回收聚乙烯塑料的改性研究

付丽丽，朱云松，路健琦，高天保，董美钰，张婉婷

(辽宁石化职业技术学院 石油化工系，辽宁 锦州 121001)

塑料是重要的高分子材料，已经有一百多年的历史，在各个行业有着广泛的应用。在过去的十几年里，塑料产量以每年8%的速度增长[1]。但是废旧塑料难以降解，对环境、社会和经济的影响日益显著，已成为社会可持续发展难以回避的问题[2]。

废旧塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施，正日益受到重视。回收利用废旧塑料一般有两种方式，一种是直接使用；另一种是改性处理后再使用。直接使用工艺简单，再生材料成本低廉，但是再生材料的力学性能下降较大，不宜制作高档制品。通过物理或化学的方法将废旧塑料改性，其力学性能得到改善或提高，可用于制作档次较高的塑料制品[3]。

聚乙烯（PE）因具有良好的物理、化学、力学和加工性能，被广泛应用于日用品、工业制品等领域[4]。ABS树脂有一定的韧性、很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀，常被用于家电外壳、玩具等日常用品[5]。近年来，随着PE、ABS产量和消耗量的不断增加，废旧PE、ABS也越来越多，因此，其回收利用受到世界各国的广泛关注和高度重视[6]。

废旧塑料回收主要有两类产品，一是废旧家电，其中ABS树脂制作的家电外壳占有很大的比例；第二类是塑料瓶、塑料桶等，其主要成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和PE。一般，回收PET直接粉碎、清洗，出售给化纤企业，剩下的酸奶瓶、洗衣液桶、洗涤剂桶、日用品包装桶等的主要成分是回收PE，性能较差，需要对其进行改性加工再进行销售，提高经济效益。

本文研究使用回收塑料瓶（桶）料为主要原料，加入回收电视机外壳料进行共混改性，研究回收电视机外壳料加入量对共混料熔体流动速率（MFR）、拉伸性能、冲击性能等的影响，确定最佳配料比。

1 实验部分

1.1 主要原料

回收塑料瓶（桶）料、回收电视机外壳料，锦州科美新资源科技股份有限公司。

1.2 主要设备

真空干燥箱（DZF-6030B），上海赛欧试验设备有限公司；塑料高速混合机（GH-10），武汉怡扬塑料机械有限公司；塑料挤出造粒机，武汉怡扬塑料机械有限公司；塑料注塑成型机（F1260），宁波市鄞州甬通机械有限公司；傅里叶变换红外光谱仪（PE Fronier），美国珀金埃尔默仪器有限公司；熔体流动速率仪（MZ-2028），江苏明珠试验机械有限公司；万能试验机（MZ-5000D），江苏明珠试验机械有限公司；悬臂梁冲击试验机（MZ-2056B），江苏明珠试验机械有限公司。

1.3 试样制备

将回收塑料瓶（桶）料、回收电视机外壳料在真空干燥箱中干燥24 h（80 ℃）。按照回收电视机外壳料掺入量为5%～30%的比例，将回收塑料瓶（桶）料与回收电视机外壳料在高速混合机中共混。高速混合机容积为8 L，每次放入原料总质量为4 000 g，常温，自摩擦加热，搅拌桨叶转速1 430 r/min，混合5 min。共混后物料使用挤出机造粒机在170～190 ℃挤出造粒，再使用塑料注塑成型机在180～210 ℃、30～50 bar制备拉伸、冲击试样（用缺口制样机制备A型缺口），然后进行熔体流动速率（MFR）、拉伸性能、冲击性能等性能测试，加工工艺流程见图1。

图1 加工工艺流程图

1.4 性能测试

制得的标准试样经24 h 时效处理后，再进行组成、熔融指数及力学性能测试。组成采用傅里叶变换红外光谱仪测试；熔融指数按照GB/T 3682—2000测试（230 ℃，2.16 kg）；拉伸性能按照GB/T 1040.2—2006测试（I型试样，50 mm/min）；冲击强度按照GB/T 1843—2008测试（A型缺口）。

2 结果与讨论

2.1 回收料组成分析

回收塑料瓶（桶）料、回收电视机外壳料的红外分析结果如图2、图3所示。从图2中可以看出，塑料瓶（桶）料在2 920、2 850附近存在强吸收峰，属于—CH2—的伸缩振动峰；在1 470附近有中等强度吸收峰，属于—CH2—的弯曲振动峰；在720附近有吸收峰，属于—(CH2)n—（n>4）的面内摇摆振动峰，其主要成分为聚乙烯（PE）。从图3中可以看出，回收电视机外壳料在2 925、2 850附近存在—CH2—的伸缩振动峰；在3030附近存在苯环的C—H伸缩振动峰；在1 600、1 500、1 450附近存在苯环中C=C的骨架振动峰；在700、760附近存在单取代苯环上氢的面外弯曲振动峰；在970附近存在聚丁二烯吸收峰；在2237附近存在—C≡N伸缩振动吸收峰，其主要成分为ABS树脂。

图2 塑料瓶（桶）料IR图谱

图3 电视机外壳料IR图谱

2.2 回收电视机外壳料含量对共混料MFR的影响

按照回收电视机外壳料（ABS）掺入量为5%～30%的比例，将塑料瓶（桶）料与电视机外壳料共混，测得共混料的MFR数据列于表1中，影响如图4所示。由表1及图4可以看出，随着回收电视机外壳料加入量的增加，共混料的MFR数值急剧下降；回收电视机外壳料加入量达到20%左右时，MFR数值趋于稳定，约0.173 g/10 min。回收塑料瓶（桶）料的MFR数值很大，有利于加工成型，但是有可能导致产品强度较低；加入回收电视机外壳料后，MFR数值虽然下降，但是还可以制备符合检测要求的标准试样，加工性能比较稳定，且共混料强度有可能提高，有必要进行力学性能测试。

图4 回收ABS含量对共混料MFR的影响

表1 共混料的MFR数据

2.3 回收电视机外壳料含量对共混料拉伸性能的影响

按照回收电视机外壳料（ABS）掺入量为5%～30%的比例，将塑料瓶（桶）料与电视机外壳料共混，采用注塑成型制备拉伸性能测试标准试样，测得拉伸性能数据列于表2中，影响如图5、图6所示。从表2和图5、图6中可以看出，加入回收电视机外壳料使塑料瓶（桶）料的抗拉强度和断裂伸长率有较大程度的提高，这说明加入回收电视机外壳料使塑料瓶（桶）料的韧性提高，有必要进行冲击性能测试。

表2 共混料的拉伸性能数据

图5 回收ABS含量对共混料抗拉强度的影响

图6 回收ABS含量对共混料断裂伸长率的影响

2.4 回收电视机外壳料含量对共混料冲击性能的影响

按照回收电视机外壳料掺入量为5%～30%的比例，将塑料瓶（桶）料与电视机外壳料共混，采用注塑成型制备冲击性能测试标准试样，测得冲击性能数据列于表3中，影响如图7所示。从表3和图7中可以看出，加入回收电视机外壳料后，共混料的冲击强度有较大程度的提高，这说明加入回收电视机外壳料使回收塑料瓶（桶）料韧性提高。

表3 共混料的冲击性能数据

图7 回收电视机外壳料含量对共混料冲击强度的影响

通过以上拉伸性能、冲击性能分析可以看出，随着回收电视机外壳料含量的增加，共混料的抗拉强度、断裂伸长率、冲击强度均升高，说明回收电视机外壳料对回收塑料瓶（桶）料起到增强增韧作用，应该提高其含量。但是，结合MFR数据分析，回收电视机外壳料含量过高时，导致MFR数值急剧下降，这会造成加工困难、能耗大，还有可能引起制品收缩、变形。因此，考虑加工、性能、成本等综合指标，确定最佳配料比为回收电视机外壳料含量为20%，此时改性料的MFR为0.173 g/10 min、抗拉强度达到22.56 MPa，断裂伸长率达到32.7%，冲击强度为16.74 kJ/m2，这与市售的新HDPE（4731 B利安德巴赛尔）的抗拉强度（22 MPa）和断裂伸长率（43%）相似，综合性能最好。

3 结论

（1）使用回收塑料瓶（桶）料为主要原料，加入回收电视机外壳料进行共混改性，二者相容性好，加工性能优异。

（2）使用的成分均为回收料，成本低，有利于环保。

（3）加入回收电视机外壳料可以提高回收塑料瓶（桶）料的强度和韧性。

（4）最佳配料比为回收电视机外壳料含量为20%，此时共混料的MFR为0.173 g/10 min、抗拉强度为22.56 MPa、断裂伸长率为36.7%、冲击强度为16.74 kJ/m2。