阅读说明：本技术 一种降低abs塑料重金属含量的方法 (method for reducing heavy metal content in ABS plastics ) 是由 刘瑾 李�真 叶青霞 夏莉 王卓 吴东兴 张定仑 樊炳宇 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明属于工业塑料技术领域,具体涉及一种降低ABS塑料重金属含量的方法,采用区域熔炼的方法对含重金属的ABS塑料进行处理,得到重金属含量降低的ABS塑料。本发明的技术方案,将用于提纯金属的区域熔炼法引入到塑料重金属去除工艺中,实现了ABS塑料的纯化处理,没有其他试剂或化学药品参与,绿色环保,可大幅度提高废旧ABS塑料的回收再利用率。(The invention belongs to the technical field of industrial plastics, and particularly relates to methods for reducing the heavy metal content of ABS plastics.)

一种降低ABS塑料重金属含量的方法

技术领域

本发明属于工业塑料技术领域，具体涉及一种降低ABS塑料重金属含量的方法。

背景技术

ABS塑料具有优良的机械性能，较好的耐热性和耐化学性，现已经成为应用最为广泛的工程塑料。

随着环保要求越来越高，对废旧塑料回收再利用率也提出了新的要求。然而，大量废旧塑料在使用过程中被污染，回收后携带重金属元素，阻碍了塑料的再利用。

例如，铅酸蓄电池封装所用的ABS塑料在回收时携带了微量重金属铅，导致了大量从废旧电池中回收的ABS塑料无法再利用。现有技术中一般是用水或其他洗涤剂清洗，但这种方法只能去除ABS塑料表面沾染的铅，对于已经渗入到塑料内部的铅，则无能为力。

区域熔炼法是金属纯化中常用的方法，在非金属中应用的研究还处于起步阶段，例如中国专利(专利号为CN104974062B)公开了一种区域熔融法纯化TDI过程，TDI中文名为甲苯二异氰酸酯，水白色或淡黄液体，包括两种异构体2,4-TDI和2,6-TDI，该发明的所谓纯化是除去2,4-TDI中的2,6-TDI，即其“杂质”实际上与基质的分子量(174.15)相同，并且TDI相对密度较小，25℃下为1.22±0.01。其方案表明，利用区域熔炼对TDI进行纯化时，熔区移动速率越小样品起始端的纯度越高；冷却器和加热器之间的温度差越大，样品起始端纯度越高；熔区越大、需要区熔的次数越少；立式区域熔炼，竖直向上区熔比竖直向下区熔效果好；区熔次数越多，杂质脱除量越多，达到极限后，区熔次数增加也不会影响杂质分布。

上述方案表明，区域熔炼技术仍然仅限于应用在小分子量基质材料的除杂领域，并且杂质分子量与基质分子量相当。然而，ABS塑料分子量高达几万甚至十几万，要比TDI大得多，而其中的重金属杂质铅，分子量则仅为207.3，要利用区域熔炼的方法除去大分子量的ABS塑料中的重金属杂质，将上述TDI纯化方法照搬照抄上来显然行不通。也因此，发明人着手了如何将区域熔炼技术应用于工程塑料的课题研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低ABS塑料重金属含量的方法，不仅可以有效降低ABS塑料中重金属的含量，且设备简单、操作简便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种降低ABS塑料重金属含量的方法，采用区域熔炼的方法对含重金属的ABS塑料进行处理，得到重金属含量降低的ABS塑料。

本发明的技术方案，将用于提纯金属的区域熔炼法引入到塑料重金属去除工艺中，实现了ABS塑料的纯化处理，没有其他试剂或化学药品参与，绿色环保，可大幅度提高废旧ABS塑料的回收再利用率。

具体地，所述降低ABS塑料重金属含量的方法包括如下步骤：

a)将含重金属的ABS塑料加工成长条状的样条；

b)用加热装置将所述样条的一个端头加热至熔融；

c)缓慢移动样条和/或加热装置，使样条上被加热区域缓慢移动至尾端，控制二者相对移动速度，保证加热装置所在部位的样条能够被加热至熔融，且熔融状态的样条远离加热装置后自然冷却凝固；

d)重复步骤b)、c)20～60次，且步骤b)中每次加热的初始端与前一次相同；

e)去除样条尾端，即得重金属含量降低了的ABS塑料。

具体地，所述步骤a)、b)、c)均是在氮气气氛下进行。如果在空气中对ABS塑料进行熔融，使其接触氧气，会导致ABS塑料的分子被氧化分解。

所述步骤a)中，ABS塑料所含重金属为铅。本发明的最初目的是利用区域熔炼法降低回收的废旧电池封装材料中的铅含量，技术成熟后，也可以尝试将该技术用于其他工程塑料去除其他杂质。

所述步骤b)中，加热装置的加热单元为环形加热套。可以使ABS塑料样条受热更均匀。

加热装置的加热温度为220℃～300℃。能够保证ABS加热至熔融状态而又不会发生分解。

所述样条上的瞬时加热区域长度为3～7cm。加热区域过短，即熔区过短，不利于熔融状ABS大分子空隙中的杂质铅迁移，加热区域过长，即熔区过长，则很难控制远离冷凝界面部分熔体中杂质铅的迁移方向。

所述步骤e)中，去除尾端，是从样条尾端去除一个加热区域长度。去除的尾端重金属含量较高，可以收集后统一制样，再采用本发明的方法进行纯化，以提高废旧ABS塑料的再利用率。

所述加热装置与样条的相对移动速度为：样条与加热装置的相对移动速度为1～2mm/s。由于ABS塑料传热速率较慢，移动速度过快不利于熔融；而移动速度过慢，铅离子随着ABS的熔融区向尾端迁移趋势不够大，会在熔区重新均匀化，很难向尾端集中。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：本发明技术方案简单且环保、时间短、工艺条件容易控制；更重要的是，将区域熔炼提纯技术应用于高聚物的重金属去除领域，为工程塑料除杂领域提供了新的研究方向。

附图说明

图1为区域熔炼前后ABS的DSC曲线图；

图2为区域熔炼前后ABS的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详述。

仪器：水瓶自动滑轨(速度可调)，加热装置(带加热环，宽度3cm、5cm、7cm)，玻璃管(长120cm、直径1.2cm)，氮气瓶，夹具。

样条：取废旧电池回收的ABS塑料，洗净、烘干、粉碎混匀后用ICP测定起始铅含量为540ppm，用挤出机挤出制成长约1m、直径分别为0.5cm的样条若干，备用。

实施例1

取直径0.5cm的ABS塑料样条放置在玻璃管中，用夹具横向夹持固定玻璃管，并向其中持续通入氮气，加热装置设置在水平自动滑轨上，将横向宽度为5cm的加热环套设在样条一端，设置加热温度为260℃，设置滑轨移动速度为1mm/s，循环熔融20次，完成后在所得样条前段、中段、尾段分别取样，用ICP检测其中含铅量，并将结果记入表1。

实施例2～实施例9

采用实施例1相同的方法对样条进行循环区域熔炼处理，改变工艺参数，所得样条也按照实施例1的取样和检测方法对样条各部位含铅量进行检测，工艺参数和检测结果见表1。

表1实施例1～9工艺参数和样条各部位检测结果

由上表记录数据可以看出，样条前段和中段的铅含量均有明显降低，而尾段的铅含量则明显提高，也即是说经过多次区域熔炼处理后，样条中的杂质铅逐渐向尾端迁移，去除尾段后，即可得到铅含量降低了的ABS塑料，因此采用本发明的方法确实可以有效降低ABS塑料中的重金属铅含量。

在其他条件相同时，区熔的次数越多，铅的去除效果越好，但是，当铅的去除效果达到极限分布时，增加区熔次数也不会影响铅的去除，实验中，当区熔次数为40次时，已基本达到最好效果。熔区过短，不利于熔融状ABS大分子空隙中的杂质铅迁移，加热区域过长，即熔区过长，则很难控制远离冷凝界面部分熔体中杂质铅的迁移方向，所以实验中熔区长度为5cm时最佳。温度低时，ABS熔融不明显，分子链处于缠绕状态，不利于铅离子的迁移，温度高时，区熔效果好，但是温度过高，耗能较大，故实验温度260℃时，既能完成提纯，又耗能相对低。熔区移动速度低时，耗时久，且要求装置条件稳定，这对驱动装置的稳定性提出了更高的要求；而移动速度高时，不利于杂质在熔体中的完全扩散。

实施例10：质量检验

1、采用差示扫描量热仪(DSC)对以上实施例所得铅含量降低的ABS塑料样条和未处理的ABS样条进行热分析，图1为区域熔炼前后ABS的DSC曲线图，其中曲线1对应的是废旧ABS(未处理前)；曲线2对应的是实施2所得ABS；曲线3对应实施例5所得ABS；曲线4对应实施例7所得ABS；曲线5对应实施例9所得ABS。由图可知，无论是区域熔炼后的哪组样品，其DSC所测出来的分解温度基本没有改变，由此可见区域熔炼并没有对ABS料的分解温度产生影响。

2、采用傅里叶红外光谱仪对上述实施例所得ABS和未处理前的ABS样条进行红外分析，图2为区域熔炼前后ABS的红外光谱图，其中曲线1对应的是废旧ABS(未处理前)；曲线2对应的是实施例2所得ABS；曲线3对应的是实施例5所得ABS；曲线4对应的是实施例7所得ABS；曲线5对应的是实施例9所得ABS。在曲线1上，3022cm^-1为苯环上的C-H的伸缩振动峰，2920cm^-1为乙烯基上C-H的伸缩振动峰，1446cm^-1为苯环骨架的振动峰，2244cm^-1为氰基C≡N伸缩振动峰。而在曲线2、3、4、5上在相同位置附近均有这些振动吸收峰，说明区域熔炼后的ABS树脂基团并未发生改变。

以上研究表明，经区域熔炼处理后所得重金属含量降低的ABS塑料的结构是稳定的。