CN101864104B - 一种污泥填充聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥填充聚乙烯材料及其制备方法。本发明的污泥填充聚乙烯材料按质量份数由以下的组分组成：聚乙烯100，污泥100-400，高分子相容剂10-25，分散剂1-5，抗氧剂1-5。本发明能利用污水处理过后的活性污泥和回收的聚乙烯材料经过添加各种助剂和配方、工艺方面的调整，制造出一种新型的高分子材料。该种材料可广泛应用在室内的家具、地板、门窗等，户外护栏、座椅及活动板房构件、大棚构件等。
Description
[技术领域]
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种污泥填充聚乙烯材料及其制备方法。
[背景技术]
用活性污泥法处理生活污水后的污泥中吸附了许多微生物及有机物等，因此使用过后的活性污泥需要处理，以防造成二次污染。当前随着人口增加、生活水平的提高等等，城市里每天产生、排放的污水都在剧烈增加，因此人们处理污水的压力也在增加，处理污水后的污泥堆积、环境污染等问题也日益突出。
另一方面，随着社会的不断发展，人们对生活环境的追求也越来越高。虽然高分子材料的出现与发展，极大的方便了人们的生活。然而，高分子材料的本身是很难自动降解的，大量废旧塑料制品(薄膜、包装袋、快餐盒等)被抛向人类赖以生存的自然环境，所造成的“白色污染”现象日趋严峻，环境持续恶化。
如何解决这些日益严重的环境问题，如何更加合理地废弃物回收循环利用，如何降低二次污染等等一系列环境问题，一直在考验着人类的智慧。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种污泥填充聚乙烯材料，可以利用污水处理后的污泥，以减少污水处理后的污泥堆积和环境污染。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种污泥填充聚乙烯材料，按质量份数由以下的组分组成：
聚乙烯 100
污泥 100-400
高分子相容剂 10-25
分散剂 1-5
抗氧剂 1-5。
所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种，或二种以上的混合物。
所述聚乙烯材料为回收的聚乙烯材料。
所述污泥为用活性污泥法处理生活污水后取得的活性污泥，并通过以下方法制备：将处理过污水后的活性污泥收集、脱水、高温烘干杀菌后经过粉碎、筛选制得。
所述的污泥粒径介于0.02-0.2mm之间。
所述高分子相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。
所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、改性乙烯基双硬脂酰胺、PE蜡、PP蜡、EVA蜡中的一种，或二种以上的混合物。
所述抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)辅抗氧剂以1∶1-1∶3的复配。
一种上述污泥填充聚乙烯材料的制备方法的技术方案是，包括以下步骤：
(1)按上述的配比分别秤取原料；先将聚乙烯树脂和高分子相容剂在高速搅拌机上搅拌5～10分钟，控制搅拌温度在90～110℃；
(2)将分散剂和抗氧剂放入步骤(1)混好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在90-110℃之间；
(3)将污泥放入步骤(2)混好的物料中高速搅拌10-20分钟，控制搅拌温度在90-110℃之间；
(4)将步骤(3)中混好的物料加入到双螺杆挤出机中，通过熔融挤出造粒；
双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机温度：一区温度：140～170℃；二区温度：140～170℃；三区温度：140～170℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：140～170℃；机头温度：140～170℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
上述制备方法，还可以包括污泥的制备步骤：将处理过污水后的活性污泥收集、脱水、高温烘干杀菌，高温烘干的进口温度为500-650℃，出口温度为60-100℃；高温烘干后经过粉碎、筛选后获取粒径介于0.02-0.2mm之间的污泥。
本发明能利用污水处理过后的活性污泥和回收的聚乙烯材料经过添加各种助剂和配方、工艺方面的调整，制造出一种新型的高分子材料。该种材料可广泛应用在室内的家具、地板、门窗等，户外护栏、座椅及人造景点、活动板房、大棚的构件等。
[具体实施方式]
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述：
以下实施例中所用的污泥是将处理过污水后的活性污泥收集、脱水、经高温烘干机烘干杀菌，然后经过粉碎、筛选后获取粒径介于0.02-0.2mm之间的污泥。高温烘干机的进口温度为500-650℃，出口温度为60-100℃。
实施例1：
在本实施例中，所用聚乙烯材料选用了线性低密度聚乙烯，典型牌号为广州石化的7042；所用相容剂为EVA-g-MAH，典型牌号为南京德巴化工有限公司的EVA-G-1；所用抗氧剂为Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168按1∶1复配。所用分散剂为市售的PE蜡。本实施例的污泥填充聚乙烯材料按质量份数由以下的组分组成：
LLDPE 100
污泥 100
EVA-g-MAH 10
PE蜡 1
抗氧剂 1
(1)按上述的配比分别秤取原料；先将聚乙烯树脂和高分子相容剂在高速搅拌机上搅拌5～10分钟，控制搅拌温度在90～110℃；
(2)将分散剂和抗氧剂放入步骤(1)混好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在90-110℃之间；
(3)将污泥放入步骤(2)混好的物料中高速搅拌10-20分钟，控制搅拌温度在90-110℃之间；
(4)将步骤(3)中混好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗，通过熔融挤出造粒；
加工工艺如下：双螺杆挤出机温度：一区温度：140～170℃；二区温度：140～170℃；三区温度：140～170℃；区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：140～170℃；机头温度：140～170℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例2：
在本实施例中，所用聚乙烯材料选用了低密度聚乙烯，典型牌号为燕山石化的1F7B；所用相容剂为PE-g-MAH，典型牌号为南京德巴化工有限公司的PE-G-5；所用抗氧剂为Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168按1∶2复配。所用分散剂为市售PP蜡。本实施例的污泥填充聚乙烯材料按质量份数由以下的组分组成：
LDPE 100
污泥 200
PE-g-MAH 15
PP蜡 2
抗氧剂 2
制备工艺同实施例1。
实施例3：
在本实施例中，所用聚乙烯材料选用了高密度聚乙烯，典型牌号为广州石化的5000S；所用相容剂为PP-g-MAH，典型牌号为宁波能之光公司的CPM200A；所用抗氧剂为Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168按1∶3复配。所用分散剂为市售PE蜡。本实施例的污泥填充聚乙烯材料按质量份数由以下的组分组成：
HDPE 100
污泥 300
PP-g-MAH 20
PE蜡 3
抗氧剂 3
制备工艺同实施例1。
实施例4：
在本实施例中，所用聚乙烯材料选用了线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯与以1∶1复配；所用相容剂为PE-g-MAH，典型牌号为南京德巴化工有限公司的PE-G-5；所用抗氧剂为Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168按1∶1复配。所用分散剂为市售EBS。本实施例的污泥填充聚乙烯材料按质量份数由以下的组分组成：
LLPE/LDPE 100
污泥 400
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EBS 4
抗氧剂 4
制备工艺同实施例1。
实施例5：
在本实施例中，所用聚乙烯材料选用了线性低密度聚乙烯，典型牌号为广州石化的7042；所用相容剂为EVA-g-MAH，典型牌号为南京德巴化工有限公司的EVA-G-1；；所用抗氧剂为Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168按1∶1复配。所用分散剂为市售TAS-2A。本实施例的污泥填充聚乙烯材料按质量份数由以下的组分组成：
LLDPE 100
污泥 400
EVA-g-MAH 25
TAS-2A 5
抗氧剂 5
制备工艺同实施例1。
性能评价方式及实行标准
将按上述方法完成造粒的污泥填充聚乙烯材料的粒子材料事先在80～90℃的烘箱下干燥2小时，控制水分≤0.2％，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ASTM D-638进行，试样尺寸为180×12.7×3.2mm，拉伸速度为50mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256进行，试样尺寸为64×12.7×3.2mm，缺口深度为试样厚度的1/3；比重按ISO 1183进行。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、IZOD缺口冲击强度、比重的数值进行评判。
表(-)实例1～5的配方及材料物性表
本发明各实施例制备的材料性能与选用的基体树脂、污泥填充量、高分子相溶剂及分散剂等有关。对于选用低密度聚乙烯(LLDPE和LDPE)，由于其本身刚性要比高密度聚乙烯低，因而同样的污泥填充量，其材料的刚性要低。材料的比重、模量随着污泥添加量的增加而提高，但材料的冲击韧性会下降。高分子相容剂的目的是改善基体树脂跟污泥的相容性——污泥属于极性材料，而聚乙烯属于非极性材料，这两种材料本身的相容性很差。分散剂在一定程度上能改善污泥在树脂中的分散性，进而一定程度上提高材料的性能。抗氧剂能减轻材料在热加工及后期使用过程中的水解、老化程度，进而延长材料的使用寿命。
本发明也可以采用回收的聚乙烯材料作为聚乙烯原料。
以上对本发明所提供的污泥填充聚乙烯材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体各例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种污泥填充聚乙烯材料，其特征在于，按质量份数由以下的组分组成：
所述污泥为用活性污泥法处理生活污水后取得的活性污泥，并通过以下方法制备：将处理过污水后的活性污泥收集、脱水、高温烘干杀菌，高温烘干的进口温度为500-650℃，出口温度为60-100℃；高温烘干后经过粉碎、筛选后获取粒径介于0.02-0.2mm之间的污泥；所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种，或二者的混合物，为回收的聚乙烯材料；所述高分子相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物；所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、改性乙烯基双硬脂酰胺、PE蜡、PP蜡、EVA蜡中的一种，或二种以上的混合物；所述抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯辅抗氧剂以1∶1-1∶3的复配。
2.一种权利要求1所述的污泥填充聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)污泥的制备步骤：将处理过污水后的活性污泥收集、脱水、高温烘干杀菌，高温烘干的进口温度为500-650℃，出口温度为60-100℃；高温烘干后经过粉碎、筛选后获取粒径介于0.02-0.2mm之间的污泥；
(2)按权利要求1所述的配比分别秤取原料；先将聚乙烯树脂和高分子相容剂在高速搅拌机上搅拌5～10分钟，控制搅拌温度在90～110℃；
(3)将分散剂和抗氧剂放入步骤(2)混好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在90-110℃之间；
(4)将污泥放入步骤(3)混好的物料中高速搅拌10-20分钟，控制搅拌温度在90-110℃之间；
(5)将步骤(4)中混好的物料加入到双螺杆挤出机中，通过熔融挤出造粒；
双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机温度：一区温度：140～170℃；二区温度：140～170℃；三区温度：140～170℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：140～170℃；机头温度：140～170℃；停留时间：1～2min，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
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