难回收废弃交联高分子材料再生利用新技术
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重的二次污染。通过将废旧轮胎橡胶 以达到促进脱硫、控制降解的目的。
图 １ 为 ＷＴＲ 力化学处理过程的形貌变化
６７ ２００８ 年 ２６ 卷 第 ２ 期－ 国外塑料
新技术新工艺 难回收废弃交联高分子材料再生利用新技术
前 沿 科 技
图 ２ 力化学脱硫过程胶粉中凝胶组 分含量和交联密度的变化
图 ３ 力化学脱硫进程对再硫化胶的拉 伸强度和扯断伸长率的影响
废旧橡胶的脱硫， 其实质是—
采用英国 Ｉｎｓｔｒｏｎ ４３０２ 型万能材 Ｃ—Ｓ—键 和 —Ｓ—Ｓ—键 断 裂 ， 而 不
料 实 验 机 ， 按 国 标 ＧＢ／ Ｔ １０４０－ ９２ 破 坏—Ｃ － Ｃ—键 ， 从 而 有 选 择 地 破
测定试样的拉伸强度和断裂伸长率， 坏硫化橡胶的三维网络结构， 而不是
拉伸速度 ５００ｍｍ／ ｍｉｎ 。
大分子主链。硫磺硫化的交联橡胶三
１．４．２ 形貌分析
维网状结构中， 分别含有单硫键、双
用 ＪＳＭ－ ５９００ＬＶ 扫 描 电 子 显 微 硫键和多硫键， 其中—Ｓ—Ｓ—键最薄
镜 观 察 断 面 形 貌 ， 加 速 电 压 ２０ｋ Ｖ。 弱。硫化胶中各化学键的 键 能 值分 别
新技术新工艺 难回收废弃交联高分子材料再生利用新技术
前 沿 科 技
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＆ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ
■
难回收废弃交联高分子材料 再生利用新技术
■ 卢灿辉 张新星 梁 梅
摘要： 力化学是研究各种凝聚状态下的物质因机械力影响而发生化学或物理 化学变化的一门边缘和交叉学科， 在应力作用下聚合物分子间和分子内力可 被削弱， 分子结构可被破坏， 化学键可能发生畸变或断裂。将固相力化学反 应应用于废弃高分子材料， 特别是难回收利用的交联高分子材料的回收利 用， 实现了废旧橡胶的常温超微粉碎、固相力化学脱硫、废旧交联聚乙烯电 缆的解交联再生和废旧聚氨酯发泡材料的回收利用， 制备出了高性能、低成 本的以废旧高分子为基材的复合材料。
图 １ 为 ＷＴＲ 力化学处理过程的 形貌变化。由图可见， 粗胶粉经过 １０ 次 碾 磨 后 ， 胶 粉 细 化 后 又 粘 结 成 为条状结构， 表明磨盘碾磨有效地破 坏了交联橡胶的三维网状结构， 选择 性 地 断 裂 了 —Ｓ—Ｓ—键 和 —Ｃ—Ｓ— 键， 使得不具有再加工性的废旧轮胎 橡胶恢复了部分塑性和再加工性。同 时， 大分子主链部分断裂， 导致橡胶 分子量降低也是塑性增大的原因。
图 ２ 为力化学脱硫过程胶粉中凝 胶组分含量和交联密度的变化。胶粉 中凝胶含量随碾磨次数增加而降低， 由 处 理 前 的 ９０． ３１％下 降 到 脱 硫 后 的 ７２． ５３％。
由图 ２ 可见， 固相力化学处理可 有效断裂橡胶交联网中的—Ｓ—Ｓ—交 联键， 实现力化学脱硫。通过力化学 过程制得的脱硫胶， 部分交联点被选 择性地切断， 含有接近原生胶直链状 结构和残存的由少量交联键形成的松
力、剪切力， 经过一定时间处理可获 作用， 破坏 橡胶 交 联键 ， 得 到 再生
得不同脱硫程度的脱硫橡胶。力化学 胶； 此外， 还有生物技术脱硫法等。
脱硫温度为室温。
已报道的物理脱硫方法大多存在设备
交联聚乙烯电缆的解交联采用类 投资大， 难以连续性生产的问题； 化
似工艺， 聚氨酯发泡材料通过超细粉 学脱硫则需要加入化学助剂， 成本提
轮胎橡胶是一种高交联密度的高 硫化胶中的—Ｓ—Ｓ—键最先断裂， 发
分子材料， 由于其热固性特点， 不能 生力化学脱硫； 若剪切作用过度， 则
象废旧塑料通过熔融或溶解减小体积 可能 导 致橡 胶 主 链—Ｃ－ Ｃ—键 的 断
或熔体加工成型回收利用， 通常采用 裂， 即降解。因此， 在力化学脱硫过
焚烧或填埋减少堆积量， 但又产生严 程中， 需选择合适的外力作用条件，
废 ＸＬＰＥ 超 细 粉 末 活 性 高 ， 与 其 他 聚合物材料、橡胶相容性好， 成功实 现了交联聚乙烯电缆废料的可再加工 性， 为交联高分子废料的回收利用提 供了高效、清洁、环保的新技术。 ２．３ 固 相 力 化 学 技 术 在 废 弃 聚 氨 酯 发泡材料回收利用中的应用
聚氨酯工业发展非常迅速， 世界 上聚氨酯的消费量基本上每十年翻一 番， 与此同时， 在聚氨酯的生产与使 用过程中产生了大量废弃物（包括生 产中的边角料和使用老化报废的各类 聚 氨 酯 材 料）。 焚 烧 法 在 聚 氨 酯 废 弃 材料的处理中占有重要的地位， 焚烧 过程产生大量有毒气体， 对大气造成 污染， 聚氨酯废弃材料的回收利用是 废弃高分子材料回收中最困难的技术 难题之一。利用力化学反应器在室温 条件下粉碎聚氨酯泡沫边角料， 得到 力化学活化的超细 ＰＵ 粉末， ＰＵ 粉 末具有颜色均匀、无杂质的特点， 粒 度 达 到 ２０～１００μｍ。 将 ＰＵ 粉 末 再 次用于 ＰＵ 发泡材料的生产， 可替代 １０％ ～１５％ 的 ＭＤＩ 和 聚 醚 多 元 醇 组 合发泡材料， 利用添加回收 ＰＵ 微粉 制备的 ＰＵ 复合板性能与未添加 ＰＵ 回收料的板材性能和外观没有显著差 别， 是 ＰＵ 回收利用、降低生产成本 的有效方法。
轮 胎 占 城 市 固 态 垃 圾 重 量 的 １０％ ， 体 积 ３０％ ～４０％ ， 难 以 处 理 ， 影 响 人类生态环境， 也影响高分子产业自 身的进一步发展。因此废弃高分子材 料的回收利用对建设循环经济、节约 型社会意义重大。
本文总结了基于固相力化学原理 的废弃高分子材料回收利用新技术， 实现废弃高分子材料的室温超细粉 碎、均匀混合、分散、在固相控制分 散相尺寸， 在加工中调控其结构。该 技术在废旧轮胎、废旧交联聚乙烯电 缆和废旧聚氨酯发泡材料等目前难回 收废弃高分子材料的回收利用方面取 得了重要进展， 研究成果已在有关企 业应用， 产生了显著的经济效益和社 会效益， 为建设节约型社会和实现国 民经济可持续发展提供了行之有效的 新技术。
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＆ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ
■
交联聚乙烯电缆废料
力 化 学 处 理 ＸＬＰＥ 粉 末
图 ４ 废弃 ＸＬＰＥ 电缆力化学处理前后及用 １００％ 废料制成的片材的形貌
固相力化学反应器的作用特点是胶粒 在碾磨过程中经受高压缩下的剪切、 拉 伸 、 摩 擦 、 变 形 等 作 用 ， 导 致— Ｓ—Ｓ—键断裂， 发生力化学脱硫， 赋 予 ＷＴＲ 可再加工性。
２．２ 固 相 力 化 学 技 术 在 交 联 聚 乙 烯 电缆废料回收利用中的应用
交联聚乙烯电缆料经过氧化物或 硅烷交联制备而成， 不溶不熔， 难以 用一般方法回收， 是目前废弃塑料回 收的难题。通过固相力化学反应器对 其进行微细化和均一化处理， 利用高 剪切应力破坏其交联结构， 增加热可 塑性和熔融流动性， 达到再生之目 的， 从而把不可回收的交联废料变成 可回收材料。利用回收废弃电缆塑料 成功制备了综合力学性能良好塑料制 品 。 用 １００％ 废 料 制 成 的 片 材 ， 其 拉 伸 强 度 可 达 到 １８． ６ＭＰａ， 断 裂 伸 长 率 达 ３５０％ 。 ＸＬＰＥ 的 固 相 力 化 学 再 生过程中无需添加任何助剂， 获得的
６８ Ｗｏｒｌｄ Ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃｓ － ２００８ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．２
散网络结构。脱硫程度定义为脱硫胶 与生胶硫化胶交联密度之差与生胶硫 化胶交联密度的比值， 通过力化学脱 硫 后 ， ＷＴＲ 的 脱 硫 程 度 达 到 ４４． ８％ 。图 ３ 为力 化 学 处理 过 程中 再 硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率的变 化， 力化学脱硫后的再硫化胶的拉伸 强 度 达 到 １０． ９ＭＰａ， 未 经 脱 硫 的 胶 片 强 度 仅 为 ２． ３ ＭＰａ； 断 裂 伸 长 率 由碾磨前的 ６９． ６％ 提高到 ２９０％ 。
力化学预处理 ＰＵ 泡沫材料形貌
力化学活化 ＰＵ 粉末料形貌
图 ６ ＰＵ 泡沫边角料力化学技术处理后 ＰＵ 粉末 ＳＥＭ 形貌
供了新原理、新技术和新设备。该技 术具有节能、环境友好、易于工业化 推广的特点。
参考文献
［１］ 廖正品． 中国废弃塑料基本现状与回收处置原则 初探， 塑料工业， ２００５， 第 ３３ 卷增刊： １～６．
利用固相力化学反应器在常温下 实现废旧轮胎橡胶的力化学活化和力 化学脱硫、交联聚乙烯电缆废料的解 交联和再生利用， 以及废旧聚氨酯发 泡材料的超细粉碎和力化学活化， 为 交联高分子材料的低成本回收利用提
图 ５ 力 化 学 处 理 对 再 生 ＸＬＰＥ 材 料 力学性能的影响
废弃 ＰＵ 发泡材料边角料
目前全球高分子聚合物的产量已 超过 ２ 亿吨， 高分子材料在生产、处 理、循环、消耗、使用、回收和废弃 的过程中也带来了沉重的环境负担。 聚合物废料的来源主要有： 一是生产 废料— ——生产过程中 产生 的 废料 如 废 品， 边角料等。其特点是干净， 易于
６６ Ｗｏｒｌｄ Ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃｓ － ２００８ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．２
开炼机， ＳＫ－ １０６Ｂ， 上海橡胶机 械厂；
平 板 硫 化 机 ， Ｈ Ｐ－ ６３Ｄ， 上 海 西 玛伟力机械有限公司。 １．２ 主要材料废旧轮胎胶粉
２０ 目 、 ６０ 目 ， 浙 江 绿 环 橡 胶 粉 体工程有限公司。
天然橡胶： ＳＣＲ－ ５， 云南省西双 版纳国营东风农场。
交联聚乙烯电缆废料： 将金属材 料分离后剩余的硅烷交联聚乙烯废 料 ， 主 要 成 分 为 ８０％ ＸＬＰＥ 和 ２０％
碎和力化学活化后直接使用， 与 ＰＵ 高 ， 而 且 易 造 成 二 次 污 染 。 因 此 高
组 合 发 泡 料 共 混 ， 代 替 １０％ ～２０％ 效、环保、低成本的废 旧 橡 胶脱 硫 技
的新料制备发泡材料。
术的研究开发具有重要的理论意义和
１．４ 测试与表征
应用价值。
１．４．１ 力学性能测试
１ 实验部分
１．１ 主要设备
固相力化学反应器： 运用高分子 力化学原理发明的固相力化学反应 器， 与常规粉碎设备不同， 该反应器 具独特的三维剪切结构， 可对物料施 加强大的剪切应力， 具有粉碎、分 散、混合及力化学反应的多重功能； 压力、转速可调， 室温操作， 易于规 模化生产， 是具有自主知识产权的高 分子材料制备、改性和回收利用的新 型设备。
［２］ Ｘ． Ｘｕ， Ｑ． Ｗａｎｇ， Ｘ． Ａ． Ｋｏｎｇ， Ｘ． Ｄ． Ｚｈ ａｎｇ， Ｊ． Ｇ． Ｈ ｕａｎｇ． Ａ Ｐａｎ－ ｍｉｌｌ Ｔｙｐｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅ－ ａｃｔｉｏｎｓ： Ｔｈ ｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈ ｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， Ｐｌａｓ－ ｔｉｃｓ， Ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， １９９６， ２５（３）： １５２～１５８．
ＸＬＰＥ 形貌通过数码相机照相获得。
２ 结果与讨论
２．１ 废旧轮胎橡胶的固相力化学脱硫
为 ＥＣ － Ｃ ＝ ９３ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ， ＥＣ － Ｓ－ Ｃ ＝ ５０ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ， ＥＣ － Ｓ － Ｓ － Ｃ ＝ ３５ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ， Ｅ ＝ Ｃ － Ｓ － Ｓ － Ｓ － Ｓ ２７ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ。 当 受 到 剪 切 力 作 用 时 ，
ＥＶＡ 。
（ ＷＴＲ） 脱 硫 再生 ， 然 后 直 接 使 用 被
聚氨酯发泡材料废料： 浙江某汽 认为是最佳途径。目前报道的橡胶脱
车内饰材料厂工业边角料。
硫方法大体上分为两类： 物理脱硫和
１．３ 实验方法
化学脱硫。物理脱硫是利用外加能
力化学脱硫过程： 采用固相力化 量， 使交联橡胶的三维网络破碎为低
再生产； 二是 商 业废 料— ——一 次 性用 于包装物品， 电器， 机器等包装材 料， 如泡沫塑料 ； 三 是用 后 废 料— —— 指聚合物在完成其功用之后形成的废 料， 这类废料比较复杂， 其污染程度 与使用过程、场合等有关， 相对而言 污染比较严重， 回收和利用的技术难
度高， 是材料再循环研究的主要对 象。预计 ２０１０ 年， 我 国 城市 垃 圾 日 产 量 为 ６０～７０ 万 吨 ， 年 产 量 达 ２． ５ 亿吨， 紧随美国之后排在第二位， 城 市垃圾管理压力日益增大。垃圾中塑 料 约 占 ８％ ～９％ ， 产 生 的 白 色 垃 圾 亟待治理。我国每年废弃塑料和废旧
学反应器实现废旧橡胶的常温力化学 相对分子质量的碎片， 如微波脱硫、
脱 硫 。 将 ２０ 目 粗 胶 粉 由 送 料 螺 杆 自 超声波脱硫等。化学脱硫 是 利用 化 学
动送料加入固相力化学反应器中， 经 助剂， 如有机二硫化物、硫醇、碱金
碾磨由磨盘边沿 下 端出 料 ， 控 制压 属等， 在升温条件下， 借助于机械力
重的二次污染。通过将废旧轮胎橡胶 以达到促进脱硫、控制降解的目的。
图 １ 为 ＷＴＲ 力化学处理过程的形貌变化
６７ ２００８ 年 ２６ 卷 第 ２ 期－ 国外塑料
新技术新工艺 难回收废弃交联高分子材料再生利用新技术
前 沿 科 技
图 ２ 力化学脱硫过程胶粉中凝胶组 分含量和交联密度的变化
图 ３ 力化学脱硫进程对再硫化胶的拉 伸强度和扯断伸长率的影响
废旧橡胶的脱硫， 其实质是—
采用英国 Ｉｎｓｔｒｏｎ ４３０２ 型万能材 Ｃ—Ｓ—键 和 —Ｓ—Ｓ—键 断 裂 ， 而 不
料 实 验 机 ， 按 国 标 ＧＢ／ Ｔ １０４０－ ９２ 破 坏—Ｃ － Ｃ—键 ， 从 而 有 选 择 地 破
测定试样的拉伸强度和断裂伸长率， 坏硫化橡胶的三维网络结构， 而不是
拉伸速度 ５００ｍｍ／ ｍｉｎ 。
大分子主链。硫磺硫化的交联橡胶三
１．４．２ 形貌分析
维网状结构中， 分别含有单硫键、双
用 ＪＳＭ－ ５９００ＬＶ 扫 描 电 子 显 微 硫键和多硫键， 其中—Ｓ—Ｓ—键最薄
镜 观 察 断 面 形 貌 ， 加 速 电 压 ２０ｋ Ｖ。 弱。硫化胶中各化学键的 键 能 值分 别
新技术新工艺 难回收废弃交联高分子材料再生利用新技术
前 沿 科 技
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＆ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ
■
难回收废弃交联高分子材料 再生利用新技术
■ 卢灿辉 张新星 梁 梅
摘要： 力化学是研究各种凝聚状态下的物质因机械力影响而发生化学或物理 化学变化的一门边缘和交叉学科， 在应力作用下聚合物分子间和分子内力可 被削弱， 分子结构可被破坏， 化学键可能发生畸变或断裂。将固相力化学反 应应用于废弃高分子材料， 特别是难回收利用的交联高分子材料的回收利 用， 实现了废旧橡胶的常温超微粉碎、固相力化学脱硫、废旧交联聚乙烯电 缆的解交联再生和废旧聚氨酯发泡材料的回收利用， 制备出了高性能、低成 本的以废旧高分子为基材的复合材料。
图 １ 为 ＷＴＲ 力化学处理过程的 形貌变化。由图可见， 粗胶粉经过 １０ 次 碾 磨 后 ， 胶 粉 细 化 后 又 粘 结 成 为条状结构， 表明磨盘碾磨有效地破 坏了交联橡胶的三维网状结构， 选择 性 地 断 裂 了 —Ｓ—Ｓ—键 和 —Ｃ—Ｓ— 键， 使得不具有再加工性的废旧轮胎 橡胶恢复了部分塑性和再加工性。同 时， 大分子主链部分断裂， 导致橡胶 分子量降低也是塑性增大的原因。
图 ２ 为力化学脱硫过程胶粉中凝 胶组分含量和交联密度的变化。胶粉 中凝胶含量随碾磨次数增加而降低， 由 处 理 前 的 ９０． ３１％下 降 到 脱 硫 后 的 ７２． ５３％。
由图 ２ 可见， 固相力化学处理可 有效断裂橡胶交联网中的—Ｓ—Ｓ—交 联键， 实现力化学脱硫。通过力化学 过程制得的脱硫胶， 部分交联点被选 择性地切断， 含有接近原生胶直链状 结构和残存的由少量交联键形成的松
力、剪切力， 经过一定时间处理可获 作用， 破坏 橡胶 交 联键 ， 得 到 再生
得不同脱硫程度的脱硫橡胶。力化学 胶； 此外， 还有生物技术脱硫法等。
脱硫温度为室温。
已报道的物理脱硫方法大多存在设备
交联聚乙烯电缆的解交联采用类 投资大， 难以连续性生产的问题； 化
似工艺， 聚氨酯发泡材料通过超细粉 学脱硫则需要加入化学助剂， 成本提
轮胎橡胶是一种高交联密度的高 硫化胶中的—Ｓ—Ｓ—键最先断裂， 发
分子材料， 由于其热固性特点， 不能 生力化学脱硫； 若剪切作用过度， 则
象废旧塑料通过熔融或溶解减小体积 可能 导 致橡 胶 主 链—Ｃ－ Ｃ—键 的 断
或熔体加工成型回收利用， 通常采用 裂， 即降解。因此， 在力化学脱硫过
焚烧或填埋减少堆积量， 但又产生严 程中， 需选择合适的外力作用条件，
废 ＸＬＰＥ 超 细 粉 末 活 性 高 ， 与 其 他 聚合物材料、橡胶相容性好， 成功实 现了交联聚乙烯电缆废料的可再加工 性， 为交联高分子废料的回收利用提 供了高效、清洁、环保的新技术。 ２．３ 固 相 力 化 学 技 术 在 废 弃 聚 氨 酯 发泡材料回收利用中的应用
聚氨酯工业发展非常迅速， 世界 上聚氨酯的消费量基本上每十年翻一 番， 与此同时， 在聚氨酯的生产与使 用过程中产生了大量废弃物（包括生 产中的边角料和使用老化报废的各类 聚 氨 酯 材 料）。 焚 烧 法 在 聚 氨 酯 废 弃 材料的处理中占有重要的地位， 焚烧 过程产生大量有毒气体， 对大气造成 污染， 聚氨酯废弃材料的回收利用是 废弃高分子材料回收中最困难的技术 难题之一。利用力化学反应器在室温 条件下粉碎聚氨酯泡沫边角料， 得到 力化学活化的超细 ＰＵ 粉末， ＰＵ 粉 末具有颜色均匀、无杂质的特点， 粒 度 达 到 ２０～１００μｍ。 将 ＰＵ 粉 末 再 次用于 ＰＵ 发泡材料的生产， 可替代 １０％ ～１５％ 的 ＭＤＩ 和 聚 醚 多 元 醇 组 合发泡材料， 利用添加回收 ＰＵ 微粉 制备的 ＰＵ 复合板性能与未添加 ＰＵ 回收料的板材性能和外观没有显著差 别， 是 ＰＵ 回收利用、降低生产成本 的有效方法。
轮 胎 占 城 市 固 态 垃 圾 重 量 的 １０％ ， 体 积 ３０％ ～４０％ ， 难 以 处 理 ， 影 响 人类生态环境， 也影响高分子产业自 身的进一步发展。因此废弃高分子材 料的回收利用对建设循环经济、节约 型社会意义重大。
本文总结了基于固相力化学原理 的废弃高分子材料回收利用新技术， 实现废弃高分子材料的室温超细粉 碎、均匀混合、分散、在固相控制分 散相尺寸， 在加工中调控其结构。该 技术在废旧轮胎、废旧交联聚乙烯电 缆和废旧聚氨酯发泡材料等目前难回 收废弃高分子材料的回收利用方面取 得了重要进展， 研究成果已在有关企 业应用， 产生了显著的经济效益和社 会效益， 为建设节约型社会和实现国 民经济可持续发展提供了行之有效的 新技术。
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＆ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ
■
交联聚乙烯电缆废料
力 化 学 处 理 ＸＬＰＥ 粉 末
图 ４ 废弃 ＸＬＰＥ 电缆力化学处理前后及用 １００％ 废料制成的片材的形貌
固相力化学反应器的作用特点是胶粒 在碾磨过程中经受高压缩下的剪切、 拉 伸 、 摩 擦 、 变 形 等 作 用 ， 导 致— Ｓ—Ｓ—键断裂， 发生力化学脱硫， 赋 予 ＷＴＲ 可再加工性。
２．２ 固 相 力 化 学 技 术 在 交 联 聚 乙 烯 电缆废料回收利用中的应用
交联聚乙烯电缆料经过氧化物或 硅烷交联制备而成， 不溶不熔， 难以 用一般方法回收， 是目前废弃塑料回 收的难题。通过固相力化学反应器对 其进行微细化和均一化处理， 利用高 剪切应力破坏其交联结构， 增加热可 塑性和熔融流动性， 达到再生之目 的， 从而把不可回收的交联废料变成 可回收材料。利用回收废弃电缆塑料 成功制备了综合力学性能良好塑料制 品 。 用 １００％ 废 料 制 成 的 片 材 ， 其 拉 伸 强 度 可 达 到 １８． ６ＭＰａ， 断 裂 伸 长 率 达 ３５０％ 。 ＸＬＰＥ 的 固 相 力 化 学 再 生过程中无需添加任何助剂， 获得的
６８ Ｗｏｒｌｄ Ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃｓ － ２００８ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．２
散网络结构。脱硫程度定义为脱硫胶 与生胶硫化胶交联密度之差与生胶硫 化胶交联密度的比值， 通过力化学脱 硫 后 ， ＷＴＲ 的 脱 硫 程 度 达 到 ４４． ８％ 。图 ３ 为力 化 学 处理 过 程中 再 硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率的变 化， 力化学脱硫后的再硫化胶的拉伸 强 度 达 到 １０． ９ＭＰａ， 未 经 脱 硫 的 胶 片 强 度 仅 为 ２． ３ ＭＰａ； 断 裂 伸 长 率 由碾磨前的 ６９． ６％ 提高到 ２９０％ 。
力化学预处理 ＰＵ 泡沫材料形貌
力化学活化 ＰＵ 粉末料形貌
图 ６ ＰＵ 泡沫边角料力化学技术处理后 ＰＵ 粉末 ＳＥＭ 形貌
供了新原理、新技术和新设备。该技 术具有节能、环境友好、易于工业化 推广的特点。
参考文献
［１］ 廖正品． 中国废弃塑料基本现状与回收处置原则 初探， 塑料工业， ２００５， 第 ３３ 卷增刊： １～６．
利用固相力化学反应器在常温下 实现废旧轮胎橡胶的力化学活化和力 化学脱硫、交联聚乙烯电缆废料的解 交联和再生利用， 以及废旧聚氨酯发 泡材料的超细粉碎和力化学活化， 为 交联高分子材料的低成本回收利用提
图 ５ 力 化 学 处 理 对 再 生 ＸＬＰＥ 材 料 力学性能的影响
废弃 ＰＵ 发泡材料边角料
目前全球高分子聚合物的产量已 超过 ２ 亿吨， 高分子材料在生产、处 理、循环、消耗、使用、回收和废弃 的过程中也带来了沉重的环境负担。 聚合物废料的来源主要有： 一是生产 废料— ——生产过程中 产生 的 废料 如 废 品， 边角料等。其特点是干净， 易于
６６ Ｗｏｒｌｄ Ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃｓ － ２００８ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．２
开炼机， ＳＫ－ １０６Ｂ， 上海橡胶机 械厂；
平 板 硫 化 机 ， Ｈ Ｐ－ ６３Ｄ， 上 海 西 玛伟力机械有限公司。 １．２ 主要材料废旧轮胎胶粉
２０ 目 、 ６０ 目 ， 浙 江 绿 环 橡 胶 粉 体工程有限公司。
天然橡胶： ＳＣＲ－ ５， 云南省西双 版纳国营东风农场。
交联聚乙烯电缆废料： 将金属材 料分离后剩余的硅烷交联聚乙烯废 料 ， 主 要 成 分 为 ８０％ ＸＬＰＥ 和 ２０％
碎和力化学活化后直接使用， 与 ＰＵ 高 ， 而 且 易 造 成 二 次 污 染 。 因 此 高
组 合 发 泡 料 共 混 ， 代 替 １０％ ～２０％ 效、环保、低成本的废 旧 橡 胶脱 硫 技
的新料制备发泡材料。
术的研究开发具有重要的理论意义和
１．４ 测试与表征
应用价值。
１．４．１ 力学性能测试
１ 实验部分
１．１ 主要设备
固相力化学反应器： 运用高分子 力化学原理发明的固相力化学反应 器， 与常规粉碎设备不同， 该反应器 具独特的三维剪切结构， 可对物料施 加强大的剪切应力， 具有粉碎、分 散、混合及力化学反应的多重功能； 压力、转速可调， 室温操作， 易于规 模化生产， 是具有自主知识产权的高 分子材料制备、改性和回收利用的新 型设备。
［２］ Ｘ． Ｘｕ， Ｑ． Ｗａｎｇ， Ｘ． Ａ． Ｋｏｎｇ， Ｘ． Ｄ． Ｚｈ ａｎｇ， Ｊ． Ｇ． Ｈ ｕａｎｇ． Ａ Ｐａｎ－ ｍｉｌｌ Ｔｙｐｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅ－ ａｃｔｉｏｎｓ： Ｔｈ ｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈ ｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， Ｐｌａｓ－ ｔｉｃｓ， Ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， １９９６， ２５（３）： １５２～１５８．
ＸＬＰＥ 形貌通过数码相机照相获得。
２ 结果与讨论
２．１ 废旧轮胎橡胶的固相力化学脱硫
为 ＥＣ － Ｃ ＝ ９３ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ， ＥＣ － Ｓ－ Ｃ ＝ ５０ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ， ＥＣ － Ｓ － Ｓ － Ｃ ＝ ３５ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ， Ｅ ＝ Ｃ － Ｓ － Ｓ － Ｓ － Ｓ ２７ Ｋｃａｌ／ ｍｏｌ。 当 受 到 剪 切 力 作 用 时 ，
ＥＶＡ 。
（ ＷＴＲ） 脱 硫 再生 ， 然 后 直 接 使 用 被
聚氨酯发泡材料废料： 浙江某汽 认为是最佳途径。目前报道的橡胶脱
车内饰材料厂工业边角料。
硫方法大体上分为两类： 物理脱硫和
１．３ 实验方法
化学脱硫。物理脱硫是利用外加能
力化学脱硫过程： 采用固相力化 量， 使交联橡胶的三维网络破碎为低
再生产； 二是 商 业废 料— ——一 次 性用 于包装物品， 电器， 机器等包装材 料， 如泡沫塑料 ； 三 是用 后 废 料— —— 指聚合物在完成其功用之后形成的废 料， 这类废料比较复杂， 其污染程度 与使用过程、场合等有关， 相对而言 污染比较严重， 回收和利用的技术难
度高， 是材料再循环研究的主要对 象。预计 ２０１０ 年， 我 国 城市 垃 圾 日 产 量 为 ６０～７０ 万 吨 ， 年 产 量 达 ２． ５ 亿吨， 紧随美国之后排在第二位， 城 市垃圾管理压力日益增大。垃圾中塑 料 约 占 ８％ ～９％ ， 产 生 的 白 色 垃 圾 亟待治理。我国每年废弃塑料和废旧
学反应器实现废旧橡胶的常温力化学 相对分子质量的碎片， 如微波脱硫、
脱 硫 。 将 ２０ 目 粗 胶 粉 由 送 料 螺 杆 自 超声波脱硫等。化学脱硫 是 利用 化 学
动送料加入固相力化学反应器中， 经 助剂， 如有机二硫化物、硫醇、碱金
碾磨由磨盘边沿 下 端出 料 ， 控 制压 属等， 在升温条件下， 借助于机械力