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、聚氨酯硬泡等有機保溫材料。這類有機材料易燃性強，而且燃燒會放出多種有毒氣體，嚴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，存在火災隱患。本例是以廢聚乙烯（PE）和回收低密度聚乙烯（LDPE）交聯發(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共同參加交聯發(fā)泡構成微孔，而且從實際應用的效果來看，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)定孔結構細膩的高倍率發(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交聯發(fā)泡，邊角料經過兩聯輥處理，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、交聯劑、發(fā)泡助劑和阻燃劑在密煉機上混煉，溫度為110℃，混合10min后將混煉好的物料投入開煉機上進行精煉制片；然后將預發(fā)泡片材放到預熱好的硫化機模具中在145℃下熟化（一段發(fā)泡），待熟透后，將其放入預熱好的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摻量為30%、40%、50%、60%和70%的RPE制得的無鹵阻燃保溫發(fā)泡板材的泡孔結構，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回摻量的增加，發(fā)泡材料的泡孔越來越細膩，但回摻量超過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，回摻50%RPE時，泡孔最為均勻、細膩。

圖2-3、圖2-4分別表示了再生聚乙烯（RPE）回摻量對無鹵阻燃保溫發(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回摻量的增加而增大，而拉伸強度則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鍵的分子結構，分子間作用力較大，具有較高的強度和模量，LDPE則為線型結構，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構變化是無規(guī)律的，導致產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率和吸水率的大小。PPE回摻量對無鹵阻燃保溫發(fā)泡材料熱導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，材料的熱導率先隨著RPE的回摻量增大而減小，后隨著RPE的增大而減小。剛開始隨著RPE回摻量的增加，泡孔越發(fā)均勻且平均尺寸越發(fā)細小，孔隙率提高，造成熱導率減小，可以減小材料的熱量損失。但隨著RPE回摻量的繼續(xù)增加，凝膠率過高，導致發(fā)泡困難，且泡孔不均勻，熱導率呈現增大趨勢。純LDPE材料的吸水率均在0.002g/cm³附近，隨著RPE回摻量的增加，泡孔均勻細小，氣泡壁為完整獨立氣泡型，吸濕滲透率降低；回摻量為50%時，泡孔顯示最均勻細膩且尺寸較小，氣泡壁幾乎無破損，吸水率達到最小值。當凝膠率小或泡孔均勻性變差時，破壁的可能性增大，都會導致吸水率稍微變大。

再生聚乙烯（RPE）回摻量對材料阻燃性能的影響通過測量材料的氧指數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以泉州斯達納米有限公司生產的電纜電線廢料為主，再生PE中含有少量Al（OH）₃和Mg（OH）₂等無機阻燃劑，隨著RPE的增加，片材中的無機組分含量也隨之增加，從而導致垂直燃燒速率減小。當RPE回摻量為50%時，分別按GB 86624—2011分級可達到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回摻量為50%時的樣品在氧氣充足的條件下進行燃燒，通過氣相色譜與質譜聯用儀分析煙氣成分，結果如圖2-7所示。由圖2-7可知，燃燒過程中煙氣各成分產生量為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)境下進行的，而燃燒產物主要為聚乙烯熱裂解產物，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。其機理為微膠囊化紅磷在燃燒后，導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)生化學反應，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回摻量為50%時性能最佳，發(fā)泡倍率為32（體積倍率），氧指數為30，垂直燃燒速度為13mm/min，熱導率為0.021W/（m·K）。燃燒后，產物主要為聚乙烯熱裂解產物，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。