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一次性熔融循环利用聚乙烯薄膜
 
任守仁
(稷山县科洁塑料应用有限公司,山西,030024)  
 
    摘  要:本发明涉及废聚乙烯塑料膜及制品的循环利用技术:原料100%采用废聚乙烯塑料膜,不需造粒、熔粒,直接一次熔融产出成品;解决了传统工艺在废聚乙烯膜料再生利用过程中,需要二次熔融(造粒、熔粒)且同量产品利用比率低的问题;产品各项性能指标均达国标,部分超国标5倍以上。其生产工艺流程独特、合理,无“三废”产生。
     关键词:100%废聚乙烯膜  一次熔融  循环利用  高性能膜产品
 
   目前世界各国废旧塑料处理方法大体为加工造粒、焚烧发电或填埋等几种方式,均存在着经济效益低下、资源浪费、二次污染环境等问题。为了解决这一领域的难题,我公司从1991年开始,经过11年的研究、探索、试验,于2002年成功地发明了一次性熔融技术,即原料100%采用废聚乙烯塑料薄膜,进入自主研发的一次熔融机组,产出高品质成品膜,稳定运行至今。解决了传统工艺在废聚乙烯膜料再生利用过程中,需要二次熔融(造粒、熔粒)且同量产品利用比率低的问题;产品各项性能指标均达国标,部分超国标5倍以上。其生产工艺流程独特、合理,从而在废聚乙烯塑料膜循环利用中找到了一条“符合国家产业政策、有利于提高资源利用率、治理环境、建立资源节约型社会,促进经济可持续发展的重要途径。”(摘自科技部《科技成果公报》2003年第2期第37页)
  1  工艺流程:
  100%废聚乙烯膜(经过) →   蒸汽灭菌除尘 → 分拣 → 一次粗粉洗 → 二次细粉洗 → 废膜片料甩干→ 蒸汽烘干 →搅拌烘干(加入添加剂A、B、C、D)→ 进料 → (最后)一次性熔融挤出膜产品 → 包装入库
  2  一次熔融技术原理
  2.1  松紧螺杆:
  2.1.1  加料段:将普通螺杆的单螺纹改为双头螺纹,并改变其断面形状,形成斜推进挤压。结果表明,这种结构不仅起到普通螺杆对物料的辅送和排气作用(结合添加剂A),而且使废膜片间的余微量气体全部排出,使产品密实无气泡。(该技术的一个主要创新点)
  2.1.2   熔融段(压缩段):同样采用双头螺纹结构,逐步调整压缩段的压缩比(结合添加剂B、C),使物料挤出平稳。
  2.1.3   均化段(计量段):
  研究人员将均化段分为三分段,每分段结构均由螺距相等的三头螺纹组成,顺着物料挤出方向规律变换螺糟深度(结合添加剂D)。其试验结果是:(在吹胀比与拉伸比不变的前提下)产出的膜产品各项性能指标非常理想。分析认为:均化段每分段螺槽的“深浅结构”,使物料“混合塑化”的正作用增强,降解的负作用降到最低限度;分为三分段,即三次重复“混合塑化”,使膜产品性能指标明显提高。(该技术的第二个重要创新点)
  2.2  .添加剂:
  添加剂分为A、B、C、D四种,在搅拌烘干时一次性加入,分析认为各添加剂分别在加料段、熔融段、均化段发挥不同作用。
  2.2.1  添加剂A:在加料段混于废膜片中,受到斜堆进面旋转产生挤压、剪切,与不断上升的温度的作用、迫使膜片间的“膜气单元”内部产生膨胀、爆裂,引起膜片间的气体流朝着相对低压的进料口逆向排出,从而彻底解决了废膜片挤出产品时带气泡的问题。(该技术的第三创新点)
  2.2.2  添加剂B、C的作用:废膜片物料在推进中呈现固态、高弹态、粘流态三种状态,这三种状态的物料在熔融段前后相对滑动,添加剂B、C在其中起摩擦作用,减少相对滑动,使物料整体稳定挤出。
  2.2.3  添加剂D的作用:添加剂D是由复合助剂组成,结合均化段螺杆的结构,使成型产品性能指标显著提高。(该技术的第四创新点)
  2.3  综合参数体系:
  针对本项目原料为100%废聚乙烯膜料,研究人员参考大量的文献、专著 ,结合生产实际,边研究边改进,反复对比实验摸索出一整套适合正常生产的操作参数体系。分为设备参数(温度、压力、螺杆转速、加料段斜推进面角度,均化段螺糟深浅及长度比例,螺杆的压缩比、长径比);原料参数(原料性质及配比、杂质含量、烘干后微量水份、片径);添加剂参数(与膜料量的比例、添加剂之间的比例、个别添加剂的调整、添加剂D中各组份的比例)
  综合参数是保证废膜片一次熔融挤出机正常运行,并产出高品质的膜产品的重要条件。(该技术的第五个创新点)
  综上所述,设备的关键部件——松紧螺杆、添加剂、综合参数三要素有机的结合,实现了一次熔融成膜技术。
  3  综合特点:
  3.1  原料:原料采用100%的废聚乙烯膜:经国家一级查新单位——山西省科学技术情报研究所于2003年6月24日对“废聚乙烯膜一次性熔融成膜技术”查新之后,其结论为:“综上所述,在检索范围内,国内外均未见有关原料使用100%的废聚乙烯膜料一次性熔融成膜技术的文献报道”。
  3.2  技术:该技术经山西省科学技术厅于2002年6月29日通过科学技术成果鉴定,结论为:“该成果的创新之处在于使用合理的助剂、采用100%的废聚乙烯膜为原料,不经造粒直接一次性熔融成膜,该成果达到国内领先水平”。该技术产品与其它相关技术产品综合对照如下:
技术产品综合对比表
项目名称
其他相关技术产品
本项目技术产品
全部新(粒)
掺入10%废膜造粒料
100%废膜
废膜加入量
10%
100%
熔融次数
一次
两次(造粒、熔粒)
一次
生产过程
生产稳定
生产较稳定
生产稳定
产品性能
符合国标
产品性能明显下降
明显优于国标
原料价格(元/吨)
11700
10300(综合价格)
3600
单位产品成本(元/吨)
12800
12000
8300
销售价格(元/吨)
13500
13000
12750
净利润(元/吨)
200-400
300-500
2200
应用情况
普遍应用
很少应用
唯独本公司
社会效益
 
节约资源
节约资源
环境效益
 
减少环境污染
减少环境污染

  3.3  产品:用本技术生产的《循环利用聚乙烯环保农用地膜》于2005年8月1日在山西省质量技术监督局备案,备案号为Q/140000SJKS001-2005,第一个获的此类产品的企业标准。从2002年开始至今经省级质检单位多次检验后,各项质量指标均达到国标,个别指标超过国标要求的5倍以上,并且生产的塑料袋产品性能也非常优异。
  3.4  环保及清洁生产流程说明:
  3.4.1  废水、废渣:在对废膜进行一次粗粉洗和二次细粉洗及甩干过程中,粉洗及甩干后的水,经过设有杂质多级分离节水器的沉淀池后,又循环到一次粗粉洗和二次细粉洗的粉碎机中,即废水循环不外排。同时,将多级分离节水器中的浓缩废水制成液体有机肥;沉淀废渣制成固体有机肥。
  3.4.2  本项目试验开始,研究人员一直把废膜片料清洗作为第一研究要素,现已形成一次粗粉洗、二次细粉洗(粉碎与清洗同步进行),使废聚乙烯膜片料无杂质;这样,不仅为一次性熔融挤出机正常工作提供了条件,而且使模头产品无杂质。
  3.4.3  我公司在研制添加剂A、B、C、D 过程中,反复试验筛选,于2002年1月配制成无毒无味无挥发的配方,使其在一次性熔融挤出中与废聚乙烯膜片料充分交联与结合,无任何挥发现象。  
  4  知识产权:
  本技术发明已于2003年7月25日申报了国家专利(申请号03146155.7),国家知识产权局已于2003年、2004年通过了初审、实质审查等程序。专利发明人是我公司法人代表任守仁,公司具有完全自主的知识产权。
  5  经济效益:
  本技术的发明是在边生产边研制改进的基础上成功的,这套成熟技术已在我厂稳定运行了4年,产品质量、销售及客户评价均达到令人满意的效果。
  其吨利润表如下:                                                 单位:元
销售收入
总成本
利润总额
上缴税金及附加
税后利润
12750
8320
4430
2223
2207



  根据吨利润表以年产4000吨计,正常年份销售收入可达5100万元,上缴税金及附加455万元,利润总额1317万元,所得税435万元,税后利润882万元,净利润率达17%,经济效益相当可观。因为是废料生产,销售价格低,且产品质量可与新料产品媲美、有相当强的市场竞争力。
  6  社会效益:
  6.1  循环利用资源、保护环境
  据报道“我国塑料包装消费量2004年为634.4万吨,2005年超过700万吨据估计至少80%的塑料包装制品在一年内被废弃,是再生利用的主要来源”(塑料包装大部分为聚乙烯塑料膜制成的生活用的包装物、工业用的内衬包装袋及农业用的各种膜)。且随着经济的增长逐年递增,这些不易降解的高分子聚合物对环境、人体健康、农作物生长带来严重危害。该项目的实施和推广变害为利,能充分利用这一放错位的资源,同时大量节约政府治理环境的费用及物力、电力、人力资源。
  6.2  节约能源
  该技术工艺的特殊性,省去造粒、熔粒过程,从而节约了能源。
  6.3  这项新技术的不断推广形成新产业,将会给社会提供大量的就业岗位。
  综上所述,面临大量的废弃聚乙烯塑料膜不断产生,本发明针对传统工艺在再生利用过程中同量利用比率低、需二次熔融存在的问题,提供了一次熔融成膜技术,从而实现了产品质量高、成本低的理想,具有良好的市场前景,且符合国家产业政策,因此具有广阔的产业前景。
  接着,该工艺技术需要进一步提高自动化流水作业水平,建立设备制造系统、人员培训机构,不断扩大规模、提高产量;因此,恳请各位在人才、市场、信息、设备、技术诸方面广泛参与、协助升级,启蒙一次熔融技术向前发展,推动该产业化项目迅速展开,让这一沙漠绿洲遍布祖国大地。


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