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塑料浮选

【作者】：王晖,顾帼华
【出版时间】：2006-12
【字数】：300（千字）
【定价】：￥28.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：7-81105-450-7/TB.002
【页码】：392（页）
【开本】：32开

以表面制备、表面表征、表面能检测以及界面相互作用自由能计算为主要手段,从静电力、Lifshitz-vanderWaals力、Lewisacid-base(AB)相互作用力(疏水引力或水化斥力)、氢键等微观力学方面系统研究塑料浮选体系中低能表面与水之间的相互作用、低能表面与浮选药剂之间的相互作用、塑料颗粒间相互作用、塑料颗粒与气泡间相互作用等界面相互作用,以界面相互作用自由能及其势能曲线为主要判据,详细讨论塑料的自然可浮性、起泡剂调整可浮性以及润湿剂调整可浮性3类浮选与分离行为,从而建立以固/液/气三相界面相互作用为核心的塑料浮选理论框架,为塑料浮选的产业化发展打下基础。

本书可以作为从事循环经济、资源循环政策、法令、法规研究以及从事固体废弃物资源化、界面相互作用、高分子材料生产与加工、表面改性、矿物浮选等领域研究的科研工作者的参考书。

绪论………………………………………………………… (1)
0.1 循环经济…………………………………………… (1)
0.2 资源循环…………………………………………… (6)
0.3 再生材料与资源加工…………………………… (17)
0.4 塑料浮选………………………………………… (18)
参考文献………………………………………………… (21)
第1章塑料浮选的研究背景……………………………… (25)
1.1 塑料生产与消费………………………………… (25)
1.2 塑料废弃与危害………………………………… (28)
1.3 废旧塑料的回收………………………………… (31)
1.3.1 废旧塑料循环利用的研究现状………………… (32)
1.3.2 废旧塑料回收过程中遇到的挑战……………… (37)
1.4 废旧塑料的分选………………………………… (42)
1.4.1 与分选有关的物理化学性质…………………… (42)
1.4.2 废旧塑料分选的研究进展…………………… (48)
1.4.3 塑料浮选…………………………………… (59)
参考文献………………………………………………… (60)
第2章塑料浮选的研究现状……………………………… (72)
2.1 塑料浮选的历史………………………………… (72)
2.2 塑料浮选的原理………………………………… (75)
2.2.1 塑料的γ浮选………………………………… (75)
2.2.2 塑料的物理调控浮选………………………… (77)
2.2.3 塑料的化学调控浮选………………………… (80)
2.3 塑料浮选药剂…………………………………… (83)
2.3.1 塑料浮选起泡剂……………………………… (83)
2.3.2 塑料浮选润湿剂……………………………… (84)
2.4 未来研究的方向………………………………… (98)
参考文献……………………………………………… (100)
第3章塑料浮选体系中的界面相互作用……………… (104)
3.1 固体的表面能及扩展的DLVO理论…………… (104)
3.2 低能表面的润湿行为与塑料的自然可浮性…… (106)
3.2.1 低能表面与水之间的相互作用……………… (107)
3.2.2 塑料的自然可浮性………………………… (107)
3.3 低能表面的吸附行为与塑料的调整可浮性…… (108)
3.3.1 低能表面与表面活性物质之间的相互作用…… (108)
3.3.2 塑料的起泡剂调整可浮性与润湿剂调整可浮性… (110)
3.4 塑料颗粒间相互作用…………………………… (111)
3.5 塑料颗粒与气泡间相互作用…………………… (112)
3.6 研究目标与技术思路…………………………… (112)
参考文献……………………………………………… (114)
第4章实验材料与研究方法…………………………… (117)
4.1 实验材料………………………………………… (117)
4.1.1 高分子材料………………………………… (117)
4.1.2 化学试剂…………………………………… (124)
4.2 研究方法………………………………………… (125)
4.2.1 接触角、表面张力及动电位测量…………… (125)
4.2.2 表面能的检测与计算………………………… (126)
4.2.3 界面相互作用自由能的计算………………… (130)
4.2.4 塑料粉碎与塑料浮选………………………… (134)
参考文献……………………………………………… (135)
第5章低能表面的润湿行为与塑料的自然可浮性…… (138)
5.1 高分子树脂材料的润湿行为与自然可浮性…… (138)
5.1.1 高分子树脂的结构及表面能………………… (138)
5.1.2 高分子树脂颗粒与水之间相互作用………… (142)
5.1.3 高分子树脂颗粒与气泡间相互作用………… (150)
5.1.4 高分子树脂颗粒的亲水指数………………… (159)
5.1.5 高分子树脂颗粒的自然可浮性……………… (162)
5.2 助剂对塑料润湿行为与自然可浮性的影响…… (163)
5.2.1 组合表面的表面能及亲水指数……………… (163)
5.2.2 组合表面与水之间相互作用………………… (173)
5.2.3 组合表面与气泡间相互作用………………… (176)
5.2.4 组合表面上水化膜的厚度及气泡的粘附能…… (181)
5.2.5 气泡、颗粒大小对水化膜厚度、粘附能的影响… (188)
5.2.6 塑料自然可浮性与亲水指数、水化膜厚度以及
粘附能之间的关系………………………… (195)
5.3 废旧塑料的润湿行为与自然可浮性…………… (201)
5.3.1 废旧塑料的表面能及亲水指数……………… (201)
5.3.2 废旧塑料表面的水化膜厚度及气泡与颗粒之间的
粘附能……………………………………… (205)
5.3.3 废旧塑料的自然可浮性及F-H0-Gad关系粘附能
…………………………………………… (207)
参考文献……………………………………………… (210)
第6章低能表面的吸附行为与塑料的调整可浮性…… (212)
6.1 低能表面上起泡剂的吸附行为与塑料的起泡剂
调整可浮性……………………………………… (212)
6.1.1 起泡剂的结构及表面能……………………… (212)
6.1.2 起泡剂在低能表面上的吸附行为…………… (215)
6.1.3 塑料的起泡剂调整可浮性…………………… (249)
6.2 低能表面上润湿剂的吸附行为与塑料的润湿剂
调整可浮性……………………………………… (259)
6.2.1 润湿剂的结构及表面能……………………… (259)
6.2.2 润湿剂在低能表面上的吸附行为及塑料浮选
润湿机理…………………………………… (264)
6.2.3 塑料的润湿剂调整可浮性…………………… (285)
参考文献……………………………………………… (295)
第7章颗粒间相互作用与塑料的浮选分离…………… (296)
7.1 高分子材料颗粒间相互作用…………………… (296)
7.1.1 高分子树脂颗粒间相互作用………………… (296)
7.1.2 废旧塑料颗粒间相互作用…………………… (307)
7.1.3 疏水引力与物质表面特性之间的关系………… (316)
7.2 润湿剂对颗粒间相互作用的影响……………… (323)
7.2.1 润湿剂对同名树脂颗粒间相互作用的影响…… (323)
7.2.2 润湿剂对不同树脂颗粒间相互作用的影响…… (330)
7.2.3 润湿剂对颗粒间相互作用影响的综合分析…… (335)
7.3 高分子材料的浮选分离………………………… (339)
7.3.1 高分子树脂浮选分离的可能性……………… (341)
7.3.2 废旧塑料的浮选分离………………………… (342)
第8章结论…………………………………………… (359)
附录常用塑料英语缩略语……………………………… (370)

大量生产、大量消费、大量废弃是当今社会经济活动的一大特征,这一特征保证了经济活动的快速增长和繁荣,同时也造成了资源的极大浪费及严重的环境污染,因此,“循环经济”、“资源循环”、“再生材料”等已经成为国际社会共同关心的重要议题。

就人类已经或者将来必须利用的资源而言,包括天然矿物资源、非传统矿物资源、二次资源以及非矿物资源4大部分。其中矿物资源的消耗逐年增加,面临极其短缺的局面;对非传统矿物资源的利用程度受到现有技术条件的制约,在短时间内还难以大规模开发利用。在资源和环境双重压力下,人们不得不把目光瞄准到二次资源和非矿物资源的综合利用上。

在“十五”期间国家高技术研究发展计划(863计划)课题申请指南中就资源环境技术领域专门设置了“固体废物处理处置及资源化技术与设备”专题,重点研究城市生活垃圾、危险废物以及废旧家电的处理处置及资源化综合利用技术。城市生活垃圾的组成通常包括纸张、玻璃、金属、塑料、橡胶、木材以及食品等;按危险废物环境管理与安全处置———《巴塞尔公约》的规定,危险废物包括废弃的溶剂、油污、塑料、电池、金属、轮胎、电容器以及阴极射线管等;废旧家电中包含了大量的如黑色金属、有色金属、贵金属及合金等无机材料,还包含了各种各样塑料成分的有机材料。

本书的研究重点是废旧塑料的分离,是城市生活垃圾、危险废物以及废旧家电资源化综合利用技术中必须共同面对的问题。在过去的几十年里,塑料工业以无可比拟的速度增长,1939年世界塑料产量是30万吨,2000年达到1.64亿吨,2007年、2020年的预测量将是2.1亿吨和3.8亿吨。有调查表明,大多数塑料的平均使用周期在10~15年,一些用于包装领域塑料的使用周期不到2年,塑料的大量生产、消费与较短的使用周期使得塑料废弃物的数量急剧增加,对废旧塑料的再生加工必须引起高度重视。

废旧塑料的再生包括3个阶段:收集、分选以及循环利用,循环利用一直是研究的热点,几乎每一个塑料品种都已经开发出一种甚至几种相应的循环利用方法,包括材料循环、化学循环或者能量回收。由于材料循环过程中必须解决高分子材料的相容性问题、化学循环过程中对塑料原料具有严格要求、能量回收过程中必须解决二次污染和设备腐蚀问题等,现阶段真正制约废旧塑料再生利用的瓶颈环节在于废旧塑料之间的分选,有研究表明,要实现热塑性塑料的优质循环利用,回收塑料必须达到相当高的纯度。

废旧塑料混合物的分选技术可分为干法和湿法两种,人们曾尝试过光选、电选、冷冻分选、浮沉分选、水力旋流器分选,超临界流体分选、选择性溶解分选等众多分选技术,但在适应性、实用性特别是分选精度等方面还难以满足塑料回收工业的需要,因此,研究废旧塑料经济高效的分选技术是塑料回收过程中遇到的挑战。

塑料浮选是泡沫浮选技术在废旧塑料分选领域的重要应用,起源于20世纪70年代,1975年IzumiSumio等获得两项关于塑料浮选的专利应被认为是塑料浮选研究的开端。英国MaterialsTechnology杂志在2003年3月第1期中对废旧塑料的各项分选技术进行了技术经济分析,认为浮选能够胜任密度相近、荷电性质相近的废旧塑料之间的分选,不仅表现出了很高的分选效率,而且具备成本效益,因此具有广阔的应用前景。不过,相对于传统泡沫浮选而言,塑料浮选是一全新的研究体系,尽管在废旧塑料分选领域已经表现出一定的优势,但是,整体而言,塑料浮选还是处于起步阶段,还必须进行大量的基础及应用基础研究。其中涉及的关键科学问题之一就是塑料浮选体系中颗粒与分选介质、与起泡剂、与润湿剂、与气泡以及颗粒与颗粒等界面之间的一系列物理相互作用,包括低能塑料表面与水之间的相互作用(低能表面的润湿行为)、低能表面与浮选药剂之间的相互作用(低能表面的吸附行为)、塑料颗粒间相互作用(颗粒间凝聚与分散行为)、塑料颗粒与气泡间相互作用(颗粒与气泡间碰撞与粘附行为)等,有关这些相互作用中的vanderWaals力、疏水引力、水化斥力、静电力以及氢键等微观力学研究是值得关注的焦点。与此同时,这些界面相互作用控制着塑料的自然可浮性、起泡剂调整可浮性以及润湿剂调整可浮性等浮选行为,对3类可浮性行为的细致研究是实现多组分复杂体系废旧塑料的浮选分离的重要途径。

《塑料浮选》全书共分为绪论和8章。在绪论部分简要介绍了循环经济、资源循环、再生材料与资源加工等大家共同感兴趣的议题;第1章和第2章分别回顾了塑料浮选的研究背景以及塑料浮选的研究现状;第3章系统讨论了塑料浮选体系中的一系列界面相互作用,提出了研究目标与技术思路;第4章介绍实验材料与研究方法;第5~7章是全书的主要内容,分别阐述低能表面的润湿行为与塑料的自然可浮性、低能表面的吸附行为与塑料的调整可浮性、颗粒间相互作用与塑料的浮选分离;最后在第8章中对全书进行了总结。

《塑料浮选》是正在筹划的有关循环经济、资源循环的系列著作之一,可以作为从事循环经济、资源循环政策、法令、法规研究的科研工作者的参考书,也可供从事固体废弃物资源化、界面相互作用、高分子材料生产与加工、表面改性、矿物浮选等领域研究的科研工作者参考。

本研究得到了国家自然科学基金(50574107)、湖南省自然科学基金(03JJY3092)项目以及湖南省杰出中青年专家科技专项计划基金(02JJYB007)的资助,借此书出版机会,谨向所有关心和支持此项研究的老师、专家们表示衷心的感谢和崇高的敬意。

由于时间仓促,水平有限,难免存在不足之处,真诚希望读者对本书提出批评、意见和建议。