废旧塑料制备两性超吸水材料的工艺的制作方法

本发明涉及一种利用废旧塑料再生转化高性能吸水材料的方法，属于环境保护和资源综合利用领域的固体废弃物资源化新技术，尤其适合于以聚乙烯为主的各类高分子聚合物的资源化回收和再生循环利用。

背景技术：

超吸水树脂是近年来开发出来的一种新型吸水材料，它是经适度交联的具有三维网络结构的新型性功能高分子材料，含有强亲水性基团并且有一定的交联度，与水接触后短时间内发生溶胀，且吸水后形成既不溶于水也不溶于有机溶剂的凝胶。由于该材料分子中含有大量的羧基、羟基等强亲水性基团而具有高分子电解质的分子扩张性能，同时,由于微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张,使得分子在水中只溶胀不溶解,具有奇特的吸水和保水能力,它能吸收相当于自身重量几百倍甚至几千倍的水,并具有很强的保水能力，是一种新型的功能高分子材料。目前已经被广泛应用于农林、园艺、建筑、医疗、石油、化工、环保、卫生用品等各个领域。与上述超吸水树脂相比，传统的吸水性树脂主要是化工原料合成的单一离子型聚合物，成本高、强度低，无法满足复杂环境条件的需求。在超吸水树脂材料中，有一类是同时含有亲水性阴、阳离子基团的两性高吸水性树脂，其分子内与分子间的氢键作用以及反离子间的库仑力作用，对外界环境变化表现出独特的体积相变响应和选择性，受到了研究者的青睐，被广泛的用作药物缓释，智能材料以及选择性分离的原料。

近年来，随着城市化建设进程的推进，大面积植被覆盖被破坏，导致城市不透水面积增加，使得生态环境和自然水循环过程受阻，雨水资源无法实现有效利用，造成城市水资源短缺，水体污染及雨洪灾害问题日益严峻。实现雨水的储存、净化和使用可有效的缓解城市水危机。高吸水性树脂作为一种富含亲水性基团的新型高分子环境功能材料，具有宽广的应用前景。废旧塑料属于高分子聚合物，可以用来合成超吸水树脂。塑料制品广泛应用于日常生活的各个领域，随着塑料制品产量的大幅提升，加工及使用报废后产生的废弃塑料量急剧增加，由于其成分复杂，且难以降解，如果处理不当会对人体、动植物和生态环境造成巨大的危害，同时也是一种资源的浪费。现有的废弃塑料回收利用技术如焚烧，裂解，热裂解等，虽然在一定程度上实现了废弃塑料的资源化，但均存在一定的技术缺陷，如产品质量差，工艺复杂，成本高，反应条件苛刻等。废弃塑料作为一种高分子聚合物，可用作骨架材料用于制备高吸水性树脂，从而实现废塑料的回收利用。常见的废弃塑料如低密度聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，均可在引发剂存在的条件下，发生脱氢反应，与亲水性物质进行接枝共聚反应，从而制得具有一定吸液能力的功能吸水材料。本发明提供一种利用废旧塑料合成两性超吸水材料的方法，主要采用反相乳液聚合法，通过阴、阳离子单体与废弃聚乙烯塑料薄膜之间的接枝共聚反应合成产品。确立的新工艺操作简便、反应条件温和、成本低、产品附加值高，具有广阔的市场前景和竞争力。

技术实现要素：

本发明针对现有的高吸水性树脂离子型单一、生产成本高、应用范围窄等实际问题，提供一种利用废旧塑料制备两性超强吸水材料的工艺，实现废旧塑料高附加值资源化利用。其特征是：将废弃塑料简单清洗、剪切破碎后，溶于适当的溶剂，在乳化剂、引发剂和交联剂共存的条件下，与阴、阳离子单体进行接枝共聚反应，合成两性超强功能吸水材料。新材料具有良好的吸水和保水性能，可以重复利用，在农林园艺、废水处理、石油化工、环境保护、卫生用品和建筑养护等领域具有十分广阔的应用市场。

本发明按以下步骤完成：

1、前处理工序：首先将废旧塑料用滚筒筛干式清洗，筛内放入石子，石子直径介于筛孔直径的1.5-2.5倍，加入量为废旧塑料重量的8-15％；然后进一步水洗，干燥后用剪成破碎机粗碎至1-5厘米；对于塑料制品生产过程中产生的边角废料可以直接使用；

2、溶解工序：取上述清洗后的废旧塑料，置于反应釜中，加入甲苯溶液，塑料与甲苯的比例为1kg：3-8l，密封，通入氮气置换氧气，然后开启电动搅拌器，升温至90-95℃，5-15分钟后塑料全部溶解后，断开电源，自然冷却至室温；

3、乳化反应工序：打开反应釜，加入相当于废旧塑料重量30％的乳化剂span60，再加入相当于废旧塑料重量35-55％的引发剂过氧化苯甲酰，然后开启电动搅拌器，升温至70-85℃，反应1.5-2.0小时后完成乳化反应，断开电源，自然冷却至室温；

4、接枝共聚工序：打开反应釜，将体系温度加热至70-85℃，滴加事先用naoh溶液中和好的中和度为65％-85％的丙烯酸，滴加量相当于废旧塑料重量的7-11倍，边滴加边搅拌，随后滴加阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵，滴加量相当于废旧塑料重量的0.5-1.5倍，继续搅拌10分钟，然后加入相当于废旧塑料重量10-30％的交联剂n，n-亚甲基双丙烯酰胺，调整体系的油水体积比为1.0-1.3：1后，密封反应釜，继续搅拌，控制体系温度为70-85℃，反应2.5-3.5小时后即完成接枝共聚反应；

5、产品净化工序：上述反应结束后，将产物从反应釜中取出，用乙醇清洗2次后，在80℃下条件下烘干12小时至恒重，根据不同用途切割成块状或磨成粉状，包装即为成品。

本工艺具备以下特点：

1、传统的焚烧和热解等方法处理废旧废塑料过程中反应温度高，产生大量有毒有害气体造成二次污染，本工艺具备反应温度低、操作简便、产品附加值高的特点，可以有效避免有毒气体的产生；

2、本工艺所使用的原料为废旧塑料，经过简单的清洗，破碎便可使用，前处理简单，易获取，成本低廉；

3、本工艺制备的产物具有良好的吸水保水性能和重复利用性能，并且通过引入阴、阳离子单体，使其在应对环境变化时表现出优异的性能，改变了传统单一离子型高吸水树脂的体积相变性及有限的选择性，吸水倍率可以达到150-300倍，产品应用范围和价值得到了大幅度提升。

下面结合说明书附图和实施方案进一步阐述本发明的内容。

附图说明

为进一步了解本发明，下面用附图描述本发明的工艺流程和产品的具体形貌特征。

图1是利用反相乳液聚合法合成废旧塑料基两性超吸水材料的工艺流程图。

图2是废弃塑料薄膜及其转化的两性超吸水材料的扫描电镜图。(a)废旧塑料，(b)两性超吸水材料。

图3是合成的两性超吸水材料吸水前后的外观对比图。(a)吸水前(b)吸水后。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据图1流程图，以废弃聚乙烯塑料薄膜为原料，经简单的清洗，干燥后，剪成碎片。在93℃下将1.00g废弃聚乙烯塑料薄膜碎片溶解在4.00ml的甲苯中，待塑料薄膜完全溶解后，将体系反应温度降低至80℃并加入0.30g乳化剂span60，搅拌10分钟后，加入0.50g溶于7.10ml甲苯中的引发剂过氧化苯甲酰，然后慢速滴加9.00g经naoh中和至80％的丙烯酸溶液和1.06ml60％的二甲基二烯丙基氯化铵溶液，快速搅拌10分钟并加入1.00ml0.20g/ml的n,n-亚甲基双丙烯酰胺溶液，调整体系油水比为1.1:1.0,继续快速搅拌15分钟，降低搅拌速度，在80℃下反应3小时；将产物取出，经乙醇和水洗涤后，切成小块，80℃烘干至恒重，磨碎过20-40目筛，产物为多孔结构(图2)，在蒸馏水和雨水中的吸水倍率分别为286.26g/g和213.51g/g.

实施例2

根据图1流程图，取实例1中调制好弃聚乙烯塑料薄膜1kg，在95℃条件下溶解于5l甲苯中，待塑料薄膜溶解完全后，将体系反应温度降低至80℃并加入300g乳化剂span60，搅拌10分钟后，加入500g溶于甲苯中的引发剂过氧化苯甲酰，然后滴加800g经naoh中和至80％的丙烯酸溶液和1200ml60％的二甲基二烯丙基氯化铵溶液，快速搅拌10分钟并加入浓度为0.20kg/l的n,n-亚甲基双丙烯酰胺溶液1.0l，调整体系油水比为1.1:1.0，快速搅拌15分钟后，降低搅拌速度，在80℃下反应3.5小时，将产物取出，经乙醇和水洗涤后，切成小块，80℃烘干至恒重，磨碎过20-40目筛，产物在蒸馏水和雨水中的吸水倍率分别为208.00g/g和188.28g/g(图3).

上述实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限制。所用的废弃聚乙烯塑料可采用各种塑料薄膜，塑料袋，包装袋等废弃聚乙烯塑料。本发明不限于上述实施例，所述内容均可实施，并具有良好的效果。