CN105713230B - 基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法及其回收的材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法是直接将废弃人造草坪破碎料或挤出的粒料放入高速磨粉机中循环磨粉1‑5次，然后将所得初粉放入固相力化学反应器中循环研磨3‑20次，或继续将粉体材料熔融挤出即可得到聚烯烃为65‑84wt％，聚酯为14‑28wt％，泥沙为2‑7wt％，且熔融指数为0.9‑1.8g/10min，平均粒径为52‑283um的粉体材料或熔融指数为1.2‑1.8g/10min，拉伸强度为7.4‑11.2Mpa，断裂伸长率为237‑336％的粒料材料。本发明不仅可真正实现回收利用废弃人造草坪的过程中不需分离分类，不需大量水洗的愿望，且其回收工艺简洁高效、成本低廉，同时又能获得能直接进行共混熔融加工且相容性良好的高性能高值化回收废弃人造草坪材料。

Description

基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法及其回收的 材料
技术领域
本发明属于废弃人造草坪的回收利用方法及材料技术领域，具体涉及一种基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法及其回收的材料。
背景技术
近年来，人造草坪极大地丰富了全民健身运动，每年增长率约20-25％，全世界使用量已达2亿平方米以上。一般人造草坪的使用寿命为5-10年，使用要求较高的人造草坪甚至在使用一次后就必须更换，若更换的人造草坪不能回收利用，将造成巨大的环境污染和资源浪费：例如，更换一个标准足球场产生的人造草坪高分子材料就高达10-12吨(许利,可循环利用人造草坪的背胶材料设计及制备工艺研究[J].华东理工大学,2014)。因此，回收利用废弃人造草坪，变废为宝非常重要。
然而，废弃人造草坪具有多组分、难分离、难分类、组分相容性差、粘度不匹配等特点，是最难回收的高分子材料之一。因为典型的人造草坪一般由三层构成：人工草、布底和背胶，其中人工草主要由聚乙烯组成，布底分为毛毡和纤维布，主要由聚酯及聚丙烯组成，而背胶则是由丙烯酸酯或羧基丁苯胶乳等经过交联而成。可见废弃的人造草坪不仅组分复杂，热塑性和热固性材料混杂，而且使用过的人造草坪还混有大量泥沙等。鉴于其具有这样一些特点，传统方法回收废弃人造草坪主要有掩埋、焚烧或分离分类后经热塑加工成为回收母料，再按需制备多种型材。但传统回收方法分别存在以下问题：(1)掩埋或焚烧处理人造草坪，会导致环境污染和资源浪费；(2)分离分类回收需要先将草坪缓冲层中沙子用水冲洗出来，其过程耗水量大，同时需要将草丝和底布等热塑性组分与热固性背胶分离，并选择其中的热塑性组分加工成为回收母料，其工序繁杂，回收成本高，且分离出的热固性背胶不能热塑加工，导致废弃资源不能充分利用(强力,环境友好可回收人造草[J].中国学校教育,2011(82):11)。
为了从源头解决废弃人造草坪回收过程中热固性背胶不能热塑加工而丢弃浪费的问题，如有研究者开发了一种可塑化的热塑性背胶——聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物组成的背胶层(韩世民，一种可回收人造草坪，201320790777.3)，该背胶层虽然可以通过热塑加工进行回收，但其工艺复杂，设备特殊；又如于安公开了由乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)热熔胶构成的背胶层(于安，一种可完全回收的人造草坪及其制备方法，201210288535.4)，该背胶层虽然可经热塑加工回收利用，但仍然存在以下问题：(1)相比热固性背胶，其回收成本高出很多，较难应用推广；(2)由于草丝、底布与背胶等组分结构不同，其所采用的回收方法使组分间没有较好的相容性，不能直接共混熔融，因此回收母料的性能很差，仍需分离分类后单独回收利用，导致工序增加成本增高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，首先提供一种基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，此方法不需分离分类就既能充分利用热塑性组分和热固性背胶，又能解决各组分间相容性差的难题。
本发明的另一目的是提供一种由上述方法回收的废弃人造草坪材料。
本发明提供的一种基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
(1)将废弃人造草坪直接切割成块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料，或将废弃人造草坪直接切割成长条状，然后用单螺杆熔融挤出造粒成粒料；
(2)将上述废弃人造草坪破碎料或粒料放入常规高速磨粉机中循环磨粉1-5次，得人造草坪初粉；
(3)将上述初粉放入固相力化学反应器中，于反应器磨盘盘面温度5-40℃，压力10-30KN，转速100-400转/分下循环研磨3-20次，即得回收的废弃人造草坪粉体材料。
为了便于规模化快速应用，本发明还可以将以上方法回收的人造草坪粉体材料通过双螺杆挤出机，在挤出温度140-240℃，螺杆转速100-180r/min，口模段温度200-240℃条件下熔融挤出，即制得回收的废弃人造草坪粒料材料。
以上方法中第2)步骤循环磨粉次数优选2-4次。
以上方法中第3)步骤盘面温度优选10-20℃，压力优选15-20KN，转速优选150-250转/分，循环研磨次数优选5-15次。
以上方法中所用双螺杆挤出机的螺杆转速优选130-160r/min，口模段温度优选215-230℃。
本发明提供的由上述方法回收的废弃人造草坪材料，该材料中含有的聚烯烃组分为65-84wt％，聚酯组分为14-28wt％，泥沙为2-7wt％，回收得到的粉体材料的平均粒径为52-283um，熔融指数为0.9-1.8g/10min；回收得到的粒料材料，其熔融指数为1.2-1.8g/10min，拉伸强度为7.4-11.2Mpa，断裂伸长率为237-336％。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、由于本发明提供的回收方法中采用了固相力化学反应器来处理废弃人造草坪，充分利用了其独特的三维剪结构和粉碎、分散、混合、力化学反应等多种功能，因而解决了现有技术难以解决的废弃人造草坪分离分类难、再加工难、制备高性能制品难、回收利用效率低的问题，真正实现了回收利用废弃人造草坪的过程中不需分离分类，不需大量水洗的愿望，且其回收工艺简洁高效、成本低廉。
2、由于本发明提供的回收方法中采用的固相力化学技术可以通过控制所得复合粉体的粒度和粒度分布来调控制品的相畴尺寸和性能，不再受组分不同、粘度不同所带来的不能直接共混熔融加工的限制，因而既解决了传统回收技术存在的组分相容性差、粘度不匹配等难题，又获得了能直接进行共混熔融加工且相容性良好的高性能高值化回收废弃人造草坪材料。
3、由于本发明提供的回收利用方法中采用了固相力化学技术，还可以在复合粉体制备过程中引入有相应反应官能团的化合物，并以固态形式发生力化学反应，因而既可以制备超细分散、性能稳定的改性多功能复合粉体，且使整个流程没有废液、废气排放，环保高效、附加值高，用途广泛。
4、由于本发明提供的基于固相力化学技术回收利用废弃人造草坪的方法是一种工艺简洁、清洁高效、成本低廉、易于规模化连续生产的新工艺，因而为回收利用废弃人造草坪探索了一条新的、更为便捷的符合现代绿色化学和循环经济的理念，具有重要的社会和经济意义的途径。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本发明作出一些非本质的改进和调整。
值得说明的是：1)以下实施例中回收得到的废弃人造草坪粉体材料的平均粒径是采用激光粒度仪测试的；2)以下实施例和对比例中回收得到的废弃人造草坪粉体材料和粒料材料的熔融指数是按GB/T3682-2000标准在温度210℃，负载2.16Kg测试的；3)以下实施例中回收得到的废弃人造草坪粒料材料的拉伸强度和断裂伸长率则是按照GB/T1040.1-2006标准测试的。
实施例1
将聚烯烃含量为84wt％、聚酯含量为14wt％，泥沙含量为2wt％的废弃人造草坪直接切割成约10cm*10cm的块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料；将上述废弃人造草坪破碎料在常规高速磨粉机中磨粉3次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度15℃，压力18KN，转速200转/分，循环研磨10次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径52um，熔融指数为1.8g/10min。
实施例2
将聚烯烃含量为65wt％、聚酯含量为28wt％，泥沙含量为7wt％的废弃人造草坪直接切割成约10cm*10cm的块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料；将上述废弃人造草坪破碎料在常规高速磨粉机中磨粉5次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度40℃，压力30KN，转速400转/分，循环研磨20次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径127um，熔融指数为1.3g/10min。
实施例3
将聚烯烃含量为65wt％、聚酯含量为28wt％，泥沙含量为7wt％的废弃人造草坪直接切割成宽约3cm的长条状，然后用单螺杆熔融挤出造粒为粒料；将该粒料在常规高速磨粉机中磨粉2次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度10℃，压力15KN，转速150转/分，循环研磨5次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径189um，熔融指数为0.9g/10min。
实施例4
将聚烯烃含量为65wt％、聚酯含量为28wt％，泥沙含量为7wt％的废弃人造草坪直接切割成约10cm*10cm的块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料；将上述废弃人造草坪破碎料在常规高速磨粉机中磨粉1次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度5℃，压力10KN，转速100转/分，循环研磨3次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径283um，熔融指数为1.0g/10min。
实施例5
将聚烯烃含量为74wt％、聚酯含量为21wt％，泥沙含量为5wt％的废弃人造草坪直接切割成约10cm*10cm的块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料；将上述废弃人造草坪破碎料在常规高速磨粉机中磨粉3次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度15℃，压力18KN，转速200转/分，循环研磨10次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径84um，熔融指数为1.3g/10min。
实施例6
将聚烯烃含量为74wt％、聚酯含量为21wt％，泥沙含量为5wt％的废弃人造草坪直接切割成宽约3cm的长条状，然后用单螺杆熔融挤出造粒为粒料；将该粒料在常规高速磨粉机中磨粉2次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度10℃，压力20KN，转速250转/分，循环研磨5次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径155um，熔融指数为1.2g/10min。
实施例7
将聚烯烃含量为74wt％、聚酯含量为21wt％，泥沙含量为5wt％的废弃人造草坪直接切割成约10cm*10cm的块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料；将上述废弃人造草坪破碎料在常规高速磨粉机中磨粉4次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度20℃，压力15KN，转速150转/分，循环研磨15次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径231um，熔融指数为1.1g/10min。
实施例8
将聚烯烃含量为84wt％、聚酯含量为14wt％，泥沙含量为2wt％的废弃人造草坪直接切割成宽约3cm的长条状，然后用单螺杆熔融挤出造粒为粒料；将该粒料在常规高速磨粉机中磨粉4次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度20℃，压力20KN，转速250转/分，循环研磨15次，即得废弃人造草坪粉体材料。
所得废弃人造草坪粉体材料的平均粒径126um，熔融指数为1.4g/10min。
实施例9
将实施例1回收制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为225℃，螺杆转速为145r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料的熔融指数为1.8g/10min，拉伸强度为11.2Mpa，断裂伸长率为336％。
实施例10
将实施例2回收制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为240℃，螺杆转速为180r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料的熔融指数为1.4g/10min，拉伸强度为9.1Mpa，断裂伸长率为313％。
实施例11
将实施例3回收制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为215℃，螺杆转速为130r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料的熔融指数为1.3g/10min，拉伸强度为8.2Mpa，断裂伸长率为275％。
实施例12
将实施例4回收制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为200℃，螺杆转速为100r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料的熔融指数为1.2g/10min，拉伸强度为7.4Mpa，断裂伸长率为237％。
实施例13
将实施例5制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为225℃，螺杆转速为145r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料，熔融指数为1.6g/10min，拉伸强度为10.7Mpa，断裂伸长率为303％。
实施例14
将实施例6制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为215℃，螺杆转速为160r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料，熔融指数为1.4g/10min，拉伸强度为8.5Mpa，断裂伸长率为296％。
实施例15
将实施例7制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为230℃，螺杆转速为130r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料的熔融指数为1.3g/10min，拉伸强度为8.1Mpa，断裂伸长率为254％。
实施例16
将实施例8制备的废弃人造草坪粉体材料用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为230℃，螺杆转速为160r/min熔融挤出，经冷却切粒，即得废弃人造草坪粒料材料。
所得废弃人造草坪粒料材料的熔融指数为1.5g/10min，拉伸强度为9.6Mpa，断裂伸长率为305％。
对比例1
先将聚烯烃含量为65wt％、聚酯含量为28wt％，泥沙含量为7wt％的废弃人造草坪直接切割成约10cm*10cm的块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料；将上述废弃人造草坪破碎料在常规高速磨粉机中循环磨粉4次，得到平均粒径为327um，熔融指数为0.3g/10min的废弃人造草坪粉体材料；然后用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为200℃，螺杆转速为100r/min熔融挤出，经冷却切粒，得到熔融指数为0.4g/10min，拉伸强度为5.3Mpa，断裂伸长率为91％的废弃人造草坪粒料材料。
相对于实施例4，在总碾磨次数相同的情况下，本对比例因采用的是传统常规方法来制备的废弃人造草坪粉体材料，故其平均粒径增大了16％，熔融指数却降低了70％；相比于实施例12，该传统常规方法制备的废弃人造草坪粒料材料，其熔融指数降低了67％，拉伸强度降低了28％，断裂伸长率降低了62％。
对比说明，采用固相力化学方法制备的废弃人造草坪粉体材料和粒料材料，均具有更好的流变性能和力学性能，易于加工应用，不仅能有效解决各组分间相容性差的难题，而且能充分利用热固性背胶组分。
对比例2
先将聚烯烃含量为84wt％、聚酯含量为14wt％，泥沙含量为2wt％的废弃人造草坪经分离分类处理，只选择其中塑化能力最好的聚烯烃组分用常规高速磨粉机循环磨粉3次，得到人造草坪初粉料；将初粉料放入固相力化学反应器中碾磨，碾磨过程中通入冷却循环水，控制固相力化学反应器磨盘盘面温度15℃，压力18KN，转速200转/分，循环研磨10次，得到平均粒径为69um，熔融指数为2.3g/10min的废弃人造草坪粉体材料；然后用常规双螺杆挤出机在挤出温度为140-240℃，口模温度为225℃，螺杆转速为145r/min熔融挤出，经冷却切粒，得到熔融指数为2.4g/10min，拉伸强度为12.0Mpa，断裂伸长率为419％的废弃人造草坪粒料材料。
相对于实施例1，在相同制备条件下，本对比例因采用的是传统常规方法来制备的废弃人造草坪粉体材料，故其平均粒径增大了33％，熔融指数增大了28％；相比于实施例9，该传统常规方法制备的废弃人造草坪粒料材料，其熔融指数增大了33％，拉伸强度增大了7％，断裂伸长率增大了25％。
对比说明，采用固相力化学方法制备的不分离分类处理的废弃人造草坪粉体材料和粒料材料，其流变性能和力学性能接近于废弃人造草坪中纯聚烯烃组分的性能，并且具有不需分离分类和直接完全回收废弃人造草坪的优势，工序简洁高效。

Claims (8)

1.一种基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
(1)将废弃人造草坪直接切割成块状，然后用强力破碎机将其破碎成为破碎料，或将废弃人造草坪直接切割成长条状，然后用单螺杆熔融挤出造粒成粒料；
(2)将上述废弃人造草坪破碎料或粒料放入常规高速磨粉机中循环磨粉1-5次，得人造草坪初粉；
(3)将上述初粉放入固相力化学反应器中，于反应器磨盘盘面温度5-40℃，压力10-30KN，转速100-400转/分下循环研磨3-20次，即得回收的废弃人造草坪粉体材料。
2.根据权利要求1所述的基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法还可以将回收的人造草坪粉体材料通过双螺杆挤出机，在挤出温度140-240℃，螺杆转速100-180r/min，口模段温度200-240℃条件下熔融挤出，即制得回收的废弃人造草坪粒料材料。
3.根据权利要求2所述的基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法中所用双螺杆挤出机的螺杆转速为130-160r/min，口模段温度为215-230℃。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法中第2)步骤循环磨粉次数为2-4次。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法中第3)步骤盘面温度为10-20℃，压力为15-20KN，转速为150-250转/分，循环研磨次数为5-15次。
6.根据权利要求3所述的基于固相力化学技术回收废弃人造草坪的方法，该方法中第3)步骤盘面温度为10-20℃，压力为15-20KN，转速为150-250转/分，循环研磨次数为5-15次。
7.根据权利要求1所述方法回收的废弃人造草坪材料，该材料中含有的聚烯烃组分为65-84wt％，聚酯组分为14-28wt％，泥沙为2-7wt％，回收得到的粉体材料的平均粒径为52-283um，熔融指数为0.9-1.8g/10min。
8.根据权利要求2所述方法回收的废弃人造草坪材料，该材料中含有的聚烯烃组分为65-84wt％，聚酯组分为14-28wt％，泥沙为2-7wt％，回收得到的粒料材料的熔融指数为1.2-1.8g/10min，拉伸强度为7.4-11.2Mpa，断裂伸长率为237-336％。
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