CN109233314A - 一种节能型工程塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种节能型工程塑料及其制备方法，由以下成分制备而成：秸秆、废旧聚碳酸酯、脲醛树脂、高岭土粉末、无机填料、有机溶剂、改性碳酸钙、有机硅溶液、聚乙烯、二甲苯、铝酸酯偶联剂、脱模剂、增塑剂、抗氧剂、交联剂和去离子水。本发明的制备方法简单、实用，适合大规模工业化生产，其制造成本低，制备的工程塑料的表面光洁度好，具有较好的机械强度、冲击韧性、耐候性能。

Description

一种节能型工程塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种节能型工程塑料及其制备方法。
背景技术
工程塑料在满足人们生活和社会发展的同时，由于塑料废弃物剧增所导致的“白色污染”引起的社会和环境问题也日益严重，废工程塑料引发的“白色污染”开始让人们头痛，不腐烂不分解的工程塑料无法有效回收。工程塑料废弃物剧增及由此引起的社会和环境问题摆在了人们面前，摆在了全世界人们生活生存的地方。
再生工程塑料是解决工程塑料带来的污染的有效途径，但再生工程塑料塑料存在着强度低、无韧性、光泽度低、热氧稳定性差等缺点，此外，由于再生工程塑料的大分子链上有叔碳原子，在储存、加工和日常使用过程中，会受热、光和氧等作用而极易发生老化降解，耐候性极差，严重影响制品的寿命，使得对其再利用的范围及领域有一定的限制作用。即使是当前较先进的分选其杂质度都超过5％，杂质的存在影响回收利用塑料时的相容性，会降低回收塑料的力学性能。
工程塑料是工程材料和代替金属制造机器零部件等的塑料。工程塑料具有优良的综合性能、刚性大、蠕变小、机械强度高、耐热性好、电绝缘性好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用，可替代金属作为工程结构材料使用，但价格较贵，产量较小。和通用塑料相比，工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求，而且加工更方便并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业，以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势，工程塑料已成为当今世界塑料工业中增长速度最快的领域。尽管如此，现有的工程塑料的强度仍不能够满足所有领域的要求。
公开号为CN107778611A，公开了一种高强度塑料的制备方法，制备方法包括：将聚乙烯、聚氯乙烯、硅树脂、乙酸乙酯、二乙醇胺、发泡剂和催化剂混合造粒后得到高强度塑料；其中，相对于100重量份的聚乙烯，聚氯乙烯的用量为50-80重量份，硅树脂的用量为20-30重量份，乙酸乙酯的用量为25-35重量份，二乙醇胺的用量为5-15重量份，发泡剂的用量为3-9重量份，催化剂的用量为1-4重量份。公开号为CN103642127A，公开了一种高强度聚丙烯抗菌塑料的制备方法，包括以下步骤：1）按照以下重量比例称取原料：聚丙烯100份，高密度聚乙烯10-15份，低密度聚乙烯10-15份，抗菌剂0.6-1份，抗氧剂0.2-1份，相容剂0.5-0.8份，分散剂0.4-0.8份，玻璃纤维10-15份。2）将所述步骤1）称取的原料于高速搅拌机中以1200转/分钟搅拌5分钟，待均匀后放出；3）把所述步骤2）混合均匀的物料加入长径比(L/D)为40的双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的加工温度：一区温度175℃，二区温度为185℃，三区温度为200℃，四区温度为210℃，五区温度为215℃，六区温度为225℃，七区温度为235℃，八区温度为245℃，主机转速为330转/min；经过挤出后冷却牵条、风干切粒，即制备本发明所述的高强度聚丙烯抗菌塑料。以上两种现有技术制备的高强度塑料，虽然强度较高，但是耐久性差，并且，韧性也有待提高，功能性比较单一。
综上所述，因此需要一种更好的塑料，来改善现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能型工程塑料及其制备方法，本发明的制备方法简单、实用，适合大规模工业化生产，其制造成本低，制备的工程塑料的表面光洁度好，具有较好的机械强度、冲击韧性、耐候性能。
本发明提供了如下的技术方案：
一种节能型工程塑料，包括以下重量份的原料：秸秆32-36份、废旧聚碳酸酯25-29份、脲醛树脂18-22份、高岭土粉末15-20份、无机填料13-17份、有机溶剂8-11份、改性碳酸钙10-14份、有机硅溶液7-12份、聚乙烯5-9份、二甲苯3-6份、铝酸酯偶联剂3-6份、脱模剂2-4份、增塑剂2-5份、抗氧剂3-5份、交联剂4-6份和去离子水9-14份。
优选的，所述工程塑料包括以下重量份的原料：秸秆32-35份、废旧聚碳酸酯25-28份、脲醛树脂18-21份、高岭土粉末17-20份、无机填料14-17份、有机溶剂8-10份、改性碳酸钙12-14份、有机硅溶液7-10份、聚乙烯5-8份、二甲苯4-6份、铝酸酯偶联剂4-6份、脱模剂2-3份、增塑剂2-4份、抗氧剂4-5份、交联剂5-6份和去离子水9-13份。
优选的，所述工程塑料包括以下重量份的原料：秸秆34份、废旧聚碳酸酯27份、脲醛树脂19份、高岭土粉末19份、无机填料16份、有机溶剂9份、改性碳酸钙13份、有机硅溶液8份、聚乙烯7份、二甲苯5份、铝酸酯偶联剂5份、脱模剂2份、增塑剂3份、抗氧剂4份、交联剂5份和去离子水11份。
一种节能型工程塑料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将秸秆粉碎至过400-500目筛，再置于60-65℃下干燥12-16min，再与脲醛树脂、高岭土粉末、无机填料混合投入到密炼机内，在110-115℃下加热并搅拌反应0.9-1.3h，得到混合物一；
b、将废旧聚碳酸酯置于有机溶剂中浸泡3-3.4h，用蒸馏水清洗干净，再与聚乙烯、二甲苯混合，导入反应釜中，在86-88℃下加热并搅拌反应1.2-1.5h，再加入交联剂和去离子水，降温至75-78℃，继续搅拌反应25-28min，得到混合物二；
c、向混合物二中加入改性碳酸钙、有机硅溶液，在超声下震荡分散15-18min，再加入混合物一和铝酸酯偶联剂，升温至80-82℃，搅拌反应0.5-0.6h，得到混合物三；
d、将混合物三、脱模剂、增塑剂和抗氧剂混合导入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，导入模具中进行冷却、塑型，即可得到成品。
优选的，所述步骤a的无机填料为硅微粉、滑石粉和玻璃微珠按质量比5:5:8混合而成。
优选的，所述步骤b的有机溶剂为乙醇、乙二醇和丙三醇按质量比2:1:1混合而成。
优选的，所述步骤c的改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙粉碎成纳米颗粒，与PE蜡、新癸酸缩水甘油酯混合，在87℃下加热并搅拌反应24min，即可得到改性碳酸钙。
优选的，所述步骤c的有机硅溶液的制备方法为：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和硅酸四乙酯加入到反应釜中，在55℃下以120r/min的转速搅拌混合0.6h，边搅拌边滴加醋酸溶液和异丙醇溶液的混合液，搅拌结束，即可得到有机硅溶液。
优选的，所述醋酸溶液和异丙醇溶液按摩尔比5:2混合。
优选的，所述步骤d的脱模剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙按质量比2:3混合而成。
本发明的有益效果是：
本发明的制备方法简单、实用，适合大规模工业化生产，其制造成本低，制备的工程塑料的表面光洁度好，具有较好的机械强度、冲击韧性、耐候性能。
本发明中的秸秆和废旧聚碳酸酯，可以有效达到节能、环保的效果，实现废物利用，并且秸秆、聚碳酸酯与其他成分的分散性和相容性好，可有效改善材料的加工性能，从而提高成品的韧性和机械性能，其中聚碳酸酯与交联剂的反应，由于加入了二甲苯，引入了苯环结构，不仅提高了制备的成品的熔点，还进一步提高了成品的抗辐射稳定性，制备出的成品由于分子量增大且具有苯环结构，使得高温挥发性低，并且与其它原料有着良好的相容性。
本发明中的无机填料为硅微粉、滑石粉和玻璃微珠的配比，其具有较高的白度，膨胀系数低，酸值略偏于弱碱性，与脲醛树脂的协同作用，可使得脲醛树脂具有很好的耐热性、耐水性，有效降低脲醛树脂中残留的甲醛，使其加热时不开裂、不变形，能提高成品塑料的稳定性和其它机械性能。
本发明中的有机溶剂为乙醇、乙二醇和丙三醇的配比，在该比例下，可以有效去除废旧聚碳酸酯表面的杂质。
本发明中的改性碳酸钙可有效提高成品塑料的耐磨性和机械强度。
本发明中的有机硅溶液可提高成品的耐热和防腐性能。
具体实施方式
实施例1
一种节能型工程塑料，包括以下重量份的原料：秸秆36份、废旧聚碳酸酯25份、脲醛树脂18份、高岭土粉末15份、无机填料13份、有机溶剂11份、改性碳酸钙14份、有机硅溶液7份、聚乙烯9份、二甲苯3份、铝酸酯偶联剂3份、脱模剂4份、增塑剂5份、抗氧剂3份、交联剂6份和去离子水14份。
一种节能型工程塑料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将秸秆粉碎至过400目筛，再置于60℃下干燥16min，再与脲醛树脂、高岭土粉末、无机填料混合投入到密炼机内，在115℃下加热并搅拌反应0.9h，得到混合物一；
b、将废旧聚碳酸酯置于有机溶剂中浸泡3.4h，用蒸馏水清洗干净，再与聚乙烯、二甲苯混合，导入反应釜中，在86℃下加热并搅拌反应1.5h，再加入交联剂和去离子水，降温至78℃，继续搅拌反应25min，得到混合物二；
c、向混合物二中加入改性碳酸钙、有机硅溶液，在超声下震荡分散15min，再加入混合物一和铝酸酯偶联剂，升温至82℃，搅拌反应0.6h，得到混合物三；
d、将混合物三、脱模剂、增塑剂和抗氧剂混合导入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，导入模具中进行冷却、塑型，即可得到成品。
步骤a的无机填料为硅微粉、滑石粉和玻璃微珠按质量比5:5:8混合而成。
步骤b的有机溶剂为乙醇、乙二醇和丙三醇按质量比2:1:1混合而成。
步骤c的改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙粉碎成纳米颗粒，与PE蜡、新癸酸缩水甘油酯混合，在87℃下加热并搅拌反应24min，即可得到改性碳酸钙。
步骤c的有机硅溶液的制备方法为：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和硅酸四乙酯加入到反应釜中，在55℃下以120r/min的转速搅拌混合0.6h，边搅拌边滴加醋酸溶液和异丙醇溶液的混合液，搅拌结束，即可得到有机硅溶液。
醋酸溶液和异丙醇溶液按摩尔比5:2混合。
步骤d的脱模剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙按质量比2:3混合而成。
实施例2
一种节能型工程塑料，包括以下重量份的原料：秸秆32份、废旧聚碳酸酯28份、脲醛树脂18份、高岭土粉末20份、无机填料17份、有机溶剂8份、改性碳酸钙14份、有机硅溶液10份、聚乙烯5份、二甲苯6份、铝酸酯偶联剂4份、脱模剂2份、增塑剂4份、抗氧剂5份、交联剂5份和去离子水13份。
一种节能型工程塑料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将秸秆粉碎至过400目筛，再置于60℃下干燥16min，再与脲醛树脂、高岭土粉末、无机填料混合投入到密炼机内，在115℃下加热并搅拌反应1.3h，得到混合物一；
b、将废旧聚碳酸酯置于有机溶剂中浸泡3.4h，用蒸馏水清洗干净，再与聚乙烯、二甲苯混合，导入反应釜中，在86℃下加热并搅拌反应1.2h，再加入交联剂和去离子水，降温至75℃，继续搅拌反应25min，得到混合物二；
c、向混合物二中加入改性碳酸钙、有机硅溶液，在超声下震荡分散15min，再加入混合物一和铝酸酯偶联剂，升温至80℃，搅拌反应0.5h，得到混合物三；
d、将混合物三、脱模剂、增塑剂和抗氧剂混合导入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，导入模具中进行冷却、塑型，即可得到成品。
步骤a的无机填料为硅微粉、滑石粉和玻璃微珠按质量比5:5:8混合而成。
步骤b的有机溶剂为乙醇、乙二醇和丙三醇按质量比2:1:1混合而成。
步骤c的改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙粉碎成纳米颗粒，与PE蜡、新癸酸缩水甘油酯混合，在87℃下加热并搅拌反应24min，即可得到改性碳酸钙。
步骤c的有机硅溶液的制备方法为：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和硅酸四乙酯加入到反应釜中，在55℃下以120r/min的转速搅拌混合0.6h，边搅拌边滴加醋酸溶液和异丙醇溶液的混合液，搅拌结束，即可得到有机硅溶液。
醋酸溶液和异丙醇溶液按摩尔比5:2混合。
步骤d的脱模剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙按质量比2:3混合而成。
实施例3
一种节能型工程塑料，包括以下重量份的原料：秸秆34份、废旧聚碳酸酯27份、脲醛树脂19份、高岭土粉末19份、无机填料16份、有机溶剂9份、改性碳酸钙13份、有机硅溶液8份、聚乙烯7份、二甲苯5份、铝酸酯偶联剂5份、脱模剂2份、增塑剂3份、抗氧剂4份、交联剂5份和去离子水11份。
一种节能型工程塑料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将秸秆粉碎至过400目筛，再置于60℃下干燥16min，再与脲醛树脂、高岭土粉末、无机填料混合投入到密炼机内，在110℃下加热并搅拌反应1.3h，得到混合物一；
b、将废旧聚碳酸酯置于有机溶剂中浸泡3h，用蒸馏水清洗干净，再与聚乙烯、二甲苯混合，导入反应釜中，在88℃下加热并搅拌反应1.5h，再加入交联剂和去离子水，降温至75℃，继续搅拌反应25min，得到混合物二；
c、向混合物二中加入改性碳酸钙、有机硅溶液，在超声下震荡分散18min，再加入混合物一和铝酸酯偶联剂，升温至82℃，搅拌反应0.6h，得到混合物三；
d、将混合物三、脱模剂、增塑剂和抗氧剂混合导入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，导入模具中进行冷却、塑型，即可得到成品。
步骤a的无机填料为硅微粉、滑石粉和玻璃微珠按质量比5:5:8混合而成。
步骤b的有机溶剂为乙醇、乙二醇和丙三醇按质量比2:1:1混合而成。
步骤c的改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙粉碎成纳米颗粒，与PE蜡、新癸酸缩水甘油酯混合，在87℃下加热并搅拌反应24min，即可得到改性碳酸钙。
步骤c的有机硅溶液的制备方法为：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和硅酸四乙酯加入到反应釜中，在55℃下以120r/min的转速搅拌混合0.6h，边搅拌边滴加醋酸溶液和异丙醇溶液的混合液，搅拌结束，即可得到有机硅溶液。
醋酸溶液和异丙醇溶液按摩尔比5:2混合。
步骤d的脱模剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙按质量比2:3混合而成。
对比例1
采用现有技术中的普通工程塑料进行检测对比。
检测以上实施例和对比例制备的成品，得到以下检测数据：
表一：
检测项目 测试方法 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
缺口冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>） ISO180-93 7.9 8.2 7.8 6.3
断裂伸长率（%） ISO527-93 15.7 15.8 16.5 14.8
弯曲强度（MPa） ISO178-93 178 173 183 165
拉伸强度（MPa） ISO527-93 166 165 168 145
弯曲模量（MPa） ISO178-93 6380 6360 6510 6220
由表一所得的实验数据，可以得出，本发明的制备方法制备的成品的各项性能显著优异于现有技术中的普通产品，并且在本发明的实施例3中优选的制备方案，其得到的成品性能最为优异。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种节能型工程塑料，其特征在于，包括以下重量份的原料：秸秆32-36份、废旧聚碳酸酯25-29份、脲醛树脂18-22份、高岭土粉末15-20份、无机填料13-17份、有机溶剂8-11份、改性碳酸钙10-14份、有机硅溶液7-12份、聚乙烯5-9份、二甲苯3-6份、铝酸酯偶联剂3-6份、脱模剂2-4份、增塑剂2-5份、抗氧剂3-5份、交联剂4-6份和去离子水9-14份。
2.根据权利要求1所述的一种节能型工程塑料，其特征在于，所述工程塑料包括以下重量份的原料：秸秆32-35份、废旧聚碳酸酯25-28份、脲醛树脂18-21份、高岭土粉末17-20份、无机填料14-17份、有机溶剂8-10份、改性碳酸钙12-14份、有机硅溶液7-10份、聚乙烯5-8份、二甲苯4-6份、铝酸酯偶联剂4-6份、脱模剂2-3份、增塑剂2-4份、抗氧剂4-5份、交联剂5-6份和去离子水9-13份。
3.根据权利要求1所述的一种节能型工程塑料，其特征在于，所述工程塑料包括以下重量份的原料：秸秆34份、废旧聚碳酸酯27份、脲醛树脂19份、高岭土粉末19份、无机填料16份、有机溶剂9份、改性碳酸钙13份、有机硅溶液8份、聚乙烯7份、二甲苯5份、铝酸酯偶联剂5份、脱模剂2份、增塑剂3份、抗氧剂4份、交联剂5份和去离子水11份。
4.权利要求1-3任一项所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a、将秸秆粉碎至过400-500目筛，再置于60-65℃下干燥12-16min，再与脲醛树脂、高岭土粉末、无机填料混合投入到密炼机内，在110-115℃下加热并搅拌反应0.9-1.3h，得到混合物一；
b、将废旧聚碳酸酯置于有机溶剂中浸泡3-3.4h，用蒸馏水清洗干净，再与聚乙烯、二甲苯混合，导入反应釜中，在86-88℃下加热并搅拌反应1.2-1.5h，再加入交联剂和去离子水，降温至75-78℃，继续搅拌反应25-28min，得到混合物二；
c、向混合物二中加入改性碳酸钙、有机硅溶液，在超声下震荡分散15-18min，再加入混合物一和铝酸酯偶联剂，升温至80-82℃，搅拌反应0.5-0.6h，得到混合物三；
d、将混合物三、脱模剂、增塑剂和抗氧剂混合导入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，导入模具中进行冷却、塑型，即可得到成品。
5.根据权利要求4所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的无机填料为硅微粉、滑石粉和玻璃微珠按质量比5:5:8混合而成。
6.根据权利要求4所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的有机溶剂为乙醇、乙二醇和丙三醇按质量比2:1:1混合而成。
7.根据权利要求4所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙粉碎成纳米颗粒，与PE蜡、新癸酸缩水甘油酯混合，在87℃下加热并搅拌反应24min，即可得到改性碳酸钙。
8.根据权利要求4所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的有机硅溶液的制备方法为：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和硅酸四乙酯加入到反应釜中，在55℃下以120r/min的转速搅拌混合0.6h，边搅拌边滴加醋酸溶液和异丙醇溶液的混合液，搅拌结束，即可得到有机硅溶液。
9.根据权利要求5所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，所述醋酸溶液和异丙醇溶液按摩尔比5:2混合。
10.根据权利要求4所述的一种节能型工程塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤d的脱模剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙按质量比2:3混合而成。
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