低密度聚乙烯再生料改性基础分析

张云峰，陈鹏

（1. 南京炫胜塑料科技股份有限公司，江苏 南京 211106；2. 南京威格德塑料科技有限公司，江苏 南京 211106）

0 前言

塑料作为现代新兴的材料之一，在当代四大基础材料中，占据着极其重要的地位。与发达国家相比，我国的塑料产业起步较晚，基础较差，但发展速度很快，目前已发展成为塑料产业大国。另一方面，由于我国的塑料人均消费量较大，因而塑料原料稀缺的现象也十分严重。在塑料产业中，聚乙烯是其中应用最为广泛的类型，发展成熟，产量巨大。

目前，随着聚乙烯塑料产品出现了多样化的发展势头，废弃物的数量也急剧攀升。为了减少资源浪费，提高我国塑料原料的利用率，解决原料稀缺的问题，可对低密度聚乙烯再生料进行改性研究，提高材料的附加值，使材料得以回收利用，促进我国塑料产业的发展。

1 聚乙烯改性研究概述

1.1 物理改性

采用物理改性方法，可在保持原有PE分子链的基础上，添加其他成分，以达到改性的目的。添加成分一般为无机材料，或是聚合物，通过构造一个共混体系，以实现更加优良的性能。在进行物理改性时，最好保证新成分能够与PE相容，如果不能相容，则需另加增溶剂。同时，为保证共混体的力学性能，也应对其内部不同元素的相容性进行研究。研究方向大致有以下两种：第一，针对填充物，进行表面改性，提高其活性，或使其细化，从而增大表面积；第二，添加偶联剂。从偶联剂的性质来看，其分子一端“亲水”，另一端“亲油”，因而可起到连通过渡的作用[1]。例如，在玻璃纤维增强塑料中，一般采用硅烷偶联剂。在两种协同作用下，可增强其相容性，从而使改性后的共混体系具备更加优越的力学性质。

同时，在加工过程中，由于机械力的存在，以混炼机为例，在其慢速辊与快速辊，或挤出机螺杆与内壁之间，都存在着极大的机械外力，在机械力的作用下，会使高分子的分子量减少，破坏其力学性能，这正是添加偶联剂的必要性。

1.2 化学改性

聚乙烯的化学改性方法，主要可分为四种，即共聚改性、氯化改性、交联改性及接枝改性。通过共聚改性，可提高聚乙烯的冲击性能，增加透明性，使其易于加工。如果要想材料具备良好的柔韧度，最好采用这一改性方法。氯化改性，是通过改变原有的分子结构，将部分仲碳原子以氯原子取而代之，从而得到氯化聚乙烯的有效手段[2]。对于新形成的氯化聚乙烯，其优点在于良好的耐臭氧性及耐低温性，同时不易被化学药品腐蚀，不易燃烧，电绝缘性能良好；交联改性，可用于材料的物理机械强度提升用途，从而使聚乙烯材料更加适应环境应力，使其不易开裂，同时具备抗腐蚀性及抗蠕变性，这样就扩大了原有材料的应用范围。其中，交联改性又可具体分为辐射交联、化学交联、硅烷交联三种不同的方式；接枝改性，是指在分子链中，通过引入功能基团，使其极性化[3]，这样就可获得极性基团的极性与反应性，克服原有材料的弊端，补充新的功能，使材料性能得以完善。

2 低密度聚乙烯再生料基本性能分析

2.1 所需试验用品

（1）试验材料。基本材料为低密度聚乙烯再生料，使用农用薄膜，将其粉碎、造粒，作为试验样品待用。此外，还需LDPE新料，2 426 K，燕山石化。

（2）主要仪器设备。为完成低密度聚乙烯再生料改性的研究，保证试验结果的准确，需配备以下仪器设备：熔体流动速率测定仪，XNR—400C；平行双螺杆挤出机，HAAKE Rheomex PTW16/40； 旋转流变 仪，HAAKE MARS； 密 炼 机，HAAKE Rheomix 600 s； 微型注塑机，RR/TSMP/134； 电子万能试验机，QJ-210A； 万能试验机，Criterion44； 傅立叶红外光谱仪（FT-IR），Nicolet—6700； 多功能 X 射线衍射仪，X’Pert PRO ； 型热重分析仪（TGA），Q500； 差示扫描量热仪（DSC），Q200； 扫描电子显微镜，Ultra 55； 高温凝胶渗透色谱仪，PL—GPC 220。

2.2 试验方法

（1）再生料的熔体流动速率测试 。测试流动速率，可利用XNR-400C 型熔体流动速度仪，测试温度为190 ℃，负载 2.16 kg。 经测试发现，再生料密度为 0.9275 g/cm3，小于0.94，为低密度聚乙烯的正常取值。流动速率为 0.3 g/10 min，由此可知，由于熔体粘度较大，降低了加工流动性。

（2）差示扫描量热分析。从再生料及新料中取试验样品，分别为5 mg，在氮气流量为50 ml/min的条件下，使用DSC分析仪，展开升温及降温的DSC测试。首先，从常温升至200 ℃，恒温2 min，以消除热历史；保持恒定的速率，再使其降温至20 ℃；最后，再重新上升至200 ℃；在温度变化速率上，始终保持在10 ℃/min。经测试发现，再生料在整个过程可出现两个熔融峰，分别为107.98 ℃和120.63 ℃。这说明，在低密度聚乙烯成分中，应该含有其他树脂。由于取材于农用薄膜，而薄膜中含有LLDPE 和 LDPE[4]，因此可以断定，用于试验的再生料中含有LLDPE及LLDPE。

（3）力学性能测试。分别通过拉伸试验和弯曲试验两项内容，对再生料的力学性能进行测试。拉伸试验中，设备为电子万能材料试验机 QJ—210A，以GB/T 1040.2—2006为标准；弯曲试验中，设备为万能材料试验机 Criterion44，以GB/T 9341—2000为标准[5]。经测试发现，与新料LDPE相比，再生料分子量更高，因而拉伸强度较高，但断裂伸长率不足，这与试验样品中杂质较多有一定关系。

（4）X 射线衍射测试。在熔融状态下，分别将再生料及新料进行压缩，使其成为厚度为1.5 mm的薄片，使用XRD分析仪，分别进行扫描。角度范围 3～90°，铜靶，电压为40 kV，完成晶态结构的测试。测试后，发现二者存在几乎近似的特征峰，但与新料相比，再生料的峰底宽度更窄。通过计算可知，在结晶度方面，再生料要明显偏低。

3 结论

本文通过对低密度聚乙烯再生料改性基础进行深入的研究和分析，指出为提高塑料产品的回收利用率，使我国的塑料产业更加完善，应积极开展低密度聚乙烯再生料改性的研究。本文对聚乙烯改性进行了较为详尽的概述，并在此基础上，通过一系列的相关测试，对低密度聚乙烯再生料的基本性能展开了全面分析。

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[3]孙璐，孙占英，赵雄燕，张仕，肖继君，马劲松，王磊，秦万宝. 基于加工历史的食品级塑料再生料鉴别方法可行性研究 [J]. 工程塑料应用，2014，10(02)：109～111.

[4]邱玉超，徐东军，王丰，贾德民. 废旧聚乙烯复合材料的制备与性能研究[J]. 再生资源与循环经济，2011，15(07）：190～191.

[5]陶国良，王海琴，廖小军，夏艳平. MMA-co-AA两亲性共聚物对聚偏氟乙烯膜性能及微观结构的影响[J]. 高分子材料科学与工程，2014，12(01)：278～279.