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摘 要：本文从环保的角度介绍了中性笔芯对环境的影响。其中，废旧中性笔芯包括笔头、笔杆及残留油墨，如果随意丢弃，将对环境造成严重的污染，另外分析了相应的回收途径，并对各个部分的再次利用进行了简要说明。
关键词：中性笔笔芯；回收；成分；环境保护；
【中图分类号】R139+.1
1 引言
中性笔具有粘度适中的墨水和采用不同颜料的色基，使书写墨迹收敛坚牢、字迹清晰、色泽感好、书写手感舒适、可永久保存，同时还具有墨水流泻均匀、流动顺畅稳定、墨水在笔尖上不挥发、不泄漏及耐脱帽时间长等特点。近年来，其生产和销售发展迅猛，大有取代钢笔、圆珠笔之势[1]。
有资料显示，我国中小学生数量超过2亿人，其中90% 以上的学生使用中性笔，每年消耗的中性笔超过50亿支[2]。再加上无法统计的各类企业、机关和行政单位，用完的中性笔通常被随意丢弃，几乎不能集中回收处理。每年产生的废弃笔杆、笔芯等难以收集清理的垃圾达数十万吨。中性笔在人们的日常生活中，不断地被采购、使用、丢弃，而回收机构及措施却极为稀少，废弃的中性笔进入自然界的恶性循环中，然而大多数人却意识不到它的危害，这种情况将会带来严重的环境问题。
2 废旧中性笔芯对环境的污染
2.1 笔芯头对环境的污染
笔头所使用的材料包括铁、铬、镍、铅、铜、钨，都属于重金属。其中，铅可与动物体内一系列蛋白质、酶和氨基酸的官能团，主要是与巯基相结合，从多方面干扰机体的生化和生理功能，引起血管痉挛，影响卟啉代谢，甚至损害中枢神经系统。铬、銅尽管是动植物体所必需的微量元素，但是若超标必将影响生物体机能的正常运转，且不同铜盐的毒性也不尽相同。对铬来讲，六价铬的毒性远远要高于三价铬[1]。中性笔芯被扔掉后，笔头的金属会分解进入土壤和水中，造成严重的水土污染；且笔头使用的金属材料无法被生物分解，在食物链的物质和能量传递作用中逐级积累，最终危害人类的健康[3]。
2.2 残留物对环境的污染
中性笔的墨水主要由溶剂、色料、增稠剂、稳定剂和其他添加剂等组成[4]。废旧的中性笔笔芯的残留物常见的有，随动密封剂、残余墨水。而随动密封剂习惯称锂基酯、锂基油、尾塞油，专用于笔芯尾部对墨水的密封，防止墨水倒流、墨水蒸发干结及隔绝空气[5]。密封剂是凝胶状油性化合物，半固体状态，化学性质较稳定，高温或强烈光照条件下极易熔化、挥发，污染生态环境，是废弃笔芯残留物的主要组成部分。对于着色剂，有金属铬盐、二噁嗪系、喹吖酮系等有机颜料；加入的增稠剂常用化学有机合成物和天然胶质物；分散剂多用表面活性能小的以降低墨水的表面张力，如烯烃共聚物、磺基琥珀酸类、聚氧乙烯（芳基）醚类等；润滑剂常采用较大极性的，以醇类、有机醚类为主[4]。以上所列配制墨水的成分中，多数是具有挥发性的有毒有机物，在污染大气的同时，直接或间接地威胁着人类的生存环境。
2.3 塑料笔芯杆对环境的污染
一次性中性笔的笔杆，主要由聚苯乙烯或改性聚苯乙烯塑料制成，均以耐老化、抗腐蚀著称[6]。聚苯乙烯（PS 或 GPPS）俗称“硬胶”，是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，它是一种无色透明的热塑性塑料 [3]，属于非结晶性材料的极性化合物，可以被多种有机溶剂溶解，密度极小，漂浮于水面易被水生生物误食而中毒；受到阳光照射后易变色，难以经受生物分解及光分解而进入生物地质化学循环。改性聚苯乙烯即高抗冲击聚苯乙烯（HIPS），俗称“不碎胶”，其性质类似于聚苯乙烯。随意丢弃的废弃笔杆，在自然条件下不能自行降解，经燃烧和阳光长时间照射，会产生一氧化碳、二氧化碳、氯化物等，对环境造成极大污染，给人体带来严重危害。且聚苯乙烯100年之内都难降解，属于极其顽固的污染物。
3 中性笔芯的回收利用
由于国家尚无明确分类处理规定和回收细则、废旧中性笔芯的回收成本高于购买原材料成本，无利可图，商家回收废旧中性笔芯的积极性不高、公众忽视生活细节，随手丢弃，书写流畅、携带方便、价格便宜的中性笔成为继塑料袋、废旧电池之后的又一大环境杀手。目前，相关部门还没有专门回收中性笔笔芯的渠道，所以它只能和其他垃圾混在一起，被填埋或者焚烧。如果对废旧笔芯进行填埋，由于中性笔的笔杆是由塑料制成，塑料的物质状态相对比较稳定，埋在土里会很长时间不能被降解，就像塑料袋一样，不仅占用了大量的空间，同时也影响了土壤的肥沃；中性笔中的油墨含有很多有害物质，渗透到土壤中会严重影响土壤质量和地下水的质量[7]。
3.1 金属笔头的处理
目前回收处理金属笔头的方法主要有：火法、湿法和机械处理法。
火法处理是指通过焚烧、等离子电弧炉或高炉熔炼、烧结或熔融等火法处理的手段去除废旧笔芯头中的残留的有机成分，使金属与非金属分离，以便于回收[8]。此法工艺简单、操作方便和金属回收率高，但容易产生废气、废渣，造成二次污染，且能耗大，设备昂贵。
湿法冶金始于国外70年代，破碎后的颗粒在酸性或碱性条件下浸出。浸出液再经过萃取、沉淀、置换、离子交换、过滤以及蒸馏等一系列过程最终得到高品位及高回收率的金属[9]。由于湿法冶金技术的废气排放少、提取贵金属后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程相对简单，所以比火法冶金提取贵金属技术的应用更加普及和广泛。但是，湿法冶金处理过程中要使用强酸和有剧毒的氰化物等，产生的废液含有重金属、氰化物等物质，废水处理成本高。
机械回收法主要是指利用各组分间物理性质的差异对它进行破碎、分选等机械处理过程。机械回收法的常规步骤包括：拆卸、破碎、分选和金属的后续处理[10]。与其他方法相比，机械法的主要优点在于污染小、成本低且可对废旧金属笔头的各种成分进行综合回收利用，其缺点是机械处理后物料还需采用物理化学方法进行后续处理，才能得到高纯度的金属再生原材料。 对于金属笔头，可先通过火法处理，除去金属笔头中的有机残留物，然后，采用机械法对废旧笔头进行研磨使之成为金属粉末，再通过萃取、沉淀、置换、离子交换、过滤及蒸馏等操作进一步提高金属的品质，使得到的金属可以作为工业生产的原材料。
3.2 塑料笔杆的处理
（1） 经粉碎直接使用
将废旧塑料笔杆粉碎成6mm 左右的粒子混入土壤中，作无土栽培基材及土壤改良剂，可以在同等条件下提高土壤的通气性和保水性，利于植物生长[11]；添加到水泥中，用于制作建筑物的隔音层、隔热层，并可使成品轻量化[12]；掺入到瀝青中用于筑路。在我国重载造成的车辙病害是我国沥青路面面临的主要威胁之一，将粉碎的废旧塑料笔杆作为沥青的添加剂，能显著提高路面的抗车辙能力[13]；同时，又因其富有弹性，可以减小摩擦、噪音。
（2） 热融法再生利用： 熔融再生是通过切断、粉碎、加热熔化等工序对废旧塑料进行加工的循环利用技术，是目前处理废旧塑料的重要途径[14]。但因废旧塑料笔杆含有油墨等杂质，且再生制品力学性能下降较大，不宜制作高档次的制品。所以可以将废旧塑料笔杆进行熔融，经塑化成型制成较低档的产品，如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。
（3） 因聚苯乙烯塑料可溶于芳烃、卤代烷烃等有机溶剂，同时兼具防酸蚀、腐蚀的特点，经物理改性或化学改性可以用来制作新型涂料、黏合剂及防水漆[15]。
将废旧塑料笔杆溶于甲苯和乙酸乙酯的混合溶液中，再加入铁红防锈颜料，可制得硬度大、毒性小、防锈性良好、成本低、易生产的防锈涂料；又因聚苯乙烯的惰性结构附予其良好的耐蚀性，所以聚苯乙烯适合作防腐蚀涂料的基料。将废旧塑料笔杆溶于乙酸乙酯和200#溶剂汽油中，并添加松香树脂A，可制得一种耐水、耐酸碱盐、擦洗方便、干燥速度快的防腐涂料[16]；以废旧聚苯乙烯（PS）塑料笔杆为主要原料，丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸甲酯单体为改性剂，对聚苯乙烯进行接枝改性并乳化制成的新型改性水乳型胶粘剂。该胶粘剂具有良好的防水、防潮和防腐性能，可用作纸箱粘合剂和纸箱的防腐防潮涂饰剂[17]；也通过加入酚醛树脂、丁苯橡胶、松香及异氰酸酯作为改性剂，并在适当的溶剂中进行聚合反应，制得性能优良的建筑用胶粘剂[18]。
4 结论
废旧笔芯的循环利用，特别是物理循环利用，既节约了资源，又使有限的重金属资源得到了利用，同时，也减轻了白色污染给环境带来的沉重压力。这是非常有意义的，具有重大的经济效益和社会效益。所研制的圆珠笔及中性笔笔头和笔杆自动分离装置可实现废旧笔芯笔头与笔杆的分离，对废旧笔芯中的金属和塑料的分类处理是非常有意义的。
感谢
本项目为“郑州大学全国大学生创新创业训练计划资助项目”，项目编号为：2012cxsy033。
参考文献
[1] 黄翔，严定先.废弃中性笔对环境的污染及治理措施初探[J]. 污 染 防 治 技 术，2009，6：85-93.
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[3] 王让聪.从“芯”开始，保护环境—中性笔芯污染社会调查[J]. 中学政史地：教学指导版， 2011（12）：5-6.
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[6] 董 川，温建辉，邓少敏，等. 墨水化学原理及应用［M］.北京：科学出版社，2007.
[7] 惠声.中性笔回收利用难[J] .文体用品与科技， 2011（10）：49-49.
[8] 孔庆娜.浙江省废旧家用电器回收政策与技术探析［D].浙江省：浙江大学环境与资源学院，2010.
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[10] 王哲. 废旧印刷电子线路板中多金属的分离提纯［D].天津：天津大学，2009.
[11] 樊云峰，薛龙刚.废旧塑料的回收和加工技术［J].科技情报开发与经济，1994（3）：7-9.
[12] 薛允连.废塑料的再生利用［J].合成材料老化与应用，2001（1）：30-32.
[13] 朱俊.低碳经济驱动废旧塑料回收再生大市场［J].橡塑资源利用，2010（2）：30-37.
[14] 赵胜利，黄宁生，朱照宇.解决白色污染的技术研究进展［J]. 广州化学，2008，33（4）：61-73.
[15] 顾仁华. 废弃塑料的回收利用［J］. 污染防治技术，1994，7（4）：6 － 9.
[16] 李翠珍，李顺如，黄斌.废旧聚苯乙烯泡沫塑料在涂料中的应用［A]. 第八届全国建筑涂料技术、质量、信息与应用交流大会论文集［C] .2005.135-136.
[17] 曹凌云，朱瑞，胡春星，费学宁，张宝莲.废旧橡胶和塑料再生利用的研究现状［J]. 橡塑资源利用，2011（1）：7-12.
[18] 刘丹，王静，刘俊龙.废旧塑料回收再利用研究进展*［J].橡塑技术与装备， 2006，32（7）：15-22.
作者简介：姚永丽，女，汉族，1990年出生，郑州大学材料科学与工程学院包装工程专业2010级大三本科在读生。
关键词：中性笔笔芯；回收；成分；环境保护；
【中图分类号】R139+.1
1 引言
中性笔具有粘度适中的墨水和采用不同颜料的色基，使书写墨迹收敛坚牢、字迹清晰、色泽感好、书写手感舒适、可永久保存，同时还具有墨水流泻均匀、流动顺畅稳定、墨水在笔尖上不挥发、不泄漏及耐脱帽时间长等特点。近年来，其生产和销售发展迅猛，大有取代钢笔、圆珠笔之势[1]。
有资料显示，我国中小学生数量超过2亿人，其中90% 以上的学生使用中性笔，每年消耗的中性笔超过50亿支[2]。再加上无法统计的各类企业、机关和行政单位，用完的中性笔通常被随意丢弃，几乎不能集中回收处理。每年产生的废弃笔杆、笔芯等难以收集清理的垃圾达数十万吨。中性笔在人们的日常生活中，不断地被采购、使用、丢弃，而回收机构及措施却极为稀少，废弃的中性笔进入自然界的恶性循环中，然而大多数人却意识不到它的危害，这种情况将会带来严重的环境问题。
2 废旧中性笔芯对环境的污染
2.1 笔芯头对环境的污染
笔头所使用的材料包括铁、铬、镍、铅、铜、钨，都属于重金属。其中，铅可与动物体内一系列蛋白质、酶和氨基酸的官能团，主要是与巯基相结合，从多方面干扰机体的生化和生理功能，引起血管痉挛，影响卟啉代谢，甚至损害中枢神经系统。铬、銅尽管是动植物体所必需的微量元素，但是若超标必将影响生物体机能的正常运转，且不同铜盐的毒性也不尽相同。对铬来讲，六价铬的毒性远远要高于三价铬[1]。中性笔芯被扔掉后，笔头的金属会分解进入土壤和水中，造成严重的水土污染；且笔头使用的金属材料无法被生物分解，在食物链的物质和能量传递作用中逐级积累，最终危害人类的健康[3]。
2.2 残留物对环境的污染
中性笔的墨水主要由溶剂、色料、增稠剂、稳定剂和其他添加剂等组成[4]。废旧的中性笔笔芯的残留物常见的有，随动密封剂、残余墨水。而随动密封剂习惯称锂基酯、锂基油、尾塞油，专用于笔芯尾部对墨水的密封，防止墨水倒流、墨水蒸发干结及隔绝空气[5]。密封剂是凝胶状油性化合物，半固体状态，化学性质较稳定，高温或强烈光照条件下极易熔化、挥发，污染生态环境，是废弃笔芯残留物的主要组成部分。对于着色剂，有金属铬盐、二噁嗪系、喹吖酮系等有机颜料；加入的增稠剂常用化学有机合成物和天然胶质物；分散剂多用表面活性能小的以降低墨水的表面张力，如烯烃共聚物、磺基琥珀酸类、聚氧乙烯（芳基）醚类等；润滑剂常采用较大极性的，以醇类、有机醚类为主[4]。以上所列配制墨水的成分中，多数是具有挥发性的有毒有机物，在污染大气的同时，直接或间接地威胁着人类的生存环境。
2.3 塑料笔芯杆对环境的污染
一次性中性笔的笔杆，主要由聚苯乙烯或改性聚苯乙烯塑料制成，均以耐老化、抗腐蚀著称[6]。聚苯乙烯（PS 或 GPPS）俗称“硬胶”，是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，它是一种无色透明的热塑性塑料 [3]，属于非结晶性材料的极性化合物，可以被多种有机溶剂溶解，密度极小，漂浮于水面易被水生生物误食而中毒；受到阳光照射后易变色，难以经受生物分解及光分解而进入生物地质化学循环。改性聚苯乙烯即高抗冲击聚苯乙烯（HIPS），俗称“不碎胶”，其性质类似于聚苯乙烯。随意丢弃的废弃笔杆，在自然条件下不能自行降解，经燃烧和阳光长时间照射，会产生一氧化碳、二氧化碳、氯化物等，对环境造成极大污染，给人体带来严重危害。且聚苯乙烯100年之内都难降解，属于极其顽固的污染物。
3 中性笔芯的回收利用
由于国家尚无明确分类处理规定和回收细则、废旧中性笔芯的回收成本高于购买原材料成本，无利可图，商家回收废旧中性笔芯的积极性不高、公众忽视生活细节，随手丢弃，书写流畅、携带方便、价格便宜的中性笔成为继塑料袋、废旧电池之后的又一大环境杀手。目前，相关部门还没有专门回收中性笔笔芯的渠道，所以它只能和其他垃圾混在一起，被填埋或者焚烧。如果对废旧笔芯进行填埋，由于中性笔的笔杆是由塑料制成，塑料的物质状态相对比较稳定，埋在土里会很长时间不能被降解，就像塑料袋一样，不仅占用了大量的空间，同时也影响了土壤的肥沃；中性笔中的油墨含有很多有害物质，渗透到土壤中会严重影响土壤质量和地下水的质量[7]。
3.1 金属笔头的处理
目前回收处理金属笔头的方法主要有：火法、湿法和机械处理法。
火法处理是指通过焚烧、等离子电弧炉或高炉熔炼、烧结或熔融等火法处理的手段去除废旧笔芯头中的残留的有机成分，使金属与非金属分离，以便于回收[8]。此法工艺简单、操作方便和金属回收率高，但容易产生废气、废渣，造成二次污染，且能耗大，设备昂贵。
湿法冶金始于国外70年代，破碎后的颗粒在酸性或碱性条件下浸出。浸出液再经过萃取、沉淀、置换、离子交换、过滤以及蒸馏等一系列过程最终得到高品位及高回收率的金属[9]。由于湿法冶金技术的废气排放少、提取贵金属后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程相对简单，所以比火法冶金提取贵金属技术的应用更加普及和广泛。但是，湿法冶金处理过程中要使用强酸和有剧毒的氰化物等，产生的废液含有重金属、氰化物等物质，废水处理成本高。
机械回收法主要是指利用各组分间物理性质的差异对它进行破碎、分选等机械处理过程。机械回收法的常规步骤包括：拆卸、破碎、分选和金属的后续处理[10]。与其他方法相比，机械法的主要优点在于污染小、成本低且可对废旧金属笔头的各种成分进行综合回收利用，其缺点是机械处理后物料还需采用物理化学方法进行后续处理，才能得到高纯度的金属再生原材料。 对于金属笔头，可先通过火法处理，除去金属笔头中的有机残留物，然后，采用机械法对废旧笔头进行研磨使之成为金属粉末，再通过萃取、沉淀、置换、离子交换、过滤及蒸馏等操作进一步提高金属的品质，使得到的金属可以作为工业生产的原材料。
3.2 塑料笔杆的处理
（1） 经粉碎直接使用
将废旧塑料笔杆粉碎成6mm 左右的粒子混入土壤中，作无土栽培基材及土壤改良剂，可以在同等条件下提高土壤的通气性和保水性，利于植物生长[11]；添加到水泥中，用于制作建筑物的隔音层、隔热层，并可使成品轻量化[12]；掺入到瀝青中用于筑路。在我国重载造成的车辙病害是我国沥青路面面临的主要威胁之一，将粉碎的废旧塑料笔杆作为沥青的添加剂，能显著提高路面的抗车辙能力[13]；同时，又因其富有弹性，可以减小摩擦、噪音。
（2） 热融法再生利用： 熔融再生是通过切断、粉碎、加热熔化等工序对废旧塑料进行加工的循环利用技术，是目前处理废旧塑料的重要途径[14]。但因废旧塑料笔杆含有油墨等杂质，且再生制品力学性能下降较大，不宜制作高档次的制品。所以可以将废旧塑料笔杆进行熔融，经塑化成型制成较低档的产品，如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。
（3） 因聚苯乙烯塑料可溶于芳烃、卤代烷烃等有机溶剂，同时兼具防酸蚀、腐蚀的特点，经物理改性或化学改性可以用来制作新型涂料、黏合剂及防水漆[15]。
将废旧塑料笔杆溶于甲苯和乙酸乙酯的混合溶液中，再加入铁红防锈颜料，可制得硬度大、毒性小、防锈性良好、成本低、易生产的防锈涂料；又因聚苯乙烯的惰性结构附予其良好的耐蚀性，所以聚苯乙烯适合作防腐蚀涂料的基料。将废旧塑料笔杆溶于乙酸乙酯和200#溶剂汽油中，并添加松香树脂A，可制得一种耐水、耐酸碱盐、擦洗方便、干燥速度快的防腐涂料[16]；以废旧聚苯乙烯（PS）塑料笔杆为主要原料，丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸甲酯单体为改性剂，对聚苯乙烯进行接枝改性并乳化制成的新型改性水乳型胶粘剂。该胶粘剂具有良好的防水、防潮和防腐性能，可用作纸箱粘合剂和纸箱的防腐防潮涂饰剂[17]；也通过加入酚醛树脂、丁苯橡胶、松香及异氰酸酯作为改性剂，并在适当的溶剂中进行聚合反应，制得性能优良的建筑用胶粘剂[18]。
4 结论
废旧笔芯的循环利用，特别是物理循环利用，既节约了资源，又使有限的重金属资源得到了利用，同时，也减轻了白色污染给环境带来的沉重压力。这是非常有意义的，具有重大的经济效益和社会效益。所研制的圆珠笔及中性笔笔头和笔杆自动分离装置可实现废旧笔芯笔头与笔杆的分离，对废旧笔芯中的金属和塑料的分类处理是非常有意义的。
感谢
本项目为“郑州大学全国大学生创新创业训练计划资助项目”，项目编号为：2012cxsy033。
参考文献
[1] 黄翔，严定先.废弃中性笔对环境的污染及治理措施初探[J]. 污 染 防 治 技 术，2009，6：85-93.
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[10] 王哲. 废旧印刷电子线路板中多金属的分离提纯［D].天津：天津大学，2009.
[11] 樊云峰，薛龙刚.废旧塑料的回收和加工技术［J].科技情报开发与经济，1994（3）：7-9.
[12] 薛允连.废塑料的再生利用［J].合成材料老化与应用，2001（1）：30-32.
[13] 朱俊.低碳经济驱动废旧塑料回收再生大市场［J].橡塑资源利用，2010（2）：30-37.
[14] 赵胜利，黄宁生，朱照宇.解决白色污染的技术研究进展［J]. 广州化学，2008，33（4）：61-73.
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[16] 李翠珍，李顺如，黄斌.废旧聚苯乙烯泡沫塑料在涂料中的应用［A]. 第八届全国建筑涂料技术、质量、信息与应用交流大会论文集［C] .2005.135-136.
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[18] 刘丹，王静，刘俊龙.废旧塑料回收再利用研究进展*［J].橡塑技术与装备， 2006，32（7）：15-22.
作者简介：姚永丽，女，汉族，1990年出生，郑州大学材料科学与工程学院包装工程专业2010级大三本科在读生。