CN108047630A - 一种新型回收环保弹性体复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型回收环保弹性体复合材料及其制备方法，所述制备方法包括将其原料于130～240℃下熔融混合；其原料包含弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物，弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物的质量比为：(42.9～91.2)：(4.0～38.1)：(4.8～19.0)。本发明的新型回收环保弹性体复合材料采用弹性体组合物、包含聚苯乙烯回收料的聚苯乙烯组合物和添加剂组合物经熔融混合制备得到的环保新型回收环保弹性体复合材料，具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度和抗冲击强度及易熔融加工塑形等，同时，能够使废弃塑料回收再利用，达到减废环保、降低成本、持续发展的目的。

Description

一种新型回收环保弹性体复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种新型回收环保弹性体复合材料及其制备方法。
背景技术
由于多年来橡塑胶在各领域应用甚为广泛，橡塑胶(如ABS、PS、PE、PP、PET、TPE、EVA、PA等)作为石油合成来源，存在在自然环境中难于分解循环的问题。随着现今环保意识日益增强，环保材料开始出现，并发展为两类研究方向，其一为可分解性材料，其二为废料回收再利用；前者目前仍存在着无法完全满足应用需求的问题，例如耐用性及材料生产成本较高；后者则为将废料回收，经处理强化后再次应用，部分逐渐取代作为石油合成来源的橡塑胶，从而减少橡塑胶的使用量达到减废环保的目的。
现有的橡塑胶复合材料的制造产业中，大部分是采用熔融混合技术，即采用俗称的热熔混炼或混炼技术进行。基于技术成熟与易于加工的考量，借由具备扭力熔混的设备如捏合机、单/双螺杆压出机等，用以混合具有不同特性的高分子材料以得到橡塑胶复合材料。然而，经过该熔混加工方法所制造出的橡塑胶复合材料的物理性质如拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度等却无法同时达到标准要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种新型回收环保弹性体复合材料及其制备方法，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，本发明的新型回收环保弹性体复合材料采用弹性体组合物、包含聚苯乙烯回收料的聚苯乙烯组合物和添加剂组合物经熔融混合制备得到的环保新型回收环保弹性体复合材料，具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度、抗冲击强度及易熔融加工塑性等，同时，能够使废弃塑料回收再利用，达到减废环保、降低成本、持续发展及增加附加价值的目的。
一种新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，包括将其原料熔融混合；所述原料包含弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物，弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物的质量比为：(42.9～91.2)：(4.0～38.1)：(4.8～19.0)；所述聚苯乙烯组合物包含聚苯乙烯回收料。
进一步地，所述弹性体组合物包含至少两种丁二烯-苯乙烯共聚物；所述丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯和份苯乙烯的质量比为(20～60)：(40～80)。
进一步地，所述丁二烯-苯乙烯共聚物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
进一步地，所述聚苯乙烯回收料的比重为0.92～1.06g/cm3，熔融指数为2～50g/10min，抗拉伸强度大于20Kg/cm2，抗弯曲强度大于35Kg/cm2，IZOD冲击强度>0.9Kg.cm/cm。
进一步地，所述聚苯乙烯组合物还包含非回收的聚苯乙烯，所述聚苯乙烯回收料和所述非回收的聚苯乙烯的质量比为(50～95)：(5～50)。
进一步地，所述非回收的聚苯乙烯为GP5000和/或PG33。
进一步地，所述添加剂组合物包括基础油或基础油与填充剂的混合物。
进一步地，所述基础油为芳香烃油和/或白油；所述填充剂为碳酸钙、滑石粉和白烟中的一种或多种。
进一步地，所述熔融混合的温度为130～240℃。
本发明还提供了一种新型回收环保弹性体复合材料，所述新型回收环保弹性体复合材料由上述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的一种新型回收环保弹性体复合材料及其制备方法的有益效果是：
本发明的新型回收环保弹性体复合材料采用弹性体组合物、包含聚苯乙烯回收料的聚苯乙烯组合物和添加剂组合物经熔融混合制备得到的环保新型回收环保弹性体复合材料，具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度、抗冲击强度及易熔融加工塑性等，同时，能够使废弃塑料回收再利用，达到减废环保、降低成本、持续发展及增加附加价值的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。
但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用之术语：
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，包括将其原料熔融混合；所述原料包含弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物，弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物的质量比为：(42.9～91.2)：(4.0～38.1)：(4.8～19.0)；所述聚苯乙烯组合物包含聚苯乙烯回收料(recycled polystyrene，rPS)。
上述弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物的质量比可列举为91.2：4.0：4.8、80：20：10、65：35：10、65：35：15、42.9：38.1：19.0等。
优选地，所述弹性体组合物包含至少两种丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)。
所述丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯和份苯乙烯的质量比为(20～60)：(40～80)如20：80、33：67、40：60、42：58、54：46或60：40等。
优选地，所述丁二烯-苯乙烯共聚物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
优选地，所述聚苯乙烯回收料的比重为0.92～1.06g/cm3如0.92g/cm3、0.95g/cm3、1.0g/cm3、1.025g/cm3、1.045g/cm3或1.06g/cm3等；
所述聚苯乙烯回收料的熔融指数为2～50g/10min如2g/10min、5g/10min、10g/10min、15g/10min、20g/10min、30g/10min、40g/10min或50g/10min等；
所述聚苯乙烯回收料的抗拉伸强度大于20Kg/cm2，抗弯曲强度大于35Kg/cm2，IZOD冲击强度>0.9Kg.cm/cm。
需要说明的是，上述比重按照ASTM D792标准进行测定得到；熔融指数按ASTMD1238标准进行测定得到，测试温度为200℃，待测物重量为5Kg；抗拉伸强度按照ASTM D638标准进行测定得到；抗弯曲强度按照ASTM D790标准进行测定得到；IZOD冲击强度按照ASTMD256标准进行测定得到。
优选地，所述聚苯乙烯组合物还包含非回收的聚苯乙烯(PS)，所述聚苯乙烯回收料和所述非回收的聚苯乙烯的质量比为(50～95)：(5～50)如50：5、70：10、60：10、80：20、95:50或50：50等。
优选地，所述非回收的聚苯乙烯为GP5000(PS GP5000)和/或PG33(PS PG33)。当然，所述非回收的聚苯乙烯还可列举为其它市售的聚苯乙烯材料。
优选地，所述添加剂组合物包括基础油或基础油与填充剂的混合物。
优选地，所述基础油为芳香烃油和/或白油。
所述填充剂为碳酸钙、滑石粉和白烟中的一种或多种。
优选地，所述熔融混合的温度为130～240℃。
所述熔融混合过程优选为：将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物先采用混炼机在145～190℃下混合5～20min，然后移至双螺杆压出机在温度梯度由150～190℃升温至210～230℃再降温至170～200℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为200～450rpm/min。
本发明还提供了一种新型回收环保弹性体复合材料，所述新型回收环保弹性体复合材料由上述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法制备得到。
为了便于理解本发明，下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。申请人声明，本发明通过以下实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于下述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明应依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
实施例1
(1)将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成新型回收环保弹性复合材料。其中，弹性体组合物由35份SBS1、20份SBS2和10份SBS3组成；聚苯乙烯組合物由30份聚苯乙烯回收料(rPS)和5份聚苯乙烯(PS)GP5000组成；添加剂组合物由5份白油B70N和5份滑石粉组成。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
实施例2
(1)将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成新型回收环保弹性复合材料。其中，弹性体组合物由45份SBS1、25份SBS2和10份SBS3组成；聚苯乙烯組合物由10份聚苯乙烯回收料(rPS)和10份聚苯乙烯(PS)GP5000组成；添加剂组合物由5份白油B70N和10份滑石粉组成。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
实施例3
(1)将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成新型回收环保弹性复合材料。其中，弹性体组合物由35份SBS1、20份SBS2和10重量份SBS3组成；聚苯乙烯組合物由20份聚苯乙烯回收料(rPS)和10份聚苯乙烯(PS)PG33组成；添加剂组合物由5份白油B70N和5份滑石粉组成。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
实施例4
(1)将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成新型回收环保弹性复合材料。其中，性体组合物由35份SBS1、20份SBS2和10重量份SBS3组成；聚苯乙烯組合物由35份聚苯乙烯回收料(rPS)和5份聚苯乙烯(PS)GP5000组成；添加剂组合物由5份白油B70N和10份白烟组成。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
实施例5
(1)将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至190℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为300rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成新型回收环保弹性复合材料。其中，弹性体组合物由35份SBS1、20份SBS2和10份SBS3组成；聚苯乙烯組合物由30份聚苯乙烯回收料(rPS)和5份聚苯乙烯(PS)GP5000组成；添加剂组合物由5份白油B70N和5份滑石粉组成。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
实施例6
(1)将弹性体组合物、聚苯乙烯組合物和添加剂组合物先采用混炼机在170℃下混合10min，然后移至双螺杆压出机在温度梯度由175℃升温至220℃再降温至185℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为300rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成新型回收环保弹性复合材料。其中，弹性体组合物由35份SBS1、20份SBS2和10份SBS3组成；聚苯乙烯組合物由30份聚苯乙烯回收料(rPS)和5份聚苯乙烯(PS)GP5000组成；添加剂组合物由5份白油B70N和5份滑石粉组成。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
实施例7
该实施例与实施例1的区别在于：步骤(2)中膨胀剂的添加量改为2phr。
实施例8
该实施例与实施例2的区别在于：步骤(2)中膨胀剂的添加量改为2phr。
对比例1
(1)将100份SBS 1475采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至210℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成弹性复合材料。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
对比例2
(1)将70份SBS 1475和30份PS GP5000采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成弹性复合材料。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
对比例3
(1)将70份SBS 1475和30份PG33采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成弹性复合材料。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
对比例4
(1)将90份SBS 1475和10份PG33采用双螺杆压出机在温度梯度由185℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，熔混过程中的搅拌速率为350rpm/min，再利用水冷切粒机进行切粒，形成弹性复合材料。
(2)将上述步骤(1)制备得到的弹性复合材料加入0.15％(质量)的AC发泡剂和1phr膨胀剂，然后经捏合机在100℃下预混，再在190℃下射出注模成型，模具温度为170℃，形成试验片材。
对比例5
该对比例与对比例4的区别在于：步骤(2)中膨胀剂的添加量改为2phr。
上述实施例1～8中所述的SBS1、SBS2和SBS3均由以下质量百分比的苯乙烯(B段)和丁二烯(S段)组成，如下表1所示：
表1
上述实施例1～8中所述的rPS须满足以下条件：
比重(ASTM D792)：1.045g/cm3；熔融指数(ASTM D1238,200℃,5Kg)：15g/10min；抗拉强度(ASTM D638)：31Kg/cm2；抗弯曲强度(ASTM D790)：54Kg/cm2；IZOD冲击强度(ASTMD256)：1.1Kg.cm/cm。
将上述实施例1～8和对比例1～5制备的试验片材进行物性试验，测试的物性如下表2所示：其中，比重采用比重天平进行测试；硬度按照ASTM D2204标准进行测定；耐磨性按照DIN 53516标准进行测定磨耗率；抗弯曲性能采用TM60耐磨焊条进行测试。
表2
由上表2可得出，本发明实施例1～6制备的新型回收环保弹性体复合材料在相同发泡剂和膨胀剂的添加条件下，形成的片材的比重及磨耗率均低于对比例1～4制备的新型回收环保弹性体复合材料形成的相应的片材的比重和磨耗率，本发明实施例7～8制备的新型回收环保弹性体复合材料在相同发泡剂和膨胀剂的添加条件下，形成的片材的比重及磨耗率均低于对比例5制备的新型回收环保弹性体复合材料形成的相应的片材的比重和磨耗率，表明本发明实施例1～8制备的新型回收环保弹性体复合材料更轻质，从而使成本更低，且耐磨性能更好。另外，本发明实施例1～8制备的新型回收环保弹性体复合材料较对比例1～5制备的新型回收环保弹性体复合材料的抗弯曲强度更高。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明配方及制备工艺可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：包括将其原料熔融混合；所述原料包含弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物，弹性体组合物、聚苯乙烯组合物和添加剂组合物的质量比为：(42.9～91.2)：(4.0～38.1)：(4.8～19.0)；所述聚苯乙烯组合物包含聚苯乙烯回收料。
2.根据权利要求1所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述弹性体组合物包含至少两种丁二烯-苯乙烯共聚物；所述丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯和份苯乙烯的质量比为(20～60)：(40～80)。
3.根据权利要求2所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述丁二烯-苯乙烯共聚物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚苯乙烯回收料的比重为0.92～1.06g/cm3，熔融指数为2～50g/10min，抗拉伸强度大于20Kg/cm2，抗弯曲强度大于35Kg/cm2，IZOD冲击强度>0.9Kg.cm/cm。
5.根据权利要求4所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚苯乙烯组合物还包含非回收的聚苯乙烯，所述聚苯乙烯回收料和所述非回收的聚苯乙烯的质量比为(50～95)：(5～50)。
6.根据权利要求5所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述非回收的聚苯乙烯为GP5000和/或PG33。
7.根据权利要求1所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述添加剂组合物包括基础油或基础油与填充剂的混合物。
8.根据权利要求7所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述基础油为芳香烃油和/或白油；所述填充剂为碳酸钙、滑石粉和白烟中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：所述熔融混合的温度为130～240℃。
10.一种新型回收环保弹性体复合材料，其特征在于：所述新型回收环保弹性体复合材料由权利要求1～9任一项所述的新型回收环保弹性体复合材料的制备方法制备得到。
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