CN107501900A - 一种高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份；本发明还公开了上述高分子复合材料的制备方法：步骤1、按质量份数分别称取废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份；步骤2、将称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；步骤3、将混合物料添加到双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料。本发明一种高分子复合材料及制备方法，将废弃的矿泉水瓶加以利用，解决了PET瓶的物理回收加工难度大，加工的产品力学性能低的问题。

Description

一种高分子复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于有机复合材料合成技术领域，具体涉及一种高分子复合材料，本发明还涉及该高分子复合材料的制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种典型的半结晶热塑性聚酯，它不仅具有良好的耐化学药品性、耐摩擦、耐蠕变、耐疲劳性、耐弱酸和有机溶剂、电绝缘性能，还有质轻、透明、强度高、防碎、易成型及可再封等特点，因此被广泛应用，用量也不断增加。截止到2011年，全世界PET用量超过6000kt。Pira公司调查报告显示，预计到2017年，全球包装用PET总用量将达到1910万t。由于PET在食品、饮料、柔性制造、印刷电子等方面的大量使用，不仅会带来严重的环境问题，更会给人类带来能源紧张的问题。因此，回收再利用PET已成为当前国际社会日益关注的课题。
目前，PET瓶的回收技术主要有两种方法，即物理回收法和化学回收法。物理回收是将PET进行分选、破碎、清洗等工序，生产出清洁的PET瓶片。这些瓶片大部分用于纺织业，生产成纤维。但也有少量直接用于塑料产品加工，比如：用于生产非食品包装容器；但是，回收PET因在加工和使用过程中存在分子链断裂，导致分子量降低、特性黏数低、材料脆性大、冲击性能差等诸多问题，所以将PET瓶料直接加工产品，加工难度大，加工的产品力学性能低，其附加值偏低。
化学回收是将清洁的PET水解、醇解或碱解等，裂解成小分子物质，用于再聚合成PET或用于其他化学品的生产。传统的PET化学回收方法就是将固态的聚合物材料解聚，使它转化为较小的分子、中间原料或直接转化为合成单体的组分。化学回收法可使PET链断裂成低相对分子质量的对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)中间体或是完全降解为精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和(EG)。降解方法主要有：甲醇醇解法、水解法、醣酵解法和EG醇解法。由于相对物理回收过程复杂，工业化投资成本高，大规模的工业化应用仍处于研究和开发阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分子复合材料，解决了PET瓶的物理回收加工难度大，加工的产品力学性能低的问题。
本发明的另一目的是提供一种高分子复合材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份。
本发明所采用的另一技术方案是，一种高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份；
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料。
本发明的特点还在于：
步骤1中废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为0.5cm～1cm的片状，用1500ml～1600ml蒸馏水清洗后用50ml～60ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片。
步骤1中的碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：40～50：8～15混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌10min～15min，然后于50℃～60℃的水浴中加热9h～10h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于120℃～130℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于400℃～500℃干燥炉中焙烧2h～3h。
步骤2中：废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合4min～5min，搅拌速度为200r/min～300r/min，温度为20℃～25℃。
步骤3中：在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：155℃～160℃、160℃～165℃、225℃～230℃、255℃～260℃、255℃～260℃、240℃～245℃、225℃～230℃、215℃～220℃、195℃～200℃。
本发明的有益效果是：
本发明的高分子复合材料采用废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒及碳纳米管制成，其中回收了废弃PET瓶片加以利用，解决了PET瓶的物理回收加工难度大，加工的产品力学性能低的问题；本发明的高分子复合材料具有良好的拉伸性能，非常适用于物流运输的快递包装领域。
本发明高分子复合材料的制备方法简单，非常适合推广使用。
附图说明
图1是本发明高分子复合材料的X射线衍射图；
图2是本发明高分子复合材料的拉力测试图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份。
上述高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份；
其中，废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为0.5cm～1cm的片状，用1500ml～1600ml蒸馏水清洗后用50ml～60ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片。
碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：40～50：8～15混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌10min～15min，然后于50℃～60℃的水浴中加热9h～10h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于120℃～130℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于400℃～500℃干燥炉中焙烧2h～3h。
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
其中，废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合4min～5min，其中搅拌速度为200r/min～300r/min，温度为20℃～25℃。
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料；
在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：155℃～160℃、160℃～165℃、225℃～230℃、255℃～260℃、255℃～260℃、240℃～245℃、225℃～230℃、215℃～220℃、195℃～200℃。
实施例1
一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：废弃PET瓶片50份，聚氨酯弹性体颗粒500份，碳纳米管0.5份；
上述高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片50份，聚氨酯弹性体颗粒500份，碳纳米管0.5份；
废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为0.5cm的片状，用1500ml蒸馏水清洗后用50ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片；
碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：40：8混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌10min，然后于50℃的水浴中加热9h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于120℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于400℃干燥炉中焙烧2h；
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
其中，废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合4min，其中搅拌速度为200r/min，温度为20℃；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料；
在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：155℃、160℃、225℃、255℃、255℃、240℃、225℃、215℃、195℃。
实施例2
一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片80份，聚氨酯弹性体颗粒800份，碳纳米管0.5份；
上述高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片80份，聚氨酯弹性体颗粒800份，碳纳米管0.5份；
其中，废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为0.6cm的片状，用1525ml蒸馏水清洗后用55ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片；
碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：45：10混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌12min，然后于55℃的水浴中加热9h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于125℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于425℃干燥炉中焙烧2h。
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
其中，废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合4.5min，其中搅拌速度为225r/min，温度为22℃；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料；
在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：155℃、160℃、225℃、260℃、260℃、240℃、230℃、220℃、200℃。
实施例3
一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片100份，聚氨酯弹性体颗粒1000份，碳纳米管0.5份；
上述高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片100份，聚氨酯弹性体颗粒1000份，碳纳米管0.5份；
其中，废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为0.8cm的片状，用1550ml蒸馏水清洗后用58ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片。
碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：48：12混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌13min，然后于55℃的水浴中加热9.5h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于125℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于450℃干燥炉中焙烧2.5h；
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
其中，废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合5min，其中搅拌速度为250r/min，温度为23℃；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料；
在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：160℃、165℃、225℃、255℃、260℃、245℃、230℃、220℃、195℃。
实施例4
一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片140份，聚氨酯弹性体颗粒1400份，碳纳米管0.5份；
上述高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片140份，聚氨酯弹性体颗粒1400份，碳纳米管0.5份；
其中，废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为1cm的片状，用1575ml蒸馏水清洗后用60ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片。
碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：40：15混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌14min，然后于55℃的水浴中加热9.5h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于130℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于450℃干燥炉中焙烧2h；
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
其中，废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合5min，其中搅拌速度为275r/min，温度为20℃；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料；
在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：160℃、165℃、225℃、255℃、260℃、240℃、225℃、215℃～220℃、200℃。
实施例5
一种高分子复合材料，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片166.67份，聚氨酯弹性体颗粒1666.7份，碳纳米管0.5份；
上述高分子复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片166.67份，聚氨酯弹性体颗粒1666.7份，碳纳米管0.5份；
其中，废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为1cm的片状，用1600ml蒸馏水清洗后用60ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片。
碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：50：15混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌15min，然后于60℃的水浴中加热10h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于130℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于500℃干燥炉中焙烧3h；
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
其中，废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合5min，其中搅拌速度为300r/min，温度为25℃；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料；
在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：160℃、165℃、230℃、260℃、260℃、245℃、230℃、220℃、200℃。
经过X射线衍射和差示扫描量热法分析，如图1及图2所示，能证明通过双螺杆挤出机物理共混法合成了高分子复合材料，而且该高分子复合材料具有优异的力学性能。本发明的高分子复合材料及其制备方法，解决了PET瓶的物理回收加工难度大，加工的产品力学性能低的问题。

Claims (6)

1.一种高分子复合材料，其特征在于，按重量份数由以下组分组成：
废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份。
2.一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量份数分别称取如下原料：
废弃PET瓶片50～166.67份，聚氨酯弹性体颗粒500～1666.7份，碳纳米管0.5份；
步骤2、将步骤1称取的废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管混合均匀，得到混合物料；
步骤3、将经步骤2得到的混合物料添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出、造粒，得到高分子复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中废弃PET瓶片通过以下方法处理得到：
将废弃PET瓶剪碎成长宽均为0.5cm～1cm的片状，用1500ml～1600ml蒸馏水清洗后用50ml～60ml盐酸浸泡洗涤，清水洗干净后，再用乙醇清洗，最后用清水清洗去除杂质，晾干，得到干燥的PET瓶片。
4.根据权利要求2或3所述的一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的碳纳米管要进行纯化处理，具体步骤如下：
步骤a、将碳纳米管、蒸馏水和浓硝酸按质量比为1：40～50：8～15混合均匀，形成混合物；
步骤b、将经步骤a得到的混合物磁力搅拌10min～15min，然后于50℃～60℃的水浴中加热9h～10h；
步骤c、对步骤b得到的产物离心处理后洗涤，然后置于120℃～130℃的马弗炉中烘干上层水，最后置于400℃～500℃干燥炉中焙烧2h～3h。
5.根据权利要求2所述的一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：废弃PET瓶片、聚氨酯弹性体颗粒和碳纳米管的混合是在高速搅拌机内混合4min～5min，搅拌速度为200r/min～300r/min，温度为20℃～25℃。
6.根据权利要求2所述的一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：在双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒时挤出机的一区温控、二区温控、三区温控、四区温控、五区温控、六区温控、七区温控、八区温控、机头温控分别为：155℃～160℃、160℃～165℃、225℃～230℃、255℃～260℃、255℃～260℃、240℃～245℃、225℃～230℃、215℃～220℃、195℃～200℃。
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