聚乙烯是一种常见的塑料,分为高密度(HDPE)和低密度(LDPE)两种,可能还有线性低密度(LLDPE)。废旧PE因为回收后性能下降,所以需要改性来提升其性能,以便再次利用。改性方法包括物理改性和化学改性。物理改性里又有共混改性、填充改性和增强改性。化学改性包括交联、接枝、氯化等。另外还有增容剂和表面处理。
首先,物理改性中的共混改性,就是将废旧PE与其他塑料或弹性体混合。例如,和PP、PS共混,或者加入弹性体如EPDM、POE。这里需要注意相容性的问题,可能需要添加相容剂,比如接枝马来酸酐的PE。主要应用在汽车保险杠(PE/PP共混)、鞋材(PE/EVA共混),其成本低,但相容剂选择需匹配体系。
填充改性,加入无机填料如碳酸钙、滑石粉,或者有机填料如木粉、秸秆。这可以降低成本,提高刚性,但可能会降低韧性。需要权衡填充量和材料性能的关系。这里可能需要讨论填料处理,比如偶联剂处理,以提高与基体的结合。主要应用在建筑模板、花盆等低成本制品。
增强改性,用纤维如玻璃纤维、碳纤维增强,提高力学性能。这和填充改性的区别可能在于纤维的长径比更高,提供更好的增强效果,但加工可能更复杂。需要考虑纤维的分散和取向问题。方法是加入短切玻璃纤维、碳纤维或天然纤维(竹纤维)但需优化加工工艺(如双螺杆挤出)以确保均匀分布。主要应用在工业托盘、汽车零部件等高端制品行业。
接下来是化学改性。交联改性,通过辐射或化学交联剂(如过氧化物)形成三维网络结构,提高耐热性和机械强度。这点可能用于制造电缆护套、耐高温管材(交联聚乙烯PEX)等需要耐热性的产品。
接枝改性,在分子链上引入极性基团,如马来酸酐,改善与其他材料的相容性。这可能用于共混体系,比如和PA共混时需要提高相容性。接枝方法可能涉及反应挤出,使用引发剂如过氧化物引发接枝反应。主要应用在PA/PE共混体系(汽车油箱)。
氯化改性,将PE氯化得到CPE,提高阻燃性和耐油性。氯化反应的条件可能需要氯气在特定温度下进行,生成不同氯含量的产品,应用在涂料、弹性体等领域。主要应用在电线电缆护套、防水卷材。
然后是增容剂的使用,比如添加接枝马来酸酐的PE作为增容剂,在共混体系中促进不同聚合物之间的相容。如PE-g-MAH,降低共混体系的界面张力,提升力学性能。通常为1-5%,过量可能劣化性能。
表面处理,如电晕处理、火焰处理或等离子处理,提高表面极性,改善印刷或粘接性能。这些方法主要用于需要后续加工的产品,比如印刷包装材料。处理后的表面活性可能随时间衰减,需要注意处理后的时效性。
其他方法包括发泡改性,制造轻质材料;化学回收,解聚成单体或低聚物再聚合;以及生物基改性,添加天然材料如淀粉,但可能影响性能,需生物降解添加剂。发泡改性需要考虑发泡剂的种类和发泡工艺参数。化学回收可能涉及催化剂和裂解条件,但可能成本较高。生物基改性可能部分生物降解,但耐久性下降。
改性后的PE可以用于建筑、包装、汽车、电缆、日用品等。例如,建筑模板、管道,包装膜,汽车内饰件,电缆护套,日用品如桶、盆。通过综合选择改性方法,可最大化废旧PE的价值,推动循环经济发展。实际应用中需权衡性能需求、成本及环保要求。