废家电中聚丙烯材料回收改性及其应用

罗思，武晓燕，杜涛，杜波

（1.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191；2.天津市电子废物资源再生技术工程中心，天津300191）

废家电中聚丙烯材料回收改性及其应用

罗思1,2，武晓燕1,2，杜涛1,2，杜波1,2

（1.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191；2.天津市电子废物资源再生技术工程中心，天津300191）

随着家电更新速度的加快，废弃家电产生的大量废旧聚丙烯（PP）成为亟需解决的资源和环境问题。通过综述废旧PP的几种可行的改性方法，旨在提高废旧PP产品的科技含量，实现废旧PP高值化再利用，形成资源循环利用的产业链，并从家电中改性PP的应用现状来分析废旧PP改性材料资源化利用的前景及意义，为废旧PP改性材料的再利用市场提供了方向。

废家电；聚丙烯；改性技术

聚丙烯（PP）作为通用塑料之一，由于其密度小、加工温度范围广、使用温度高、价格低廉，尤其是易于加工改性等优点，在家电中的消费量已超过了聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等高性能的工程材料。聚丙烯在常用家电中所占的比例如表1所示。由于PP在家电中使用广泛，因此废弃家电产生了大量废旧PP。

表1 家电中PP所占的比例%

由于PP具有不可降解的特性，传统的填埋和焚烧处理都会产生严重的资源浪费和环境污染。废旧PP绿色环保的资源化利用需求已迫在眉睫。PP本身的低温抗冲性能较差，收缩率较高，易燃，易老化，而废旧PP由于自身的缺陷，含有的杂质和热降解、老化等因素，其各项力学性能无法与纯料相比。因此，无论是纯PP还是回收PP，在家电中使用时大多都需要通过添加不同助剂或其他聚合物改性后，才能满足各个塑料器件的强度和某些特殊性能的要求。文中从废旧PP改性方法着手，阐述废旧PP资源化利用的可行性，同时分析当前PP及回收PP在家电中的应用现状，为其资源化利用提供新的思路。

1 废旧PP的改性利用

1.1 再生造粒

PP作为一种热塑性的高分子材料，可以重复加工使用。直接通过螺杆挤出机成型造粒是废旧PP再生利用的简单便捷方式之一，也是目前许多企业采取处理PP废塑料最常用的形式。废弃的PP塑料由于形状各异，直接成型加工对机械的要求较高，而且回收PP塑料上的灰尘和油污都会对再生料的质量产生影响。颗粒状的再生PP容易加工成型，废旧PP的再生造粒要经过许多的工序，再生造粒的流程如图1所示。

图1 PP再生造粒流程

目前，大多数企业对PP的再生造粒是通过简单的机械共混，且添加填料来降低生产成本。在各种废旧制品中PP与其他的塑料，如PE，PVC，PS，ABS等会有不同程度的混合。因此，PP再生颗粒普遍存在质量不稳定、成分混杂、力学性能达不到使用要求等缺点。家电中的废旧PP材料如果经过合理的回收和高效的再生造粒，能完全满足一些家电塑料制品的性能要求，并且PP再生料的应用，将大量节约资源，降低生产成本。

1.2 填充改性

填充改性可以有效改善PP的强度、耐热性等，最重要的是可以降低成本。PP的填充改性助剂常用碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石等。为解决无机填料与废旧PP间相容性差及填充PP韧性差等问题，王敏等[1]利用LDPE包覆滑石粉形成核壳结构增强增韧回收PP，制备的PP复合材料的拉伸强度有所提升，弯曲强度没有明显下降，综合性能与回收PP相近。严海彪等[2]研究纳米碳酸钙和POE对废旧PP增韧的协同效果，实验结果表明，纳米碳酸钙和POE两者阻碍了PP的结晶，使得PP球晶细化，大幅度提升了PP的韧性。家电中PP本身可能就含有一定的碳酸钙等填料，在填充改性时要进行灰分含量测定，以免填料含量过多导致性能下降。利用填料时，应注意填料的表面活性，可用偶联剂等表面处理剂进行有机化，改善回收PP的相容性。

1.3 增韧改性

PP的分子链段比较规整，结晶度高且易于形成大的球晶，因此抗冲性较差；另外，回收废PP中由于杂质和缺陷的存在，导致其韧性更差，大大限制了回收PP在各领域的应用[3]。PP的增韧改性方法很多，如弹性体增韧、成核剂增韧、无机刚性粒子增韧、纳米粒子增韧等。郭慧鑫等[4]将洗衣机滚筒的废旧PP破碎后，分别利用POE、SBS对其进行增韧改性。研究表明，10份SBS或者15份POE能将废PP的冲击强度提升至与新PP相当。针对韧性的提高以损失强度为代价的问题，可以采用改性的POE与纳米碳酸钙混合废旧PP挤出造粒，复合材料的冲击强度达到28 kJ/m2，拉伸强度可达38MPa。对于回收PP的增韧改性的研究报道较少，但纯PP增韧改性的研究很多，回收PP的加工工艺与纯料的相差不大，纯PP改性研究成果可以应用到回收PP增韧改性研究中。

1.4 共混改性

废旧PP的共混改性研究集中于其他废弃产品。这是因为废旧PP本身的成本问题，还有就是由于将两种废旧资源进行回收利用可以更有效地解决资源短缺和环境问题。PP与PET的共混改性是一直以来的研究热点，许多学者想通过将两者混合制备具有两者优点的高强高韧合材料[5，6]。废旧PP和废旧PET数量庞大，若将两者混合制成高模量、高硬度、高韧性的r-PP/PET合金，这对解决两者的回收问题具有十分重要的意义。r-PP/PET复合材料完全可以替代PP填充改性料用于电饭煲、电磁炉等小家电的底座。PP与再生胶、胶粉的共混改性也屡见不鲜[7，8]。废旧PP与废旧橡胶的共混研究，为废旧PP的抗冲、耐磨、阻隔性能提供了研发的方向，也是解决黑色污染和白色污染的有效途径。

2 改性PP在家电中的应用

由于家电对材料强韧度、绝缘性能、尺寸稳定性、阻燃性能、抑菌性能的要求，家电中PP的改性涵盖非常广，每一种改性PP在家电中都有大量的应用。

2.1 改性PP在电视机中的应用

电视机壳体材料经过了ABS→HIPS→PP的发展历程。PP由于其拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度接近于ABS，而且由于其价格低廉、使用温度达100℃、吸水率小、加工性能优良等优点，迅速占领了电视机后盖市场。电视机外壳对材料的强度和阻燃性能有要求，以保证家电使用的安全性。有专利将聚乙烯、弹性体、活性碳酸钙、抗氧剂、抗紫外线挤等加入到聚丙烯树脂基体中，研制了一种电视机后壳专用改性PP，其强度、高温性能、机械性能、阻燃性能完全可以替代HIPS制作电视机机壳。相关研究表明，Br/Sb复合体系阻燃剂能使PP的阻燃级别达到UL94 V-0级，并且能耐650℃甚至750℃灼热丝而不起燃。但是Br等卤素阻燃剂产生的卤化氢气体严重污染环境，近年来氢氧化镁、氢氧化铝、磷系、硅系以及膨胀阻燃等新型阻燃体系的开发成为阻燃PP的研究重点。

2.2 改性PP在电冰箱中的应用

用PP材料取代ABS材料制作冰箱零部件，存在成型收缩率大、易于变形、刚性较差等问题[9]。因此，玻纤增强PP、矿物填充PP应运而生，使其广泛用于制造冰箱抽屉、冰箱置物架、冰箱风扇等。随着消费者健康意识的增强，对冰箱中材料的抗菌、抑菌功能提出更高的要求[10]，抗菌PP的研制也越来越受到重视[11]。杨子石化在PP聚合过程中加入抗菌剂，成功研制抗菌PP（YPJ-630KJ），主要应用于制作冰箱内壁、洗衣机波轮、滚筒洗衣机的密封圈等。另外，无机-有机复合体系的抗菌剂也逐渐成为研究热点[12]。沈锋明等[13]通过双螺杆的混合作用，将PP基料、高活性的有机抗菌剂KJY，以及含有银、锌等离子无机物制成复合抗菌型PP，集合了无机与有机抗菌剂两者的优点，抗菌功能高效且安全。

2.3 改性PP在洗衣机中的应用

洗衣机选用的PP应具备较好的加工流动性、较高的低温抗冲性、一定的刚性和强度、足够的耐磨性和光热稳定性等。耐磨改性PP选用硬度高的PP牌号，添加润滑剂、成核剂[14]等方法，增加材料自身的表面硬度，增强与衣物之间的润滑性，以满足洗衣机波轮的使用环境要求。洗衣机中另一个研究重点在于材料对细菌的抑制作用，洗衣机每毫升水中最多发现4 566个霉菌，且细菌的繁殖速度以几何级数增长[15]。曹军等[16]制备了抗菌PP洗衣机专用料，分析了在PP中加入无机、有机、无机-有机复合菌剂等不同菌剂的抑菌作用，结果表明无机-有机复合菌剂的抗菌效果更加持久和广谱。该抗菌聚丙烯洗衣机专用料的开发成功，使我国聚丙烯塑料制品的功能性开发又迈上了一个新台阶。

2.4 改性PP在空调中的应用

随着塑料的不断开发应用，空调中的一些部件逐渐向塑料化发展。耐候改性PP的成功研制，拓宽了PP在空调上的应用。早在21世纪初，海尔、科龙等空调生产企业就将耐候PP应用到空调室外机的一些部件中。郝源增等[17]通过调配光稳定剂和抗氧剂的比例，制备出空调室外机用耐候PP复合材料。此外，玻纤增强PP在空调中的应用也是一个研究热点。国内外关于玻纤增强PP的研究多不胜数[18，19]，玻纤能有效提升PP的强度、模量和耐热性能，而增强材料普遍的韧性下降的问题，在PP/GF复合材料中可以通过添加接枝改性剂等界面相容剂[20]和增韧剂，以及对玻纤的表面活化处理来改善。汪克风等[21]在PP/GF体系中加入PP-g-MAH，成功制备出强度和耐热性能都能与AS/GF复合材料相匹配的PP玻纤复合材料。

3 结语

废旧PP通过合理的填充、增强、增韧、抗老化、抗菌等有针对性的改性后，是可以达到现今家电中对于PP材料的使用要求的。但是废旧PP的回收利用存在着以下几个问题。

（1）废旧PP的纯度问题。众所周知，在PP中掺杂金属或其他的塑料，不仅会影响其加工工艺条件，而且会对制品产生质量损害。对家电塑料进行分选，将混有的金属与其他的PE，PVC，PS，PET，ABS等塑料分离出来，可以得到高纯度的PP。要实现废旧PP的高值高效的资源化利用，分离分选工序的实施是必不可少的。

（2）废旧PP的分类问题。针对现有废旧PP的回收分类问题，可以按照其应用范围、生产厂家、成型形态、功能化要求等进行分类回收。而在以后的生产中，可以将家电中的PP材料采用具体标识，来区分各种PP改性料，以保证在后期回收中简单快速地分类回收；二是开发更加环保的可持续利用的或可生物降解的多功能PP复合材料，从源头减少废旧PP的产生量。

（3）废旧PP的再利用还处于低值的回收阶段，开发高附加值的PP再生产品是今后的发展方向。目前废旧PP的利用集中在简单的再生造粒阶段，再生颗粒作为部分原料掺混在原生料中，制成低端的塑料制品。废旧PP的再利用可以借鉴PP的改性研究成果，将废旧PP通过一定的加工改性，其性能可以接近于原生料，同时，还可以充分利用其他的废弃资源与废旧PP制备一些再生产品，达到真正的资源循环再生。

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1674-0912（2017）03-0034-04

罗思（1988-），女，湖南株洲人，硕士，专业方向：材料学。