低密度聚乙烯再生料改性基础研究

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聚乙烯是塑料工业中产量最大、用途最广、消费量最大的品种,随着聚乙烯消费市场的不断扩大,消费产品的不断多样化,其废弃物数量也在不断增加,改性再生生产出高附加值材料,是未来聚乙烯废塑料回收的主要途径,也是回收利用研究的重点和热点。本研究在国家科技支撑计划课题(2007BAE42B04)的资助下,以低密度聚乙烯再生料为原料,添加不同种类和不同比例新料、增塑剂、润滑剂共混,对其进行改性基础研究,采用红外、电镜及力学特性等多种分析方法,对比研究了再生料和新料在实用性能和加工性能上的差异。最后,通过正交试验,研究了再生料改性的最佳配方。研究结果如下:(1)对再生料的密度、熔体流动速率、元素、分子量、基团、热性能、旋转流变性能、转矩流变性能、力学性能等方面进行测试,掌握了本试验所用再生料的基本性能。红外光谱和DSC分析,可知本试验使用的再生料主要成分是LDPE,还含有部分LLDPE,并且有部分基团被氧化;通过高温凝胶色谱分析,可知再生料的重均分子量(207200)大于新料LDPE的重均分子量(171579)。再生料的分子量分布指数为5.2,小于新料LDPE的6.7。低分子量部分,新料的含量比再生料要多,高分子量部分,再生料的含量比新料的多;由力学性能分析可知再生料拉伸强度(22.423MPa)比新料LDPE(14.740MPa)要大;但断裂伸长率(172.39%)较新料LDPE(200.06)要低;再生料的弯曲强度(5.5MPa)也比新料LDPE(6.2MPa)的小;通过旋转流变和转矩流变测试,可以测得再生料的加工流动性能较,其平衡转矩为13.3N.m,远大于新料LDPE的4.6N.m。(2)4种新料对再生料力学性能的影响。当新料含量为10%时,4种新料对再生料的拉伸强度影响较小,随着新料含量的增大,影响也逐渐增大。但RLDPE/HDPE共混物的拉伸强度的受新料含量的影响较小,最大变化率为10%。当新料的含量为50%时,RLDPE/HDPE共混物的拉伸强度为23.3MPa,RLDPE/LDPE共混物的拉伸强度为18.6MPa,RLDPE/LLDPE共混物的拉伸强度为17.7MPa,RLDPE/EVA共混物的拉伸强度为13.8MPa,可见EVA改性的低密度聚乙烯再生料的拉伸强度更接近新料LDPE的水平;LLDPE、HDPE、 EVA都可以提高再生料断裂伸长率,当新料含量为50%时,RLDPE/LLDPE共混物的断裂伸长率为391.7%,RLDPE/HDPE共混物的断裂______________________________________________________________________________________________伸长率为321.9%,RLDPE/EVA共混物的断裂伸长率为224.6%,RLDPE/LDPE共混物的断裂伸长率为146.2%;HDPE、LDPE、LLDPE都可以提高再生料的弯曲强度,HDPE对再生料的弯曲强度影响最大,当新料含量为50%时,RLDPE/HDPE共混物的弯曲强度为14.1MPa,RDLEP/LLDPE共混物的弯曲强度为7.9MPa,RLDPE/LDPE共混物的弯曲强度为7.9MPa,EVA的加入降低了再生料的弯曲强度,当EVA含量为50%时,RLDPE/EVA共混物的弯曲强度为5.4MPa。(3)两种增塑剂对再生料加工流动性能的改善作用。DOP和ESO都可以使共混物的复数黏度、储能模量和损耗模量降低。在频率扫描时,当增塑剂添加量为10份时,RLDPE/DOP共混物的复数黏度较再生料降低了35.9%;储能模量较再生料降低了37.3%;损耗模量较再生料降低了33.6%。在温度扫描时,当添加10份增塑剂时,RLDPE/DOP共混物的复数黏度较再生料降低了33.3%;储能模量较再生料降低了36.4%;损耗模量较再生料降低了32.7%。当ESO占10份时,RLDPE/ESO共混物的复数黏度较再生料降低了32.7%;储能模量较再生料降低了33.7%;损耗模量较再生料降低了31.1%。在转矩流变测试中,两种增塑剂都可以降低再生料的平衡转矩,添加量为10份时,RLDPE/DOP共混物的平衡转矩为7.8N.m,RLDPE/ESO共混物的平衡转矩为8.9N.m,说明两种增塑剂都能改善再生料的加工流动性能,其中分子量较小的DOP在改善再生料的加工性能方面效果更好。(4)润滑剂对再生料的加工流动性能的影响。随着润滑剂聚乙烯蜡含量的增加,RLDPE/PEW共混物的的复数黏度、储能模量和损耗模量都逐渐降低。当PEW占40份时,在频率扫描时RLDPE/PEW共混物的复数黏度较再生料降低了63.7%,储能模量较再生料降低了67.6%,损耗模量较再生料降低了57.9%;经温度扫描RLDPE/PEW共混物的复数黏度较再生料降低了71.9%,储能模量较再生料降低了76.4%,损耗模量为较再生料降低了67.4%,共混物的各项指标和新料低密度聚乙烯基本重合。在转矩流变测试中,随着聚乙烯蜡的加入,再生料的平衡转矩和最大转矩都逐渐降低,当聚乙烯蜡所占分数达到30份时,共混物的平衡转矩为4.9N.m,基本已经达到新料低密度聚乙烯的指标(4.6N.m)。(5)通过多指标正交试验来确定再生料改性的最优配方。选取的4个因素对拉伸强度的影响权重为:增塑剂DOP(B)>交联剂DCP(D)>新料EVA(A)>润滑剂PEW(C);对断裂伸长率的影响权重为:交联剂DCP(D)>增塑剂DOP(B)>润滑剂PEW(C)>新料EVA(A);对平衡转矩的影响权重为:润滑剂PEW(C)>交联剂DCP(D)>新料EVA(A)>增塑剂DOP(B);对弯曲强度的影响权重为:增塑剂DOP(B)>新料EVA(A)>交联剂DCP(D)>润滑剂PEW(C)。再生料改性的最优配方为:EVA占15份,DOP占6份,聚乙烯蜡占30份,DCP占0.15份。
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