聚丙烯铅酸蓄电池外壳回收料的增韧改性研究

2023-12-06胡琬琪谭文华孟俊光熊曼婷肖万秀雷明岸蒋霞

山东化工 2023年20期

胡琬琪,谭文华,孟俊光,熊曼婷,肖万秀,雷明岸,蒋霞

(怀化学院化学与材料工程学院,湖南怀化 418000)

聚丙烯(PP)五大通用塑料中发展最快的一种[1],不仅具有优异的综合性能,而且价格成本低,品种多产量大,产品性价比高,化学稳定性好,易于加工成型和可回收利用。因为其化学稳定性良好,除了能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,与其他的化学试剂接触都比较稳定,常被用作铝酸蓄电池外壳。铅酸电池由于价格低廉且运行性稳定,目前已经成为我国用途最广泛的电池种类了。随着使用率的上升,其报废率也随之增加。铅酸电池作为国家规定的危险报废物,如何正确回收已经是社会所面临的重大难题。其中,对PP铅酸电池外壳回收处理成为了现在环保的一大难题,如何安全、有效、合理地回收利用PP铅酸电池外壳已经迫在眉睫[2-3]。

由于PP分子链中有甲基的存在,使得PP分子链的柔性低、结晶度大、晶粒较粗,因此其冲击强度较低[4];由于再生PP中含有各种杂质和缺陷,其冲击韧性与新PP相比更差。这些都限制了再生PP在各个领域的应用[5-8]。为了更好地利用再生PP,对再生PP的增韧就显得尤为重要。以回收的PP铅酸电池外壳为研究对象,通过熔融挤出制备一系列回收PP复合材料,分析增韧剂对其力学性能、熔融指数和密度的影响,发现只有部分增韧剂可以提高回收PP的力学性能,但几乎所有的增韧剂不影响回收PP的密度。

1 实验部分

1.1 实验原料及配方

PP铅酸电池外壳回收料,型号:含酸碎片,厂家:江苏新春兴新材料有限公司;聚烯烃热塑性弹性体,型号:7467、8200,厂家:美国陶氏;高密度聚乙烯,型号:4406C,厂家:茂名石化;抗氧剂,型号:1010,厂家:巴斯夫。

1.2 实验仪器

表1为所用到的实验仪器。

表1 实验仪器

1.3 试样制备

清洗聚丙烯回收料,并用pH值试纸检测其酸碱度为中性7±1。接着放入温度为105 ℃的烘箱把水分烘干,最后放入破碎机进行破碎。将再生料通过双螺旋杆挤出机挤出造粒,螺杆各区及机头温度控制参数如表2,参照图1的挤出流程图,挤出1～5次,得到不同成分的PP回收再生料,然后按照表3的参数注塑成标准试样。

图1 再PP工艺流程图

表2 挤出机设定参数[9]

表3 注塑机参数设定表

1.4 性能测试与表征

1.4.1 力学性能测试

表4为力学性能检测方法。

表4 力学性能检测方法

1.4.2 MFR测定

测试温度:230 ℃切五段,时间间隔是5 s/段,负荷是21.168 N。

1.4.3 密度测试

第一步:打开电子天平的侧门,取下托盘。把测量密度的托架放入天平中,并且把支架安放在合适的位置,确保支架不会与托盘架有所接触,把烧杯安置在支架中心,并在烧杯中放入温度计,将已知密度的参考液体倒入烧杯,液体高度为能浸没被测物体1 cm以上,把挂篮放置在固定支架上,确保与液体接触面无气泡并且不会碰到烧杯和温度计,打开电子天平的开关,关闭天平侧门,去皮重;

第二步:打开天平侧门,将被测物体放置于固定支架的称量臂上,关闭侧门,等待天平数值稳定下来后,记录下称量结果;

第三步:打开电子天平侧门,将被测物体放置在挂篮下部的称量网内,保证测量物体表面没有气泡附着(如有表面气泡,可以用小刷子清除);

第四步:关闭电子天平侧门,待数值稳定后,记录下测量结果;

第五步:根据密度公式算出被测固体的密度。

2 结果与讨论

2.1 不同增韧剂对回收PP拉伸强度和断裂伸长率的影响

按照GB/T 1040.1—2006规定的塑料拉伸性能测试方法对试样进行检测,得到如图2所示结果,表5为拉伸性能测试平均数据表。

(a)拉伸强度;(b)断裂伸长率。

表5 拉伸性能测试平均数据表

从图2(a)可以看出,添加2%POE 8200+5%HDPE 4406C增韧剂的回收PP拉升强度有所增加,但是其断裂生长率却大幅度降低。但是加入其它几种增韧剂的回收PP的拉伸强度基本没变化。

2.2 不同增韧剂对回收PP弯曲强度和弯曲模量的影响

按照GB-T9341-2008规定的塑料弯曲性能测试方法在室温下对试样进行测试,得到如图3所示结果,表6为弯曲性能测试平均数据表。

(a)弯曲强度;(b)弯曲模量。

表6 弯曲性能测试平均数据表

几种不同增韧剂加入到回收PP中后,其弯曲强度和弯曲模量几乎无变化。可能是增韧剂添加较少的原因,需要更多的量才能在弯曲强度和弯曲模量上表现。需要再做进一步实验进行验证。

2.3 不同增韧剂对回收PP冲击性能的影响

按照GB/T 1843—2008规定的塑料冲击性能测试方法对试样进行检测,得到如图4所示结果,表7为悬臂梁缺口冲击性能测试平均数据表。

图4 不同增韧剂增韧后的回收PP的冲击强度

表7 悬臂梁缺口冲击性能测试平均数据表

从图4可以看出,不同增韧剂对回收PP进行增韧改性后,冲击强度都有所增加,特别是PP/3%POE 7467组、PP/8%HDPE 4406C、PP/5%HDPE 4406C+2%POE 8200组,冲击强度提高到25%以上,PP/5%HDPE 4406C+2%POE 8200更是达到了32%。

2.4 不同增韧剂对回收PP熔体流动指数的影响

为了表征几种不同增韧剂的加入对回收PP加工性能的影响,对其熔融指数进行了表征,结果如表8、图5所示。

图5 不同增韧剂增韧后的回收PP的熔融指数

表8 熔融指数平均值表

几种不同增韧剂加入到回收PP中后,其熔融指数的变化各有不同。从表8中可以看出3%的POE 7467的加入使得回收PP的熔融指数明显增加,而其他几组的熔融指数反而减小。这可能是因为POE 7467自身的加工流动性能好因此提高了回收PP合金整体的加工流动性。而HDPE 4406C和POE 8200的加工流动性较PP是较差的。因此,HDPE的加入反而使PP合金整体的加工流动性更差。这点有待于后续进一步实验证实。