CN114350019A - 一种废旧聚乙烯、聚丙烯改性粉体制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
一种废旧聚乙烯、聚丙烯改性粉体制备方法，将废旧聚丙烯和聚乙烯经过简单预处理后，用烘箱45‑80℃干燥0.5‑3.0h，再将干燥后的废旧聚乙烯和聚丙烯按质量比1:2‑6加入密炼机中，密炼机温度设定为220‑330℃，将转速调整至100rpm，待完全熔融后，加入0.5wt％‑3.0wt％的催化剂，催化剂为过硫化物、金属氧化物、过氧化物，提高转速至350rpm，密炼2.0‑3.0h，使其达到一定的粘度出料制得有一定硬度和脆性的原料，再经过破碎、球磨制得一定粒径的改性塑料粉：再加入CaCO3填料、体积比为30％‑60％至密炼机中进行填充，使填料和废旧聚乙烯和聚丙烯混合均匀。
Description
技术领域
本发明涉及对废旧聚乙烯、聚丙烯进行部分降解中的催化剂及其用法，并且在使用发明中的催化剂降解后进行填充制备成改性塑料粉，并将其作为代煤原料制备水煤浆实现废旧塑料资源化利用，属于废物加工利用领域。
背景技术
塑料因其质量轻、价格低、性能好等优点，备广泛应用于各行各业中，但是因其易破损、易老化、难降解，因此塑料的废弃量日益增大，对环境造成了严重污染。其中聚乙烯和聚丙烯占废旧塑料总量一半以上，但是目前废旧塑料处理方法主要是填埋、焚烧，只有少部分被回收利用，不仅造成资源的严重浪费，还给环境造成严重污染。使用我们研发的催化剂将其进行降解并填充一系列改性方法，将其制备为改性塑料添加到水煤浆中进行气化不但治理了污染，保护了环境，而且替代化石能源煤炭进行气化节约了资源，更可以提高水煤浆的气化效率来提高产能。
水煤浆是将具有一定粒径分布的煤粉分散于水中制成的高浓度煤/水分散体系，是一种经济洁净的液体燃料。煤炭是不可再生能源，而废旧聚乙烯和聚丙烯每年产生量大，并且发热量是煤炭的1.7-1.8倍，用我们制备的改性塑料粉替代煤粉能够节约资源，并且能够提高水煤浆的气化效率，实现煤炭和废旧塑料的清洁高效利用。
现有的废旧聚乙烯和聚丙烯降解技术利用单一的分子筛、SiO2、Al2O3等催化剂，在400℃以上对其进行降解，产物的成分复杂，且分布很宽，目标产物产率低，产品的附加值较低。
利用废旧聚乙烯聚丙烯简单再生和裂解炼油的研究已有报道。(孙艺蕾,马跃,李术元,岳长涛.聚烯烃塑料的热解和催化热解研究进展[J].化工进展,2021,40(05):2784-2801.)但是利用废旧聚丙烯和聚乙烯，以共混，部分降解，填充改性制备可磨的硬而脆的原料，并将其破碎、球磨制粉制备水煤浆的研究还未见报道。聚烯烃塑料降解过程中一般采用的催化剂有沸石催化剂、FCC催化剂等，本发明对聚烯烃部分降解过程中的催化剂及用法进行了优化。
发明内容
针对现有问题的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供废旧聚乙烯和聚丙烯经过综合改性制备改性塑料粉中降解过程所需的催化剂。
本发明的技术方案是，一种废旧聚乙烯、聚丙烯改性粉体制备方法，利用催化剂对废旧聚乙烯、聚丙烯进行部分降解并综合改性制备废旧改性塑料粉并将其作为代煤原料制备水煤浆实现废旧塑料资源化利用：将废旧聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)经过简单预处理后，用烘箱45-80℃干燥0.5-3.0h，再将干燥后的废旧聚乙烯和聚丙烯按质量比1:2-6(如1:5)加入密炼机中，密炼机温度设定为220-330℃，将转速调整至100rpm，待完全熔融后，加入0.5wt％-3.0wt％的催化剂(过硫化物、金属氧化物、过氧化物起码两种按照0.5-2：0.5-2：0.5-2的比例复配)，提高转速至350rpm，密炼2.0-3.0h，使其达到一定的粘度；再加入一定粒径(0.1-0.6mm就能用，更细的分布更好)的CaCO3填料(体积比为30％-60％)至密炼机中进行填充，密炼20-30min使填料和废旧聚乙烯和聚丙烯混合均匀，实现均匀填充，出料制得有一定硬度和脆性的原料，再经过破碎、球磨制得一定粒径的改性塑料粉。
该催化剂的应用及制备的改性塑料粉具有成本低、用量少、降解效果好、能够节约能源，并可以优化产物种类及含量，使废旧塑料可以制备成(不添加CaCO3)符合水煤浆制浆要求并可以工业应用的改性塑料粉，从而实现废旧塑料的资源化利用。
使用的催化剂种类为K2S2O8、Na2S2O8等过硫化物、MgO、ZnO、BaO等金属氧化物、BPO等过氧化物中的二类或三类按照不同的质量比进行复配。
所述的利用催化剂对废旧聚乙烯、聚丙烯进行部分降解并综合改性制备废旧改性塑料粉，并将其作为代煤原料制备水煤浆实现废旧塑料资源化利用，其特征在于上述使用的催化剂的剂用量为0.5wt％-3wt％。
使用上述催化剂时废旧聚乙烯、聚丙烯的质量比在1：2-3之间更好。使用上述催化剂降解时的温度在220℃-450℃之间。使用上述催化剂降解的时间在2.0h-3.0h。
使用上述催化剂降解后，CaCO3的填充量为30％-60％(体积比)。
使用上述催化剂降解后，CaCO3的填充时间为20min-30min。
本发明在对废旧聚乙烯、聚丙烯进行部分降解并综合改性制备废旧改性塑料粉中的催化剂及用法，并将讲解后的产物作为代煤原料制备水煤浆实现废旧塑料资源化利用。本发明中的催化剂能够将废旧聚乙烯和聚丙烯部分降解为低分子量的聚烯烃，使其由软而韧转变为脆而弱的易制粉原料，制备的改性塑料可以作为性能优良的代煤原料制备水煤浆进行气化。
有益效果
与现有的废旧聚乙烯和聚丙烯降解催化剂相比，本发明提供了一种利用过硫化物、过氧化物及金属氧化物按照不同质量比进行复配的催化剂对废旧聚乙烯和聚丙烯进行部分降解的方法，使其能够将废旧聚烯烃降解到合适的分子量范围从而进行后续的制粉，减少了催化剂用量，增加了降解效果，节约了能源消耗，社会效益和生态效益显著。
附图说明
图1使用不同催化剂降解产物的DSC曲线。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明。具体实施例不限制本发明的权利要求。
本发明所述利用催化剂对废旧聚乙烯和聚丙烯进行部分降解并综合改性制备改性塑料粉的方法是：将废旧聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)经过简单预处理(分拣去杂)后，用烘箱干燥0.5-1.0h，再将干燥后的废旧聚乙烯和聚丙烯按质量比1/5-1/2加入密炼机中，密炼机温度设定为220-330℃，将转速调整至100rpm，待完全熔融后，加入0.5wt％-3.0wt％的催化剂(过硫化物、金属氧化物、过氧化物按照一定比例复配)，提高转速至350rpm，密炼2.0-3.0h，使其达到一定的粘度。再加入一定粒径的CaCO3填料(体积比为30％-60％，微米级)至密炼机中进行填充，密炼20-30min使填料和废旧聚乙烯和聚丙烯混合均匀，实现均匀填充，出料制得有一定硬度和脆性的原料，再经过破碎、球磨制得一定粒径的改性塑料粉。该催化剂具有成本低、用量少、降解效果好、能够节约能源，并可以优化产物种类及含量，使废旧塑料可以制备成符合水煤浆制浆要求并可以工业应用的改性塑料粉，从而实现废旧塑料的资源化利用。
本发明所得到的改性塑料粉粒径在40目以上，并且有一定的粒径分布，颗粒成球形，可以用来制备水煤浆，在添加15wt％改性塑料粉时，水煤浆在一定的粘度下仍然具有较高的成浆浓度、良好的流动性和稳定性。大幅降低了水煤浆的原料成本，同时为废旧聚乙烯和聚丙烯的开发和利用提供了一种新的途径。本发明未述及之处适用于现有技术。
实施例1：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为290℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例2：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为330℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和BPO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例3：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为3：2)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例4：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8、BPO和MgO复配型催化剂(质量比为1：1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例5：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8、BPO和MgO复配型催化剂(质量比为2：1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例6：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为280℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例7：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为250℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例8：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入2.70g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例9：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入4.05g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例10：将112.5g废旧聚丙烯和22.5g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例11：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼2h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例12：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入411.3g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充20min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例13：将90g废旧聚丙烯和45g废旧聚乙烯加入到密炼机种，设定温度为310℃，转速为100rpm，放下压头，使其完全熔融。加入1.35g K2S2O8和MgO复配型催化剂(质量比为1：1)，将转速调整至350rpm，在此条件下密炼3h。然后加入274.2g粒径在40目以上的CaCO3填料，进行填充改性，填充30min后出料，制得有一定硬度和脆性的可制粉原料。再经过破碎、球磨后制得改性塑料粉。随后进行成浆实验，按照国家干法制浆标准，在250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边加入已经称好的榆林煤干粉和5wt％的改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆有良好的流动性、稳定性和同等粘度下较高的成浆浓度，可用于气化工艺。
实施例10：进行不同种类催化剂及用量制备的降解产物进行DSC测试分析，在N2氛围中升温速率为10℃/min，升温过程为25℃-200℃，进行两次升温降温过程，绘制并分析DSC曲线，发现加入催化剂后废旧塑料的开始熔融温度和峰值熔融温度都降低，并且其熔融热减小，加入催化剂后能够诱导聚丙烯β晶型的产生，使材料变脆。
实施例11：采用注塑的方法来制备测试材料力学性能的样条，注塑温度为200℃，用综合改性后的复合材料按照GB1040-79制备Ⅲ型样条，其厚度为2±0.05mm，跨度约为55±0.5mm，并按照GB1040-79进行拉伸测试，其不同样品的测试结果见表1。
表1纯塑料的拉伸测试结果
实施例12：进行添加不同质量分数的改性塑料粉的成浆实验，按照国家干法制浆标准，在4个250ml烧杯中加入设定好的水和PSS添加剂，边搅拌边分别加入已经称好的榆林煤干粉和改性塑料粉，加完后再搅拌5min，制得相应的水煤浆。目测浆体流动性和稳定性，再用粘度计测量粘度，发现煤浆仍有较高的成浆浓度、良好的流动性和稳定性。
表2添加不同质量分数的塑料粉的榆林煤水煤浆性能
Claims (10)
1.一种废旧聚乙烯、聚丙烯改性粉体制备方法，其特征是：将废旧聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)经过简单预处理后，用烘箱45-80℃干燥0.5-3.0h，再将干燥后的废旧聚乙烯和聚丙烯按质量比1:2-6加入密炼机中，密炼机温度设定为220-330℃，将转速调整至100rpm，待完全熔融后，加入0.5wt％-3.0wt％的催化剂，催化剂为过硫化物、金属氧化物、过氧化物起码两种按照0.5-2：0.5-2：0.5-2的比例复配，提高转速至350rpm，密炼2.0-3.0h，使其达到一定的粘度出料制得有一定硬度和脆性的原料，再经过破碎、球磨制得一定粒径的改性塑料粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：再加入CaCO3填料(细颗粒粉体)、体积比为30％-60％至密炼机中进行填充，密炼20-30min使填料和废旧聚乙烯和聚丙烯混合均匀，实现均匀填充。
3.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于,使用的催化剂种类为K2S2O8、Na2S2O8等过硫化物、MgO、ZnO、BaO等金属氧化物、BPO等过氧化物中的二类或三类按照不同的质量比进行复配。
4.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，上述使用的催化剂的用量为0.5wt％-3wt％。
5.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，使用上述催化剂时废旧聚乙烯、聚丙烯的质量比在1:2-5之间。
6.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，使用上述催化剂降解时的温度在260℃-450℃之间。
7.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，使用上述催化剂降解的时间在2.0h-3.0h。
8.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，使用上述催化剂降解后，CaCO3的填充量体积比为30％-60％。
9.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，使用上述催化剂降解后，CaCO3的填充时间为20min-30min。
10.根据权利要求书1-9所述的制备方法得到的粉体作为代煤原料制备水煤浆实现废旧塑料资源化利用。
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