廢舊洗衣機外殼回收料的改性研究

付麗麗，李雪薇，高成闊，吳瑕

(遼寧石化職業技術學院 石油化工系，遼寧 錦州 121001)

塑料以質輕、化學穩定性好、絕緣性好、成型性好等優點，替代金屬、木材等材料，在國民經濟中得到廣泛應用[1]。在過去的10年里，塑料產量以每年8%的速度增長[2]。但是廢舊塑料難以降解，對環境、社會和經濟的影響日益顯著，已成為社會可持續發展難以回避的問題[3]。

廢舊塑料的回收利用作為一項節約能源、保護環境的措施，正日益受到重視。回收利用廢舊塑料一般有兩種方式，一種是直接使用；另一種是改性處理后再使用。直接使用工藝簡單，再生材料成本低廉，但是再生材料的力學性能下降較大，不宜制作高檔制品。通過物理或化學的方法將廢舊塑料改性，其力學性能得到改善或提高，可用于制作檔次較高的塑料制品[4]。

聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，隨著汽車、家電和包裝等行業的發展，廢舊PP成為近年來產量較大的廢棄高分子材料之一[5]。以往通常采用焚燒和填埋的處理方法，近年來，由于石油資源日益緊張，PP的價格有所浮動。因此，廢舊PP的回收改性再利用受到世界各國的廣泛關注和高度重視。

隨著科學技術的創新與市場發展的需求，電子電器產品升級改造速度在不斷地加快，電子廢棄物已成為世界上增長最快的垃圾[6]。塑料是廢舊家電的重要組成部分，其重量比高達30%～40%，按產量和體積計已超過金屬材料，因此廢塑料的回收成為家電回收業中令人關注的問題[7]。家電中常用的塑料主要是熱塑性材料，其中，聚丙烯（PP）在洗衣機用塑料中占77%以上，洗衣機外殼幾乎全部由PP構成。但是，由于長期使用或貯存的原因，回收的洗衣機殼料（PP）力學性能下降較大，無法直接加工成PP制品，因此，需要對其進行改性研究。現有的研究[8～11]大多使用新制備聚丙烯、玻璃纖維、碳纖維等材料提高回收PP的力學性能，成本較高；使用無機填充劑時還需考慮與PP相容問題，產品加工穩定性差。

本文使用回收的洗衣機殼料為主要原料，加入回收的醬油壺料進行共混，研究醬油壺料加入量對熔體流動速率（MFR）、拉伸性能、沖擊性能等的影響，確定最佳配料比。

1 實驗部分

1.1 主要原料

回收洗衣機殼料，錦州科美新資源科技有限公司；回收醬油壺料，錦州科美新資源科技有限公司。

1.2 主要設備

真空干燥箱（DZF-6030B），上海賽歐試驗設備有限公司；塑料高速混合機（GH-10），武漢怡揚塑料機械有限公司；塑料注塑成型機（F1260），寧波市鄞州甬通機械有限公司；傅里葉變換紅外光譜儀（PE Fronier），美國珀金埃爾默儀器有限公司；熔體流動速率儀（MZ-2028），江蘇明珠試驗機械有限公司；萬能試驗機（MZ-5000D），江蘇明珠試驗機械有限公司；懸臂梁沖擊試驗機（MZ-2056B），江蘇明珠試驗機械有限公司。

1.3 試樣制備

按照醬油壺料摻入量為10%～60%的比例，使用塑料高速混合機將洗衣機殼料與醬油壺料共混，混合前先將原料在真空干燥箱中干燥24 h（80℃）。高速混合機容積為8 L，每次放入原料總質量為4000 g，常溫，自摩擦加熱，混合5 min，攪拌槳葉轉速1430 r/min。共混后物料使用塑料注塑成型機制備拉伸性能、沖擊性能測試標準試樣，注塑溫度為180～220℃。加工工藝流程如圖1所示。

圖1 加工工藝流程圖

1.4 性能測試

制得的標準試樣經過24 h 時效處理后，在室溫下進行組成、熔融指數及力學性能測試。組成采用傅里葉變換紅外光譜儀測試；熔融指數按照GB/T 3682—2000測試，230℃，2.16 kg；拉伸性能按照GB/T 1040.2—2006測試，采用Ⅰ型試樣，拉伸速度為50 mm/min；沖擊強度按照GB/T 1843—2008測試，A型缺口。

2 結果與討論

2.1 回收料組成分析

回收洗衣機殼料、回收醬油壺料的紅外分析結果如圖2、圖3所示。從圖中可以看出，兩種回收料在2920、2850附近，都存在強吸收峰，屬于—CH2—的伸縮振動峰；在1460、1470附近有中等強度吸收峰，屬于—CH2—的彎曲振動峰；在720附近有吸收峰，屬于—(CH2)n—(n＞4）的面內搖擺振動峰。回收洗衣機殼料在2955、2880附近有強吸收峰，屬于—CH3的伸縮振動峰；在1376附近有強吸收峰，屬于—CH3的對稱變形振動峰。由此確定，洗衣機殼料的主要成分為聚丙烯（PP），醬油壺料的主要成分為聚乙烯（PE）。二者結構相似，均為聚烯烴類材料，因此，共混料相容性好，有利于加工。

圖2 洗衣機殼料ⅠR圖譜

圖3 醬油壺料ⅠR圖譜

2.2 醬油壺料含量對共混料MFR的影響

按照醬油壺料摻入量為10%～60%的比例，將洗衣機殼料與醬油壺料共混，測得共混料的MFR數據列于表1中，影響如圖4所示。由表1及圖4可以看出，隨著醬油壺料加入量的增加，共混料的MFR數值急劇下降；醬油壺料加入量達到40%左右時，MFR數值趨于穩定，約0.258 g/10 min。回收洗衣機殼料的MFR數值很大，有利于加工成型，但是有可能導致產品強度較低；加入回收醬油壺料后，MFR數值雖然下降，但是還可以制備符合檢測要求的標準試樣，加工性能比較穩定，且共混料強度有可能提高，有必要進行力學性能測試。

2.3 醬油壺料含量對共混料拉伸性能的影響

按照醬油壺料摻入量為10%～60%的比例，將洗衣機殼料與醬油壺料共混，采用注塑成型制備拉伸性能測試標準試樣，測得拉伸性能數據列于表2中，影響如圖5、圖6所示。從表2和圖5中可以看出，加入醬油壺料使洗衣機殼料的抗拉強度稍微有些提高，但是影響不明顯。從表2和圖6可以看出，加入醬油壺料后，共混料的斷裂伸長率有較大程度的提高，這說明加入醬油壺料對洗衣機殼料的強度影響不大，但是使其韌性提高，有必要進行沖擊性能測試。

表1 共混料的MFR數據

圖4 醬油壺料含量對共混料MFR的影響

表2 共混料的拉伸性能數據

圖5 醬油壺料含量對共混料抗拉強度的影響

圖6 醬油壺料含量對共混料斷裂伸長率的影響

2.3 醬油壺料含量對共混料沖擊性能的影響

按照醬油壺料摻入量為10%～60%的比例，將洗衣機殼料與醬油壺料共混，采用注塑成型制備沖擊性能測試標準試樣，測得沖擊性能數據列于表3中，影響如圖7所示。從表3和圖7中可以看出，加入醬油壺料后，共混料的沖擊強度有較大程度的提高，這說明加入醬油壺料使洗衣機殼料韌性提高。

表3 共混料的沖擊性能數據

圖7 醬油壺料含量對共混料沖擊強度的影響

通過以上拉伸性能、沖擊性能分析可以看出，隨著醬油壺料含量的增加，共混料的抗拉強度、斷裂伸長率、沖擊強度均升高，說明回收醬油壺料對回收洗衣機殼料起到增強增韌作用，應該提高其含量。但是，結合MFR數據分析，醬油壺料含量過高時，導致MFR數值急劇下降，這會造成加工困難、能耗大，還有可能引起制品收縮、變形。因此，考慮加工、性能、成本等綜合指標，確定最佳配料比為醬油壺料含量為40%，此時共混料的MFR為0.258 g/10 min、抗拉強度為23.56 MPa、斷裂伸長率為12.7%、沖擊強度為10.98 kJ/m2，接近市售聚丙烯（PP）的抗拉強度（20～40 MPa）、斷裂伸長率（10%～25%）和沖擊強度（10～20 kJ/m2），綜合性能最好。

3 結論

（1）使用回收的洗衣機殼料（PP）為主要原料，加入回收的醬油壺料（PE）進行共混改性，二者相容性好，加工性能優異。

（2）使用的成分均為回收料，成本低，有利于環保。

（3）加入回收醬油壺料（PE），可以提高回收洗衣機殼料（PP）的強度和韌性。

（4）最佳配料比為醬油壺料含量為40%，此時共混料的MFR為0.258 g/10 min、抗拉強度為23.56 MPa、斷裂伸長率為12.7%、沖擊強度為10.98 kJ/m2