質有了針對性的處理，從而確保了最終產品的高品質。

同樣，該方案可以根據對最終產品的要求來減少顏色分選機或者一臺材質分選機來適合于不同預算和要求的清洗線。

（三）廢舊瓶的破碎

廢舊瓶的形狀復雜、大小不一，必須經過破碎或剪切等手段將其破碎成一定大小的物料，方可進行再利用加工。通常使用撕碎機或切粒機對廢聚酯進行切片處理。有的廢舊聚酯瓶只進行一次破碎，有的先進行粗破碎后再細破碎，最終成為1.0～1.5cm大小的碎片。

（四）瓶片的清洗

廢舊瓶通常會不同程度地沾有各種油污、灰塵和垃圾等，必須清洗掉表面附著的這些外部雜質，以提高再利用制品的質量。清洗方法主要有手工清洗和機械清洗兩種。清洗設備主要可分為立式和臥式兩種類型。干燥設備主要有熱風干燥機、真空干燥設備和紅外線干燥器等。

不同來源的瓶片清洗過程有混合、輸送、攪拌清洗（水溫90～95℃，時間30min）、輸送、脫水、一道清洗（密度差）、輸送、二道清洗（密度差）、脫水、氣流輸送、篩選（大尺寸篩除）、批料混合等，瓶片的清洗車間見圖2-6。

（五）瓶片的干燥

瓶片中的水分包括自由水分、平衡水兩部分。可用下式表示：

式中：F為切片的含水量；F′為自由含水量；F?為平衡含水量。

自由水分是可以被去除的水分;平衡水分是與一定的干燥條件相平衡、不能被完全去除的水分。降低平衡水分關系到切片的最終含水量能否符合紡絲要求。因此,切片干燥的關鍵是減少平衡水分。根據亨利定律:

式中：K為平衡常數；P為水氣分壓。

由式可知，若要降低平衡水分，必須降低水氣分壓。抽真空、空氣脫濕、提高溫度等均可降低水氣分壓。

水分去除的速度取決于干燥介質的溫濕度和水分與切片的結合形式。根據水分子與切片的結合形式，可將切片中的水分為表面吸附水與內部結合水。自由水分基本屬于表面吸附水，存在于切片表面空隙中，比較容易去除；平衡水分基本屬于水分子間水分，其中部分水分子與聚酯大分子形成氫鍵，很難去除。只有當切片內部與表面存在水氣分壓差時，內部結合水由于溫度升高而加劇運動，才能擴散到切片表面，進而蒸發，被干燥介質帶出。切片內的水分擴散到表面較困難，必須有足夠的時間才能達到平衡。水分的平衡是切片內部與表面的平衡，又是切片表面與干燥介質的平衡。表2-4是紡絲級回收再利用聚酯瓶片與原生纖維切片干燥對比。

表2-4　紡絲級回收再利用聚酯瓶片與原生纖維切片干燥對比表

針對來源差異性低、品質高的廢瓶，可以通過以上的前處理工藝后用于紡絲成形加工。循環再利用瓶片如圖2-7所示。諸如其他類似的廢舊PET材料如厚度較高的薄膜等均可以按照以上工藝流程進行前處理。但針對批次混雜、黏度差異大的瓶片，工業上還增加了瓶片熔融均化與造粒環節。其中均化過程是將不同黏度大小的廢舊瓶片及其助劑或改性劑實施混合使其均勻的過程。低黏度的瓶片在均化過程中會通過一定的方法使其相對分子質量增加。在完成均化增黏等過程中廢舊瓶片形成的熔體一方面可以直接用于紡絲，另一方面可以造粒，形成特定形態結構大小的粒子，再用于后面的加工。為保證循環再利用切片的質量，再生裝置中采用了水下切粒的方式實現切片的生產，離心脫水的方式可有效地去除產品表面的水分。水下切粒機具有自動化程度高、產量大、占地面積小、引料速度快的優點，切割室的快速更換，降低了生產投資成本，保證了循環再利用切片裝置的持續運行。

三、瓶片質量標準與影響因素

循環再利用瓶片主要來源于礦泉水瓶、可樂瓶、熱罐裝飲料瓶和油瓶等。由于瓶片回收、清洗的工藝途徑差異較大，因此與常規PET相比，回收瓶片表現為雜質多、特性黏度波動大、色澤偏黃、含水率高等特性，見表2-5。這樣的瓶片在纖維生產過程中表現為過濾性能差，紡絲斷頭多，可紡性差。因此需要對其進行嚴格的質量監控。

表2-5　紡絲級回收瓶片與原生纖維切片物理性能對比

在回收PET瓶片質量控制過程中，應重點關注瓶片的堆積密度、含水率、外形尺寸及PVC含量。由于含水率及外形尺寸會影響瓶片的干燥效果，應將其控制在具體的范圍內；堆積密度及外形尺寸會直接影響螺旋桿擠壓機的擠出量及喂入效果；在具體的生產環節，應控制好PET瓶片中雜質的含量，符合生產要求。因此，紡織行業標準，FZ/T 51008—2014規定了再利用聚酯（PET）瓶片的理化性能。標準適用于以回收的聚對苯二甲酸乙二醇酯為材質經破碎、分離、清洗等工序加工生產的聚酯（PET）瓶片，其他同材質的再利用聚酯（PET）原料可參照使用。

循環再利用聚酯的瓶片理化性能項目和指標見表2-6。瓶片的理化性能項目主要包括瓶片尺寸、瓶片過網率、本色瓶片含量、水分、粉末含量、聚氯乙烯含量、聚烯烴含量、雜質含量、pH、特性黏度、熔點和非聚酯物質殘留量。根據瓶片的性能指標，將瓶片分為A類、B類、C類和D類。

表2-6　循環再利用聚酯（PET）瓶片的理化性能項目和指標

未經干燥的原生PET切片，其含水率通常在0.4%～0.5%。循環再利用瓶片中含水量要比常規切片含水量更高，在1.0%～3.0%。瓶片中的水分對紡絲極為有害。切片含水率對紡絲工藝的影響如下。

（1）切片中的水分使聚酯分子在紡絲時產生劇烈水解，相對分子質量降低，從而使得絲的質量下降，甚至無法紡絲。

（2）水分的存在會使單絲中夾帶水蒸氣，形成“氣泡絲”，產生毛絲和斷頭。

（3）含水量不均勻，會使成品染色不勻。

（4）未經干燥的含水切片基本是無定形結構，其軟化點較低，若直接用于紡絲，易在螺桿擠出機的進料口受熱后軟化粘連，造成“環結”堵塞現象，尤其是長絲進料速度較慢，更易產生這種情況。