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废聚氨酯发泡塑料的回收利用技术研究

作　者: 王伟
导　师: 李迎春
学　校: 中北大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 废硬质聚氨酯泡沫塑料低密度聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯回收利用解交联
分类号: TQ328.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

硬质聚氨酯泡沫塑料(简称RPUF),是一种三维网状结构的热固性材料。由于它的优良性能,得到了广泛的应用,从而导致了大量的废制品需要回收利用。但是RPUF本身是不溶不熔的,导致了废硬质聚氨酯泡沫塑料(WRPUF)很难被回收再利用。总之,泡沫塑料回收利用技术的研究,可以减少对环境的污染,实现资源的循环利用和绿色环保理念。目前,国内外主要的回收方法是物理回收法、化学回收法、生物降解回收法、能量回收法等。从经济角度看,能直接回收利用最好,即物理回收法。但是制品的性能较差;从回收制品的使用性能来看,还是化学回收较好,但工艺复杂,耗能大,存在二次污染等;能量回收法不太符合环保理念。本文采用的回收方法是力化学回收法。此方法综合了物理回收法和化学回收法的优点,一方面简单易行;另一方面在以最大限度回收RPUF的前提下,还可以提高回收制品的性能。本文的主要研究内容及结果如下:1.研究了解交联剂的类型及用量对RPUF解交联的影响。研究结果如下:(1)随着三乙醇胺(TEA)含量的增加,再生硬质聚氨酯(RRPU)中的氨基甲酸酯基团,脲基团都有不同程度的减少,且随含量的增加,基团解交联程度逐渐增加。但是,当TEA的质量份数为35%时,RPUF迅速呈烧焦糊状,颜色泛黑。另外,不同解交联剂体系的解交联程度强弱顺序:四乙烯五胺(TEPA)>TEPA/二乙二醇(DEG)>TEA。(2)由凝胶渗透色谱(GPC)分析可知,在这三种解交联体系中,出峰所需要的时间大小顺序为:RRPU(TEPA)>RRPU(TEPA/DEG)>RRPU(TEA),溶于THF溶剂的分子的分子量大小顺序为:RRPU(TEA)>RRPU(TEPA/DEG)>RRPU(TEPA),由此可知,TEPA体系的解交联程度最强,TEA体系的解交联程度最弱。2.研究了RRPU(TEPA/DEG)的含量、相容剂的种类及用量、不同解交联剂体系的RRPU对聚丙烯(PP)/RRPU复合材料力学性能、动态力学性能及流变性能、结晶性能、断面形貌的影响。研究结果如下:(1)以TEPA或TEA为解交联剂的回收制品表面有气泡,其性能也较差。以TEPA/ DEG为解交联剂体系的回收制品表面平整,其性能也最佳。以TEPA/DEG为解交联剂的最佳配方:PP:RRPU:PP-g-MAH为100:150:5,此时复合材料的冲击强度可达16.66J/m,拉伸强度可达15.33MPa,弯曲强度可达66.90MPa,弯曲模量可达2727.66MPa,洛氏硬度值可达112.71。(2)由DMA分析可知,在0℃～70℃范围内,复合材料的储能模量大小顺序为PP/RRPU(TEA)/PP-g-MAH>PP/RRPU(TEPA)/PP-g-MAH>PP/RRPU(TEPA/DEG)/PP-g- MAH;PP/RRPU(TEPA/DEG)/PP-g-MAH、PP/RRPU(TEA)/PP-g-MAH、PP/RRPU(TEPA) /PP-g-MAH复合材料的玻璃化转变温度(Tg)分别是130℃、70℃、108℃。力学内耗tanδ值大小顺序为PP/RRPU(TEPA/DEG)/PP-g-MAH>PP/RRPU(TEA)/PP-g-MAH>PP/ RRPU(TEPA)/PP-g-MAH,这与力学试验得出的数据一致。(3)偏光显微镜(PLM)的分析表明,RRPU的加入,完全破坏了PP的球晶结构,使PP的结晶形态发生了变化。(4)扫描电镜(SEM)的分析表明,以TEPA/DEG为解交联剂体系处理所得到的RRPU与PP基体之间的结构更紧密、粘结作用力更强;断面有明显的撕裂迹象,最终表现为力学性能的提高。3.研究了RRPU(TEPA/DEG)、增塑剂(DOP)的含量、不同解交联剂体系的RRPU对聚氯乙烯(PVC)/RRPU复合材料力学性能、动态力学性能、断面形貌的影响。研究结果如下:(1)以TEPA为解交联剂,回收制品的表面较光滑平整,性能也最佳。最佳的配方是:RRPU的质量份数为70%,DOP的质量份数为15%。此时复合材料的冲击强度可达25.42J/m,拉伸强度可达43.17MPa,弯曲强度可达76.19MPa,弯曲模量可达2849.59 MPa,洛氏硬度值可达106.14HRR,综合性能最佳?(2)由DMA分析可知,加入RRPU粉末后,复合材料的储能模量(E′)、玻璃化温度(Tg)比纯PVC的有所提高;此外,复合材料的力学内耗(tanδ)也有所改变。(3)由扫描电镜分析可知,经TEPA体系处理所得到的RRPU和PVC复合材料冲击断面相界面粘结作用较好,拉伸断面中的撕裂拉扯现象最为明显,也没有明显的相界面,RRPU粉末被PVC树脂紧密包裹,粘结性较好,力学性能也最佳。4.研究了TEA、RRPU的含量对接枝低密度聚乙烯(LDPE-g-MAH)/RRPU复合材料力学性能、流变性能、断面形貌的影响。研究结果如下:(1)随着TEA质量份数的增大,复合材料的冲击强度和拉伸强度在逐渐的增大,当TEA所占质量份数为30%时,二者强度均达到最大值,之后随着TEA所占质量份数的增大二者强度随之下降。但是,弯曲强度整体呈现逐渐减小的趋势。当TEA的质量份数为30%,LDPE-g-MAH:RRPU(质量比)为3:2时,冲击强度可达168.4 J/m,拉伸强度可达16.17MPa,弯曲强度可达18.76MPa。(2)LDPE-g-MAH/RRPU复合材料的n值均小于1,属于假塑性流体,且呈现“切力变稀现象”。当TEA的质量份数为30%时,复合材料的粘流活化能相对较小,在恒定的剪切力作用下,复合材料可在较宽的温度范围内获得较稳定的流动,故易成型加工?(3)扫描电镜的分析表明,LDPE-g-MAH/RRPU(质量份数为30%的TEA)质量比为3:2时,复合材料的界面较模糊,RRPU粉末在塑料基体中分散较均匀、尺寸较小;同时两相界面作用力较强,在宏观上表现为力学性能的提高。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-13
主要符号表  13-14
1 绪论  14-34
  1.1 前言  14
  1.2 硬质聚氨酯泡沫塑料的结构和性质  14-17
    1.2.1 硬质聚氨酯泡沫塑料的结构  14-16
    1.2.2 硬质聚氨酯泡沫塑料的性能  16-17
  1.3 废硬质聚氨酯泡沫塑料回收的研究进展  17-23
    1.3.1 物理回收方法  17-18
    1.3.2 化学回收方法  18-23
    1.3.3 生物降解法  23
    1.3.4 能量回收法  23
  1.4 力化学法及聚氨酯共混改性的研究进展  23-28
  1.5 本文的研究目的、研究方法和主要研究内容  28-30
    1.5.1 本文的研究目的和研究方法  28-29
    1.5.2 本文的主要研究内容  29-30
  1.6 本文的创新点  30
  参考文献  30-34
2 RPUF 解交联的研究  34-43
  2.1 前言  34-35
  2.2 实验部分  35-37
    2.2.1 主要原料  35
    2.2.2 主要仪器设备  35-36
    2.2.3 RPUF 解交联工艺流程  36
    2.2.4 RPUF 解交联配方  36
    2.2.5 RRPU 测试表征  36-37
  2.3 结果与讨论  37-41
    2.3.1 红外光谱（FT-IR）分析  37-39
    2.3.2 凝胶渗透色谱（GPC）分析  39-41
  2.4 本章小结  41-42
  参考文献  42-43
3 PP/RRPU 复合材料性能的研究  43-65
  3.1 前言  43
  3.2 实验部分  43-46
    3.2.1 主要原料  43-44
    3.2.2 主要仪器设备  44
    3.2.3 PP/RRPU 复合材料的制备工艺流程  44-45
    3.2.4 PP/RRPU 复合材料的制备配方  45
    3.2.5 PP/RRPU 复合材料的性能测试及其表征  45-46
  3.3 结果与讨论  46-62
    3.3.1 PP/RRPU 复合材料力学性能分析  46-51
    3.3.2 PP/RRPU 复合材料动态力学性能分析  51-54
    3.3.3 PP/RRPU 复合材料流变性能分析  54-58
    3.3.4 PP/RRPU 复合材料扫描电镜分析  58-61
    3.3.5 PP/RRPU 复合材料偏光显微镜分析  61-62
  3.4 本章小结  62
  参考文献  62-65
4 PVC/RRPU复合材料性能的研究  65-80
  4.1 前言  65
  4.2 实验部分  65-68
    4.2.1 主要原料  65-66
    4.2.2 主要仪器与设备  66
    4.2.3 PVC/RRPU 复合材料的制备工艺流程  66-67
    4.2.4 PVC/RRPU 复合材料的制备配方  67
    4.2.5 PVC/RRPU 复合材料的性能测试及表征  67-68
  4.3 结果与讨论  68-77
    4.3.1 PVC/RRPU 复合材料力学性能分析  68-72
    4.3.2 PVC/RRPU 复合材料动态力学性能分析  72-75
    4.3.3 PVC/RRPU 复合材料扫描电镜分析  75-77
  4.4 本章小结  77-78
  参考文献  78-80
5 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料性能的研究  80-89
  5.1 前言  80
  5.2 实验部分  80-82
    5.2.1 主要原料  80
    5.2.2 主要仪器设备  80-81
    5.2.3 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料的制备工艺流程  81
    5.2.4 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料的制备配方  81-82
    5.2.5 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料的性能测试及表征  82
  5.3 结果与讨论  82-87
    5.3.1 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料力学性能分析  82-85
    5.3.2 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料流变性能分析  85-87
    5.3.3 LDPE-g-MAH/RRPU 复合材料扫描电镜分析  87
  5.4 本章小结  87-88
  参考文献  88-89
6 全文总结及下一步工作设想  89-92
  6.1 全文总结  89-90
  6.2 下一步工作设想  90-92
攻读硕士学位期间所得研究成果  92-93
致谢  93

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