CN108395620A - 一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，按重量百分比其组成为：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子及偶联剂10～20％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％。本发明还提供了该聚丙烯再生颗粒的具体生产工艺参数和制备方法，首先采用高速混合机将按比例配好的物料混合均匀，然后通过双螺杆挤出机的剪切塑化作用制成聚丙烯再生颗粒。该发明以废旧聚丙烯为主要原料，制备高性能的聚丙烯再生料，有效提高了废旧聚丙烯的科技含量，将废旧聚丙烯进行资源化利用，既解决了资源短缺问题，又解决了环境问题，对再生塑料行业的发展有一定的指导意义。

Description

一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒及其制备方法

技术领域

本发明属于再生资源行业废旧塑料回收与利用领域，涉及废旧聚丙烯塑料再生改性技术，具体涉及一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒的制备方法。

背景技术

聚丙烯塑料产品以其质轻、强度高、易加工成型等优点，迅速占领了日化、电子电器、汽车、建筑等市场。但随着塑料的老化以及物品的更新换代，大量聚丙烯的废弃使得环境承受了很大的压力，造成了严重的“白色污染”。由于环保意识的增强，废旧聚丙烯的回收利用逐渐成为了研究的热点。再生塑料成为解决环境污染和缓解资源短缺的有效手段。目前的再生料生产技术比较简单，从事再生料生产的企业大部分是由小作坊成长起来的，因此再生料存在质量不稳定、技术含量低、附加值低、生产存在二次污染等问题。此外，聚丙烯再生料的回收利用虽然有利于环境保护和降低生产成本，但聚丙烯再生料存在着拉力低、韧性差、熔融指数高、杂质含量高等缺点，使用较多再生料时，扁丝的韧性和断裂伸长率较差，在拉丝和编织过程中容易断丝，对产量、消耗、用工量都有影响。现有技术中中国专利申请CN101914240A公开了一种废旧聚丙烯编织袋再生拉丝改性材料及其制备方法，其直接在回收生产聚丙烯再生料编织袋时添加其他助剂，降低加热和过水对再生料的影响。中国专利申请CN105646993A公开了一种聚丙烯再生料编织袋专用增强增韧母粒及其制备方法，为了既能降低成本又能有效提高制品的强度和韧性，利用不同组分之间的协同作用制得弹性体包覆刚性粒子的“核-壳”母粒专用于聚丙烯再生料编织袋的增强增韧。但其对于材料的选择上要求高，投入成本高，科技附加值低。因此在上述研究的基础上，本申请进一步对聚丙烯再生料的性能进行改进，从而进一步获得强度和韧性等力学性能兼顾的材料，同时节约成本。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒的制备方法，制备的聚丙烯再生颗粒具有较高的强度和良好的韧性，可以匹配聚丙烯新料的使用性能，在成本上相较于新料节约三分之一，解决了现有聚丙烯再生料质量差、科技附加值低等问题。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，按重量百分比，其组成为：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子10～20％、偶联剂0.1～2％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的废旧聚烯烃树脂是经过了一系列的破碎、清洗、分选等工序，获得的纯度较高的废旧聚丙烯，其中含有的灰尘、油污等杂质较少，可能含有少许的聚乙烯等树脂。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的聚烯烃树脂包含了不同牌号的均聚或共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯中的两种或两种以上的组合物。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的弹性体是含乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、热塑性弹性体(TPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)中的一种或一种以上组合物。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的无机刚性粒子是粒径大小为400目、800目、1250目的滑石粉、碳酸钙中的两种或两种以上组合物；偶联剂是钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种，用于有机化无机刚性粒子。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的增强剂为丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、玻纤增强聚丙烯(GFPP)、硫酸镁晶须中的一种或多种。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的增容剂主要为马来酸酐接枝聚烯烃，是含马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中两种或两种以上组合物。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的成核剂为纳米无机粒子、羧酸金属盐、二卞山梨醇及其衍生物等。

其中，高强度高韧性聚丙烯再生颗粒中，所述的其他助剂含分散剂与增白剂等，如硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、钛白粉中的两种或两种以上组合物。

本发明还提供了一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒的制备方法，该方法包括以下几个工艺步骤：

步骤一，按重量比称取原料：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子10～20％、偶联剂0.1～2％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％；

步骤二，无机刚性粒子活化：将步骤一相应重量的无机刚性粒子放入1000转/分钟高速混合机中，缓慢加入偶联剂进行混合包覆，控制温度，5～7分钟后停止混合，得到活化无机刚性粒子；

步骤三，共混物混合：先将废旧聚丙烯树脂、聚烯烃树脂、弹性体和活化无机刚性粒子、增强剂、增容剂放入高混机中充分混合3～5分钟，然后将成核剂及其他助剂依次加入其中混合1～3分钟，出料得到混合物；

步骤四，高强高韧聚丙烯再生颗粒制备：将制得的混合物通过双螺杆挤出机挤出生产，控制工艺参数，经水槽冷却后，风冷切粒即可制得高强度高韧性聚丙烯再生颗粒。

本发明中，首先采用高速混合机将按比例配好的物料混合均匀，然后通过双螺杆挤出机的剪切塑化作用制成聚丙烯再生颗粒。本发明所采用的废旧聚丙烯来源于废旧家电的各零部件，原料来源广泛，成本较低；生产方式采用寄出成型加工，机械设备操作简单，生产过程无废料产生，产出效率高；得到的产品性能好，强度高，可以满足家电、日化等塑料制件对PP塑料的性能要求；物料配方可以根据具体的性能要求进行调整，可以在较宽的范围内对聚丙烯再生料的强度进行调整，同时可以添加其他助剂，得到功能化得聚丙烯再生颗粒。该发明以废旧聚丙烯为主要原料，制备高性能的聚丙烯再生料，有效提高了废旧聚丙烯的科技含量，将废旧聚丙烯进行资源化利用，既解决了资源短缺问题，又解决了环境问题，对再生塑料行业的发展有一定的指导意义。将废旧聚丙烯塑料高值化利用的技术方法，制备的产品性能稳定，质量较好，性价比高。

本发明提供的高强高韧聚丙烯再生颗粒，是通过弹性体对刚性粒子进行包覆形成核壳粒子来对聚丙烯编织袋进行增强增韧，降低了生产成本的同时有效的提高了编织袋的拉力和断裂伸长率。本发明从技术上解决了废旧聚丙烯质量差、不稳定的问题，同时在现有的基础上对废旧聚丙烯进行加工改性，调整配方中的树脂与无机填料的比例，尝试将增强、增韧两种对立的性能改善融合到一起，探寻增强与增韧的协同提升，制备高强度高韧性的聚丙烯再生颗粒。

为进一步改进其效果，在现有技术的基础上对其配方进行研究与调整，特别是，在配方中添加了一定量的增强剂及成核剂，同时调整了无机刚性粒子的种类，进一步优化了材料的强度与韧性，将强度与韧性进行协同提升，获得一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒配方。

此外，本发明的主要原料为废旧聚丙烯，方法中利用均聚和共聚聚丙烯、高低密度聚乙烯等树脂之间的性能互补，利用无机填料粒径和形态对树脂结晶性能、力学性能、硬度和尺寸稳定性的影响，制备了成本低、性能优良的新型聚丙烯再生颗粒。本发明提供的聚丙烯再生料的强度和韧性均满足实际的使用需求，相比于市场上现有的再生料综合性能提升了一个档次，相对于新料的成本降低了10～30％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的高强度高韧性聚丙烯再生颗粒进行详细描述，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

下面将结合实例，对本发明做进一步的详细说明，显然，所描述的实例仅为本发明的一部分，而非全部实例。

一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，按重量百分比，其组成为：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子10～20％、偶联剂0.1～2％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％。

本发明所述的高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其制备方法包括以下几个步骤：

步骤一，按重量比称取原料：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子10～20％、偶联剂0.1～2％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％；

步骤二，无机刚性粒子活化：将步骤一相应重量的无机刚性粒子放入1000转/分钟高速混合机中，缓慢加入偶联剂进行混合包覆，控制温度，5～7分钟后停止混合，得到活化无机刚性粒子；

步骤三，共混物混合：先将废旧聚丙烯树脂、聚烯烃树脂、弹性体和活化无机刚性粒子、增强剂、增容剂放入高混机中充分混合3～5分钟，然后将成核剂及其他助剂依次加入其中混合1～3分钟，出料得到混合物；

步骤四，高强高韧聚丙烯再生颗粒制备：将制得的混合物通过双螺杆挤出机挤出生产，控制工艺参数，经水槽冷却后，风冷切粒即可制得高强度高韧性聚丙烯再生颗粒。

实施例1

一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其组份为：废旧聚丙烯60％，聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯组合物6％；乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)组合物8％；滑石粉400目、800目、1250目组合物19％(钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％)；硫酸镁晶须3％；马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物2％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡0.2％，成核剂0.5％，钛白粉0.3％，制备再生颗粒A1。

实施例2

一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其组份为：废旧聚丙烯48％，聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯组合物6％；乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)组合物6％；改性滑石粉、碳酸钙组合物19％(钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％)；丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、玻纤增强聚丙烯(GFPP)组合物17％；马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物2％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡0.2％，成核剂0.5％，钛白粉0.3％，制备母粒A2。

实施例3

一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其组份为：废旧聚丙烯40％，均聚聚丙烯、共聚聚丙烯组合物10％；乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)组合物10％；改性滑石粉、碳酸钙组合物19％(钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％)；丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、玻纤增强聚丙烯(GFPP)组合物18％；马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物1％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、钛白粉组合物0.7％，成核剂0.3％，制备再生颗粒A3。

对比例1

一种聚丙烯再生颗粒，其组份为：聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯组合物9％；聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶组合物25％；二氧化硅、碳酸钙、滑石粉组合物60％；钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％；马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物4％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、乙撑基双硬脂酰胺1％，制备再生颗粒B1。

对比例2

一种聚丙烯再生颗粒，其组份为：废旧聚丙烯60％，聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯组合物6％；乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)组合物8％；云母、二氧化硅组合物19％(钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％)；硫酸镁晶须3％；马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物2％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡0.2％，成核剂0.5％，钛白粉0.3％，制备再生颗粒B2。

对比例3

一种聚丙烯再生颗粒，其组份为：废旧聚丙烯48％，聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯组合物6％；乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)组合物6％；改性滑石粉、碳酸钙组合物19％(钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％)；马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物19％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡0.2％，成核剂0.5％，钛白粉0.3％，制备母粒B3。

对比例4

一种聚丙烯再生颗粒，其组份为：废旧聚丙烯40％，均聚聚丙烯、共聚聚丙烯组合物10％；乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)组合物10％；改性滑石粉、碳酸钙组合物19％(钛酸酯或铝酸酯偶联剂1％)；丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、玻纤增强聚丙烯(GFPP)组合物18％；马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)组合物1％；硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、钛白粉组合物1％，制备再生颗粒B4。

聚丙烯再生颗粒的性能测试

下面对实施例1-3和对比例1-4制备的聚丙烯再生颗粒的性能进行测试。

依据国标试验方法进行测试，测试结果见表1。

表1实施例和对比例所得聚丙烯再生颗粒的性能结果

经检测，上述实施例1-3及对比例1-4中所述的聚丙烯再生颗粒应用时，熔融指数没有明显变化，但是冲击强度、硬度、收缩率、弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、断裂伸长率等性质方面均有明显提高。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域一个熟练的技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于按重量百分比，其组成为：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子10～20％、偶联剂0.1～2％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％。

2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的废旧聚烯烃树脂是经过了一系列的破碎、清洗、分选等工序，获得的纯度较高的废旧聚丙烯，其中可能含有少许的聚乙烯等树脂。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的聚烯烃树脂包含了不同牌号的均聚或共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯中的两种或两种以上的组合物。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的弹性体是含乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、热塑性弹性体(TPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)中的一种或一种以上组合物。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的无机刚性粒子是粒径大小为400目、800目、1250目的滑石粉、碳酸钙中的两种或两种以上组合物；偶联剂是钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种，用于有机化无机刚性粒子。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的增强剂为丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、玻纤增强聚丙烯(GFPP)、硫酸镁晶须中的一种或多种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的增容剂主要为马来酸酐接枝聚烯烃，是含马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中两种或两种以上组合物。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的成核剂为纳米无机粒子、羧酸金属盐、二卞山梨醇及其衍生物等。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒，其特征在于，所述的其他助剂含硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、钛白粉中的两种或两种以上组合物。

10.一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒的制备方法，该方法包括以下几个工艺步骤：

步骤一，按重量比称取原料：废旧聚丙烯40～60％、聚烯烃树脂5～15％、弹性体5～10％、无机刚性粒子10～20％、偶联剂0.1～2％、增强剂5～20％、增容剂1～10％、成核剂0.1～1％、其他助剂0.5～1％；

步骤二，无机刚性粒子活化：将步骤一相应重量的无机刚性粒子放入1000转/分钟高速混合机中，缓慢加入偶联剂进行混合包覆，控制温度，5～7分钟后停止混合，得到活化无机刚性粒子；

步骤三，共混物混合：先将废旧聚丙烯树脂、聚烯烃树脂、弹性体和活化无机刚性粒子、增强剂、增容剂放入高混机中充分混合3～5分钟，然后将成核剂及其他助剂依次加入其中混合1～3分钟，出料得到混合物；

步骤四，高强高韧聚丙烯再生颗粒制备：将制得的混合物通过双螺杆挤出机挤出生产，控制工艺参数，经水槽冷却后，风冷切粒即可制得高强度高韧性聚丙烯再生颗粒。