CN102675736B - 一种利用废弃线路板粉料/玻璃纤维增强改性废聚丙烯的再生复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废弃线路板粉料/玻璃纤维增强改性废聚丙烯的再生复合材料及制备方法，包含以下重量份的原料：废聚丙烯100份；废弃印刷线路板粉料100-300份；增容剂5-15份；抗氧剂1-2份；无碱玻璃纤维5-15份。将上述废聚丙烯、废弃印刷线路板粉料、增容剂、抗氧剂按比例混合，从双螺杆挤出机的主加料装置加入共混料熔化，螺杆转速控制为60r/min；从挤出机加工第四区按比例加入无碱玻璃纤维与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，制成改性废聚丙烯的再生复合材料。本发明不但可以有效的增强增韧废聚丙烯，得到综合性能优良的再生复合材料；而且充分废物利用，节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种再生材料，尤其是一种利用废弃线路板粉料/玻璃纤维增强改性废聚丙烯的再生复合材料；本发明还涉及上述再生材料的制备方法。
背景技术
随着信息产业的高速发展，印刷线路板生产呈急剧增长之势，目前我国已成为世界上最大的线路板生产国，产量位居世界第一。在我国，每年仅线路板生产企业中产生的边角废料重量即达40万吨以上，再考虑到每年大量进口废弃电器及中国大陆报废电子产品的拆解产生的废旧线路板，则其总量将达100万吨以上。因此，对废旧线路板进行环保、可靠的回收再用，一方面可节约资源，另一方面也减少环境污染，是电子信息产业发展的重要基础条件。
现有的研究多数侧重于线路板中金属成分的回收，较少涉及回收金属后剩下的占总量60％以上的线路板非金属材料的回收利用。线路板非金属材料中除了树脂和玻璃纤维以外，还含有溴阻燃剂和少量重金属，如若任意堆放、填埋或焚烧，不仅造成大量有用资源流失，还会对环境造成严重危害。因此，非金属材料的合理回收利用是当前废弃线路板资源化研究中亟待解决的新问题。近来人们开展了将废弃物通过模压工艺制成板材等新的资源，既回收利用废弃物，又减少原始材料用量，是资源综合利用的有效途径。
另一方面，聚丙烯(PP)是一种常见的高分子材料，具有较好的性能和广泛的应用范围，其废弃量也在逐年增加，已经成为当前废塑料的主要品种之一。废聚丙烯的力学性能降低明显，若能通过方便实用的改性方法提高其综合性能，特别是力学性能，将使废PP再生材料具有更好地应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废弃线路板粉料/玻璃纤维增强改性废聚丙烯的再生复合材料，不但可以有效的增强增韧废聚丙烯，得到综合性能优良的再生复合材料；而且充分废物利用，节能减排。
本发明的另一目的在于提供上述再生复合材料的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，成本低廉。
本发明的目的可通过以下技术措施来实现：一种废弃线路板粉料改性废聚丙烯的再生复合材料，包含以下重量份的原料：
废聚丙烯100份；废弃印刷线路板粉料100-300份；增容剂5-15份；抗氧剂1-2份；无碱玻璃纤维5-15份。
所述废弃印刷线路板粉料为过100目以上粉末。
所述增容剂为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)、聚丙烯接枝丙烯酸(PP-g-AA)中的一种或两种。
所述抗氧剂由四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以1∶1-1∶3复配而成。
本发明的另一个目的通过以下的技术措施来实现：上述再生复合材料的制备方法，将上述废聚丙烯、废弃印刷线路板粉料、增容剂、抗氧剂按比例混合，从双螺杆挤出机的主加料装置加入共混料熔化，螺杆转速控制为60r/min；从挤出机加工第四区按比例加入无碱玻璃纤维与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，制成改性废聚丙烯的再生复合材料。
所述双螺杆挤出机加工六区温度依次设定为：200℃，210℃，215℃，220℃，220℃，210℃。
所述废弃印刷线路板粉料为过100目以上粉末；经过静电以及风选分离出金属和非金属粉末，选用非金属粉末干燥后，作为原料使用。
本发明中加入增容剂不但可以增加废PP与废弃线路板粉料的相容性，还能有效的增加废PP与玻纤间的界面粘接，从而有效提升复合材料的冲击、弯曲等性能，充分起到增韧增强作用；另外由于玻纤增强PP时需保证一定的长度，通过控制螺杆转速、挤出温度以及玻纤加入区间来协同控制玻纤的长度，更有效地提高复合材料性能。试验结果显示，按以上方法挤出加工，复合材料中玻纤较长普遍在0.5mm以上，可以非常有效的增强增韧废PP，最终得到综合性能优良的再生复合材料。
本发明与现有技术相比，主要优点如下：
(1)所用废弃线路板粉料为过100目。较细的粉料更容易在PP基体中有效分散，但过细的粉末会消耗前期较大的破碎能量。经多次实验验证，100目左右的粉末配以适量的增容剂，可以很好的分散在PP基体中，且将线路板破碎成100目左右的细粉不至于消耗过大的破碎能；
(2)本发明制得的再生复合材料中废料的使用比例超过90％(其余部分为各类助剂)，特别是以往难于处理的废弃线路板粉料的添加比例最高可达70％左右，远远高于其他再生复合材料中废料及废弃线路板粉料的使用率，使其成本远低于其他再生复合材料，加之其综合性能优良，因此应用前景广泛；
(3)本发明则首次同时使用废弃粉料和玻纤来改性增强废旧PP；由于玻纤增强PP时需保证一定的长度，在挤出造粒时为了避免玻纤过度断裂，降低机器磨损，玻纤从第四区机筒中部加料口加入，并通过控制螺杆转速、挤出温度以及玻纤加入区间来协同控制玻纤的长度，更有效地提高复合材料性能；
(4)为使PP达到较好的增强效果，现有通常需要添加一定比例的成本较高的增韧剂，本发明并未添加其他增韧剂，真正做的低成本，高性能。
(5)本不但解决了以往废弃线路板非金属粉料的难于处理的问题，也带动了再生PP行业的发展，同时相关产品具有很强的市场竞争力，并且符合国家节能减排政策，具有很好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
实例一：
将废旧线路板通过粉碎、过筛，得到过100目以上粉末。再利用常规的静电以及风选过程分离出金属和非金属粉末，将非金属粉末干燥待用。将物料按以下配比混匀：废聚丙烯(PP)100份、废弃线路板粉料100份、增容剂PP-g-MAH 10份、抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以1∶1复配1份。
双螺杆挤出机螺杆挤出时，随着螺杆转速的升高，熔体在料筒中受到的剪切力增大，玻璃纤维与料筒和螺杆的摩擦力增加，导致大量纤维被螺杆绞断，纤维的平均长度变小，但转速太小又会影响混炼效果，综合试验，最后选定转速为60r/min；挤出加工温度一般控制在熔点温度以上、材料的分解温度以下。PP的加工温度一般为190-220℃，温度过高会使PP降解，而玻璃纤维的熔化温度在700℃左右。由于PP树脂熔体是假塑性流体，温度较低时，PP和玻纤对温度的敏感性非常强。随着温度上升，PP的流动性增强，材料中玻纤的平均长度也变长，因此将双螺杆挤出机各加工区温度主要控制在220℃左右，接近PP加工温度的上限；另外，为了进一步降低挤出时玻纤的断裂，从第四区才开始加入玻纤。具体制备如下：
将上述按重量份比例混匀的混合料从双螺杆挤出机的主加料装置加入共混并溶化，挤出机加工六区温度依次设为：200℃，210℃，215℃，220℃，220℃，210℃；螺杆转速控制为60r/min；从挤出机加工第四区按比例加入15份无碱玻璃纤维，与熔化的混合物料共混；经挤出、牵引、冷却、切粒，制成废弃线路板粉料/玻璃纤维增强废聚丙烯改性材料。
实例二：
制备方法及步骤同实例一，物料配比改变如下：废PP100份、废弃线路板粉料200份、增容剂PP-g-MAH15份、抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以1∶3复配2份。从挤出机加工第四区加入定量的10份无碱玻璃纤维。
实例三：
制备方法及步骤同实例一，物料配比改变如下：废PP100份、废弃线路板粉料150份、增容剂PP-g-AA10份、抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以1∶1复配1份。从挤出机加工第四区加入定量的8份无碱玻璃纤维。
实例四：
制备方法及步骤同实例一，物料配比改变如下：废PP100份、废弃线路板粉料180份、增容剂PP-g-AA15份、抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以1∶3复配2份。从挤出机加工第四区加入定量的15份无碱玻璃纤维。
现将本发明材料的各项性能与中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T 211-2005《聚合物基复合材料检查井盖》以及CJ/T 212-2005《聚合物基复合材料水箅》的规定性能进行对比如下：
上述表中：
①按本发明实施例一制备所得；
②按与①完全相同的工艺制备，其中废PP100份、废弃线路板粉料100份、PP-g-MAH增容剂10份、1∶1复配抗氧剂1份；但在第4区不加入玻璃纤维；
③试样在20％的硫酸溶液中浸泡48h，表面无明显腐蚀；
④试样在20％的氢氧化钠溶液中浸泡48h，表面无明显腐蚀；
⑤试样在高低温试验箱中80℃±2℃条件下保持168h，然后在室温下冷却24h；
⑥试样在氙灯照射及雨淋条件下持续500h后，然后在室温下冷却24h。
由以上具体实验数据可以看出，合适长度玻纤的加入可显著提高复合材料的强度及模量。其它实施例所制得的复合材料，在上述实验条件下，也可获得近似的效果数据，在此不一一列出。本发明制得的再生复合材料可用于制作各类井盖、地砖、广告牌、标识牌以及各类装饰性材料等。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，实施例中选用的聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)、聚丙烯接枝丙烯酸(PP-g-AA)；四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯均由市售现成产品获得。
但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，上述实施方式中所选用的增容剂、抗氧剂混合原料也可选用市售的类似性能的现成产品，没有其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种利用废弃线路板粉料/玻璃纤维增强改性废聚丙烯的再生复合材料，其特征在于包含以下重量份的原料：
废聚丙烯100份；废弃印刷线路板粉料100-300份；增容剂5-15份；抗氧剂1-2份；无碱玻璃纤维5-15份。
2.根据权利要求1所述的再生复合材料，其特征在于：所述废弃印刷线路板粉料为过100目以上粉末。
3.根据权利要求1所述的再生复合材料，其特征在于：所述增容剂为聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）、聚丙烯接枝丙烯酸（PP-g-AA）中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的再生复合材料，其特征在于：所述抗氧剂由四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯以1:1-1:3复配而成。
5.权利要求1所述再生复合材料的制备方法，其特征在于：将上述废聚丙烯、废弃印刷线路板粉料、增容剂、抗氧剂按比例混匀，从双螺杆挤出机的主加料装置加入共混料熔化，螺杆转速控制为60r/min；所述双螺杆挤出机具有六个加工区，从第四区按比例加入无碱玻璃纤维与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，制成改性废聚丙烯的再生复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机加工六区温度依次设定为：200℃，210℃，215℃，220℃，220℃，210℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述废弃印刷线路板粉料为过100目以上粉末；经过先静电再风选分离出金属和非金属粉末，选用非金属粉末干燥后，作为原料使用。
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