废弃塑料和废弃胎胶的增值综合回收及其在路面工程中的可持续性实践

废弃塑料和废弃胎胶的增值综合回收及其在路面工程中的可持续性实践

介绍

废弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）饮料瓶、废弃的橡胶轮胎等废旧塑料是主要的城市固体废物，若不加以妥善回收利用，可能引发各种环境问题。香港理工大学冷震等研究人员分析了这两种废物经过综合处理后作为沥青路面性能增强改性剂使用的可行性。通过使用三乙烯四胺（TETA）和乙醇胺（EA）处理废旧PET，分析了废旧PET处理后所得添加剂的回收机理，并表征了这两种添加剂在改性橡胶沥青过程中的性能。

由于废塑料及废轮胎数量庞大，且不可生物降解，其处理在香港及世界各地都极具挑战性。大部分该类废物以倾倒及填埋方式处理，但这种临时解决办法会带来潜在土地污染、水污染及大量占用稀缺土地面积等次生问题。

通常，废旧塑料可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。其中，一次性奶瓶、手提袋、夹克、雨伞和餐具等通用塑料的量最大。制造通用塑料制品的原料主要有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等。其中，PET是饮料瓶中应用最广泛的酯基热塑性塑料。2015年，全球PET塑料初级产量达6800万吨。根据美国塑料回收协会和美国化学理事会塑料部统计，2017年美国产生的废旧PET瓶达278.2万吨（17.26亿磅），但其中只有29.2%得到回收利用。

客车、货车废旧轮胎也是一大固体废物，通常经破碎、磨粉后制成橡胶粉（胶粒，CR），用于生产和铺设橡胶沥青路面，提高降噪、抗老化、高温稳定性、抗疲劳等性能。

为了解决废弃PET的回收利用问题，对其在沥青路面建设中的应用开展了大量研究。前期研究多采用物理回收的方式处理废弃PET，主要将其作为聚合物改性剂或部分替代细集料以提高沥青混合料的抗疲劳性、刚度、抗车辙性和强度。然而，由于PET改性沥青在高温施工下存在潜在的污染物排放，且储存稳定性较差，因此废弃PET在沥青路面中的物理回收利用受到限制。

因此，将化学回收的废旧PET应用于沥青路面被认为是避免上述局限性的方法。废旧PET最常见的化学回收方法是氨解、醇解和水解。但后两种方法除了需要合适的催化剂外，还需要更高的化学反应热能。因此，研究人员设计了一种利用氨解法处理废旧PET的方法，生产功能添加剂，将其作为沥青改性剂应用，可以显著增强骨料与沥青之间的粘结，并具有减少沥青混合料中水损害和提高抗裂性能的能力。

然而废旧PET添加剂的回收利用机理以及添加剂与橡胶沥青的作用机理尚未完全揭示。为了填补这一信息空白，发展一种综合回收废旧PET和废轮胎橡胶作为沥青路面性能增强改性剂的方法，香港理工大学冷震等研究人员旨在研究废旧PET与三乙烯四胺（TETA）和乙醇胺（EA）胺化合成添加剂的化学反应机理，并表征PET添加剂在改性橡胶沥青中的性能。

本文的结论概括如下：

（1）红外光谱和热分析（TGA-DSC）测试结果表明，两种PET添加剂均含有3个功能氨基组分，在改性沥青的高温制备过程中，PET-TETA降解形成较小的分子，而PET-EA作为填料保持稳定。

(2)添加剂合成机理分析表明，PET中酯基（–COO–）被破坏，导致长链断裂；由于TETA和EA中胺基的进攻，生成具有–CONH–和–CO–N(CH2)2连接结构的小分子。

(3)红外光谱分析表明PET添加剂与橡胶沥青之间主要以物理作用为主。

(4)当添加少量(2%)PET添加剂时，对橡胶沥青的工作性能影响不显著。

(5)PET-TETA显著提高了橡胶沥青的抗疲劳性能，而PET-EA提高了橡胶沥青的抗变形性能。

(6) MSCR试验结果表明，添加PET添加剂后橡胶沥青在64℃、3.2 kPa高应力条件下仍能保持原有的抗变形能力。

总体而言，废弃 PET 可通过化学方法回收为功能性添加剂，从而提高橡胶沥青的整体性能。香港理工大学冷震等研究人员开发的回收方法，不仅可以缓解废弃 PET 和废轮胎的填埋问题，还可以将这些废弃物转化为用于建造耐用路面的增值新材料。

PET 经 TETA 和 EA 处理后主要特征结构变化的球棍模型

关键词：废旧PET；废旧轮胎橡胶；橡胶沥青；回收机制；可持续性

以上内容来自：徐雄，冷震，兰，王伟，余，白亚伟，Anand，胡静. 废弃物及废轮胎的增值研究[J]. ，2021，7(6):857-867。