利用废旧地膜和废镍砂开发环保复合井盖
1.利用废地膜、废镍砂研制环保型复合井盖1.概述。地膜覆盖栽培技术在20世纪70年代开始兴起，并迅速在欧美、日本等国家流行起来。20世纪80年代以后，大多数发展中国家应用地膜覆盖技术的农田面积不断扩大。但随着地膜应用的增长，其负面效应也逐渐显现出来。由于残膜难以回收降解，给农田和生态环境造成了严重的影响。人们把原来的“白色革命”变成了“白色污染”。本研究利用废地膜、废镍砂研制环保型复合井盖，有效解决“白色污染”问题。2.实验部分。2.1主要原料。废地膜、废镍砂、交联剂、抗氧剂、废机油等。2.2主要研究仪器与设备。 HGDF型控温压机、电子天平、WD型电子万能试验机、偏光显微镜、电动
2、锯床、马氏煮沸炉、扫描电镜、单螺杆塑料挤出机、废膜造粒机、井盖成型机等。2.3主要技术内容。本项目将回收的废地膜用破碎机破碎成粉，加入31%-33%的废镍砂（占总量），同时加入一定量的废油、防老剂等助剂，经搅拌机充分混合。经过高温塑化，使回收塑料由固体颗粒转变为粘流状态（一般设定温度为），在压力下成型为安全防盗的井圈、井盖；再进行产品检验检测。2.4准备工序。1）原料处理工序。回收的地膜等塑料原料经冲洗后送入废膜造粒机组。 出来的塑料颗粒按比例与工业废镍砂混合，经过增强、塑化、抗老化处理后送往成型工序。2）成型工序。根据不同的产品要求，从原料加工工序送来的复合材料半成品被送往
3、成型机将井盖、井圈加工成不同规格（轻型、普通型、重型）。3）质量检验。根据国家复合材料的有关检验标准，对生产出来的井盖、井圈进行质量检验。质量检验的方面包括弯曲强度、缺口冲击强度、抗压强度、承载能力等性能指标，不符合标准的产品退回原料加工车间进行二次加工。2.5产品性能。本研究开发的环保型复合材料井盖性能符合CJ/T121-2000标准。产品的抗压强度至少可达35MPa，弯曲强度至少可达18MPa，抗冻融损失率最大仅为6%；热老化后弯曲强度最大变化率为0.3%；承载能力（允许残余变形）为1.0mm； 主要性能检测结果见表1：3.结果与讨论3.1加工温度的确定温度是影响产品质量的重要因素。
4、旧地膜在一定的温度条件下熔融，与填料进行机械混合。加之熔融粘度与温度成反比，因此挤出机的挤出量会受到温度变化的影响。温度过低，废地膜塑化不好，导致与填料混合不充分，混合效果不理想。温度过高，废地膜容易发生分解、烧焦甚至碳化，直接影响产品质量。同时，温度的确定要考虑原料配方、挤出机操作、螺杆转速等综合因素。因此，综合考虑以上因素，本研究温度设定为：加料段200、熔融段200、计量段200。在此温度下，物料混合均匀，挤出产品温度较高，适合加工成型。 3.2防老剂的选择及用量的确定。复合材料老化的主要原因是其基体的老化。引起复合材料老化的原因主要有以下三点：第一，
5、聚合物中的老化弱点，如不稳定的结构、催化剂残留等，会严重影响聚合物材料的老化性能，而这些老化弱点很多是在聚合过程中引入的；第二，在加工成型过程中，聚合物受热、氧等作用，发生热老化；第三，在使用过程中，成品受热、氧、空气中紫外线的作用，发生以自催化氧化反应为主的氧化分解。前两者通常可以通过改进聚合工艺、对材料进行工艺处理和后处理来解决。第三者在使用过程中会随着时间推移而不断老化，必须对产生的自由基进行稳定处理。同时，由于本研究使用的材料是废旧地膜，已经存在老化问题，除了在回收过程中关注加工温度外，在应用过程中还应考虑使用过程中的老化问题，通常要加入抗老化剂。
6.可使用防老剂来解决，但选择合适的防老剂并确定其用量是研究工作的重点。本研究选取了3种防老剂，通过人工加速老化试验，考察了它们的弯曲性能，试验结果如表2所示：从实验结果可以看出，使用防老剂1，用量为2%时，效果最好。3.3废地膜与废镍砂配比的确定。本研究以废地膜为基质材料，废镍砂为增强材料。废地膜的主要成分是聚乙烯PE，它是一种热塑性塑料，也就是加热时软化流动，冷却时变硬，这个过程是可逆的，可以重复进行，这是废地膜回收利用的前提，它主要起着黏结作用； 采用废镍砂作为增强材料，是因为虽然它经过冶炼后是废渣，但是它的成分中仍然含有一定量的金属镍和二氧化硅，这些都是非常好的增强材料。
7、材质。这两种材质的配比直接决定了制品的性能、使用强度和使用寿命。当废镍砂含量相对增加时，制品中的孔隙增多，砂塑结合力变差，制品内部裂纹增多，从而在孔隙、裂纹处形成应力集中，降低了制品材质的力学性能。当废镍砂含量相对减少时，制品的韧性增加。另外，考虑到环保、成本价格因素等综合因素，本研究对废磨片与废镍砂的配比进行了对比试验，结果如表3所示：从实验结果可以看出，废磨片与废镍砂的配比为2：1时性能最好。3.4废机油用量的确定。本研究以废机油为分散剂，将粉状废磨片与废镍砂混合均匀，制备出的井盖圈力学性能良好； 废机油的主要成分是矿物油，它是一种良好的分散剂，与废磨片、废镍砂有适当的相容性。
8、有效润湿废镍砂表面，改性废镍砂颗粒表面性质，防止固体颗粒间团聚，从而减少完成分散过程所需的时间和能量，稳定分散后的增强材料——废镍砂，调节废镍砂颗粒的流动性。因此，废镍砂可以在废磨片树脂基料的粘流状态下稳定分散。本研究对废机油的用量进行了研究，结果见表4。从实验结果可以看出，当废机油用量为1.5%时，分散效果最好。3.5交联剂的选择及用量的确定。为了提高基材废磨片的性能，必须对其进行一定程度的改性。交联是聚合物改性的重要方法。 目前聚乙烯交联主要方法有：过氧化物交联、高能辐射交联、硅烷交联等，本研究采用硅烷交联改性。硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学基团的有机硅化合物。
9、其粘接作用主要是通过与聚合物形成化学键、氢键；润湿和表面能作用；改善聚合物结晶性、酸碱反应及形成互穿聚合物网络等来实现的。其经典产物可用通式YSiX3表示。Y代表不可水解基团，包括乙烯基或烃基，端基官能团如Cl、NH2、SH、环氧基、N3、=CH2、NCO等，即碳官能团；X代表可水解基团，如OMe、OEt、Cl、OAc等（最常见的是OMe、OEt）。Y中的官能团易与有机聚合物发生反应，如Cl、环氧基、NCO、OH、NH2、COOH、SH、CH=CH2等，从而连接硅烷和有机基团；硅官能团水解时，Si-X转化为Si-OH，并生成副产物HX，如在
10、EtOH、MeOH，以及酸性的HCl、HOAc等。副反应主要是被处理基材表面的Si-OH与Si-OH或Si-OH之间发生缩合、脱水反应，生成Si-O-Si，也可与某些氧化物(如氧化铝、氧化锡、氧化锆、氧化钛、氧化镍等)发生反应，生成稳定的Si-O键，此反应促使硅烷与无机物或金属连接形成化学键。在偶联剂的选择上，主要考虑含自由基的类型，自由基型硅烷偶联剂作用机理取为ViSi(OOBu-t)3，但在加热条件下，t-BuOO可分解产生自由基，与树脂反应生成共价键，从而达到良好的粘接效果。 有人指出，在通式为：RmR4-(m+n)Si(OOR)n的过氧化物硅烷中，过氧基团
11、交联剂用量越多，偶联效果越好。分子中R为不饱和基团时，偶联效果更好，因此选择KH-570（γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷）作为表面改性剂较为合适。本研究还考察了交联剂用量与制品抗折强度的关系，结果见表5。从实验结果可知，交联剂用量为2%时效果最佳。4、结论。1）本研究原料95%以上为废弃物，符合环保和资源回收利用的要求。2）本研究最优配方参数为废旧地膜和废镍砂为2:1，抗氧剂、废油、交联剂用量（以总质量计）分别为2%、1.5%、2%。 3）利用废地膜、废镍砂等废弃物研制环保型复合材料井盖，具有力学强度高、耐碱性、耐热、耐寒性好、弹性模量高等特点。参考文献：1莫志深.再生塑料粉煤灰复合材料井盖J.再生资源循环经济，2008，1（1）：24-28。2唐先友.再生树脂基复合材料井盖制备及性能研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士学位论文：33。3王正州，曲宝军，范伟成.聚乙烯交联技术研究进展J.高分子材料科学与工程，2001，1（17）：7-10。4王振明.复合材料力学与复合材料结构力学J.北京：机械工业出版社，1991。