CN103289157A - 一种制备具有优良耐候性的回收hdpe改性管道材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料领域，尤其是高分子材料的改性，公开了一种利用回收HDPE(高密度聚乙烯)低温固相挤出反应制备具有优良耐候性管道材料的方法，将引发剂、色母、LDPE搅拌混匀后，与回收HDPE总量的94％～99％从主喂料口加入挤出机；剩余的回收HDPE与抗氧化剂混合后从侧喂料口加入挤出机，在180℃～220℃下用200～300rpm的速度挤出；侧喂料口位于挤出机中段。本发明在通用的生产工艺下，通过改变加料口的位置，改变引发剂和抗氧剂的加料位置，控制其反应时间和反应温度，确定其与基体之间的竞争反应。采用这种方法达到产品要求的性能，降低了引发剂和抗氧剂的用量，降低了成本。

Description

一种制备具有优良耐候性的回收HDPE改性管道材料的方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其是高分子材料的改性，具体为一种利用回收HDPE(高密度聚乙烯)低温固相挤出反应制备具有优良耐候性管道材料的方法。
背景技术
HDPE管材以其突出的耐腐蚀性、耐温、耐磨、对输送介质无污染性、使用寿命长、制造安装费用低等优异性能越来越受到青睐，在燃气输送、供水、供热、建筑给排水等领域获得了广泛的应用，近年来用量迅速增长。目前，HDPE管材在塑料管中的使用量已居第二位，仅次于PVC管。
以新料生产HDPE管材耗费石油资源，加重环境压力。因此，回收HDPE的改性和利用成为降低HDPE成本和改善环境的一个重要方法。但是通常回收HDPE材料的性能会下降，不能直接用于加工管材。如何解决回收HDPE材料的各种物理性能差、由于多次加热导致的部分材料降解老化和由于回收的批次不同造成的材料色泽和表面光洁度不同等问题，提高再生材料的性能，成了HDPE材料回收的关键。
一般制造管材用HDPE粒子采用高温反应挤出法，为达到性能要求，在挤出过程中需要加入引发剂与基体发生交联支化反应。在实际生产过程中发现只加入引发剂对于材料熔融指数的降低起到明显作用；单加入抗氧剂材料的耐候性也得到明显改善，但同时使用抗氧剂和引发剂的体系中材料的熔融指数和耐候性提升均不明显，需要加入更多才能达到性能要求，因此研究两者与基体间反应机理及竞争关系，对改善材料性能，降低材料成本至关重要，但是目前还没有关于这方面的技术方法的报道。
发明内容
本发明旨在提供一种制备具有优良耐候性的回收高密度聚乙烯管道材料的方法，以回收高密度聚乙烯(HDP)为原料，用低温固相反应，对回收高密度聚乙烯加以改性，得到具有优良耐候性的管道材料。
技术方案为，包括以下重量百分比的原料：
回收HDPE            93％～98.3％；
引发剂              0.1％～2％；
色母                1％～2％
LDPE(低密度聚乙烯)  0.5％～2％
抗氧化剂            0.1％～1％；
加工方法为：将引发剂、色母、LDPE搅拌混匀后，与回收HDPE总量的94％～99％从主喂料口加入挤出机；剩余的回收HDPE与抗氧化剂混合后从侧喂料口加入挤出机，在180℃～220℃下用200～300rpm的速度挤出。
侧喂料口位于挤出机中段，即：6～8个分区的挤出机，侧喂料口位于第4～5区；9～12个分区的挤出机，侧喂料口位于第5～7区。
回收HDPE密度为0.940～0.960g/cm3，；LDPE密度为0.915～0.940g/cm3。
所述的引发剂选自过氧化物、乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷中的至少一种；优选为过氧化二异丙苯(DCP)或乙烯基三甲氧基硅烷；
所述的抗氧化剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂或亚磷酸酯类辅助抗氧剂。酚类抗氧剂可以用2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯等；胺类抗氧剂主要有二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉等化合物及其衍生物或聚合物；亚磷酸酯类辅助抗氧剂，主要有三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯。
上述方法，在挤出机中段加入抗氧化剂，与传统方法(将各原料搅拌混匀后加入挤出机，在180℃-220℃下用200～300rpm的速度挤出)相比，所得到产品性能更好。
本发明涉及制造具有优良耐候性的HDPE管材专用料粒子的制造方法——低温固相挤出法。在通用的生产工艺下，通过改变加料口的位置，改变引发剂和抗氧剂的加料位置，控制其反应时间和反应温度，确定其与基体之间的竞争反应。实验证明，抗氧剂更易发生反应后又与引发剂发生反应。因此两者同时加入对材料改性效果不明显。在挤出机最前端加入引发剂先与基体发生交联反应，再在挤出机剪切段末端加入抗氧剂效果较好。采用这种方法达到产品要求的性能，降低了引发剂和抗氧剂的用量，降低了成本。
具体实施方式
实施例中所用的挤出机为双螺杆挤出机，有12个区，侧喂料口位于第5～7区。
实施例1
(1)无侧喂料挤出法：按下列组分配料(重量百分比)：
回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3，原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：93.6kg；乙烯基三甲氧基硅烷：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg，抗氧剂1035(2，2’-硫代双-[3-(3，5-二特丁基)-4-羟基苯基]丙酸乙酯)：0.2kg。
将乙烯基三甲氧基硅烷、LDPE、抗氧剂和黑色母在80℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与回收HDPE料一起加入到挤出机主进料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
(2)有侧喂料低温固相反应挤出法：首先按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3，原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：90kg；乙烯基三甲氧基硅烷：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg。
将乙烯基三甲氧基硅烷、LDPE和黑色母在80℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与90kg回收HDPE材料一起加入到挤出机主进料口中；同时将0.2kg的抗氧剂1035与3.6kg的回收HDPE加入到侧喂料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
本实施例中回收HDPE，无侧喂料反应挤出和有侧喂料低温固相反应挤出法生产的HDPE材料的性能比较见表1。
表1
Figure BDA0000138251840000031
实施例2
(1)无侧喂料挤出法
按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3，原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：93.6kg；乙烯基三甲氧基硅烷：0.2％kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg，抗氧剂1035：0.2kg。
将乙烯基三甲氧基硅烷、LDPE、抗氧剂和黑色母在80℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与回收HDPE材料一起加入到挤出机进料口中；
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
(2)有侧喂料低温固相反应挤出法：首先按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3，原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：90kg；乙烯基三甲氧基硅烷：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg。
将抗氧剂1035、LDPE和黑色母在100℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与90kg回收HDPE材料一起加入到挤出机主进料口中；同时将0.2kg的抗氧剂1035与3.6kg的回收HDPE加入到侧喂料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
本实施例中回收HDPE、无侧喂料反应挤出和有侧喂料低温固相反应挤出法生产的HDPE材料的性能比较见表2。
表2
Figure BDA0000138251840000051
实施例3
(1)无侧喂料挤出法：
按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3)(原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：93.6kg；过氧化二异丙苯(DCP)：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg，抗氧剂1035：0.2kg。
将DCP、LDPE、抗氧剂和黑色母在80℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与回收HDPE材料一起加入到挤出机主进料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
(2)有侧喂料低温固相反应挤出法：
首先按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3)(原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：90kg；过氧化二异丙苯(DCP)：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量40％w/w)：1kg。
将DCP、LDPE和黑色母在100℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与90kg回收HDPE材料一起加入到挤出机主进料口中；同时将0.2kg的抗氧剂1035与3.6kg的回收HDPE加入到侧喂料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
本实施例中回收HDPE，无侧喂料反应挤出和有侧喂料低温固相反应挤出法生产的HDPE材料的性能比较见表三。
表3
Figure BDA0000138251840000061
实施例4
(1)无侧喂料挤出法
按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3，原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：93.6kg；过氧化二异丙苯(DCP)：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg，抗氧剂445(4，4-二异丙苯基二苯胺)：0.2kg。
将DCP、LDPE、抗氧剂445和色母在80℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与回收HDPE材料一起加入到挤出机主进料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
(2)有侧喂料低温固相反应挤出法
首先按下列组分配料：回收HDPE(密度为0.940-0.960g/cm3，原料来自于洗发水瓶、水果篮等)：90kg；过氧化二异丙苯(DCP)：0.2kg；LDPE(密度为0.915-0.940g/cm3)：5kg；黑色母(炭黑含量：40％w/w)：1kg。
将DCP、LDPE和色母在100℃下用搅拌机以200r/m的速度搅拌半个小时后与90kg回收HDPE材料一起加入到挤出机进料口中；同时将0.2kg的抗氧剂445与3.6kg的回收HDPE加入到侧喂料口中。
用挤出机以300rpm的速度将混合料挤出，挤出机机头分段温度分别为：180℃，180℃，185℃，185℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，用造粒机切成一定大小的颗粒后干燥。
本实施例中回收HDPE，无侧喂料反应挤出和有侧喂料低温固相反应挤出法生产的HDPE材料的性能比较见表4。
表4
Figure BDA0000138251840000071
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种制备具有优良耐候性的回收HDPE改性管道材料的方法，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：
回收HDPE                93％～98.3％；
引发剂                  0.1％～2％；
色母                    1％～2％
LDPE                    0.5％～2％
抗氧化剂                0.1％～1％；
加工方法为，将引发剂、色母、LDPE搅拌混匀后，与回收HDPE总量的94％～99％从主喂料口加入挤出机；剩余的回收HDPE与抗氧化剂混合后从侧喂料口加入挤出机，在180℃～220℃下用200～300rpm的速度挤出；侧喂料口位于挤出机中段。
2.权利要求1所述制备具有优良耐候性的回收HDPE改性管道材料的方法，其特征在于，具有6～8个分区的挤出机，侧喂料口位于第4～5区；具有9～12个分区的挤出机，侧喂料口位于第5～7区。
3.权利要求1所述制备具有优良耐候性的回收HDPE改性管道材料的方法，其特征在于，所述的引发剂选自过氧化物、乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷中的至少一种；所述的抗氧化剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂或亚磷酸酯类辅助抗氧剂。
4.权利要求1所述制备具有优良耐候性的回收HDPE改性管道材料的方法，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二异丙苯或乙烯基三甲氧基硅烷；所述抗氧化剂选自2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉及其衍生物或聚合物三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯或三(十六碳醇)酯。
5.权利要求1所述制备具有优良耐候性的回收HDPE改性管道材料的方法，其特征在于，所述回收HDPE密度为0.940～0.960g/cm3，；LDPE密度为0.915～0.940g/cm3。
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