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    環(huán)境對(duì)改性塑料表面親/疏水轉(zhuǎn)變的作用機(jī)制

    2022-04-26 09:52:44楊雅斌張迎霜杜海玲黃偉王暉
    化工進(jìn)展 2022年4期
    關(guān)鍵詞:浮性基團(tuán)極性

    楊雅斌,張迎霜,杜海玲,黃偉,王暉

    (中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410083)

    近年來石化工業(yè)快速發(fā)展,塑料需求不斷增長(zhǎng),2018 年全球塑料產(chǎn)量達(dá)到3.59 億噸,但只有930萬噸塑料被回收,而2060年每年使用的塑料總量將達(dá)到1.55億~2.65億噸,廢舊塑料回收處理刻不容緩。目前廢舊塑料的處理方式主要是填埋和焚燒處理,該方式占用大量土地、排放有害氣體,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)對(duì)廢舊塑料管理提出了更高的要求。通過回收和再加工的方式能夠達(dá)到資源再利用的效果,這是一種前景可觀的手段。但是不同塑料具有不同的熔點(diǎn)且不能互熔,混雜的塑料會(huì)對(duì)加工工藝以及產(chǎn)品性能造成影響,因此循環(huán)利用過程要求塑料的純度盡可能高,塑料分離是塑料回收過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前已經(jīng)發(fā)展了豐富的塑料分離方法,其中塑料浮選因工藝簡(jiǎn)單、污染少,成為廢舊塑料回收的關(guān)鍵技術(shù)之一。

    塑料浮選包括表面改性和浮選分離兩個(gè)過程,目標(biāo)塑料的表面在改性方法的作用下由疏水變?yōu)橛H水,非目標(biāo)塑料因其表面疏水性在氣泡的作用下被帶出浮選柱,從而達(dá)到廢舊塑料分離的目的。表面改性最常用的是化學(xué)氧化法,通過在塑料表面引入羥基、羰基、羧基等親水基團(tuán),選擇性地降低塑料的可浮性。

    然而,實(shí)際浮選分離過程受到諸多因素的影響,同樣的條件導(dǎo)致不同的結(jié)果。比如Nguyen使用泡沫浮選法進(jìn)行塑料分離,結(jié)果顯示疏水性塑料停留在柱底,而親水性塑料則被氣泡帶出柱外,這與Zhang 等的結(jié)論是完全相反的;此外,在Wang等的浮選過程中,分離效果受到環(huán)境因素的影響,重復(fù)性較差。氧化改性的高分子聚合物獲得的表面性質(zhì)受到環(huán)境影響,為了達(dá)到界面能最低的狀態(tài),塑料表面基團(tuán)可能會(huì)進(jìn)行重新排列,親水性隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低,最終完全恢復(fù)至原始聚合物的疏水性。高分子固體表面的大分子具有相當(dāng)大的流動(dòng)性,表面大分子官能團(tuán)的具體排列取決于表面所處的環(huán)境條件。為了避免分離過程的波動(dòng)性,急需探究環(huán)境因素對(duì)親疏水性基團(tuán)重構(gòu)的作用。

    本文采用表面氧化的方法對(duì)塑料進(jìn)行改性,探究時(shí)間、溫度、環(huán)境極性等不同因素對(duì)塑料的疏水性恢復(fù)的影響,提出發(fā)生表面基團(tuán)重構(gòu)的機(jī)理。通過合理改變界面條件確定塑料浮選機(jī)制,研究塑料表面疏水性恢復(fù)的機(jī)理,為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜體系廢舊塑料浮選分離創(chuàng)造條件。

    1 材料和方法

    1.1 材料

    本實(shí)驗(yàn)所用到的廢舊塑料包括丙烯氰-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene,ABS)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚苯乙烯(polystyrene,PS),均從汨羅塑料市場(chǎng)(中國(guó)湖南)獲得,具體信息如表1所示,下文中出現(xiàn)均為塑料種類簡(jiǎn)寫。廢塑料使用剪切破碎機(jī)(SCP-180-2,慈溪銀博塑料機(jī)械有限公司)進(jìn)行粉碎,選用不同孔徑篩子進(jìn)行篩選,選擇粒徑為0.9~3.0mm的廢塑料顆粒(ABS、PS和PC)。改性用的化學(xué)試劑過氧化氫(HO)、硫酸亞鐵(FeSO)從湖南師范大學(xué)化學(xué)試劑廠購(gòu)買,稀釋鹽酸用作pH 調(diào)節(jié)劑,松油醇用作浮選實(shí)驗(yàn)中的起泡劑,所有化學(xué)試劑均為分析級(jí)。

    表1 ABS、PC、PS的性質(zhì)

    1.2 實(shí)驗(yàn)方法

    ABS、PC、PS 選用化學(xué)改性的方法:稱取適量塑料,量取100mL 蒸餾水,加入硫酸亞鐵和過氧化氫,使二者的摩爾比為1∶7500,加入稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH為5.8。探究不同介質(zhì)、溫度、時(shí)間對(duì)改性后塑料表面疏水性恢復(fù)的影響:①根據(jù)常用極性溶劑表中的數(shù)值,設(shè)置了極性環(huán)境(水溶液)、半極性環(huán)境(乙醇溶液)、非極性環(huán)境(真空干燥箱)以及空氣對(duì)照組;②參考實(shí)驗(yàn)中涉及的幾種塑料的玻璃化溫度,設(shè)置了20℃、40℃、60℃、70℃、80℃幾個(gè)溫度梯度,實(shí)驗(yàn)過程中使用水浴鍋水浴加熱;③為了探究疏水性隨時(shí)間的變化,設(shè)置了0、3min、5min、7min、10min、20min、40min、120min、240min、360min、480min 等 時(shí) 間 梯 度。處理后的樣品進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn),可浮性的大小反映改性塑料疏水性恢復(fù)的程度。

    1.3 分析測(cè)試儀器

    掃描電子顯微鏡使用德國(guó)Zeiss EVO MA15 分析儀。掃面電鏡的分辨率為1.0nm(15kV)/2.2mm(1kV),加速度電壓為0.5~30kV。利用Nicolet iS50儀器進(jìn)行紅外光譜研究。測(cè)試條件為:波長(zhǎng)400~4000cm,分 辨 率4cm。稱 取(1±0.05)mg 樣 品 粉末,與一定量的KBr 混合制備樣品,透射率≤0.1。接觸角測(cè)量?jī)x(WCA)采用上海中晨數(shù)字設(shè)備有限公司的JC2000D1。WCA 滿足測(cè)試精度為0.1°,測(cè)試分辨率為0.01°。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 Fenton處理對(duì)ABS、PC、PS 的影響

    2.1.1 Fenton處理對(duì)塑料表面形態(tài)的影響

    對(duì)Fenton 處理前后的ABS、PC、PS 表面形貌進(jìn)行了掃描電鏡分析,結(jié)果如圖1 所示。處理前ABS、PC、PS 表面呈現(xiàn)出極為平整的形貌狀態(tài),其中的部分劃痕可能是由破碎造成的。圖1(b)、(d)、(f)中ABS、PC、PS 表面發(fā)生了刻蝕現(xiàn)象,出現(xiàn)了斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu),粗糙度有了明顯的變化。由圖1(f)可知,PS 的表面形貌及粗糙度均發(fā)生了改變,但程度遠(yuǎn)不及ABS、PC 劇烈。與處理前相比,三種塑料的表面粗糙度明顯增加,這可能是由于氧化作用造成的。

    圖1 Fenton處理前后不同塑料掃描電鏡圖

    2.1.2 Fenton處理對(duì)塑料表面接觸角的影響

    全文均選用上述廢舊塑料,挑選相對(duì)平整的塑料顆粒,使用接觸角測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過氧化改性后,ABS、PC、PS 表面接觸角的大小發(fā)生了改變。由圖2(a)~(f)可知,ABS的接觸角由98.49°降至49.5°,PC 的接觸角由109.99°顯著降低至53°,而PS的接觸角則由101.49°降至40.5°。接觸角明顯減小,說明Fenton處理使塑料表面由天然疏水變得親水,塑料表面改性成功。此外,對(duì)Fenton處理后的塑料進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn),目標(biāo)塑料均未隨氣泡上升,可浮性為0,這與接觸角的變化保持一致。

    圖2 Fenton處理前后不同塑料的接觸角

    2.1.3 表面官能團(tuán)分析

    通過紅外光譜分析Fenton表面氧化所引起的分子基團(tuán)的變化,結(jié)果如圖3所示。ABS表面經(jīng)過氧化后,在3300cm處出現(xiàn)新峰,可能是由于塑料樣品中分子間氫鍵羥基伸縮振動(dòng)造成的。在波數(shù)1050cm處,ABS出現(xiàn)了一個(gè)羥基伸縮振動(dòng)峰,說明Fenton 氧化的化學(xué)方法在塑料表面引入了羥基。PC 的紅外光譜在Fenton 處理前后呈現(xiàn)出良好的基團(tuán)特征峰:1191cm、1776cm為C==O 的振動(dòng)峰,1150cm、1230cm為C—O 鍵 的 振 動(dòng) 峰。PC 的FTIR(傅里葉變換紅外光譜)圖顯示處理前后峰形保持一致,但C==O 以及C—O 峰強(qiáng)度明顯提升,說明Fenton 處理在PC 表面引入了新的C==O 以及C—O 鍵。 此 外, PS 在1598cm、 1493cm、1448cm、752cm以及696cm處顯現(xiàn)出良好的苯環(huán)特征峰。Fenton 處理后,PS 在1773cm和1234cm處出現(xiàn)了C==O和C—O的伸縮振動(dòng)峰。綜上所述,F(xiàn)enton 氧化在塑料表面引入了親水基團(tuán),實(shí)現(xiàn)了塑料表面由疏水到親水的轉(zhuǎn)變。

    圖3 Fenton處理前后不同塑料的FTIR圖

    2.2 極性環(huán)境對(duì)塑料可浮性及表面疏水性恢復(fù)的影響

    2.2.1 極性環(huán)境對(duì)塑料可浮性的影響

    探究極性環(huán)境對(duì)塑料可浮性的影響,改變溫度、時(shí)間等因素,F(xiàn)enton改性后的塑料在極性環(huán)境中可浮性的變化如圖4 所示。在水環(huán)境中,ABS、PC、PS 三種塑料的可浮性數(shù)值幾乎均為0,3~10min內(nèi)1~2個(gè)點(diǎn)的可浮性數(shù)值在0.5~1.5范圍內(nèi)浮動(dòng),這可能與實(shí)驗(yàn)過程中的操作誤差、大氣溫度、空氣濕度有關(guān)。當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間至4h、6h、8h時(shí),塑料的可浮性完全為零,這說明改性塑料在極性環(huán)境中親水性未發(fā)生改變,與氧化改性后一致。此外,同一時(shí)間條件下,溫度從20℃變化至80℃時(shí),塑料可浮性基本未發(fā)生改變。造成這一現(xiàn)象的原因可能是改性后塑料表面都是親水基團(tuán),為了達(dá)到表面能最小化,在極性介質(zhì)中非極性基團(tuán)更傾向于留在本體。

    圖4 極性環(huán)境對(duì)塑料可浮性的影響

    2.2.2 極性環(huán)境對(duì)塑料表面疏水性恢復(fù)的影響

    接觸角測(cè)試技術(shù)是目前研究廣泛使用的技術(shù)手段,是研究聚合物表面結(jié)構(gòu)變化最有效、直接的方法之一。通過接觸角的數(shù)值大小探究塑料表面親疏水性的變化,猜測(cè)極性基團(tuán)的遷移和翻轉(zhuǎn)情況。實(shí)驗(yàn)中每個(gè)條件測(cè)量10 次,取平均值,極性環(huán)境對(duì)ABS、PC、PS 塑料表面接觸角的影響如圖5 所示。在水中20℃、8h 時(shí),三者接觸角分別恢復(fù)為51°、55.5°、41°,數(shù)值與剛改性后相比分別上升了1.5°、2.5°、1°,變化幅度較小,但仍以極慢的速度恢復(fù)。微小接觸角變化不能說明塑料表面親疏水性的根本改變,塑料顆粒具有一定的粒徑和質(zhì)量,因此在可浮性的數(shù)值上幾乎沒有變化。接觸角數(shù)值的變化表明在極性環(huán)境中羥基等親水基團(tuán)在高聚物表面依然會(huì)發(fā)生部分移動(dòng)或翻轉(zhuǎn),但遠(yuǎn)小于非極性基團(tuán)移向本體的速率。

    圖5 極性環(huán)境對(duì)ABS、PC、PS塑料表面接觸角的影響

    2.2.3 表面官能團(tuán)分析

    極性環(huán)境對(duì)塑料官能團(tuán)的影響如圖6 所示。ABS、PC、PS 于極性環(huán)境中,F(xiàn)TIR 圖譜與Fenton處理后峰形保持一致,沒有發(fā)生變化。ABS 在2240cm顯示出氰基峰,在1050cm處顯示羥基伸縮振動(dòng)峰,極性環(huán)境中表面極性基團(tuán)未發(fā)生改變。比較PC 的兩條線,峰形一致,在1191cm、1776cm處為C==O 的振動(dòng)峰,1150cm、1230cm處為C—O 鍵的振動(dòng)峰,極性基團(tuán)未改變。此外,PS在1773cm和1234cm處C==O和C—O的伸縮振動(dòng)未發(fā)生改變。因此,極性環(huán)境有利于極性基團(tuán)向表面遷移。

    圖6 極性環(huán)境不同塑料的FTIR圖

    2.3 中性環(huán)境對(duì)塑料可浮性及表面疏水性恢復(fù)的影響

    2.3.1 中性環(huán)境對(duì)塑料可浮性的影響

    乙醇溶劑的極性小于水,選用乙醇為中性環(huán)境,探究中性環(huán)境對(duì)塑料可浮性及表面疏水性的影響。如圖7所示,ABS、PC、PS的可浮性在中性環(huán)境中呈現(xiàn)出大致相同的規(guī)律。同一溫度下,可浮性隨著時(shí)間的增加而增長(zhǎng);同一時(shí)間時(shí),隨著溫度升高,可浮性數(shù)值也呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì);當(dāng)溫度為70℃、作用時(shí)間為480min 時(shí),ABS、PC、PS 的可浮性數(shù)值分別達(dá)到33.5%、34%、48.5%。塑料表面與乙醇介質(zhì)作用的溫度高、時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),促進(jìn)了表面基團(tuán)的移動(dòng)和翻轉(zhuǎn),塑料表面逐漸恢復(fù)疏水性,進(jìn)而導(dǎo)致可浮性上升。因此,升高溫度、延長(zhǎng)時(shí)間都促進(jìn)了塑料表面基團(tuán)的翻轉(zhuǎn)以及疏水性的恢復(fù)。關(guān)于極性大小因素的影響有待在接下來的非極性環(huán)境中探討。

    2.3.2 中性環(huán)境對(duì)塑料表面疏水性的影響

    中性環(huán)境對(duì)ABS、PC、PS 塑料表面接觸角的影響如圖8所示。時(shí)間為8h時(shí),三種塑料的接觸角分別恢復(fù)至76°、79.25°、72.5°,表明此時(shí)塑料表面恢復(fù)部分疏水性,親水基團(tuán)移向本體。在乙醇這個(gè)中性環(huán)境中,ABS、PC、PS 接觸角的恢復(fù)速度大于在極性環(huán)境中,當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí),接觸角能夠完全恢復(fù)到改性前的水平。此外,圖7中可浮性的恢復(fù)速度與接觸角的變化也表現(xiàn)出了一致性。因此,環(huán)境極性對(duì)塑料疏水性恢復(fù)產(chǎn)生了重要影響,對(duì)塑料浮選實(shí)驗(yàn)和回收過程具有一定的借鑒意義。

    圖7 中性環(huán)境對(duì)塑料可浮性的影響

    圖8 中性環(huán)境對(duì)ABS、PC、PS塑料表面接觸角的影響

    2.3.3 表面官能團(tuán)分析

    中性環(huán)境中,與Fenton改性后相比,塑料官能團(tuán)未發(fā)生變化,與親水性以及接觸角的變化相矛盾。由于FTIR表征10~10nm深度處的塑料官能團(tuán)變化,而接觸角的測(cè)量深度為0.5nm,故基團(tuán)的遷移與翻轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)生在更淺層的表面。

    2.4 非極性環(huán)境對(duì)塑料可浮性及表面疏水性恢復(fù)的影響

    2.4.1 非極性環(huán)境對(duì)塑料可浮性的影響

    圖10 分別為ABS、PC、PS 塑料改性之后在非極性環(huán)境下可浮性的變化。ABS的上浮性呈現(xiàn)急劇上升后保持平衡的趨勢(shì),同一時(shí)間時(shí),當(dāng)溫度在20~40℃區(qū)間時(shí),疏水性恢復(fù)較慢,在8h左右完全恢復(fù);當(dāng)溫度處于60~80℃區(qū)間時(shí),大約在40min內(nèi)完全恢復(fù)疏水性,塑料完全恢復(fù)可浮性。因此,同一時(shí)間下,可浮性隨著溫度的升高而升高,塑料表面疏水性恢復(fù)程度與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。同一溫度條件下,0~40min內(nèi),可浮性的變化率較大且逐漸趨于完全上浮,當(dāng)時(shí)間在40~480min內(nèi)變化時(shí),上浮逐漸趨于平穩(wěn),達(dá)到100%。值得注意的是,同等時(shí)間條件下,干燥箱20℃的可浮性小于室溫20℃的上浮率,這是由于改性后的塑料表面仍存有一些水分,室溫20℃條件下,空氣流通較快,加速了表面水分的蒸發(fā)。當(dāng)溫度超過40℃后,塑料可浮性的上升速率明顯大于室溫20℃。圖10 中PC、PS 的疏水性恢復(fù)隨時(shí)間、溫度的變化規(guī)律與上述ABS塑料的規(guī)律大致吻合。

    圖9 中性環(huán)境不同塑料的FTIR圖

    圖10 非極性環(huán)境對(duì)ABS、PC、PS可浮性的影響

    值得注意的是,干燥箱80℃下ABS、PS 可浮性變化與以上所提出的規(guī)律總體一致,但部分稍有出入,這可能是由于處理后的塑料仍處于超過玻璃化溫度的高溫條件,急劇變換到較低溫度后導(dǎo)致部分親水基團(tuán)重新翻轉(zhuǎn)到表面。由表1 可知,PC 的玻璃化溫度較高,大約為150℃,因此當(dāng)溫度設(shè)置為80℃時(shí),并未出現(xiàn)類似ABS 和PS 部分與規(guī)律不符合的情況。反應(yīng)過的樣品表面存在大量水分子,隨著水分子的揮發(fā),表面非極性分子運(yùn)動(dòng)能力逐漸增強(qiáng)。這種基團(tuán)的翻轉(zhuǎn)和遷移可分為兩種:加熱溫度小于玻璃化溫度時(shí),極性基團(tuán)翻轉(zhuǎn)離開表面;加熱溫度超過玻璃化溫度時(shí),本體鏈段即非極性基團(tuán)開始移向表面。較高空氣溫度下,水分子揮發(fā)速度快,非極性基團(tuán)向表面翻轉(zhuǎn)變快,導(dǎo)致可浮性急劇上升。

    2.4.2 非極性環(huán)境對(duì)塑料表面疏水性恢復(fù)的影響

    非極性環(huán)境對(duì)塑料表面接觸角的影響如圖11所示。由圖11 可知,ABS、PC、PS 處理前的接觸角分別為98.49°、109.99°、101.49°,處理后接觸角分別降為49.5°、53°、40.5°。在非極性介質(zhì)即空氣中,塑料表面接觸角初始上升速度較快,后逐漸平穩(wěn)恢復(fù)至處理前的數(shù)值,約40min恢復(fù)至改性前的水平,分別為96.25°、108.99°、101°。因此,塑料在極性環(huán)境中疏水性恢復(fù)的速度最慢,乙醇次之,空氣中恢復(fù)速度最快。其中的原因可能是水的極性和形成氫鍵的能力最強(qiáng),其次是乙醇,極性基團(tuán)不易移向本體,當(dāng)樣品表面處于空氣環(huán)境中時(shí),一定時(shí)間內(nèi)表面極性基團(tuán)進(jìn)入本體的量相應(yīng)增加,表面疏水性增加的幅度應(yīng)逐漸增大,這從對(duì)水接觸角的結(jié)果可以很明顯地看出來。為了減小界面能,極性基團(tuán)翻轉(zhuǎn)至本體,非極性基團(tuán)則會(huì)翻轉(zhuǎn)至表面,這是非極性環(huán)境中塑料的疏水性恢復(fù)速度較快的原因。

    圖11 非極性環(huán)境對(duì)ABS、PC、PS塑料表面接觸角的影響

    2.4.3 表面官能團(tuán)分析

    由圖12 可知,塑料在非極性環(huán)境中的紅外圖譜與氧化改性后一致。然而,非極性環(huán)境中塑料表面完全恢復(fù)疏水性,可浮性上升至100%,證明在塑料表面發(fā)生了基團(tuán)的遷移與重構(gòu),這與之前得出的結(jié)論截然相反。因此,能夠解釋產(chǎn)生這一矛盾的原因可能是基團(tuán)的遷移與翻轉(zhuǎn)發(fā)生在小于10nm的表層,由于紅外測(cè)試的限制,目前還不能清楚表征表面基團(tuán)的變化。

    圖12 非極性環(huán)境不同塑料的FTIR圖

    3 機(jī)理分析

    塑料表面親疏水性基團(tuán)重構(gòu)的機(jī)理如圖13 所示。在塑料結(jié)構(gòu)中非極性基團(tuán)的作用下,表面表現(xiàn)為疏水性,經(jīng)Fenton 氧化后引入羥基等極性基團(tuán),此時(shí)塑料表面變?yōu)橛H水,不同極性環(huán)境、處理時(shí)間為8h 的塑料表面基團(tuán)重構(gòu)情況如圖13 所示。極性環(huán)境中,為了保持界面能最小,極性基團(tuán)留在塑料表面,非極性基團(tuán)更傾向于留在本體。水分子極性較大、氫鍵形成能力強(qiáng),這些有利于極性基團(tuán)留在表面。環(huán)境極性減小后,即在乙醇溶液中,極性基團(tuán)開始翻轉(zhuǎn)至本體,非極性基團(tuán)遷移到表面。此時(shí),70℃、8h條件下,塑料表面親水性降低、疏水性逐漸恢復(fù),可浮性升高至40%~50%,該過程變化趨勢(shì)平緩。當(dāng)處于非極性環(huán)境時(shí),非極性基團(tuán)位于表面有利于減小表面能,塑料表面非極性基團(tuán)快速遷移到表面,與之相對(duì)應(yīng)的是極性基團(tuán)翻轉(zhuǎn)到本體內(nèi)。

    圖13 親疏水性基團(tuán)重構(gòu)機(jī)理

    Fenton 氧化廢舊塑料后,塑料表面獲得親水性。分離塑料中的少量雜質(zhì)可能影響一批塑料的再加工過程,導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降。為了提高回收過程廢舊塑料的純度,浮選分離過程中應(yīng)關(guān)注環(huán)境因素對(duì)該過程的影響。經(jīng)過上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及機(jī)理分析,氧化后塑料表面在極性環(huán)境中較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)可以保持親水性,在極性較低的環(huán)境中,目標(biāo)塑料表面在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)疏水性,該環(huán)境中極易導(dǎo)致分離的塑料純度不高,進(jìn)而影響塑料加工和利用的后續(xù)過程。當(dāng)分離過程暴露于空氣這樣的非極性環(huán)境中時(shí),將導(dǎo)致塑料的分離效率低、分離純度不能達(dá)到100%等問題。由于工業(yè)化回收中存在的塑料數(shù)量巨大、操作時(shí)間長(zhǎng)、過程復(fù)雜等問題,為減少環(huán)境對(duì)于塑料回收過程的影響,塑料分離的全過程均應(yīng)在極性環(huán)境中進(jìn)行。

    4 結(jié)論

    (1)通過FTIR 圖譜分析、SEM 以及接觸角測(cè)試對(duì)化學(xué)改性前后塑料的表面進(jìn)行了表征,結(jié)果表明,氧化造成了塑料表面形貌和官能團(tuán)的變化。

    (2)環(huán)境介質(zhì)對(duì)疏水性恢復(fù)具有重要影響,處理后的塑料在三種不同極性環(huán)境中表現(xiàn)出不同的疏水性恢復(fù)規(guī)律。極性環(huán)境中,塑料表面的疏水性未恢復(fù),可浮性未發(fā)生變化;非極性環(huán)境中,塑料疏水性恢復(fù)與時(shí)間、溫度呈現(xiàn)正相關(guān)的規(guī)律,表面疏水性在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù),可浮性完全轉(zhuǎn)變;乙醇環(huán)境中,塑料疏水性恢復(fù)速度介于極性環(huán)境和非極性環(huán)境之間,8h時(shí)可浮性部分恢復(fù)。

    (3)極性環(huán)境中,氧化塑料表面的親水性可保持較長(zhǎng)時(shí)間,有利于不同塑料的浮選分離。因此,在工業(yè)化的過程中,浮選分離應(yīng)一直在極性環(huán)境中進(jìn)行。

    (4)本文以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果為依據(jù),提出了可能發(fā)生的表面基團(tuán)在不同極性環(huán)境中的遷移規(guī)律。紅外光譜的測(cè)量深度為10~10nm,對(duì)更淺層的基團(tuán)變化不能進(jìn)行直接的表征,下一階段的發(fā)展目標(biāo)是尋找能夠在液體環(huán)境中表征表面基團(tuán)直接變化的檢測(cè)手段。

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