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

(懷化學院 化學與材料工程學院,湖南 懷化 418000)

聚丙烯(PP)五大通用塑料中發展最快的一種[1],不僅具有優異的綜合性能,而且價格成本低,品種多產量大,產品性價比高,化學穩定性好,易于加工成型和可回收利用。因為其化學穩定性良好,除了能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外,與其他的化學試劑接觸都比較穩定,常被用作鋁酸蓄電池外殼。鉛酸電池由于價格低廉且運行性穩定,目前已經成為我國用途最廣泛的電池種類了。隨著使用率的上升,其報廢率也隨之增加。鉛酸電池作為國家規定的危險報廢物,如何正確回收已經是社會所面臨的重大難題。其中,對PP鉛酸電池外殼回收處理成為了現在環保的一大難題,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、結晶度大、晶粒較粗,因此其沖擊強度較低[4];由于再生PP中含有各種雜質和缺陷,其沖擊韌性與新PP相比更差。這些都限制了再生PP在各個領域的應用[5-8]。為了更好地利用再生PP,對再生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象,通過熔融擠出制備一系列回收PP復合材料,分析增韌劑對其力學性能、熔融指數和密度的影響,發現只有部分增韌劑可以提高回收PP的力學性能,但幾乎所有的增韌劑不影響回收PP的密度。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及配方

PP鉛酸電池外殼回收料,型號: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:7467、8200,廠家:美國陶氏;高密度聚乙烯,型號:4406C,廠家:茂名石化;抗氧劑,型號:1010,廠家:巴斯夫。

1.2 實驗儀器

表1為所用到的實驗儀器。

表1 實驗儀器

1.3 試樣制備

清洗聚丙烯回收料,并用pH值試紙檢測其酸堿度為中性7±1。接著放入溫度為105 ℃的烘箱把水分烘干,最后放入破碎機進行破碎。將再生料通過雙螺旋桿擠出機擠出造粒,螺桿各區及機頭溫度控制參數如表2,參照圖1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的參數注塑成標準試樣。

圖1 再PP工藝流程圖

表2 擠出機設定參數[9]

表3 注塑機參數設定表

1.4 性能測試與表征

1.4.1 力學性能測試

表4為力學性能檢測方法。

表4 力學性能檢測方法

1.4.2 MFR測定

測試溫度:230 ℃切五段,時間間隔是5 s/段,負荷是21.168 N。

1.4.3 密度測試

第一步:打開電子天平的側門,取下托盤。把測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,將已知密度的參考液體倒入燒杯,液體高度為能浸沒被測物體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碰到燒杯和溫度計,打開電子天平的開關,關閉天平側門,去皮重;

第二步:打開天平側門,將被測物體放置于固定支架的稱量臂上,關閉側門,等待天平數值穩定下來后,記錄下稱量結果;

第三步:打開電子天平側門,將被測物體放置在掛籃下部的稱量網內,保證測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:關閉電子天平側門,待數值穩定后,記錄下測量結果;

第五步:根據密度公式算出被測固體的密度。

2 結果與討論

2.1 不同增韌劑對回收PP拉伸強度和斷裂伸長率的影響

按照GB/T 1040.1—2006規定的塑料拉伸性能測試方法對試樣進行檢測,得到如圖2所示結果,表5為拉伸性能測試平均數據表。

(a)拉伸強度;(b)斷裂伸長率。

表5 拉伸性能測試平均數據表

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的拉伸強度基本沒變化。

2.2 不同增韌劑對回收PP彎曲強度和彎曲模量的影響

按照GB-T9341-2008規定的塑料彎曲性能測試方法在室溫下對試樣進行測試,得到如圖3所示結果,表6為彎曲性能測試平均數據表。

(a)彎曲強度;(b)彎曲模量。

表6 彎曲性能測試平均數據表

幾種不同增韌劑加入到回收PP中后,其彎曲強度和彎曲模量幾乎無變化。可能是增韌劑添加較少的原因,需要更多的量才能在彎曲強度和彎曲模量上表現。需要再做進一步實驗進行驗證。

2.3 不同增韌劑對回收PP沖擊性能的影響

按照GB/T 1843—2008規定的塑料沖擊性能測試方法對試樣進行檢測,得到如圖4所示結果,表7為懸臂梁缺口沖擊性能測試平均數據表。

圖4 不同增韌劑增韌后的回收PP的沖擊強度

表7 懸臂梁缺口沖擊性能測試平均數據表

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

2.4 不同增韌劑對回收PP熔體流動指數的影響

為了表征幾種不同增韌劑的加入對回收PP加工性能的影響,對其熔融指數進行了表征,結果如表8、圖5所示。

圖5 不同增韌劑增韌后的回收PP的熔融指數

表8 熔融指數平均值表

幾種不同增韌劑加入到回收PP中后,其熔融指數的變化各有不同。從表8中可以看出3%的POE 7467的加入使得回收PP的熔融指數明顯增加,而其他幾組的熔融指數反而減小。這可能是因為POE 7467自身的加工流動性能好因此提高了回收PP合金整體的加工流動性。而HDPE 4406C和POE 8200的加工流動性較PP是較差的。因此,HDPE的加入反而使PP合金整體的加工流動性更差。這點有待于后續進一步實驗證實。

2.5 不同增韌劑對回收PP密度的影響

為了表征幾種不同增韌劑的加入對回收PP材料密度的影響,對其密度進行了表征,結果如表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,在密度上體現不出來。

3 結論

研究了不同增韌劑對于清洗后回收PP料的力學性能、溶體流動速率和密度的影響,得出以下幾個結論:

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

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

(3)總而言POE7467在回收PP增韌中的作用優于其他幾種增韌劑,但效果還不是很理想,后期研究有必要對配方進行進一步優化。