聚丙烯鉛酸蓄電池外殼回收料的增韌改性研究

胡琬琪,譚文華,孟俊光,熊曼婷,肖萬秀,雷明岸,蔣霞

(懷化學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院,湖南 懷化 418000)

聚丙烯(PP)五大通用塑料中發(fā)展最快的一種[1],不僅具有優(yōu)異的綜合性能,而且價(jià)格成本低,品種多產(chǎn)量大,產(chǎn)品性價(jià)比高,化學(xué)穩(wěn)定性好,易于加工成型和可回收利用。因?yàn)槠浠瘜W(xué)穩(wěn)定性良好,除了能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外,與其他的化學(xué)試劑接觸都比較穩(wěn)定,常被用作鋁酸蓄電池外殼。鉛酸電池由于價(jià)格低廉且運(yùn)行性穩(wěn)定,目前已經(jīng)成為我國用途最廣泛的電池種類了。隨著使用率的上升,其報(bào)廢率也隨之增加。鉛酸電池作為國家規(guī)定的危險(xiǎn)報(bào)廢物,如何正確回收已經(jīng)是社會(huì)所面臨的重大難題。其中,對(duì)PP鉛酸電池外殼回收處理成為了現(xiàn)在環(huán)保的一大難題,如何安全、有效、合理地回收利用PP鉛酸電池外殼已經(jīng)迫在眉睫[2-3]。

由于PP分子鏈中有甲基的存在,使得PP分子鏈的柔性低、結(jié)晶度大、晶粒較粗,因此其沖擊強(qiáng)度較低[4];由于再生PP中含有各種雜質(zhì)和缺陷,其沖擊韌性與新PP相比更差。這些都限制了再生PP在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用[5-8]。為了更好地利用再生PP,對(duì)再生PP的增韌就顯得尤為重要。以回收的PP鉛酸電池外殼為研究對(duì)象,通過熔融擠出制備一系列回收PP復(fù)合材料,分析增韌劑對(duì)其力學(xué)性能、熔融指數(shù)和密度的影響,發(fā)現(xiàn)只有部分增韌劑可以提高回收PP的力學(xué)性能,但幾乎所有的增韌劑不影響回收PP的密度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及配方

PP鉛酸電池外殼回收料,型號(hào):含酸碎片,廠家:江蘇新春興新材料有限公司;聚烯烴熱塑性彈性體,型號(hào):7467、8200,廠家:美國陶氏;高密度聚乙烯,型號(hào):4406C,廠家:茂名石化;抗氧劑,型號(hào):1010,廠家:巴斯夫。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

表1為所用到的實(shí)驗(yàn)儀器。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 試樣制備

清洗聚丙烯回收料,并用pH值試紙檢測(cè)其酸堿度為中性7±1。接著放入溫度為105 ℃的烘箱把水分烘干,最后放入破碎機(jī)進(jìn)行破碎。將再生料通過雙螺旋桿擠出機(jī)擠出造粒,螺桿各區(qū)及機(jī)頭溫度控制參數(shù)如表2,參照?qǐng)D1的擠出流程圖,擠出1～5次,得到不同成分的PP回收再生料,然后按照表3的參數(shù)注塑成標(biāo)準(zhǔn)試樣。

圖1 再PP工藝流程圖

表2 擠出機(jī)設(shè)定參數(shù)[9]

表3 注塑機(jī)參數(shù)設(shè)定表

1.4 性能測(cè)試與表征

1.4.1 力學(xué)性能測(cè)試

表4為力學(xué)性能檢測(cè)方法。

表4 力學(xué)性能檢測(cè)方法

1.4.2 MFR測(cè)定

測(cè)試溫度:230 ℃切五段,時(shí)間間隔是5 s/段,負(fù)荷是21.168 N。

1.4.3 密度測(cè)試

第一步:打開電子天平的側(cè)門,取下托盤。把測(cè)量密度的托架放入天平中,并且把支架安放在合適的位置,確保支架不會(huì)與托盤架有所接觸,把燒杯安置在支架中心,并在燒杯中放入溫度計(jì),將已知密度的參考液體倒入燒杯,液體高度為能浸沒被測(cè)物體1 cm以上,把掛籃放置在固定支架上,確保與液體接觸面無氣泡并且不會(huì)碰到燒杯和溫度計(jì),打開電子天平的開關(guān),關(guān)閉天平側(cè)門,去皮重;

第二步:打開天平側(cè)門,將被測(cè)物體放置于固定支架的稱量臂上,關(guān)閉側(cè)門,等待天平數(shù)值穩(wěn)定下來后,記錄下稱量結(jié)果;

第三步:打開電子天平側(cè)門,將被測(cè)物體放置在掛籃下部的稱量網(wǎng)內(nèi),保證測(cè)量物體表面沒有氣泡附著(如有表面氣泡,可以用小刷子清除);

第四步:關(guān)閉電子天平側(cè)門,待數(shù)值穩(wěn)定后,記錄下測(cè)量結(jié)果;

第五步:根據(jù)密度公式算出被測(cè)固體的密度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同增韌劑對(duì)回收PP拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的影響

按照GB/T 1040.1—2006規(guī)定的塑料拉伸性能測(cè)試方法對(duì)試樣進(jìn)行檢測(cè),得到如圖2所示結(jié)果,表5為拉伸性能測(cè)試平均數(shù)據(jù)表。

(a)拉伸強(qiáng)度;(b)斷裂伸長率。

表5 拉伸性能測(cè)試平均數(shù)據(jù)表

從圖2(a)可以看出,添加2%POE 8200+5%HDPE 4406C增韌劑的回收PP拉升強(qiáng)度有所增加,但是其斷裂生長率卻大幅度降低。但是加入其它幾種增韌劑的回收PP的拉伸強(qiáng)度基本沒變化。

2.2 不同增韌劑對(duì)回收PP彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的影響

按照GB-T9341-2008規(guī)定的塑料彎曲性能測(cè)試方法在室溫下對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試,得到如圖3所示結(jié)果,表6為彎曲性能測(cè)試平均數(shù)據(jù)表。

(a)彎曲強(qiáng)度;(b)彎曲模量。

表6 彎曲性能測(cè)試平均數(shù)據(jù)表

幾種不同增韌劑加入到回收PP中后,其彎曲強(qiáng)度和彎曲模量幾乎無變化?？赡苁窃鲰g劑添加較少的原因,需要更多的量才能在彎曲強(qiáng)度和彎曲模量上表現(xiàn)。需要再做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3 不同增韌劑對(duì)回收PP沖擊性能的影響

按照GB/T 1843—2008規(guī)定的塑料沖擊性能測(cè)試方法對(duì)試樣進(jìn)行檢測(cè),得到如圖4所示結(jié)果,表7為懸臂梁缺口沖擊性能測(cè)試平均數(shù)據(jù)表。

圖4 不同增韌劑增韌后的回收PP的沖擊強(qiáng)度

表7 懸臂梁缺口沖擊性能測(cè)試平均數(shù)據(jù)表

從圖4可以看出,不同增韌劑對(duì)回收PP進(jìn)行增韌改性后,沖擊強(qiáng)度都有所增加,特別是PP/3%POE 7467組、PP/8%HDPE 4406C、PP/5%HDPE 4406C+2%POE 8200組,沖擊強(qiáng)度提高到25%以上,PP/5%HDPE 4406C+2%POE 8200更是達(dá)到了32%。

2.4 不同增韌劑對(duì)回收PP熔體流動(dòng)指數(shù)的影響

為了表征幾種不同增韌劑的加入對(duì)回收PP加工性能的影響,對(duì)其熔融指數(shù)進(jìn)行了表征,結(jié)果如表8、圖5所示。

圖5 不同增韌劑增韌后的回收PP的熔融指數(shù)

表8 熔融指數(shù)平均值表

幾種不同增韌劑加入到回收PP中后,其熔融指數(shù)的變化各有不同。從表8中可以看出3%的POE 7467的加入使得回收PP的熔融指數(shù)明顯增加,而其他幾組的熔融指數(shù)反而減小。這可能是因?yàn)镻OE 7467自身的加工流動(dòng)性能好因此提高了回收PP合金整體的加工流動(dòng)性。而HDPE 4406C和POE 8200的加工流動(dòng)性較PP是較差的。因此,HDPE的加入反而使PP合金整體的加工流動(dòng)性更差。這點(diǎn)有待于后續(xù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

2.5 不同增韌劑對(duì)回收PP密度的影響

為了表征幾種不同增韌劑的加入對(duì)回收PP材料密度的影響,對(duì)其密度進(jìn)行了表征,結(jié)果如表9、圖6所示。

圖6 不同增韌劑增韌后的回收PP的密度

表9 材料密度平均值表

幾種不同增韌劑加入到回收PP中后,其密度的變化不明顯,可能是增韌劑添加比較少,在密度上體現(xiàn)不出來。

3 結(jié)論

研究了不同增韌劑對(duì)于清洗后回收PP料的力學(xué)性能、溶體流動(dòng)速率和密度的影響,得出以下幾個(gè)結(jié)論:

(1)3%的POE 7467的加入使得回收PP的熔融指數(shù)明顯增加,最終使得回收PP加工流動(dòng)性變好;

(2)3%POE 7467、8%HDPE 4406C的加入使得回收PP的沖擊強(qiáng)度提高到25%左右,5%HDPE 4406C+2%POE 8200的加入使得回收PP的沖擊強(qiáng)度提高到了32%;

(3)總而言POE7467在回收PP增韌中的作用優(yōu)于其他幾種增韌劑,但效果還不是很理想,后期研究有必要對(duì)配方進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。