一种家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料及其制备
方法
技术领域
本发明属于高分子塑料再生利用技术领域,尤其涉及一种家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料及其制备方法。
背景技术
当今,塑料已成为人们生活中必不可少的重要组成部分,随着塑料材料的大量使用,逐年淘汰下来的废旧塑料不计其数,而对废塑料科学合理的处置则成为人们的工作重点。而解决塑料废弃物最好的办法就是资源化回收再利用,如熔融共混再生、高温裂解回收单体或焚烧回收能量。聚苯乙烯再生改性的原材料主要涉及大量的报废电子电器外壳、包装及发泡聚苯乙烯材料,通过合金化、共混等技术,对废旧聚苯乙烯材料进行改性再生,以实现废旧聚苯乙烯的资源化回收和高性能化、增值化利用。
阻燃剂的种类很多,如今较为常用的仍然是卤系阻燃剂,主要原因是阻燃效果好、添加量较少,但一旦着火会产生大量浓烟和卤化氢等有毒、有害气体,给人体及周围环境造成一定的影响,因此,抑烟、无卤、阻燃类高分子材料已成为近阶段研究的热点。聚苯乙烯作为继ABS之后的第二代壳体材料,回收后改性再生的聚苯乙烯材料在有些领域中仍可以取代ABS材料应用于仪器仪表、电视机、冰箱等家用电器外壳;还可以替代高抗冲聚苯乙烯新料用于生产计算机、空调等中高端家用电器部件。回收利用、综合开发废旧塑料资源可将工业垃圾变成有价值的原料,实现资源再生循环利用的同时可解决生态环境污染问题,创造出巨大的经济和环境效益,是利国利民的绿色环保产业。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的阻燃剂会产生有毒气体的缺陷,提供一种家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料,其组分按重量份数计如下:
PS回收料 50-80份;
复合阻燃剂包 10-40份;
抗冲击改性剂 10-20份;
紫外吸收剂 0.2-0.5份;
抗氧剂包 0.1-0.6份;
润滑剂 0.2-1份;
所述的复合阻燃剂包括聚磷酸铵、季戊四醇和改性硅系矿土复配而成。
进一步地,所述的聚磷酸铵、季戊四醇和改性硅系矿土质量比为0.5~1.5:2:3。
进一步地,所述的改性硅系矿土为经KH570改性的矿土,所述矿土为硅藻土、埃洛石、膨润土、蒙脱土中的一种。硅元素的加入有利于提高阻燃效率。
进一步地,所述的改性硅系矿土制备方法如下:将粗矿土置于马弗炉中400~500℃煅烧1小时,于磁力搅拌机上用无水乙醇清洗10~30min,真空减压抽滤,如此重复2~3此操作后,将滤饼、无水乙醇、正己烷以置于三口烧瓶中,40~65℃水浴加热,同时加入已充分水解的KH570水溶液,其中KH570水溶液中水:KH570的质量比为0.25:1,反应30~60min,真空减压抽滤,于烘箱中120℃烘4小时,随后将改性后的滤饼置于高速粉碎机中粉碎成微粉,粒径在0.4~2微米之间,其中KH570质量为所述滤饼质量的1~4%。
作为优选,所述的PS回收料为非阻燃类PS材料经高浓度盐水漂洗,且烘干过的PS破碎料,各项性能指标控制:拉伸强度≥22MPa、缺口冲击强度≥4.5KJ/m2、熔融指数≥5g/10min。
作为优选,所述的抗冲击改性剂为K树脂与弹性体的混合物,所述的K树脂可以为台湾奇美PB5925,所述弹性体为SBS、SBR中的一种,所述K树脂与弹性体重量比为(5~10):(5~10),使成本更优,平衡材料刚性与韧性。
作为优选,所述的抗氧剂包的组成包括主抗氧剂和辅抗氧剂,其中主抗氧剂为1010、1076中的一种,所述辅抗氧剂为168、DLTP中的一种所述主抗氧剂和辅抗氧剂按照质量比1:2复配。
上述家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料的制备方法,步骤如下:
(1)原材料准备:将复合阻燃剂包中的各组分于卧式粉体混合设备中混合3~10min,混合均匀后装袋备用;将抗氧剂包中的各组分于卧式粉体混合设备中混合3~10min,混合均匀后装袋备用;称取其他组分待用;
(2)原材料的混合:将PS回收料、抗冲击改性剂于高速混合设备中混合均匀,得到粒料混合物;将剩余的其他助剂于卧式粉体混合设备混合均匀,得到粉料混合物;
(3)熔融共混挤出:粒料混合物于平行双螺杆挤出机的主喂料口进入,粉料混合物于平行双螺杆挤出机的侧喂料口进入,继而熔融共混挤出造粒制得家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料。
作为优选,步骤(3)中所述的双螺杆挤出机的工艺条件参数为螺杆转速55-90r/min,温度控制在190-220℃。
有益效果:本发明所用阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇与改性精制硅系矿土的复配组合物,一方面硅系矿土经过精制、偶联剂改性后与基体树脂具有较好的相容性,提高材料的热稳定性同时增加材料强度,另一方面硅系矿土中的硅元素在体系中起协同作用,有利于形成强度更高、结构更致密的炭层,且硅系矿土的特殊孔洞结构可提高材料的热分解温度、减少热释放速率,大大提高阻燃效率;并以K树脂及弹性体作为抗冲击改性剂增加再生PS的韧性,制得的聚苯乙烯再生材料具有较综合的机械性能,且材料不易点燃、烟雾量及熔滴现象少,极限氧指数可达33.2%。
具体实施方式
实施例1
PS回收料:50份,复合阻燃剂包:40份(复合阻燃剂包是聚磷酸铵、季戊四醇和KH570改性的硅藻土以0.5:2:3的质量比复合而成),抗冲击改性剂:10份(K树脂与弹性体SBS重量比为5:10),紫外吸收剂:0.2份,抗氧剂包:0.1份(1010与168以质量比为1:2复配),润滑剂:0.2份(硬脂酸)。
实施例2
PS回收料:60份,复合阻燃剂包:30份(复合阻燃剂包是聚磷酸铵、季戊四醇和KH570改性的膨润土以1:2:3的质量比复合而成),抗冲击改性剂:14份(K树脂与弹性体SBR重量比为10:5),紫外吸收剂:0.3份,抗氧剂包:0.3份(1076与168以质量比为1:2复配),润滑剂:0.4份(硬脂酸)。
实施例3
PS回收料:70份,复合阻燃剂包:20份(复合阻燃剂包是聚磷酸铵、季戊四醇和KH570改性的蒙脱土以1.5:2:3的质量比复合而成),抗冲击改性剂:17份(K树脂与弹性体SBR重量比为10:10),紫外吸收剂:0.4份,抗氧剂包:0.3份(1076与DLTP以质量比为1:2复配),润滑剂:0.6份(硬脂酸)。
实施例4
PS回收料:80份,复合阻燃剂包:10份(复合阻燃剂包是聚磷酸铵、季戊四醇和KH570改性的埃洛石以0.5:2:3的质量比复合而成),抗冲击改性剂:20份(K树脂与弹性体SBR重量比为8:5),紫外吸收剂:0.5份,抗氧剂包:0.5份(1010与168以质量比为1:2复配),润滑剂:1份(硬脂酸)。
上述各实施例中所述的PS回收料为非阻燃类PS材料经高浓度盐水漂洗,且烘干过的PS破碎料,各项性能指标控制:拉伸强度≥22MPa、缺口冲击强度≥4.5KJ/m2、熔融指数≥5g/10min。K树脂采用台湾奇美PB5925。上述各实施例中KH570改性矿土方法如下:将粗矿土置于马弗炉中400~500℃煅烧1小时,于磁力搅拌机上用无水乙醇清洗10~30min,真空减压抽滤,如此重复2~3此操作后,将滤饼、无水乙醇、正己烷(无水乙醇和正己烷质量比为1:1)置于三口烧瓶中,40~65℃水浴加热,同时加入已充分水解的KH570水溶液,其中KH570水溶液中水:KH570的质量比为0.25:1,反应30~60min,真空减压抽滤,于烘箱中120℃烘4小时,随后将改性后的滤饼置于高速粉碎机中粉碎成微粉,粒径在0.4~2微米之间,其中KH570质量为所述滤饼质量的1~4%。
上述各实施例中在成材料的制备方法,步骤如下:(1)原材料准备:将复合阻燃剂包中的各组分于卧式粉体混合设备中混合3~10min,混合均匀后装袋备用;将抗氧剂包中的各组分于卧式粉体混合设备中混合3~10min,混合均匀后装袋备用;称取其他组分待用;
(2)原材料的混合:将PS回收料、抗冲击改性剂于高速混合设备中混合均匀,得到粒料混合物;将剩余的其他助剂于卧式粉体混合设备混合均匀,得到粉料混合物;
(3)熔融共混挤出:粒料混合物于平行双螺杆挤出机的主喂料口进入,粉料混合物于平行双螺杆挤出机的侧喂料口进入,继而熔融共混挤出造粒制得家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料。
对比例1
复合阻燃剂中不添加改性精制硅系矿土。按实施例2的配方组成制备阻燃PS材料。
对比例2
复合阻燃剂中添加未改性精制硅系矿土。按实施例2的配方组成制备阻燃PS材料。
对比例3
复合阻燃剂中添加未改性精制硅系矿土,另外将与实施例2等量的KH570在在原料混合的过程中加入,具体制备工艺如下:(1)原材料准备:将复合阻燃剂包(复合阻燃剂包是聚磷酸铵、季戊四醇和膨润土以1:2:3的质量比复合而成)中的各组分于卧式粉体混合设备中混合3~10min,混合均匀后装袋备用;将抗氧剂包中的各组分于卧式粉体混合设备中混合3~10min,混合均匀后装袋备用;称取其他组分待用;
(2)原材料的混合:将PS回收料、抗冲击改性剂于高速混合设备中混合均匀,得到粒料混合物;将剩余的其他助剂及KH570于卧式粉体混合设备混合均匀,得到粉料混合物;
(3)熔融共混挤出:粒料混合物于平行双螺杆挤出机的主喂料口进入,粉料混合物于平行双螺杆挤出机的侧喂料口进入,继而熔融共混挤出造粒制得家用电子器件用的无卤阻燃聚苯乙烯再生材料。
对比例4
将实施例2中复合阻燃剂包中聚磷酸铵、季戊四醇和KH570改性的膨润土的质量比替换为3:1:1,其他同实施例2。
对比例5
将实施例2中复合阻燃剂包中聚磷酸铵、季戊四醇和KH570改性的膨润土的质量比替换为1:2:4,其他同实施例2。
对比例6
将实施例2中抗冲击改性剂替换为K树脂与弹性体SBR重量比为2.5:1的复合抗冲击改性剂。
对比例7
将实施例2中抗冲击改性剂替换为K树脂与弹性体SBR重量比为0.2:1的复合抗冲击改性剂。
对比例8
将实施例2中抗冲击改性剂中的弹性体替换为等量的K树脂,其他同实施例2。
对比例9
将实施例2中抗冲击改性剂中的K树脂替换为等量的弹性体(SBR),其他同实施例2。
对上述制备的实施例按照标准规定制样,进行性能检测,拉伸强度按照GB/T 1040的标准测试,冲击强度按照GB/T 1843的标准测试,氧指数按照GB/T 2406.1-2008的标准测试,残炭率用热失重仪测试:温度范围室温~800℃,升温速率为10℃/min,空气气氛,检测结果如下表所示:
项目 |
拉伸强度(MPa) |
冲击强度(KJ/m2) |
氧指数(%) |
残炭率(%) |
实施例1 |
29.7 |
18.6 |
32.7 |
30.4 |
实施例2 |
35.5 |
21.7 |
33.2 |
29.9 |
实施例3 |
30.8 |
19.9 |
31.2 |
27.6 |
实施例4 |
29.3 |
19.3 |
30.3 |
26.5 |
对比例1 |
20.4 |
16.5 |
27.8 |
20.4 |
对比例2 |
24.6 |
15.4 |
28.6 |
21.9 |
对比例3 |
22.2 |
14.2 |
28.1 |
20.8 |
对比例4 |
23.5 |
16.8 |
28.0 |
22.1 |
对比例5 |
22.3 |
15.2 |
26.3 |
22.8 |
对比例6 |
23.6 |
14.5 |
28.6 |
22.5 |
对比例7 |
22.2 |
10.4 |
28.9 |
23.2 |
对比例8 |
22.1 |
8 |
27.2 |
23.6 |
对比例9 |
22.4 |
6 |
28.2 |
24.1 |
由上表可以看出,本申请实施例1~4中阻燃效果及力学性能较好,而当矿土不采用KH570改性时(对比例2),甚至KH570加入时机不同时(对比例3),最终产品的力学性能和阻燃效果均严重下降,说明本申请中采用KH570改性矿土后能够有效提高材料的热稳定性和强度;其次,当本申请中复合阻燃剂包以及冲击改性剂中各组分比例发生变化时,最终阻燃效果和力学性能也会有所下降,说明本申请中各组分之间在一定比例范围内存在一定的协同作用;而且本期中采用K树脂和弹性体作为抗冲击改性剂增加再生PS的韧性,K树脂和弹性体之间存在相互协同的作用,其共同作用的效果远好于单独作用的效果,能够达到1+1>2的效果。
应当理解,以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。