不足够，还可以 通过热传导的方式给物料能量，辅助剪切力去破坏交联键。第三，我们回收利用超高分子量 聚乙烯，希望材料具有高温剪切流动性，同时还要有材料的性能，即不能破坏分子结构中的 所有化学键，使分子量不要降低得太多，因此如何有效的控制剪切力的作用也是需要考虑 的。基于此认识，经过研究，我们提出了降解回收超高分子量聚乙烯的基本原理：利用高温 和交变强剪切作用下，通过物理作用使得超高分子量聚乙烯的分子链发生降解断链，从而 实现超高分子量聚乙烯材料废弃物的回收利用。
[0029] 通过更进一步的工艺研究发现，为实现超高分子量聚乙烯的有效降解断链，所需 基本工艺为：（1)处理温度：240~300°C ; (2)为实现强剪切，物料承受的剪切线速度Mm/ s ; (3)物料的处理时间>30s ; (4)物料承受的强剪切力的交变周期为2~10个。给物料加 热，提供一定的能量，辅助剪切力对交联键的破坏，可以减少剪切力的作用，根据超高分子 量聚乙烯的特点，在240~300°C范围内，物料不会发生断键分解的问题，而在长链分子链 中的碳碳键断裂后可以使得缠绕程度降低，分子链在温度和剪切作用下产生滑移而具有流 动性，有利于直接螺杆造粒成型。而剪切力是指作用材料上，使材料的横截面发生相对错 动的作用力，通常施加剪切力是通过旋转的施力对象，通过高速的旋转而对物料产生剪切 力，剪切力的大小可以通过施力对象的端部线速度来衡量，经过研究发现，物料承受的剪切 线速度必须满足>4m/s，这样作用在物料上的剪切力才能破坏碳碳键的作用力，使得断链发 生。为了使得降解后的聚乙烯具有高温流动性和足够的力学性能，必须使得复杂缠绕形成 的网状结构的50%以上破坏，其分子量需要降解到100万以下，达到这种降解程度，物料承 受的高温强剪切作用时间需要>30s。为了控制断链程度，保持超高分子量聚乙烯降解后的 力学强度，即分子量不能太高，也不能太低，因此我们采用交变式剪切作用方式，根据需要 控制的降解程度，物料承受的交变周期为2~10个。
[0030] 对于上述工艺要求，要实现工业化高效生产，可选择特殊结构设计的同向双螺杆 挤出机、异向双螺杆挤出机或单螺杆挤出机连续生产。挤出机是一种成熟的塑料加工设备， 可通过加热给物料提供温度，而螺杆的高速旋转可以产生强剪切作用于物料上，套在螺杆 上的元件可制备成各种型式的导流单元并进行自由组合，有效地控制物料在螺筒内的输送 和混合，而根据本发明方法的基本原理，通过不同的螺杆单元组合，可方便地控制交变剪切 周期。对于单螺杆挤出机，其剪切力是由旋转的螺杆和静止的螺筒壁之间的相对速度而产 生，而双螺杆挤出机，剪切力则是来自于两螺杆之间以及螺杆和螺筒之间的旋转运动，因此 对于本发明的方法，既可以通过单螺杆挤出机来实现，也可以通过双螺杆挤出机实现，而从 剪切力的作用效果看，双螺杆挤出机效果更好，而同向双螺杆是优选。
[0031] 对于挤出机，剪切力的大小除了螺杆的基本类型外，还与螺杆转速和螺杆直径相 关，螺杆转速越快，剪切力越强，而螺杆直径越大，剪切力也越大，但转速的快慢受带动螺杆 转动的电机的功率和螺杆的强度决定，螺杆的转速越快，由于超高分子量聚乙烯在螺杆里 呈高粘状态，粘度很大，高的转速需要更大的电机功率，同时螺杆在提供物料足够大的剪切 力的同时，自身也也要承受大的剪切力，因此对螺杆的强度提出了高的要求。
[0032] 对于同向双螺杆，要满足前述的工艺要求，则其特殊的结构要求为：挤出机长度直 径比为：56~80,螺杆组合保持剪切力的交变周期为2~10个。而在降解超高分子量聚 乙烯材料时，挤出机的工艺条件设置为：1)加热温度：240°C~300°C; (2)螺杆转速：400~ I2OOrpm ;⑶模头压力3~2OMPa。
[0033] 通过该工艺，可以实现对超高分子量聚乙烯废弃物的降解回收利用，很明显，通过 常规方法，在双螺杆挤出机中，物料由于没有剪切流动性，不能挤出成条子而实现造粒。而 通过本发明的方法，同样的材料，对超高分子量聚乙烯进行了有效的降解，物料可熔融流 动，能重新造粒，材料力学强度高。
[0034] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0035] 本发明提供的降解回收超高分子量聚乙烯废弃物的工艺，利用高温和交变强剪切 作用力，可以在挤出机中实现连续降解造粒，由于降解过程没有化学物质的作用，也不产生 "三废"，从而可以高效环保地回收利用超高分子量聚乙烯和含超高分子量聚乙烯的聚合 物废弃物材料，既能保护环境，节约资源，又能提高超高分子量聚乙烯废弃物或含超高分子 量聚乙烯的废弃物的利用价值，能创造巨大的经济效益。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1
[0037] 把超高分子量聚乙烯板材废弃物通过粉碎机粉碎至2~4cm大小的块状或片状 物，使用特殊配置的同向双螺杆挤出机，挤出机的基本配置为：螺杆直径D = 65_，长径比 L/D = 72,电机功率为P = 120KW，螺杆组合设置为8个交变剪切力周期。挤出机加工工艺 条件为：最高温度为280°C，螺杆转速为600rpm，模头压力15MPa。超高分子量聚乙烯烃过 挤出机降解，可实现造粒，造粒前后物料性质如表1所示。
[0038] 表 1
[0039]
[0040] 实施例2
[0041] 物料、设备和加工工艺与实施例1相同，加工温度最高设置为260°C。超高分子量 聚乙烯可以通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表2。
[0042] 表 2
[0043]
[0044] 实施例3
[0045] 物料、设备和加工工艺与实施例1相同，螺杆转速设置为500rpm。超高分子量聚乙 烯可以通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表3。
[0046] 表 3
[0047]
[0048] 实施例4
[0049] 物料、设备和加工工艺与实施例1相同，螺杆组合设置为6个交变剪切力周期。超 高分子量聚乙烯可以通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表4。
[0050] 表 4
[0051]
[0052] 实施例5
[0053] 设备和加工工艺与实施例1相同，物料为50%超高分子量聚乙烯板材废弃物和 50%的HDPE废弃物混合物。可以通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表5。
[0054] 表 5
[0055]
[0056] 对比例1
[0057] 物料、设备和加工工艺与实施例1相同，螺杆转速设置为300rpm。超高分子量聚乙 烯不能通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表6。
[0058] 表 6
[0059]
[0060] 对比例2
[0061] 物料、设备和加工工艺与实施例1相同，加工温度最高设置为220°C。超高分子量 聚乙烯不能通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表7。
[0062] 表 7
[0063]
[0064] 对比例3
[0065] 物料、设备和加工工艺与实施例1相同，螺杆组合设置为1个交变剪切力周期。超 高分子量聚乙烯不能通过双螺杆挤出机造粒，物料的性能参数见表8。
[0066] 表 8
[0067]
[0068] 对比例4
[0069] 使用常规同向双螺杆挤出机，挤出机的基本配置为：螺杆直径D = 35mm，长径比 L/D = 48,电机功率为P = 35KW，螺杆组合常规设置。挤出机加工工艺条件为：最高温度为 280°C，螺杆转速为400rpm，模头压力12MPa。超高分子量聚乙烯不能通过双螺杆挤出机造 粒，物料的性能参数见表9。
[0070] 表 9
[0071]
【主权项】
1. 一种超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，步骤如下： 超高分子量聚乙烯废弃物经粉碎后，加入挤出机，在高温和交变剪切作用下，使得超高 分子量聚乙烯的分子链发生断链，实现回收利用； 所述挤出机的挤出温度为240~300 °C ; 所述挤出机螺杆的长径比为56~80,螺杆转速为400~1200rpm，使得物料承受的剪 切线速度>4m/s ; 所述挤出机的螺杆组合保持剪切力的交变周期为2~10个； 所述物料的处理时间>30s ; 所述的挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。2. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述的 挤出机为双螺杆挤出机。3. 根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述的 挤出机为同向双螺杆挤出机。4. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述的 超高分子量聚乙烯废弃物粉碎至2~4cm的块状或片状物。5. 根据权利要求1或3所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述 挤出机的挤出温度为260~300°C，模头压力为15~20MPa。6. 根据权利要求5所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述挤 出机螺杆的长径比为72~80,螺杆转速为500~1200rpm。7. 根据权利要求6所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述挤 出机的螺杆组合保持剪切力的交变周期为6~10个。8. 根据权利要求7所述的超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，其特征在于，所述挤 出机的挤出温度为260~280°C，模头压力为15~20MPa，螺杆的长径比为72~80,螺杆转 速为500~600rpm，螺杆组合保持剪切力的交变周期为6~8个。
【专利摘要】本发明公开了一种超高分子量聚乙烯废弃物的回收工艺，超高分子量聚乙烯废弃物经粉碎后加入挤出机，在高温和交变剪切作用下，发生解聚，实现回收利用；所述挤出机的挤出温度为240～300℃，模头压力为3～20MPa；所述挤出机螺杆的长径比为56～80，螺杆转速为400～1200rpm，使得物料承受的剪切线速度>4m/s；所述挤出机的螺杆组合保持剪切力的交变周期为2～10个；所述物料的处理时间>30s；所述的挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。本发明提供的回收工艺可以环保高效地降解超高分子量聚乙烯，使得降解后的聚乙烯废弃物具有高温流动性和可加工性，可通过螺杆挤出造粒，直接应用于下游的制品生产。
【IPC分类】B29C47/92, C08L23/06, C08J11/10
【公开号】CN105061806
【申请号】CN201510433400
【发明人】雷华, 文韵豪, 李振华, 鲁阳, 陈建党
【申请人】浦江县金鑫废旧物资回收有限公司, 浙江大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月22日