第二章　废旧聚乙烯的再生利用

（一）再生聚乙烯制备无卤阻燃保温泡沫材料

目前市场上所销售的建筑物外墙保温材料90%以上为聚苯板、挤塑板、聚氨酯硬泡等有机保温材料。这类有机材料易燃性强，而且燃烧会放出多种有毒气体，严重威胁着人民群众的生命安全。因此大量使用易燃建筑保温材料，存在火灾隐患。本例是以废聚乙烯（PE）和回收低密度聚乙烯（LDPE）交联发泡边角料按1∶1混合再生，得到再生聚乙烯（RPE），再将RPE加入低密度聚乙烯（LDPE）新料中共混改性，再添加无卤阻燃剂，采用二段发泡的方法，制备无卤阻燃保温材料。该材料发泡倍率高，废物利用生产成本低，阻燃性能和保温性能均符合国家对建材行业的新规定要求。将回收的废PE与LDPE交联发泡边角料按1∶1混合再生，不仅可以在一定程度上解决废弃PE和边角料积压所带来的一系列问题，同时对缓解企业当前原材料紧缺状况起到积极作用。纯LDPE采用二段发泡工艺很难发泡，因此限制其制成高倍率发泡材，而再生聚乙烯（RPE）不仅可与LDPE共同参加交联发泡构成微孔，而且从实际应用的效果来看，由于再生料中含有小凝胶体的缘故，有助于改善材料的凝胶率，可得到均匀稳定孔结构细腻的高倍率发泡体。因此，利用再生RPE改性LDPE，不仅可以降低成本，而且更容易进行二段发泡，还可以改善其性能。

1.配方

2.加工工艺

再生聚乙烯制备无卤阻燃保温泡沫材料工艺流程如图2-1所示。首先将回收的废聚乙烯泡沫塑料与LDPE交联发泡，边角料经过两联辊处理，粉碎制成再生RPE粒料，按照一定配比将PE粒料、低密度聚乙烯、发泡剂、交联剂、发泡助剂和阻燃剂在密炼机上混炼，温度为110℃，混合10min后将混炼好的物料投入开炼机上进行精炼制片；然后将预发泡片材放到预热好的硫化机模具中在145℃下熟化（一段发泡），待熟透后，将其放入预热好的30cm×30cm×5cm的模具中180℃下去压发泡45min（二段发泡），冷却脱模，制得无卤阻燃保温发泡板材。

3.参考性能

通过扫描电镜观察了回掺量为30%、40%、50%、60%和70%的RPE制得的无卤阻燃保温发泡板材的泡孔结构，如图2-2所示。发泡成品的发泡倍率基本相同，通过计算所得都约为32（体积倍率）。从图2-2可以看出，随着RPE回掺量的增加，发泡材料的泡孔越来越细腻，但回掺量超过50%后，会影响泡孔的均匀性。这主要是因为纯LDPE凝胶率小，有利于气泡的生长，但气泡壁易破裂，添加RPE后，凝胶率变大，使泡孔变得小而均匀。但凝胶率超过某一值时，发泡变得困难。从图2-2可知，回掺50%RPE时，泡孔最为均匀、细腻。

图2-3、图2-4分别表示了再生聚乙烯（RPE）回掺量对无卤阻燃保温发泡材料的拉伸强度、拉伸延长率和压缩强度（25%）的影响。从图2-3可以看出，加入RPE后，无卤阻燃保温发泡材料的拉伸延长率随RPE回掺量的增加而增大，而拉伸强度则先增大而后略微减小。这主要是由于再生后聚乙烯仍含有交联键的分子结构，分子间作用力较大，具有较高的强度和模量，LDPE则为线型结构，分子间作用力较小，所以随着RPE的加入，有助于改善LDPE的强度和模量。从图2-4可以看出，适当添加RPE有助于改善泡沫材料的压缩强度，这主要由于RPE再生过程中所引起的结构变化是无规律的，导致产生可溶性的分子链和可溶胀的小凝胶体，这些小凝胶体在一定程度上起到使发泡片材料表面刚性增强的作用。但RPE含量超过50%时，由于加入量过大，会导致凝胶率过高，使材料泡孔不均匀，从而使拉伸强度略微有所下降，压缩强度开始减小。

材料保温性能的好坏主要取决于材料的热导率和吸水率的大小。PPE回掺量对无卤阻燃保温发泡材料热导率和吸水率的影响见图2-5。从图2-5可以看出，材料中加入RPE后，材料的热导率先随着RPE的回掺量增大而减小，后随着RPE的增大而减小。刚开始随着RPE回掺量的增加，泡孔越发均匀且平均尺寸越发细小，孔隙率提高，造成热导率减小，可以减小材料的热量损失。但随着RPE回掺量的继续增加，凝胶率过高，导致发泡困难，且泡孔不均匀，热导率呈现增大趋势。纯LDPE材料的吸水率均在0.002g/cm³附近，随着RPE回掺量的增加，泡孔均匀细小，气泡壁为完整独立气泡型，吸湿渗透率降低；回掺量为50%时，泡孔显示最均匀细腻且尺寸较小，气泡壁几乎无破损，吸水率达到最小值。当凝胶率小或泡孔均匀性变差时，破壁的可能性增大，都会导致吸水率稍微变大。

再生聚乙烯（RPE）回掺量对材料阻燃性能的影响通过测量材料的氧指数和垂直燃烧速率来表征，如图2-6所示。由于本例中所采用废旧PE以泉州斯达纳米有限公司生产的电缆电线废料为主，再生PE中含有少量Al（OH）₃和Mg（OH）₂等无机阻燃剂，随着RPE的增加，片材中的无机组分含量也随之增加，从而导致垂直燃烧速率减小。当RPE回掺量为50%时，分别按GB 86624—2011分级可达到B1-1级，其阻燃性能不输于目前市场上出售的聚苯乙烯和聚氨酯类泡沫阻燃保温材料。

将RPE回掺量为50%时的样品在氧气充足的条件下进行燃烧，通过气相色谱与质谱联用仪分析烟气成分，结果如图2-7所示。由图2-7可知，燃烧过程中烟气各成分产生量为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%）。由于燃烧是在氧气充足的环境下进行的，而燃烧产物主要为聚乙烯热裂解产物，表明聚乙烯泡沫材料在燃烧过程中与氧气的接触不好。因此，可以推断在该材料燃烧时，阻燃剂对聚乙烯起到很好的隔绝氧气、降低燃烧温度的作用。其机理为微胶囊化红磷在燃烧后，导致聚乙烯脱水形成焦炭层，使得聚乙烯与热源隔绝；PE阻燃母粒中含有膨胀型阻燃剂，在燃烧过程中，阻燃材料各组分发生化学反应，在聚乙烯表面形成泡沫炭层，不仅起到隔氧、隔热、防熔滴的作用，同时还很好地改善了磷系阻燃剂发烟量大的缺点。

综上所述，RPE回掺量为50%时性能最佳，发泡倍率为32（体积倍率），氧指数为30，垂直燃烧速度为13mm/min，热导率为0.021W/（m·K）。燃烧后，产物主要为聚乙烯热裂解产物，表明聚乙烯在燃烧过程中与氧气的接触不好，未检测到二吖英等有毒气体。