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廢舊塑料再生造粒力學性能修復方法及加工技術(shù)
  瀏覽次數(shù)：10478  發(fā)布時間：2020年10月12日 08:38:09
[導讀] 塑料因其優(yōu)異的性能被廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域硕并。塑料制品給人類生活帶來便利的同時，也帶來了極大的負效應(yīng)秧荆【蟊校回收再生造粒為廢舊塑料處理提供了一條資源化道路，既減少廢舊塑料對環(huán)境的污染乙濒，又實現(xiàn)能源的再生利用陕赃。
 夏炎，劉震宇颁股，朱赪
吉林省塑料研究院么库，長春  130022

摘要：塑料因其優(yōu)異的性能被廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。塑料制品給人類生活帶來便利的同時甘有，也帶來了極大的負效應(yīng)诉儒。回收再生造粒為廢舊塑料處理提供了一條資源化道路亏掀，既減少廢舊塑料對環(huán)境的污染忱反，又實現(xiàn)能源的再生利用泛释。廢舊塑料再生造粒，既不同于就地摻混缭受，也不同于復合改性胁澳。它的標準是原位修復，實際上就是以回收塑料為加工主體去實現(xiàn)原生塑料的過程米者。本文介紹再生造粒過程中的力學性能修復的方法及加工技術(shù)韭畸。
關(guān)鍵詞：塑料；能源蔓搞；再生

高聚物老化既與自身氧化有關(guān)胰丁，又與雜質(zhì)攝入有關(guān)，這些老化結(jié)構(gòu)一旦形成就不可自逆喂分。但聚合物的力學性能是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化引起的锦庸，因此利用塑料逆塑特征進行結(jié)構(gòu)修復就可以使力學性能得到全面修復。

1廢棄塑料力學性能影響因素
1.1 廢棄塑料相對分子質(zhì)量變化對造粒的力學性能影響
高聚物相對分子質(zhì)量決定塑料的拉伸強度蒲祈，高分子高黏度甘萧，低分子低黏度。熱分解梆掸、光氧化都會使聚合物初始的相對分子質(zhì)量發(fā)生強度扬卷、數(shù)級和分布狀的變化。而這種變化最終形成的相對分子質(zhì)量結(jié)構(gòu)酸钦、含量和均分密度都受損怪得。當回收塑料相對分子質(zhì)量受損時，拉伸強度就會隨其范德華鍵的作用減弱而下降[1]卑硫。因此徒恋，回收塑料低分子低密度的相對分子質(zhì)量結(jié)構(gòu)特征，均會以低強度反映到宏觀上欢伏，從而使人感受到再生塑料的硬入挣、脆、無彈性硝拧。

1.2 廢棄塑料分子極性變化對造粒的力學性能影響
聚合物的光熱氧化會降低聚合物的氫鍵力和數(shù)目财岔，因此回收塑料表現(xiàn)出明顯的低抗沖擊性。在與初始原料同等條件下河爹，沖擊強度大幅度下降匠璧。以PE為例，HDPE初始原料沖擊強度為81J/m咸这，老化后沖擊強度降為55J/m夷恍；LDPE初始原料沖擊強度為420J/m，老化后沖擊強度降為262J/m[2]。盡管PE老化會使相對分子質(zhì)量上升酿雪，但是老化過程中大分子鏈斷裂和分子交聯(lián)使其晶相變化遏暴，因此PE回收塑料的沖擊強度也呈現(xiàn)下降趨勢。

1.3 廢棄塑料分子鏈變化對再生塑料的力學性能影響
分子鏈決定著塑料的韌性指黎，均聚物常以單鏈（線型）組成朋凉，共聚物常以支化鏈（雙鏈）組成。單鏈因主鏈規(guī)整醋安，勁度大杂彭，聚合物表現(xiàn)為高強度；支鏈因大分子鏈上有小分子鏈吓揪，聚合物表現(xiàn)為高抗沖擊性亲怠。這兩種鏈結(jié)構(gòu)又與相對分子質(zhì)量分布密度有關(guān)。相對分子質(zhì)量分布越寬（低密度）柠辞，伸長率就越高团秽；相對分子質(zhì)量分布越窄（高密度），伸長率就越低叭首。但是习勤，分子鏈又是玻璃化的主體（鏈運動核心），所以對光焙格、氧反應(yīng)極為敏感姻报。聚合物微觀受損的鏈破壞率，要至少大于相對分子質(zhì)量損失的一倍间螟。因此，絕大多數(shù)回收塑料都會因分子鏈受損损肛，實際伸長率下降厢破，宏觀上表現(xiàn)為高硬度。

1.4 廢棄塑料含雜對再生塑料的力學性能影響
回收塑料除了外觀雜質(zhì)還有體內(nèi)雜質(zhì)治拿。例如摩泪，堿、酸劫谅、氯见坑、硫都在第一個生產(chǎn)周期中作為添加劑被帶入，金屬離子也會隨顏料捏检、填料被帶入荞驴。這些化合物歷經(jīng)光、熱降解贯城，就會還原熊楼，變成酸、堿能犯、氯鲫骗、酯犬耻、烷基物，從而導致再生塑料熔體中雜質(zhì)與催化組分增加执泰，使再生塑料降解加大[3]枕磁。而相變雜質(zhì)與外來雜質(zhì)重合后，失活形成類似礦粉的硬段术吝。這種惰性顆粒由于沒有表面極性计济，可增加裂紋，最終使再生塑料硬而發(fā)脆顿苇，熱穩(wěn)定和光穩(wěn)定性更差∏椭洌現(xiàn)以滑石粉填充PP引起的質(zhì)量變化作說明，如表1所示纪岁。

PP原生塑料添加滑石粉可比照出雜質(zhì)對聚合物的影響凑队。但實際上回收塑料的伸長率比測試樣品的還要低。一般填料每增加1份幔翰，聚合物的伸長率大約要下降2.5%漩氨。實例說明回收塑料的高硬度、高脆性遗增、低沖擊強度叫惊、低伸長率特征均與聚合物的體內(nèi)相對分子質(zhì)量、分子鏈做修、清潔度有關(guān)霍狰，因此對再生塑料力學修復，應(yīng)從這些微觀變化上查找原因饰及。

2 廢棄塑料再造粒的力學性能修復方法
回收塑料的力學性能變化與其相對分子質(zhì)量蔗坯、分子鏈、清潔度有關(guān)燎含，就可以通過補充相對分子質(zhì)量宾濒、分子鏈和軟化雜質(zhì)的方法對回收塑料進行改性。盡管物理共混無法達到100%的原料結(jié)構(gòu)標準屏箍，但取高性能原生塑料以及反向助劑作修復绘梦，也能實現(xiàn)同類原生塑料的力學性能指標。檢測表明赴魁，它們是均相的卸奉。

2.1 廢棄塑料再造粒中的增強修復
影響拉伸強度的內(nèi)在原因與相對分子質(zhì)量下降有關(guān)，所以選用了高分子增補法颖御，即將已損分子數(shù)重新補加到原位择卦。
高分子增補的改性材料，首選同類聚合物中的高分子樹脂。例如秉继，LLDPE的相對分子質(zhì)量是LDPE的2倍祈噪，所以僅用12.5%的加量，就可使回收農(nóng)膜的拉伸強度尚辑、沖擊強度提高25%辑鲤。其次再選偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑杠茬、成核劑月褥，例如，A174用于PP回收塑料0.5份瓢喉，就可以使PP回收塑料的拉伸強度提高20%宁赤，再加上高強PP摻混，可提高強度45%左右栓票。這就是分子加補法的效果决左。

2.2 廢棄塑料再造粒中的抗沖擊性修復
影響沖擊強度的內(nèi)在原因與分子機構(gòu)的極性下降有關(guān)，所以采用高極性增補法走贪。彈性體對回收塑料韌性的修復效果如表2所示佛猛。

表2結(jié)果表明，POE能使回收塑料的MFR降低坠狡，僅用5份继找，MFR 下降為23%。用PP原生塑料中的低MFR樹脂（1倍左右）逃沿，可使回收塑料的沖擊強度上升20%-50%婴渡。因此，在PP回收塑料修復中凯亮，應(yīng)選共聚物中的高抗沖擊边臼、低MFR的牌號作改性。這一方法對PP、PS究飞、PVC置谦、ABS、PA都很適用亿傅。

2.3 廢棄塑料再造粒中的抗雜性修復
由于回收塑料中含有惰性雜質(zhì)媒峡，因此回收塑料表現(xiàn)為硬、脆葵擎，由于這些雜質(zhì)損壞了鏈極性谅阿，因此選用增鏈法修復。其中，長鏈高分子樹脂進入回收塑料體系签餐，可增塑劑樣使惰性雜質(zhì)表面被潤濕包覆寓涨，最終使硬化雜質(zhì)失去硬度。這樣就實現(xiàn)了基合物的清潔度修復氯檐。

3 廢棄塑料再造粒力學性能修復工藝
在再造粒的修復過程中戒良，除了標準選擇回收塑料，添加助劑冠摄，還必須按規(guī)定進行配方混合和加工造粒糯崎。在這些工藝中，除了嚴格的除雜河泳，還包括分散沃呢、預(yù)混、造粒三個過程拆挥。

3.1 外觀凈化工藝
外觀凈化包括原料分選（以品種和形態(tài)統(tǒng)一為標準）薄霜、外表除雜（以化學、物理清洗達到初產(chǎn)品純度為標準）竿刁、去除水分（以含水量不高于0.01%-0.05%為標準）黄锤，這是工藝中的第一步。

3.2 細化粒徑工藝
細化粒徑對后熔融中的聚合度影響極大食拜，一般制作原料修復的廢舊塑料進機粒徑均不得大于1mm鸵熟，粒徑越小，聚合度就越高负甸，加工穩(wěn)定性就越好流强，形成的熔體就越均相。粒徑細化后呻待，料體比表面積增大打月，交聯(lián)鍵增多，擴散性均勻蚕捉，因此配方效果可以發(fā)揮90%以上奏篙。

3.3 除水工藝
水能增加熱能消耗，催化降解聚合物結(jié)構(gòu)迫淹，是造粒起泡秘通、變色、失光的主要元兇敛熬，因此在商業(yè)化造粒中不可輕視除水肺稀。測試表明，PA应民、PET回收塑料含水分大于0.05%话原，相對分子質(zhì)量損失將提高30%夕吻；含水量0.5%的回收塑料加工耗電能可增大10%。

3.4 配方預(yù)混工藝
配方預(yù)混工藝有三個應(yīng)注意的地方：一是組分之間粒徑必須相等（利于分散）繁仁；二是投料應(yīng)先放固體涉馅，后放液體；先放入大比分料后放入小比分料改备，在有偶聯(lián)劑時先行偶聯(lián)控漠，另進行其他組分摻混；三要控制轉(zhuǎn)速和料溫悬钳，提高轉(zhuǎn)速利于升溫盐捷，但不于擴散，降低轉(zhuǎn)速有利于擴散默勾，但不利于升溫碉渡，其參數(shù)控制在主體料軟化點以上、熔點以下為宜母剥。

3.5 熔融造粒工藝
3.5.1 設(shè)備選擇
試驗證明滞诺，雙螺桿擠出機所制粒子的力學性能比單螺桿擠出機的好。相比之下环疼，外觀可提高18%习霹，強度可提高6%-9%，韌性可提高12%炫隶，而且有自排氧特點淋叶。此前各組分應(yīng)在混料機中100%地分散均勻。

3.5.2 物理量選配
聚合物熔融有三個物理量（剪切伪阶、溫度煞檩、壓力）。剪切按剪切速率確定栅贴，提高轉(zhuǎn)速斟湃，縮小螺槽間距有利于剪切，但不利于塑化檐薯；溫度按軟化點以上凝赛、分解點以下確定，提高溫度有利于加工但不利于質(zhì)量坛缕，因為高溫易降解墓猎；壓力按壓縮比確定，增加壓力有利均塑祷膳，但不利于產(chǎn)量陶衅，因為壓力易生成反流和高溫屡立。 

3.5.3 后期處理
當粒料泵出后直晨，盡量縮短噴料板和冷卻水間距離搀军，有利于保持強度。但冷卻水箱中的水要深勇皇，一般冷卻水溫應(yīng)恒定在40-70℃（因料而定）罩句。當粒料冷卻穩(wěn)定后要通過S輥壓延，然后進入漂白箱中敛摘。漂白溶液應(yīng)高于80℃门烂，這樣就能在回收塑料皮層軟化中進行增白。當增白料送出后應(yīng)送入三輥壓延兄淫，這樣就起到了促結(jié)晶和透明效果屯远。

塑料的分類方法很多，按各種塑料對溫度的不同反應(yīng)捕虽，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料慨丐。熱塑性塑料是指在一定溫度范圍內(nèi)，能夠反復加熱熔化泄私、冷卻固化的塑料房揭，如聚乙烯、聚氯乙烯晌端、聚丙烯等捅暴；熱固性塑料是指固化后不熔融的塑料，如酚醛咧纠、環(huán)氧及不飽和聚酯塑料等蓬痒。前者在廢舊塑料中占有很大的比重，可通過再生造辆屙铮回收乳幸，后者由于固化后不能熔融，回收難度大钧椰，常常粉碎后作為填料使用粹断。再生造粒是一種通過造粒工藝將廢舊塑料變?yōu)轭w粒的回收方法。再生顆恋障迹可用于成型加工瓶埋，制得的產(chǎn)品性能與原產(chǎn)品的性能相差不多，具有很高的經(jīng)濟價值诊沪。相比于填埋處理和焚燒處理养筒，再生造粒是真正意義上的資源再生循環(huán)利用。在我國端姚，廢舊塑料回收造粒技術(shù)起步比較早晕粪，為資源的再生利用做出了巨大貢獻。然而渐裸，我國絕大多數(shù)企業(yè)處于小規(guī)模巫湘、無序化的生產(chǎn)經(jīng)營模式装悲，加工過程易產(chǎn)生污水、廢料尚氛，未經(jīng)過處理直接排放诀诊，造成環(huán)境污染，并且我國廢舊塑料回收造粒效率低阅嘶、成本高属瓣、工作環(huán)境差。再生塑料顆粒的質(zhì)量和再生塑料制品的性能取決于造粒工藝讯柔，尋找一條簡單方便抡蛙、快捷高效、節(jié)能環(huán)保魂迄、經(jīng)濟適用的工藝流程是塑料造粒領(lǐng)域研究的重點溜畅。回收塑料只要配方合理极祸、工藝得當慈格，就會制備出類似原聲塑料的再生造粒。這種造粒不僅符合生態(tài)規(guī)律遥金，而且售價較高浴捆，市場潛力巨大，可與原生塑料競爭稿械。

參考文獻
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