第二章　廢舊聚乙烯的再生利用

（一）再生聚乙烯制備無鹵阻燃保溫泡沫材料

目前市場上所銷售的建筑物外墻保溫材料90%以上為聚苯板、擠塑板、聚氨酯硬泡等有機(jī)保溫材料。這類有機(jī)材料易燃性強，而且燃燒會放出多種有毒氣體，嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命安全。因此大量使用易燃建筑保溫材料，存在火災(zāi)隱患。本例是以廢聚乙烯（PE）和回收低密度聚乙烯（LDPE）交聯(lián)發(fā)泡邊角料按1∶1混合再生，得到再生聚乙烯（RPE），再將RPE加入低密度聚乙烯（LDPE）新料中共混改性，再添加無鹵阻燃劑，采用二段發(fā)泡的方法，制備無鹵阻燃保溫材料。該材料發(fā)泡倍率高，廢物利用生產(chǎn)成本低，阻燃性能和保溫性能均符合國家對建材行業(yè)的新規(guī)定要求。將回收的廢PE與LDPE交聯(lián)發(fā)泡邊角料按1∶1混合再生，不僅可以在一定程度上解決廢棄PE和邊角料積壓所帶來的一系列問題，同時對緩解企業(yè)當(dāng)前原材料緊缺狀況起到積極作用。純LDPE采用二段發(fā)泡工藝很難發(fā)泡，因此限制其制成高倍率發(fā)泡材，而再生聚乙烯（RPE）不僅可與LDPE共同參加交聯(lián)發(fā)泡構(gòu)成微孔，而且從實際應(yīng)用的效果來看，由于再生料中含有小凝膠體的緣故，有助于改善材料的凝膠率，可得到均勻穩(wěn)定孔結(jié)構(gòu)細(xì)膩的高倍率發(fā)泡體。因此，利用再生RPE改性LDPE，不僅可以降低成本，而且更容易進(jìn)行二段發(fā)泡，還可以改善其性能。

1.配方

2.加工工藝

再生聚乙烯制備無鹵阻燃保溫泡沫材料工藝流程如圖2-1所示。首先將回收的廢聚乙烯泡沫塑料與LDPE交聯(lián)發(fā)泡，邊角料經(jīng)過兩聯(lián)輥處理，粉碎制成再生RPE粒料，按照一定配比將PE粒料、低密度聚乙烯、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡助劑和阻燃劑在密煉機(jī)上混煉，溫度為110℃，混合10min后將混煉好的物料投入開煉機(jī)上進(jìn)行精煉制片；然后將預(yù)發(fā)泡片材放到預(yù)熱好的硫化機(jī)模具中在145℃下熟化（一段發(fā)泡），待熟透后，將其放入預(yù)熱好的30cm×30cm×5cm的模具中180℃下去壓發(fā)泡45min（二段發(fā)泡），冷卻脫模，制得無鹵阻燃保溫發(fā)泡板材。

3.參考性能

通過掃描電鏡觀察了回?fù)搅繛?0%、40%、50%、60%和70%的RPE制得的無鹵阻燃保溫發(fā)泡板材的泡孔結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。發(fā)泡成品的發(fā)泡倍率基本相同，通過計算所得都約為32（體積倍率）。從圖2-2可以看出，隨著RPE回?fù)搅康脑黾樱l(fā)泡材料的泡孔越來越細(xì)膩，但回?fù)搅砍^50%后，會影響泡孔的均勻性。這主要是因為純LDPE凝膠率小，有利于氣泡的生長，但氣泡壁易破裂，添加RPE后，凝膠率變大，使泡孔變得小而均勻。但凝膠率超過某一值時，發(fā)泡變得困難。從圖2-2可知，回?fù)?0%RPE時，泡孔最為均勻、細(xì)膩。

圖2-3、圖2-4分別表示了再生聚乙烯（RPE）回?fù)搅繉o鹵阻燃保溫發(fā)泡材料的拉伸強度、拉伸延長率和壓縮強度（25%）的影響。從圖2-3可以看出，加入RPE后，無鹵阻燃保溫發(fā)泡材料的拉伸延長率隨RPE回?fù)搅康脑黾佣龃螅鞆姸葎t先增大而后略微減小。這主要是由于再生后聚乙烯仍含有交聯(lián)鍵的分子結(jié)構(gòu)，分子間作用力較大，具有較高的強度和模量，LDPE則為線型結(jié)構(gòu)，分子間作用力較小，所以隨著RPE的加入，有助于改善LDPE的強度和模量。從圖2-4可以看出，適當(dāng)添加RPE有助于改善泡沫材料的壓縮強度，這主要由于RPE再生過程中所引起的結(jié)構(gòu)變化是無規(guī)律的，導(dǎo)致產(chǎn)生可溶性的分子鏈和可溶脹的小凝膠體，這些小凝膠體在一定程度上起到使發(fā)泡片材料表面剛性增強的作用。但RPE含量超過50%時，由于加入量過大，會導(dǎo)致凝膠率過高，使材料泡孔不均勻，從而使拉伸強度略微有所下降，壓縮強度開始減小。

材料保溫性能的好壞主要取決于材料的熱導(dǎo)率和吸水率的大小。PPE回?fù)搅繉o鹵阻燃保溫發(fā)泡材料熱導(dǎo)率和吸水率的影響見圖2-5。從圖2-5可以看出，材料中加入RPE后，材料的熱導(dǎo)率先隨著RPE的回?fù)搅吭龃蠖鴾p小，后隨著RPE的增大而減小。剛開始隨著RPE回?fù)搅康脑黾樱菘自桨l(fā)均勻且平均尺寸越發(fā)細(xì)小，孔隙率提高，造成熱導(dǎo)率減小，可以減小材料的熱量損失。但隨著RPE回?fù)搅康睦^續(xù)增加，凝膠率過高，導(dǎo)致發(fā)泡困難，且泡孔不均勻，熱導(dǎo)率呈現(xiàn)增大趨勢。純LDPE材料的吸水率均在0.002g/cm³附近，隨著RPE回?fù)搅康脑黾樱菘拙鶆蚣?xì)小，氣泡壁為完整獨立氣泡型，吸濕滲透率降低；回?fù)搅繛?0%時，泡孔顯示最均勻細(xì)膩且尺寸較小，氣泡壁幾乎無破損，吸水率達(dá)到最小值。當(dāng)凝膠率小或泡孔均勻性變差時，破壁的可能性增大，都會導(dǎo)致吸水率稍微變大。

再生聚乙烯（RPE）回?fù)搅繉Σ牧献枞夹阅艿挠绊懲ㄟ^測量材料的氧指數(shù)和垂直燃燒速率來表征，如圖2-6所示。由于本例中所采用廢舊PE以泉州斯達(dá)納米有限公司生產(chǎn)的電纜電線廢料為主，再生PE中含有少量Al（OH）₃和Mg（OH）₂等無機(jī)阻燃劑，隨著RPE的增加，片材中的無機(jī)組分含量也隨之增加，從而導(dǎo)致垂直燃燒速率減小。當(dāng)RPE回?fù)搅繛?0%時，分別按GB 86624—2011分級可達(dá)到B1-1級，其阻燃性能不輸于目前市場上出售的聚苯乙烯和聚氨酯類泡沫阻燃保溫材料。

將RPE回?fù)搅繛?0%時的樣品在氧氣充足的條件下進(jìn)行燃燒，通過氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用儀分析煙氣成分，結(jié)果如圖2-7所示。由圖2-7可知，燃燒過程中煙氣各成分產(chǎn)生量為C₆H₆（51.45%）>C₆H₁₂（14.67%）>甲苯（4.53%）>C₇H₁₄（3.68%）>C₅H₁₀O（3.66%）>C₅H₆（1.56%）>C₈H₁₀（1.48%）>C₈H₈（1.04%）。由于燃燒是在氧氣充足的環(huán)境下進(jìn)行的，而燃燒產(chǎn)物主要為聚乙烯熱裂解產(chǎn)物，表明聚乙烯泡沫材料在燃燒過程中與氧氣的接觸不好。因此，可以推斷在該材料燃燒時，阻燃劑對聚乙烯起到很好的隔絕氧氣、降低燃燒溫度的作用。其機(jī)理為微膠囊化紅磷在燃燒后，導(dǎo)致聚乙烯脫水形成焦炭層，使得聚乙烯與熱源隔絕；PE阻燃母粒中含有膨脹型阻燃劑，在燃燒過程中，阻燃材料各組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在聚乙烯表面形成泡沫炭層，不僅起到隔氧、隔熱、防熔滴的作用，同時還很好地改善了磷系阻燃劑發(fā)煙量大的缺點。

綜上所述，RPE回?fù)搅繛?0%時性能最佳，發(fā)泡倍率為32（體積倍率），氧指數(shù)為30，垂直燃燒速度為13mm/min，熱導(dǎo)率為0.021W/（m·K）。燃燒后，產(chǎn)物主要為聚乙烯熱裂解產(chǎn)物，表明聚乙烯在燃燒過程中與氧氣的接觸不好，未檢測到二吖英等有毒氣體。