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废聚氨酯发泡塑料的回收利用技术研究

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1 绪 论

1.1 前 言

1.2 硬质聚氨酯泡沫塑料的结构和性质

1.3 废硬质聚氨酯泡沫塑料回收的研究进展

1.4 力化学法及聚氨酯共混改性的研究进展

1.5 本文的研究目的、研究方法和主要研究内容

1.6 本文的创新点

参考文献

2 RPUF解交联的研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

3 PP/RRPU复合材料性能的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

4 PVC/RRPU复合材料性能的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

5 LDPE-g-MAH/RRPU复合材料性能的研究

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

6 全文总结及下一步工作设想

6.1 全文总结

6.2 下一步工作设想

致谢

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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。

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