回收聚乙烯塑料的改性研究

付麗麗，朱云松，路健琦，高天保，董美鈺，張婉婷

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化工系，遼寧 錦州 121001)

塑料是重要的高分子材料，已經(jīng)有一百多年的歷史，在各個(gè)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在過去的十幾年里，塑料產(chǎn)量以每年8%的速度增長(zhǎng)[1]。但是廢舊塑料難以降解，對(duì)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響日益顯著，已成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展難以回避的問題[2]。

廢舊塑料的回收利用作為一項(xiàng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的措施，正日益受到重視。回收利用廢舊塑料一般有兩種方式，一種是直接使用；另一種是改性處理后再使用。直接使用工藝簡(jiǎn)單，再生材料成本低廉，但是再生材料的力學(xué)性能下降較大，不宜制作高檔制品。通過物理或化學(xué)的方法將廢舊塑料改性，其力學(xué)性能得到改善或提高，可用于制作檔次較高的塑料制品[3]。

聚乙烯（PE）因具有良好的物理、化學(xué)、力學(xué)和加工性能，被廣泛應(yīng)用于日用品、工業(yè)制品等領(lǐng)域[4]。ABS樹脂有一定的韌性、很好的成型性，加工出的產(chǎn)品表面光潔，易于染色和電鍍，常被用于家電外殼、玩具等日常用品[5]。近年來，隨著PE、ABS產(chǎn)量和消耗量的不斷增加，廢舊PE、ABS也越來越多，因此，其回收利用受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注和高度重視[6]。

廢舊塑料回收主要有兩類產(chǎn)品，一是廢舊家電，其中ABS樹脂制作的家電外殼占有很大的比例；第二類是塑料瓶、塑料桶等，其主要成分是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）和PE。一般，回收PET直接粉碎、清洗，出售給化纖企業(yè)，剩下的酸奶瓶、洗衣液桶、洗滌劑桶、日用品包裝桶等的主要成分是回收PE，性能較差，需要對(duì)其進(jìn)行改性加工再進(jìn)行銷售，提高經(jīng)濟(jì)效益。

本文研究使用回收塑料瓶（桶）料為主要原料，加入回收電視機(jī)外殼料進(jìn)行共混改性，研究回收電視機(jī)外殼料加入量對(duì)共混料熔體流動(dòng)速率（MFR）、拉伸性能、沖擊性能等的影響，確定最佳配料比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

回收塑料瓶（桶）料、回收電視機(jī)外殼料，錦州科美新資源科技股份有限公司。

1.2 主要設(shè)備

真空干燥箱（DZF-6030B），上海賽歐試驗(yàn)設(shè)備有限公司；塑料高速混合機(jī)（GH-10），武漢怡揚(yáng)塑料機(jī)械有限公司；塑料擠出造粒機(jī)，武漢怡揚(yáng)塑料機(jī)械有限公司；塑料注塑成型機(jī)（F1260），寧波市鄞州甬通機(jī)械有限公司；傅里葉變換紅外光譜儀（PE Fronier），美國(guó)珀金埃爾默儀器有限公司；熔體流動(dòng)速率儀（MZ-2028），江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司；萬能試驗(yàn)機(jī)（MZ-5000D），江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)（MZ-2056B），江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司。

1.3 試樣制備

將回收塑料瓶（桶）料、回收電視機(jī)外殼料在真空干燥箱中干燥24 h（80 ℃）。按照回收電視機(jī)外殼料摻入量為5%～30%的比例，將回收塑料瓶（桶）料與回收電視機(jī)外殼料在高速混合機(jī)中共混。高速混合機(jī)容積為8 L，每次放入原料總質(zhì)量為4 000 g，常溫，自摩擦加熱，攪拌槳葉轉(zhuǎn)速1 430 r/min，混合5 min。共混后物料使用擠出機(jī)造粒機(jī)在170～190 ℃擠出造粒，再使用塑料注塑成型機(jī)在180～210 ℃、30～50 bar制備拉伸、沖擊試樣（用缺口制樣機(jī)制備A型缺口），然后進(jìn)行熔體流動(dòng)速率（MFR）、拉伸性能、沖擊性能等性能測(cè)試，加工工藝流程見圖1。

圖1 加工工藝流程圖

1.4 性能測(cè)試

制得的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)24 h 時(shí)效處理后，再進(jìn)行組成、熔融指數(shù)及力學(xué)性能測(cè)試。組成采用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)試；熔融指數(shù)按照GB/T 3682—2000測(cè)試（230 ℃，2.16 kg）；拉伸性能按照GB/T 1040.2—2006測(cè)試（I型試樣，50 mm/min）；沖擊強(qiáng)度按照GB/T 1843—2008測(cè)試（A型缺口）。

2 結(jié)果與討論

2.1 回收料組成分析

回收塑料瓶（桶）料、回收電視機(jī)外殼料的紅外分析結(jié)果如圖2、圖3所示。從圖2中可以看出，塑料瓶（桶）料在2 920、2 850附近存在強(qiáng)吸收峰，屬于—CH2—的伸縮振動(dòng)峰；在1 470附近有中等強(qiáng)度吸收峰，屬于—CH2—的彎曲振動(dòng)峰；在720附近有吸收峰，屬于—(CH2)n—（n>4）的面內(nèi)搖擺振動(dòng)峰，其主要成分為聚乙烯（PE）。從圖3中可以看出，回收電視機(jī)外殼料在2 925、2 850附近存在—CH2—的伸縮振動(dòng)峰；在3030附近存在苯環(huán)的C—H伸縮振動(dòng)峰；在1 600、1 500、1 450附近存在苯環(huán)中C=C的骨架振動(dòng)峰；在700、760附近存在單取代苯環(huán)上氫的面外彎曲振動(dòng)峰；在970附近存在聚丁二烯吸收峰；在2237附近存在—C≡N伸縮振動(dòng)吸收峰，其主要成分為ABS樹脂。

圖2 塑料瓶（桶）料IR圖譜

圖3 電視機(jī)外殼料IR圖譜

2.2 回收電視機(jī)外殼料含量對(duì)共混料MFR的影響

按照回收電視機(jī)外殼料（ABS）摻入量為5%～30%的比例，將塑料瓶（桶）料與電視機(jī)外殼料共混，測(cè)得共混料的MFR數(shù)據(jù)列于表1中，影響如圖4所示。由表1及圖4可以看出，隨著回收電視機(jī)外殼料加入量的增加，共混料的MFR數(shù)值急劇下降；回收電視機(jī)外殼料加入量達(dá)到20%左右時(shí)，MFR數(shù)值趨于穩(wěn)定，約0.173 g/10 min。回收塑料瓶（桶）料的MFR數(shù)值很大，有利于加工成型，但是有可能導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度較低；加入回收電視機(jī)外殼料后，MFR數(shù)值雖然下降，但是還可以制備符合檢測(cè)要求的標(biāo)準(zhǔn)試樣，加工性能比較穩(wěn)定，且共混料強(qiáng)度有可能提高，有必要進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

圖4 回收ABS含量對(duì)共混料MFR的影響

表1 共混料的MFR數(shù)據(jù)

2.3 回收電視機(jī)外殼料含量對(duì)共混料拉伸性能的影響

按照回收電視機(jī)外殼料（ABS）摻入量為5%～30%的比例，將塑料瓶（桶）料與電視機(jī)外殼料共混，采用注塑成型制備拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)試樣，測(cè)得拉伸性能數(shù)據(jù)列于表2中，影響如圖5、圖6所示。從表2和圖5、圖6中可以看出，加入回收電視機(jī)外殼料使塑料瓶（桶）料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有較大程度的提高，這說明加入回收電視機(jī)外殼料使塑料瓶（桶）料的韌性提高，有必要進(jìn)行沖擊性能測(cè)試。

表2 共混料的拉伸性能數(shù)據(jù)

圖5 回收ABS含量對(duì)共混料抗拉強(qiáng)度的影響

圖6 回收ABS含量對(duì)共混料斷裂伸長(zhǎng)率的影響

2.4 回收電視機(jī)外殼料含量對(duì)共混料沖擊性能的影響

按照回收電視機(jī)外殼料摻入量為5%～30%的比例，將塑料瓶（桶）料與電視機(jī)外殼料共混，采用注塑成型制備沖擊性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)試樣，測(cè)得沖擊性能數(shù)據(jù)列于表3中，影響如圖7所示。從表3和圖7中可以看出，加入回收電視機(jī)外殼料后，共混料的沖擊強(qiáng)度有較大程度的提高，這說明加入回收電視機(jī)外殼料使回收塑料瓶（桶）料韌性提高。

表3 共混料的沖擊性能數(shù)據(jù)

圖7 回收電視機(jī)外殼料含量對(duì)共混料沖擊強(qiáng)度的影響

通過以上拉伸性能、沖擊性能分析可以看出，隨著回收電視機(jī)外殼料含量的增加，共混料的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊強(qiáng)度均升高，說明回收電視機(jī)外殼料對(duì)回收塑料瓶（桶）料起到增強(qiáng)增韌作用，應(yīng)該提高其含量。但是，結(jié)合MFR數(shù)據(jù)分析，回收電視機(jī)外殼料含量過高時(shí)，導(dǎo)致MFR數(shù)值急劇下降，這會(huì)造成加工困難、能耗大，還有可能引起制品收縮、變形。因此，考慮加工、性能、成本等綜合指標(biāo)，確定最佳配料比為回收電視機(jī)外殼料含量為20%，此時(shí)改性料的MFR為0.173 g/10 min、抗拉強(qiáng)度達(dá)到22.56 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到32.7%，沖擊強(qiáng)度為16.74 kJ/m2，這與市售的新HDPE（4731 B利安德巴賽爾）的抗拉強(qiáng)度（22 MPa）和斷裂伸長(zhǎng)率（43%）相似，綜合性能最好。

3 結(jié)論

（1）使用回收塑料瓶（桶）料為主要原料，加入回收電視機(jī)外殼料進(jìn)行共混改性，二者相容性好，加工性能優(yōu)異。

（2）使用的成分均為回收料，成本低，有利于環(huán)保。

（3）加入回收電視機(jī)外殼料可以提高回收塑料瓶（桶）料的強(qiáng)度和韌性。

（4）最佳配料比為回收電視機(jī)外殼料含量為20%，此時(shí)共混料的MFR為0.173 g/10 min、抗拉強(qiáng)度為22.56 MPa、斷裂伸長(zhǎng)率為36.7%、沖擊強(qiáng)度為16.74 kJ/m2。