導語：機械力化學熱固性塑料再資源化分析一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對熱固性塑料再資源化困難的問題，提出了熱固性塑料機械力化學法回收的工藝流程，對熱固性酚醛樹脂進行超細粉碎回收，分析了機械力對酚醛樹脂物化性質的影響，將再生粉末和聚氯乙烯按照比例混合后模壓成再生板材，并對再生板材的表面形貌和力學性能進行表征測試。結果表明，粉碎腔內流場處于紊流狀態，顆粒間相互混摻，運動無序且應力場分布不均，材料受到反復的擠壓、摩擦、沖擊等形式的機械力作用，產生的內應力使部分交聯鍵發生斷裂，材料恢復了部分塑性成型的能力，回收的再生粉末顆粒和聚氯乙烯之間有較強的結合力，制備的再生板材具有較好的力學性能，其拉伸強度為3.78～19.02MPa，彎曲強度為11.72～36.85MPa，可以實現較為理想的回收再利用。

關鍵詞：機械力化學；熱固性塑料；內應力；力學性能

熱固性塑料具有較強的耐熱性和耐腐蝕性，其力學性能一般遠超過熱塑性塑料，特別是一些熱固性塑料復合材料，甚至可以在許多場合代替金屬材料。但是對于熱固性塑料而言，由于其高度交聯的體型網狀分子結構，在固化定型后無法像熱塑性塑料一樣實現熔融或溶解于溶劑中，難以實現有效的回收利用[1]。對于熱固性塑料廢棄物主要是采用直接填埋或焚燒的方法進行處理，也由此帶來了一系列的環境污染問題，同時也浪費了大量的資源[2]。面對全球資源日益枯竭以及環境污染現象的加劇，綠色環保可持續發展已成為當今世界發展的主題，熱固性塑料廢棄物的回收再利用也受到了高度重視。當前，熱固性塑料廢棄物的回收利用方法主要有物理法和化學法兩大類[3]。其中采用物理法回收熱固性塑料的工藝流程較為簡單，已經得到了部分產業化應用，但是由于回收物主要是用作低價值的填充料，無法高效發揮出熱固性塑料本身的優良性能，因此物理法的應用前景不佳[4–6]；而化學法主要研究將熱固性塑料分解成化工原料單體或小分子物質，進而應用于高分子材料或復合材料的生產制備中，從資源的高價值回收利用角度看，化學法是較為理想的回收方法，但是目前化學法的回收工藝路線非常復雜，過程控制要求極高，成本也很高昂，目前仍處于實驗室研究階段，難以得到產業化規模應用[7–10]。因此，如果能夠研究出熱固性塑料高效且成本較低的回收再利用方法，一方面可節約大量的資源和能源，大大減輕環境污染的壓力，另一方面可為機電產品的輕量化設計提供性價比更高的材料，進而促進熱固性塑料得到更廣泛的應用和發展。機械力化學主要研究機械能產生的應力作用引起材料的組織、結構等物理化學性質發生變化的規律，用于提高材料的性能或制備新的材料[11]。如張松華等[12]研究竹漿纖維在球磨作用下發生的機械力化學變化，進而制備得到高熒光高量子產率的熒光納米纖維素；張凡超等[13]利用高能球磨機對鈣基膨潤土進行改性研究，結果表明改性后的鈣基膨潤土助懸性能顯著提高；林風采等[14]采用機械力化學法制備的雙醛基微纖化纖微素／明膠復合膜具有良好的熱穩定性和力學性能。筆者以廢舊熱固性酚醛塑料為研究對象，首先進行超細粉碎，分析酚醛樹脂物化性質的變化規律，然后將酚醛樹脂再生粉末和聚氯乙烯混合熔融后模壓成型制成再生板材，研究不同質量配比的酚醛樹脂再生粉末對再生板材力學性能的影響關系，實現了廢舊熱固性酚醛樹脂塑料的回收再利用。

1熱固性塑料機械力化學回收工藝流程

熱固性塑料機械力化學法回收分為粗破碎、超細粉碎、混合均質和塑性成型等四步，工藝流程如圖1所示。首先將廢舊熱固性塑料制品進行分離、清洗晾干后破碎成顆粒；再對顆粒進行超級粉碎，得到再生粉末，在此過程中，強烈而持久的機械力作用在熱固性塑料上，產生內應力破壞分子鏈中部分化學鍵，生成自由基，提高材料的反應活性，使材料恢復一定的塑性，重新具備加工成型的能力；然后向再生粉末中添加少量黏流態熱塑性樹脂和化學助劑，通過高速攪拌進行充分混合、均質；利用塑料成型設備(壓塑成型設備或擠塑成型設備等)，對成型工藝參數如壓力、溫度、時間等進行控制，制備出再生塑料制品，實現熱固性塑料的循環利用。

2實驗部分

2．1原材料。廢舊熱固性酚醛樹脂外墻保溫板邊角料：中商保溫材料(廊坊)有限公司；聚氯乙烯：蘇州裕辰隆工程塑料有限公司。2．2設備及儀器。熱固性塑料粉碎再生回收實驗專機[15]：自制，該實驗機粉碎腔分為剪切腔和研磨腔兩個部分，三維模型如圖2所示，其中剪切腔主要由剪切刀軸1和環形定刀2組成；研磨腔主要由靜磨盤3和動磨盤4組成；圖2實驗機粉碎腔三維模型立軸式復合破碎機：鄭州偉澤機械設備有限公司；立式攪拌機：瑞安市瑞誠橡塑機械有限公司；平板硫化機：上海齊才液壓機械有限公司；核磁共振交聯密度分析儀：MicroMR–CL型，上海紐邁科技公司；紅外光譜儀：Nicolet67型，美國ThermoNicolet公司；掃描電子顯微鏡(SEM)：JSM–6490LV型，日本電子株式會社；電液伺服材料實驗機：MTS–809型，美國MTS公司。2．3實驗過程利用立軸式復合破碎機將實驗材料破碎成粒徑為1～2mm的顆粒，在熱固性塑料粉碎再生回收實驗專機中對顆粒進行超細粉碎，每次實驗加入的物料為60g，設置實驗機的轉速為2500r／min，實驗時間為90min。實驗結束后，收集酚醛樹脂粉末。得到的酚醛樹脂粉末表現出較高的活性，在擠壓應力作用下能發生較明顯的塑性成型能力。利用振篩機進行篩分，收集粒徑為160目(96μm)的酚醛樹脂再生粉末，并將再生粉末和聚氯乙烯按照比例充分混合后，利用平板硫化機，在溫度180℃、壓力10MPa、模壓時間10min、冷壓時間5min的工藝參數下，按照模壓成型的方法制作成酚醛樹脂再生板材。

3結果與討論

3．1機械力對熱固性酚醛樹脂物化性質的影響。熱固性酚醛樹脂是酚類和醛類化合物在堿性催化劑作用下通過縮聚反應生成的一種高分子化合物，在分子結構上表現為苯環和苯環之間以亞甲基橋(—CH2—)交聯形成體型網狀結構，如圖3所示。從化學鍵的組成種類來看，熱固性酚醛樹脂主鏈上的交聯鍵是C—C鍵，支鏈上主要是C—O鍵、C—H鍵、O—H鍵，其中C—C鍵的鍵能為332kJ／mol，C—O鍵的鍵能為326kJ／mol，C—H鍵的鍵能為414kJ／mol，O—H鍵的鍵能為464kJ／mol。由圖4a可看出，粉碎腔內流場整體上處于紊流狀態，顆粒間相互混摻，運動無序，在磨盤邊緣處的切向速度最大。由圖4b可看出，粉碎腔內應力場強度分布不均，在磨盤磨齒的齒面處表現為壓應力，在磨齒的端面處表現為拉應力。因此，材料在粉碎過程中，會受到反復的擠壓、摩擦、沖擊等形式的機械力作用，在酚醛樹脂分子鏈上產生隨機分布的內應力。在應力集中處，鍵能較弱的C—C鍵和C—O鍵發生斷裂，生成自由基，表現為圖5紅外光譜中2908cm–1處的亞甲基徑的減小，C—C鍵以及C—O鍵斷裂數目的增多，材料內部的交聯鏈信號強度發生明顯降低，酚醛樹脂體型網狀結構遭到破壞，生成線型結構的分子鏈，使材料重新恢復了部分塑性成型的能力。3．2再生板材的性能。(1)微觀形貌。圖7a中高亮、表面較為光滑且形狀近似球體或橢圓體的顆粒為聚氯乙烯，暗色、表面較為粗糙且形狀不規則部分為酚醛樹脂再生粉末，經過高速攪拌混合后，再生混合料混合均勻；圖7b中形狀不規則的顆粒為酚醛再生粉末顆粒，在模壓成型過程中，固態的聚氯乙烯變成熔融狀后與酚醛再生粉末之間緊密結合，說明酚醛再生粉末和聚氯乙烯之間有較強的結合力，能夠形成穩定的復合結構，有利于再生板材獲得較好的力學性能。(a)(b)a—再生混合料；b—再生板材圖7再生混合料和再生板材的微觀形貌SEM照片(2)力學性能。分別根據GB／T1040.2–2006和GB／T1449–2005制作酚醛樹脂再生板材的拉伸和彎曲試驗樣件，利用電液伺服材料實驗機測量拉伸強度和彎曲強度，結果見圖8。由圖8可看出，再生板材具有較好的力學性能，拉伸強度為3.78～19.02MPa，彎曲強度為11.72～36.85MPa。酚醛樹脂再生粉末的含量對再生板材的拉伸強度及彎曲強度都有較大的影響，隨著酚醛樹脂再生粉末含量的增大，再生板材的拉伸強度和彎曲強度先逐漸增大，當再生粉末的質量分數超過40%后，再生板材的拉伸強度呈現逐漸減小的趨勢，當再生粉末的質量分數超過50%后，再生板材的彎曲強度呈現逐漸減小的趨勢。

4結論

(1)在處于紊流狀態的流場作用下，粉碎腔內顆粒間相互混摻，運動無序，應力場強度分布不均，表現為壓應力和拉應力共存，材料在粉碎過程中，會受到反復的擠壓、摩擦、沖擊等形式的機械力作用，在酚醛樹脂分子鏈上產生的隨機分布應力會破壞交聯鍵，使材料恢復部分塑性成型的能力。(2)酚醛樹脂再生粉末具有較強的活性，且與聚氯乙烯之間有較強的結合力，能夠形成穩定的復合結構，混合料中再生粉末的含量對再生板材的力學性能有較大影響，再生粉末的質量分數為40%時，再生板材的拉伸強度達到最大，再生粉末的質量分數為50%時，再生板材的彎曲強度達到最大。

作者:董慧芳 路玲 胡健 宋守許 單位:1.巢湖學院機械工程學院 2.合肥工業大學機械工程學院