《Waste Management》：Production of high-quality polyethylene (PE) films from post-consumer shrink wrap with solvent targeted recovery and precipitation (STRAP)
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本研究利用STRAP?工艺成功回收消费后shrink wrap中的聚乙烯（rPE），有效去除纸张、油墨和粘合剂等污染物，灰分降低至0.24 wt%。技术经济分析表明年处理5万吨时，rPE售价$1.30/kg可实现16.2%的内部收益率，生命周期评估显示全球变暖潜力降低64%。该技术为难以回收的多层薄膜提供了可持续解决方案。
作者名单：Elizaveta Radkevich、Charles Granger、Kevin Nelson、Kevin Guigley、Steve Grey、Daniel Miller、Ezra Bar-Ziv、Styliani Avraamidou、George W. Huber
美国威斯康星大学麦迪逊分校化学与生物工程系，威斯康星州麦迪逊市53706
摘要
溶剂定向回收与沉淀（STRAP?）工艺能够将聚合物与原料中的污染物分离。在本研究中，我们展示了利用STRAP技术对含有油墨、粘合剂和纸张的消费后废弃物（PCW）进行回收处理的可行性。我们成功从PCW收缩膜中制备出了无可见纸张或油墨污染的透明rPE铸膜。该工艺将灰分含量从0.96 wt%降低到了0.24 wt%。技术经济分析（TEA）表明：当rPE售价为1.30/kg时，年处理50,000吨含85 wt% PE的收缩膜废物的项目可实现16.2%的内部收益率（IRR）；当rPE售价为1.00/kg时，IRR为10.7%；而当rPE售价为0.70/kg时，IRR为3.79%。生命周期评估（LCA）显示，与生产原生LDPE相比，该工艺可减少64%的全球变暖潜力（以二氧化碳当量计）。这项研究证明了大规模应用STRAP技术可有效回收含有难溶杂质的废弃物。
引言
大约40%的塑料废弃物来自包装（Plastics Europe，2021年）。这些废弃物通常通过填埋或焚烧处理（Geyer等人，2017年）。包装材料可以是刚性或柔性的薄膜，常与其他多种聚合物共混使用（Food and Beverage Packaging Technology，2011年）。收缩膜主要是一种单层柔性包装材料，根据应用需求可选用不同类型的聚合物，如定向聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚乙烯（PE）（Roberge，2019年；Sutaria，2023年；Recycle Ann Arbor，2024年）。聚乙烯收缩膜常用于包裹物品，而PS或PET则常用于制作瓶子等物品的安全套。目前大多数收缩膜由低密度聚乙烯（LDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）混合制成，因为PVC因环保原因已被淘汰（Roberge，2019年）。高密度聚乙烯（HDPE）也可用于收缩膜（Polyflex，2023年）。LLDPE由于合成过程中所需的操作压力较低且具有较高的抗撕裂性及强度和耐用性，因此成本更低（Dalai，2025年；LDPE价格指数；LLDPE价格指数）。LDPE和LLDPE的常见应用包括包装材料（如纸巾盒、水瓶包装、食品袋和垃圾袋，Roberge，2019年）。预计未来几年收缩膜市场将持续增长，到2033年市场规模将从2023年的31.3亿美元增至46.7亿美元（Sutaria，2023年）。传统的机械回收方法会生成含有纸张碎片、粘合剂等杂质的深色PE（Pappa等人，2001年；Garcia和Robertson，2017年；Yin等人，2015年）。此外，PE回收过程中还可能混入其他聚合物（如PP和PET，Gnoffo等人，2025年）。
溶解回收技术已被证明能有效分离复杂的塑料混合物（Sánchez-Rivera等人，2025年；Sánchez-Rivera等人，2023年；Carrieri等人，2025年；Xu等人，2025年）。这种回收方式可生产出类似原生的再生聚合物，且相比生产原生树脂具有更低的温室气体排放和化石能源消耗。然而，使用防溶剂方法的溶剂回收会导致二氧化碳排放量增加2.5倍（Munguía-López等人，2023年）。溶剂定向回收与沉淀（STRAP?）是一种基于溶剂的技术，能够有效分离多层薄膜中的聚合物（Walker等人，2020年）。实验结果表明，STRAP在分离和回收PE、EVOH和PET等聚合物方面具有显著效果（Zhou等人，2021年；Zhou等人，2023年；Sánchez-Rivera等人，2021年；Tushar等人，2025年）。目前的STRAP工艺不使用防溶剂。除了多层薄膜外，STRAP还能回收多种聚合物的物理混合物（Sánchez-Rivera等人，2025年），并通过去除常规机械回收方法无法清除的杂质（如油墨、颜料、异味、添加剂和粘合剂）来提升回收质量（Lisiecki等人，2024年；Yan等人，2025年；Najmi等人，2024年）。特别是，STRAP在分离聚氨酯基油墨和粘合剂与聚乙烯方面表现出色（Sánchez-Rivera等人，2023年）。
由于LDPE和LLDPE薄膜容易堵塞分选设备，它们在材料回收设施（MRF）中通常不会被单独分类（Recycle Ann Arbor，2024年）。部分薄膜在杂货店或零售店的回收点收集（Laville，2024年）。在美国，这些回收点接受的薄膜包括食品袋、农产品包装袋、家电包裹膜、气泡膜、箱包膜、运输气垫等（Plastic Film Recycling Home Page；NexTrex? Plastic Bag & Film Recycling）。目前已有将PE薄膜转化为户外复合板材的应用，例如Trex Company, Inc.，以及将其掺入沥青配方中用于道路铺设（NexTrex? Plastic Bag & Film Recycling；Yaghoubi等人，2017年）。户外复合板材采用再生锯末与塑料薄膜制成，使用寿命可达50年且维护成本低（Trex? Composite Decking）。在沥青应用中，塑料成分的添加对再生混凝土集料的岩土工程质量无显著影响（Yaghoubi等人，2017年）。由于产量大且回收率低，聚烯烃收缩膜非常适合溶解回收。这种回收方式还能有效去除标准回收方法难以清除的污染物，从而保持薄膜的质量。
本研究旨在展示STRAP技术如何净化含有LDPE和LLDPE的废弃物，并去除其中的油墨和纸张标签。实验结果表明，该工艺能有效去除纸张并显著降低再生聚合物中的灰分含量，同时减少塑料的挥发性成分。
材料信息
原料来自芝加哥的一家材料回收设施，随后被送至密歇根理工大学进行粉碎，粉碎后的平均颗粒大小为2–4毫米。粉碎后的材料主要包含塑料及少量纸张标签和杂质。
溶解过程中使用的溶剂包括二甲苯（VWR）、十二烷（异构体混合物，Thermo Scientific）和庚烷（实验室试剂，VWR）。此外，还使用了PCR（消费后回收）颗粒。
原料特性分析
收缩膜来自芝加哥地区的废弃物管理回收设施，具体分类和用途信息不详。研究发现其中主要杂质为彩色纸张碎片。图2A展示了肉眼观察到的PCW收缩膜，杂质以黄色标出，包括白色纸张标签和黑色条形码贴纸。虽然存在少量纸张和油墨杂质，但相对于塑料总量而言占比极低。
结论
本研究展示了将STRAP等溶解回收技术应用于消费后薄膜的可行性。LLDPE薄膜通常难以通过传统机械回收方法处理，在材料回收设施中也很少被回收。STRAP技术成功实现了这些薄膜的回收，尤其是收缩膜。该研究的创新之处在于证明了难以回收的污染薄膜的循环利用可能性。我们成功去除了薄膜中的纸张、粘合剂和油墨。
作者贡献声明
Elizaveta Radkevich：负责撰写、审稿与编辑、方法论设计、数据分析及概念构建。
Charles Granger：负责撰写、原始草稿撰写、数据分析及数据整理。
Kevin Nelson：负责撰写、审稿与编辑及方法论设计。
Kevin Guigley：负责方法论设计。
Steve Grey：负责结果验证。
Daniel Miller：负责结果验证。
Ezra Bar-Ziv：负责数据分析。
Styliani Avraamidou：负责撰写、审稿与数据分析。
George W. Huber：负责撰写及审稿。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人关联：Charles Granger、Ezra Bar-Ziv和George Huber持有与本文所述技术相关的专利申请（授权给Wisconsin Alumni Research Foundation）。其他作者均声明没有可能影响本研究结果的财务利益或个人关联。
致谢
本研究得到了美国能源部能源效率与可再生能源办公室生物能源技术办公室（Award Number DE-EE0009285）的支持。
研究部分资金来自威斯康星大学麦迪逊分校工程学院的共享设施，以及NSF通过“材料科学研究与工程中心”（DMR-1720415项目），使用的是UW-Madison材料科学中心提供的仪器设备。
