CN108948631A - 废旧聚丙烯长支链化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料科学领域，尤其涉及一种废旧聚丙烯长支链化材料及其制备方法。本申请提供的废旧聚丙烯长支链化材料由物料经熔融共混改性制成，以重量份数计，所述物料包括：废弃家电用聚丙烯100份；环氧类功能单0.1~10份；有机过氧化物0.1~2份；酸酐类功能单体0~5份；苯乙烯0.1~10份；其他助剂0.1~2份；所述的废弃家电用聚丙烯的拉伸强度低于22MPa，缺口冲击强度低于3kJ/m2。本申请提供的废弃家电用聚丙烯长支链化材料具有良好地机械性能。实验结果表明，本申请提供的废弃家电用聚丙烯长支链化材料的拉伸强度高于22MPa，缺口冲击强度高于3kJ/m2，熔体质量流动速率低于12g/10min。

Description

废旧聚丙烯长支链化材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体为一种废弃家电用聚丙烯（rPP）长支链化材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）作为五大通用塑料之一，由于其本身密度小，加工温度范围广、使用温度高、价格低廉等特点，在日常家电中的消费量已经超过了聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯共聚物（ABS）等高性能的工程类材料。聚丙烯在常用家电中的所占的比例如表1所示。由于PP在日常家电中广泛使用，因此废弃家电产生了大量的废旧PP。
表1 家电中PP所占的比例 %
传统的填埋和焚烧处理都会产生严重的资源浪费和环境污染。废旧PP绿色环保的资源化利用需求已迫在眉睫。本发明方法从废旧PP改性方法着手，通过熔融共混改性制备废旧PP长支链化材料，该材料具备高熔体强度、应变硬化等性能，可以用于制备发泡材料及合金材料等，为废旧料的回收提供了一种绿色环保、资源化利用的可行性方法。
发明内容
本发明为实现废弃家电用聚丙烯绿色高值化回收利用，通过熔融共混改性制备一种性能优良的废弃家电用聚丙烯长支链化材料。
本发明的特点在于废旧聚丙烯与环氧类单体和苯乙烯连用，在有机过氧化物的作用下制备接枝物，其次接枝物与酸酐类功能单体熔融共混，实现废旧聚丙烯分子链长支链化的目的，最终提高废旧聚丙烯的力学性能。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种废弃家电用聚丙烯长支链化材料，由物料经熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：
废弃家电用聚丙烯100份，
环氧类功能单体0.1~10份，
苯乙烯0.1~10份，
有机过氧化物0.1~2份，
酸酐类功能单体0~5份，
其他助剂0.1~2份。
其中，所述环氧类功能单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
所述有机过氧化物为过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰。
所述酸酐类功能单体为顺丁烯二酸酐。
所述废旧聚丙烯缺口冲击强度低于3kJ/m2，拉伸强度低于22MPa，熔体流动速率高于12g/10min。
本发明提供了一种废旧聚丙烯改性材料制备方法，包括以下步骤：
（1）、100重量份的废旧聚丙烯、0.1~2重量份的过氧化物、0.1~10重量份环氧类功能单体、0.1~10重量份苯乙烯，通过熔融接枝制备废旧聚丙烯接枝物。
（2）、100重量份的废旧聚丙烯接枝物、0~5重量酸酐类功能单体和0.1~2重量份助剂熔融共混，制备废旧聚丙烯长支链化材料。
优选的，所述熔融共混温度为180~210℃。
优选的，在所述的废旧聚丙烯和废旧聚丙烯接枝物熔融共混前，对其进行真空干燥。
与现有技术相比，本发明提供的一种废旧聚丙烯长支链化材料，具有良好地机械性能及溶体流动。实验结果表明，本发明提供的废弃家电用聚丙烯改性材料的拉伸强度高于22MPa，缺口冲击强度高于3kJ/m2，熔体质量流动速率低于12g/10min。
附图说明
图1表示频率与复合粘度的关系曲线。
图2表示频率与储能模量的关系曲线。
具体实施方式
本发明提供的废旧聚丙烯长支链化材料由物料熔融共混制成。所述物料包括废弃家电用聚丙烯、环氧类功能单体、苯乙烯、有机过氧化物、酸酐类功能单体和其他助剂其中废弃家电用聚丙烯的缺口冲击强度低于3kJ/m2、拉伸强度低于22MPa、熔体质量流动速率高于12g/10min，所用其他助剂为抗氧剂1010及催化剂2-甲基咪唑。
本发明提供的一个实施例中，所述废弃家电用聚丙烯的缺口冲击强度低于3kJ/m2；本发明提供的另一个实施例中，所述废弃家电用聚丙烯的缺口冲击强度小于等于1.6kJ/m2。
本发明提供的一个实施例中，所述废弃家电用聚丙烯的拉伸强度低于22MPa；本发明提供的另一个实施例中，所述废弃家电用聚丙烯的拉伸强度小于等于19.1MPa。
本发明提供的一个实施例中，所述废弃家电用聚丙烯的熔体流动速率大于12g/10min；本发明提供的另一个实施例中，所述废弃家电用聚丙烯的熔体流动速率大于等于16.6g/10min。
本发明中，所述的环氧类功能单体为双官能团环氧类功能单体。其中，所述环氧类功能单体优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）。
本发明中，所述过氧化物引发剂为过氧化二异丙苯和过氧化二苯甲酰。其中，在180℃的条件下，过氧化二异丙苯和过氧化二苯甲酰的半衰期分别为29s和1.2s；在200℃条件下，两者的半衰期分别为5.2s和0.3s。根据引发剂的半衰期，所述过氧化物引发剂优选过氧化二异丙苯。
废旧聚丙烯接枝物的制备过程中，废弃家电用聚丙烯、引发剂、苯乙烯和环氧类功能单体的质量比为100:0.1~2: 0.1~10: 0.1~10，优选为100:0.1~0.5:3~6:3~6，更优选为100:0.1~0.2:4~5:4~5。所述制备废旧聚丙烯接枝物熔融温度优选为180~210℃，更优选为185~205℃。
本发明对废弃家电用聚丙烯、引发剂、苯乙烯和环氧类功能单体在熔融共混所用的设备没有特定的限定，优选为本领域技术人员熟知的双螺杆挤出机。本发明中，双螺杆挤出机运行过程中，从加料口到机头的各段温度分别优选为185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、205℃、200℃、190℃、185℃；双螺杆挤出机转速优选为82r/min。
废旧聚丙烯接枝物、酸酐类功能单体和其他助剂共混的过程中，废旧聚丙烯接枝物、酸酐类功能单体和其他助剂的质量比为100:0~5:1~2，优选100:0~0.6:0.5~1.0。制备改性废旧聚丙烯材料熔融温度优选为180~210℃，更优选为185~215℃。其中，双螺杆挤出机从加料口到机头的各段温度分别优选为185℃、190℃、200℃、210℃、215℃、205℃、195℃、185℃、185℃；双螺杆挤出机转速优选为82r/min。
本发明中，在废旧聚丙烯接枝物和废旧聚丙烯长支链化材料制备之前，对废弃家电用聚丙烯和废旧聚丙烯接枝物进行干燥。优选干燥温度为60~110℃，更优选为90~100℃；干燥时间优选为8~12h，更优选为8~10h。本发明对废弃聚丙烯和废旧聚丙烯接枝物的干燥所用的设备没有特定限定，优选为本领域技术人员熟知的鼓风干燥箱，更优选为真空干燥箱。本发明中，物料共混之前，对废弃家电用聚丙烯和废旧聚丙烯接枝物进行干燥可以有效防止物料中的水分在熔融共混过程中的挥发，避免原料在熔融共混的过程中因水分的挥发而引起的热降解和水解。
本发明中，优选所述废弃家电用聚丙烯干燥之前，对所述的废弃家电用聚丙烯物料进行粉碎，得到废弃家电用聚丙烯粒料。所述粉碎后的废弃家电用聚丙烯粒料的粒径优选为5~15mm；优选所述废旧聚丙烯接枝物干燥之前，对所述的废旧聚丙烯接枝物挤出造粒，得到废旧聚丙烯接枝物粒料。所述造粒后的废旧聚丙烯接枝粒料的粒径优选为3~5mm。
将废旧聚丙烯接枝物、酸酐类功能单体和其他助剂熔融共混后，得到废旧聚丙烯长支链化材料的熔体，熔体经冷却、造粒、干燥和注塑，得到废旧聚丙烯长支链化材料。所述的粒径优选为3~5mm；所述的干燥温度优选为80~110℃，更优选为90~100℃；所述干燥时间优选为8~12h，更优选为8~10h；所述干燥设备优选真空干燥箱；所述注塑温度优选190~210℃；所述注塑设备优选为注塑机。本发明中，所述注塑机运行过程中，从加料口到机头各段温度分别优选为190℃、210℃、210℃、200℃。
本发明提供的制备方法可以提供制备机械性能良好的废旧聚丙烯长支链化材料，解决了废弃家电用聚丙烯材料机械性能差，难以二次利用的问题。
为清楚可见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
将废弃家电用聚丙烯粉碎成粒径为5~15mm，然后将废弃家电用聚丙烯置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废弃家电用聚丙烯、0.2g的过氧化二异丙苯、4.0g的苯乙烯和4.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯混合后，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、205℃、200℃、190℃、185℃，螺杆转速为82r/min。物料经熔融挤出造粒，制备废旧聚丙烯接枝物，废旧聚丙烯接枝物的粒径为3~5mm；将废旧聚丙烯接枝物的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废旧聚丙烯接枝物、0g的顺丁烯二酸酐、0.3g的抗氧剂1010和0.2g的2-甲基咪唑混合，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、200℃、210℃、210℃、205℃、195℃、185℃、185℃，螺杆转速为82r/min，物料经熔融挤出造粒；将得到的废旧聚丙烯长支链化材料的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃；将干燥后的粒料加入到注塑机中，设置注塑机从加料口到机头各段的温度为：190℃、210℃、210℃、200℃。注塑结束后，得到废旧聚丙烯长支链化材料。
在本实施例中，所使用的废弃家电用聚丙烯材料主要来自于废旧电视外壳拆解后得到的废旧聚丙烯回收料，所述废弃聚丙烯回收料的缺口冲击强度为1.60kJ/m2，拉伸强度为19.1MPa，熔体流动速率为16.6g/10min。
实施例2
将废弃家电用聚丙烯粉碎成粒径为5~15mm，然后将废弃家电用聚丙烯置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废弃家电用聚丙烯、0.2g的过氧化二异丙苯、4.0g的苯乙烯和4.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯混合后，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、205℃、200℃、190℃、185℃，螺杆转速为82r/min。物料经熔融挤出造粒，制备废旧聚丙烯接枝物，废旧聚丙烯接枝物的粒径为3~5mm；将废旧聚丙烯接枝物的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废旧聚丙烯接枝物、0.1g的顺丁烯二酸酐、0.3g的抗氧剂1010和0.2g的2-甲基咪唑混合，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、200℃、210℃、210℃、205℃、195℃、185℃、185℃，螺杆转速为82r/min，物料经熔融挤出造粒；将得到的废旧聚丙烯长支链化材料的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃；将干燥后的粒料加入到注塑机中，设置注塑机从加料口到机头各段的温度为：190℃、210℃、210℃、200℃。注塑结束后，得到废旧聚丙烯长支链化材料。
在本实施例中，使用的废弃家电用聚丙烯与实施例1中的相同。
实施例3
将废弃家电用聚丙烯粉碎成粒径为5~15mm，然后将废弃家电用聚丙烯置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废弃家电用聚丙烯、0.2g的过氧化二异丙苯、4.0g的苯乙烯和4.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯混合后，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、205℃、200℃、190℃、185℃，螺杆转速为82r/min。物料经熔融挤出造粒，制备废旧聚丙烯接枝物，废旧聚丙烯接枝物的粒径为3~5mm；将废旧聚丙烯接枝物的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废旧聚丙烯接枝物、0.3g的顺丁烯二酸酐、0.3g的抗氧剂1010和0.2g的2-甲基咪唑混合，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、200℃、210℃、210℃、205℃、195℃、185℃、185℃，螺杆转速为82r/min，物料经熔融挤出造粒；将得到的废旧聚丙烯长支链化材料的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃；将干燥后的粒料加入到注塑机中，设置注塑机从加料口到机头各段的温度为：190℃、210℃、210℃、200℃。注塑结束后，得到废旧聚丙烯长支链化材料。
在本实施例中，使用的废弃家电用聚丙烯与实施例1中的相同。
实施例4
将废弃家电用聚丙烯粉碎成粒径为5~15mm，然后将废弃家电用聚丙烯置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废弃家电用聚丙烯、0.2g的过氧化二异丙苯、4.0g的苯乙烯和4.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯混合后，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、205℃、200℃、190℃、185℃，螺杆转速为82r/min。物料经熔融挤出造粒，制备废旧聚丙烯接枝物，废旧聚丙烯接枝物的粒径为3~5mm；将废旧聚丙烯接枝物的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃。将100g的废旧聚丙烯接枝物、0.5g的顺丁烯二酸酐、0.3g的抗氧剂1010和0.2g的2-甲基咪唑混合，加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出从加料口到机头各段的温度：185℃、190℃、200℃、210℃、210℃、205℃、195℃、185℃、185℃，螺杆转速为82r/min，物料经熔融挤出造粒；将得到的废旧聚丙烯长支链化材料的粒料置于真空干燥箱中，干燥10h，干燥温度为100℃；将干燥后的粒料加入到注塑机中，设置注塑机从加料口到机头各段的温度为：190℃、210℃、210℃、200℃。注塑结束后，得到废旧聚丙烯长支链化材料。
在本实施例中，使用的废弃家电用聚丙烯与实施例1中的相同。
实施例5
废旧聚丙烯长支链化材料的性能检测
分别对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制得长支链化材料以及废旧聚丙烯回收料的缺口冲击强度、拉伸强度、熔体流动速率和流变性能进行检测。其中，缺口冲击强度按照标准检测方法GB1843-2008进行测试；拉伸强度按照标准检测方法GB／T1040-2006进行测试；熔体流动速率按照标准检测方法ASTM D1238进行测试。测试结果如表2所示。流变性能测试使用英国马尔文仪器的Bohlin CVO150型旋转流变仪进行测试。图1为频率与复合粘度的关系曲线；图2为频率与储能模量的关系曲线。
表2 废旧聚丙烯改性材料测试结果
由表1可知，实施例1-4制备的废旧聚丙烯长支链化材料的拉伸强度高于22MPa，缺口冲击强度高于1.8kJ/m2，熔体质量流动速率低于12g/10min。尤其实施例4制备的废旧聚丙烯长支链化材料的性能最佳。
上述对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种废旧聚丙烯长支链化材料，其特征在于：是由物料经熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：
废弃家电用聚丙烯100份；
环氧类功能单体0.1~10份；
苯乙烯0.1~10份；
有机过氧化物0.1~2份；
酸酐类功能单体0~5份；
其他助剂0.1~2份；
其中，所述废弃家电用聚丙烯的拉伸强度低于22MPa，缺口冲击强度低于3kJ/m2，熔体流动速率高于12g/10min；
所述环氧类功能单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯；
所述有机过氧化物为过化二异丙苯或过氧化二苯甲酰；
所述酸酐类功能单体为顺丁烯二酸酐；
所述其他助剂为抗氧剂1010及催化剂2-甲基咪唑。
2.一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、100重量份的废弃家电用聚丙烯、0.1~2重量份的有机过氧化物、0.1~10重量份的环氧类功能单体、0.1~10重量份的苯乙烯，通过熔融接枝制备废旧聚丙烯接枝物；
（2）、100重量份的废旧聚丙烯接枝物、0~5重量份的酸酐类功能单体和0.1~2重量份助剂熔融共混，制备废旧聚丙烯长支链化材料；
所述废旧聚丙烯的缺口冲击强度低于3kJ/m2，拉伸强度低于22MPa，熔体流动速率高于12g/10min；
所述的环氧类功能单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯；
所述的有机过氧化物为过化二异丙苯或过氧化二苯甲酰；
所述的酸酐类功能单体为顺丁烯二酸酐；
所述助剂为抗氧剂1010及催化剂2-甲基咪唑。
3.根据权利要求2所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废弃家电用聚丙烯、有机过氧化物、苯乙烯和环氧类功能单体的质量比为100:0.1~2:0.1~10:0.1~10。
4.根据权利要求3所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废弃家电用聚丙烯、有机过氧化物、苯乙烯和环氧类功能单体的质量比为100:0.1~0.5:3~6:3~6。
5.根据权利要求4所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废弃家电用聚丙烯、有机过氧化物、苯乙烯和环氧类功能单体的质量比为100:0.1~0.2:4~5:4~5。
6.根据权利要求2-5任一所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废旧聚丙烯接枝物、酸酐类功能单体和其他助剂的质量比为100:0~5:1~2。
7.根据权利要求6所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废旧聚丙烯接枝物、酸酐类功能单体和其他助剂的质量比为100:0~0.6:0.5~1.0。
8.根据权利要求7所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废弃家电用聚丙烯、有机过氧化物、苯乙烯和环氧类功能单体的质量比为100: 0.2:4:4，废旧聚丙烯接枝物、酸酐类功能单体和其他助剂的质量比为100:0.5:0.5，其中，抗氧剂1010的催化剂2-甲基咪唑的质量比为3:2。
9.根据权利要求8所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：熔融共混温度为180~210℃。
10.根据权利要求8所述的一种废旧聚丙烯长支链化材料的制备方法，其特征在于：废旧聚丙烯和废旧聚丙烯接枝物熔融共混前，进行真空干燥。
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