第一篇 绪论
第1章 废旧高分子材料概述
高分子材料一般是指高聚物或以高聚物为主要成分，加入各种助剂，再经过成型的材料。高聚物的结构和性能对高分子材料的结构和性能起着决定性的作用。高分子材料属于高分子科学的范畴[1]。
功能高分子除继续延伸原有的反应功能和分离功能外，更重视光电磁功能和生物功能的研究和开发[2]。光电磁功能高分子材料，在半导体器件、光电池、传感器、质子电导膜中起着重要作用，是信息和能源等高技术领域的物质基础。在生物医药领域中，生物医用高分子材料不仅是组织工程的重要组成部分，还涉及药物控制释放和酶的固载，例如，胶束、胶囊、微球、水凝胶等。此外，具有热敏、光敏、离子敏、生物敏、力敏等功能的智能高分子材料的研究将成为21世纪材料科学的研究热点。
功能高分子材料的多样化结构和新颖性功能不仅丰富了高分子材料研究的内容，而且扩大了高分子材料的应用领域。
1.1 高分子材料的发展概况
与金属、陶瓷、玻璃、水泥等传统材料相比，高分子合成材料是20世纪才兴起的新型材料，但其在工农业、科技国防、日常生活等诸多领域中已经发展成为不可或缺的重要材料。远在几千年以前，人类就使用棉、麻、丝、毛等天然高分子作织物材料，直至20世纪20～30年代，还只有少数几种合成材料，而现在高分子材料的体积产量已经远超过钢铁和金属，在材料结构中的地位越来越重要，已与金属材料、无机材料并列[2]。
19世纪中叶，开始发展天然高分子的化学改性，如天然橡胶的硫化（1839年）、硝化纤维赛璐珞的出现（1868年）、黏胶纤维的生产（1893～1898年）。20世纪初期，开始出现了第一种合成树脂——酚醛塑料，1909年实现工业化。第一次世界大战期间，出现了丁钠橡胶。此后，醇酸树脂（1926年）、醋酸纤维（1924年）、脲醛树脂（1929年）也相继投入生产。
20世纪30～40年代高分子工业化开始兴起，1935年研制成功尼龙66，并于1938年实现了工业化。与此同时，一批经自由基聚合而成的烯类加聚物也实现了工业化，如聚氯乙烯（1927～1937年）、聚乙酸乙烯酯（1936年）、聚甲基丙烯酸甲酯（1927～1931年）、聚苯乙烯（1934～1937年）、高压聚乙烯（1939年）等。
20世纪40年代，高分子工业以更快的速度发展。相继开发了丁苯橡胶（1937年）、丁腈橡胶（1937年）、丁基橡胶（1940年）、不饱和聚酯（1942年）、聚氨酯（1942年）、氟树脂（1943年）、有机硅（1943年）、环氧树脂（1947年）、ABS树脂（1948年）等。由于原料问题，1940年开发成功的涤纶树脂直到1950年才实现工业化。聚丙烯纤维也在解决了溶剂问题以后，于1948～1950年才开始投产。
20世纪50～60年代，高分子发展更快，规模也更大，出现了许多新的聚合方法和聚合物品种，如高密度聚乙烯和等规聚丙烯（1953～1954年）、聚甲醛（1956年）、聚碳酸酯（1957年）、顺丁橡胶和异戊橡胶（1959年）、乙丙橡胶（1960年）以及SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）嵌段共聚物（热塑性弹性体，1965年）、聚砜（1965年）、聚苯醚（1964年）、聚酰亚胺（1962年）等。
20世纪70～90年代，高分子材料的发展进入了新的时期。新聚合方法，新型聚合物，新的结构、性能和用途不断涌现。除了原有聚合物以更大规模、更加高效地工业生产以外，更重视新合成技术的应用以及高性能、高功能、特种聚合物的研制开发。新的合成方法涉及金属催化聚合、活性自由基聚合、基团转移聚合、二烯烃易位聚合、以CO2为介质的超临界聚合以及大分子取代法制聚磷氮烯等。高性能涉及超强、耐高温、耐烧蚀、耐油、低温柔性等，相关的聚合物有聚对苯二甲酸丁二醇酯（1970年）、聚苯硫醚（1971年）、芳杂环聚合物（1970～1980年）、液晶高分子（1970～1980年）、梯形聚合物（1970～1980年）、非线性光学聚合物（1980～2000年）、聚磷氮烯（1980～2000年）、聚亚苯基亚乙烯基（1980～2000年）、遥爪聚合物（1980～2000年）等。还开发了一些新型结构聚合物，如星形和树枝状聚合物、新型接枝和嵌段共聚物、无机-有机杂化聚合物等。
21世纪是高度信息化、高度自动化、人类生活和医疗水平迅速提高的高新时代。高性能、高功能、复合化、精细化、智能化的高分子材料作为基础材料之一，扮演着不可或缺的角色[3]。
1.2 高分子材料的组成和分类
1.2.1 高分子材料的组成结构
高分子材料是由分子量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料和胶黏剂，高分子材料按来源分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现在，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料一样，成为科学技术、经济建设中的重要材料。
1.2.2 高分子材料的分类
回收利用废旧品的基础是先将其分门别类。
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶黏剂、高分子涂料和高分子基复合材料。
1）橡胶 橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两种。
2）纤维 高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等；后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。
3）塑料 塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。
按合成树脂的特性可以将塑料分为两大类。一类是热塑性塑料，在软化点或熔点以上它可以反复受热加工成型，例如被称作四大通用热塑性树脂的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯。另一类为热固性塑料，固化后的大分子形成三维网状结构。这类制品不能通过热塑而再生利用，一般通过粉碎、研磨作为填料使用。通用的热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂等。
按物理力学性能及用途可将塑料分为通用塑料和工程塑料两大类。二者的主要差别在于前者模量低，后者模量高、机械强度大。一般通用工程塑料有ABS、PA、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、PSU（聚砜），还有特种工程塑料如聚酰亚胺、PEEK（聚醚醚酮）等。
此外，还有阻燃型塑料、抗冲击型耐低温塑料、耐热型塑料等。
4）高分子胶黏剂 高分子胶黏剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶黏材料。分为天然胶黏剂和合成胶黏剂两种。
5）高分子涂料 高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。
6）高分子基复合材料 高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。
高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的高分子材料有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。
1.3 废旧高分子材料高值利用的意义
从20世纪30年代高分子合成技术的出现到60年代先后实现高分子材料大规模的工业生产，与任何工业制品一样，其在生产和使用中也必然会出现大量的废弃物。在高分子材料中，产量占第一位的是塑料，其次是橡胶。据有关统计数据显示，2014年中国塑料制品产量达7387.78万吨，与2013年同期相比增长了19.38%。我国每年的废旧塑料回收量达3000万吨以上，每年还进口800万吨废塑料。如果利用不当或处理不好，废塑料就会成为“白色污染”之源。
诚然，与其他科技领域的发展一样，高分子材料的科技进步给人类带来了巨大的物质文明，但是大量废旧高分子材料的产生也向人们提出了严峻的考验。若不行之有效地解决“白色污染”（废塑料膜、塑料袋及其他浅色塑料制品的废弃物）和“黑色污染”（橡胶制品的废弃物），迟早会出现“白色恐怖”和“黑色恐怖”。可以郑重地说，回收、处理和利用这些废旧高分子材料已到了不可忽视的地步。
废旧高分子材料的回收利用至少有两个基本意义：其一是解决环境污染问题，保护人类赖以生存的唯一的地球；其二是充分利用自然资源。高分子合成材料的基本成分主要来自石油。与其他自然资源一样，从长远看石油等资源不会“取之不尽、用之不竭”。所以，与其说是回收废旧的塑料橡胶制品，不如称之为“可再利用的资源”。