CN109370138B - 一种再生高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种再生高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种再生高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。采用的技术方案是：一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，按照质量百分比计，由以下成分组成：30～50%的高抗冲聚苯乙烯、40～60%的再生聚苯乙烯、5～12%的增韧剂、3～10%的阻燃剂和0～3%的扩链剂。本发明具有配方、工艺简单，成本低廉，性能优异的效果，再生高抗冲聚苯乙烯材料在加工过程中的流动性好，有利于降低加工过程中的碳排放量。

Description

一种再生高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种再生高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯材料是由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，是一种热塑性塑料，具有透明度高、绝缘性好、易着色、耐化学腐蚀性好等优点。高抗冲聚苯乙烯是由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料，由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系，高抗冲聚苯乙烯较聚苯乙烯材料具有更高的抗冲击能力，广泛应用于汽车、器械、电动产品、家具、家庭用具、电信、电子、计算机、一次性用品、医药、包装和娱乐市场。
随着塑料工业的迅速发展，聚苯乙烯材料在建材、家用电器等方面的应用愈发广泛，但聚苯乙烯材料的回收利用率极低，其本身不易老化和降解，废弃的聚苯乙烯材料处理不当极易造成严重的污染。因此，研究一种简单、低成本的聚苯乙烯材料的回收利用方法对资源的再生利用、环境保护和可持续发展都具有重要意义。废旧的聚苯乙烯在使用过程中发生了氧化降解的化学变化，聚苯乙烯的分子链发生断裂，其力学性能和冲击强度明显下降，将废旧的聚苯乙烯材料回收利用要改善和解决材料性能下降的问题。
现有技术中，公告号为CN 101307150B的中国专利公开了一种废旧聚苯乙烯回收利用的新方法，通过将废旧的聚苯乙烯低温热压、良溶剂溶解、过滤和脱色，将废旧聚苯乙烯回收再生成聚苯乙烯粒料，回收再生过程中先后加入良溶剂和沉淀剂进行过滤除杂，实现聚苯乙烯的分离和回收。该方法提高了聚苯乙烯的回收效率，但聚苯乙烯废料因在使用过程中发生的化学变化而降低的性能并未得到改善，再生的聚苯乙烯品质有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，具有工艺简单、成本低廉、再生产品的性能良好的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，按照质量百分比计，由以下成分组成：30～50％的高抗冲聚苯乙烯、40～60％的再生聚苯乙烯、5～12％的增韧剂、3～10％的阻燃剂和0～3％的扩链剂，所述再生聚苯乙烯为废旧的聚苯乙烯材料经过破碎、清洗、烘干后得到。
实施上述技术方案，通过将高抗冲聚苯乙烯、再生聚苯乙烯、增韧剂、阻燃剂和扩链剂混合，改善再生聚苯乙烯的力学性能和抗冲击能力，得到成本低廉、品质优异的再生高抗冲聚苯乙烯材料。再生聚苯乙烯是将废旧的聚苯乙烯材料回收后，经过简单的处理得到的再生料，聚苯乙烯材料在长期使用过程中自然老化，会发生分子链的断裂，对材料的力学性能产生不良影响，通过将再生聚苯乙烯与高抗冲聚苯乙烯、增韧剂、阻燃剂和扩链剂复配，修复和改善再生聚苯乙烯中分子链断裂的情况，提高再生产品的性能品质。
增韧剂，是指能增加材料韧性的物质，增强材料的抗冲击性能，通过在材料配方中添加增韧剂，改善再生聚苯乙烯力学方面的性能。常用的增韧剂包括橡胶类增韧剂和热塑性弹性体，本发明采用的增韧剂包括苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体，简称SBS，是由丁二烯与苯乙烯通过阴离子聚合而得的嵌段共聚物，在常温下有两相结构，包括聚丁二烯的橡胶连续相和聚苯乙烯的树脂微区，SBS两端的S链段能够与聚苯乙烯基体形成一相，S链段与B链段之间通过化学键相连结，使B链段与基体之间形成良好的界面黏结性，有利于达到良好的增韧效果。甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，简称MBS，具有典型的核-壳结构，抗冲击性强，能够改善材料的耐寒性和加工流动性。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，简称EVA，具有良好的弹性，对材料的熔体质量流动速率有较大的提高。乙烯-辛烯共聚物，简称POE，是以茂金属为催化剂制备的具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性弹性体，具有良好的回弹性和柔韧性，能够改善材料的抗冲击性能。
阻燃剂，赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要针对易燃的高分子材料。阻燃剂包括溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和无机阻燃剂，本发明采用的阻燃剂包括十溴二苯乙烷、四溴双酚A和三氧化二锑中的至少一种。十溴二苯乙烷属于溴系阻燃剂，溴含量高，热稳定性好，但在燃烧过程中不产生溴代二烷等有毒物质，环保安全。四溴双酚A是聚苯乙烯的添加型阻燃剂，安全性高，对环境及人类安全无害。三氧化二锑属于无机阻燃剂，能够与分别十溴二苯乙烷和四溴双酚A协同配合，提高材料的阻燃性能。优选的，所述阻燃剂包括四溴双酚A和三氧化锑，所述四溴双酚A和三氧化二锑的质量比为(2～4):1。在高温下，四溴双酚A分解释放出溴化氢气体覆盖在材料表面，溴化氢气体是密度较大的难燃性气体，在材料表面有阻隔可燃性气体的作用，同时，三氧化二锑能够与溴化氢反应，生成三溴化锑或溴氧化锑，溴氧化锑也会继续分解为三溴化锑，三溴化锑对火焰的抑制作用优于溴化氢，有利于提高两者的协同阻燃效果。
扩链剂，又称链增长剂，是能与线性聚合物链上的官能团反应使分子链扩展、分子链增大的物质，用于修复再生聚苯乙烯中发生断裂的分子链，有利于提高和改善再生聚苯乙烯的力学性能和工艺性能。本发明采用的扩链剂包括1,3-双-(2-恶唑啉基)苯、2,2-双-(2-恶唑啉)和双马来酰亚胺中的至少一种。1,3-双-(2-恶唑啉基)苯和2,2-双-(2-恶唑啉)均是含有两个恶唑啉基团的线性扩链剂，恶唑啉基团与聚苯乙烯中的羧基反应，分子链发生扩链，相对分子质量也相应提高，分子间的作用力增强、弹性收缩增大，在受到高速载荷的冲击瞬间，能够快速传递应力引发的能量，有利于提高材料的抗冲击强度。双马来酰亚胺是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团化合物，具有优异的耐热性、透波性、耐辐射、阻燃性，双马来酰亚胺能够和再生聚苯乙烯中断链的羟基反应，也能和增韧剂中的不饱和双键反应，在配方中添加双马来酰亚胺有利于促进增韧剂与基材的改性反应。优选的，所述扩链剂为双马来酰亚胺，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体，所述扩链剂和增韧剂的质量比为(0.02～0.13):1。双马来酰亚胺对基材扩链后，其分子呈现网状结构，分子之间的作用力增大，苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体加入后形成的橡胶相有阻碍银纹扩展、形成剪切带的作用，增大了冲击强度，有利于改善材料的性能。
进一步，按照质量百分比计，由以下成分组成：35～46％的高抗冲聚苯乙烯、43～55％的再生聚苯乙烯、6～10％的增韧剂、2～6％的四溴双酚A、1～4％的三氧化二锑和0.5～1％的双马来酰亚胺。
本发明的另一个目的在于提供一种再生高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照质量比称取各组分，混合搅拌均匀。
步骤二：将步骤一混合后的物料进行挤出、切粒和筛选，所述挤出的温度为170～190℃，即得。
实施上述技术方案，按照材料的成分配方称取各原料，将原料混合均匀后共同挤出，增塑剂和扩链剂协同配合修复和改善再生材料的性能，得到性能品质良好的再生高抗冲聚苯乙烯材料。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
以高抗冲聚苯乙烯和再生聚苯乙烯为基础材料，加入增韧剂、阻燃剂和扩链剂，得到性能品质良好的再生高抗冲聚苯乙烯材料。增韧剂和扩链剂协同配合，修复和扩增再生聚苯乙烯在长期使用过程中因老化降解而断裂的分子链，也有利于促进再生聚苯乙烯与增韧剂之间的增韧改性。同时，添加环保安全的阻燃剂，有利于提高再生高抗冲聚苯乙烯材料的阻燃性能，阻燃剂与增韧剂、扩链剂配合，有利于提高再生高抗冲聚苯乙烯材料的流动性，降低工艺中的挤出温度和挤出时间，进而缩短材料成型时间，降低加工过程中的碳排放量，得到成本低廉、性能优异的高抗冲材料。本发明的原料配方中采用的较大含量的再生聚苯乙烯，有利于实现对废料的资源化利用，也有利于环境保护，符合当下可持续发展的要求。
具体实施方式
下面对本发明实施例的技术方案进行描述。
实施例一
本实施例提供一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，由以下成分组成：45kg的高抗冲聚苯乙烯、90kg的再生聚苯乙烯、9kg的苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、3kg的四溴双酚A和3kg的三氧化二锑。本实施例采用的再生聚苯乙烯为废旧的聚苯乙烯材料经过破碎、清洗、烘干后得到。
本实施例提供的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照上述质量称取各组分，加入混合机中混合搅拌5min，得到搅拌均匀的混合物料。
步骤二：将步骤一得到的混合物料加入双螺杆挤出机中，双螺杆的长径比为40:1，双螺杆挤出机中的各温区温度依次为155℃、160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃和170℃，模头温度为170℃，挤出后经切粒和筛选，即得。
实施例二
本实施例与实施例一的区别主要在于：再生高抗冲聚苯乙烯材料由以下成分组成：42kg的高抗冲聚苯乙烯、66kg的再生聚苯乙烯、7.2kg的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、2.4kg的十溴二苯乙烷、1.2kg的三氧化二锑和1.2kg的双马来酰亚胺。本实施例采用的再生聚苯乙烯为废旧的聚苯乙烯材料经过破碎、清洗、烘干后得到。
本实施例提供的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照上述质量称取各组分，加入混合机中混合搅拌10min，得到搅拌均匀的混合物料。
步骤二：将步骤一得到的混合物料加入双螺杆挤出机中，双螺杆的长径比为40:1，双螺杆挤出机中的各温区温度依次为165℃、170℃、175℃、175℃、180℃、185℃、185℃和190℃，模头温度为190℃，挤出后经切粒和筛选，即得。
实施例三
本实施例与实施例一的区别主要在于：再生高抗冲聚苯乙烯材料由以下成分组成：60.2kg的高抗冲聚苯乙烯、60.2kg的再生聚苯乙烯、9.8kg的苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、4.2kg的四溴双酚A、1.4kg的三氧化二锑、2.1kg的1,3-双-(2-恶唑啉基)苯和2.1kg的2,2-双-(2-恶唑啉)。本实施例采用的再生聚苯乙烯为废旧的聚苯乙烯材料经过破碎、清洗、烘干后得到。
本实施例提供的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照上述质量称取各组分，加入混合机中混合搅拌8min，得到搅拌均匀的混合物料。
步骤二：将步骤一得到的混合物料加入双螺杆挤出机中，双螺杆的长径比为40:1，双螺杆挤出机中的各温区温度依次为155℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、175℃和175℃，模头温度为180℃，挤出后经切粒和筛选，即得。
实施例四至六
实施例四至六的再生高抗冲聚苯乙烯材料的组成成分用量如表1所示，其制备方法与实施例三相同。
表1实施例四至六的再生高抗冲聚苯乙烯材料的组成成分用量
Figure BDA0001808879110000061
对比例一
本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的再生高抗冲聚苯乙烯材料成分组成中不含有增韧剂。本对比例的其他成分组成和制备方法均与对比例一相同。
对比例二
本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的再生高抗冲聚苯乙烯材料成分组成中不含有阻燃剂。本对比例的其他成分组成和制备方法均与对比例一相同。
产品检测
按照GB/T 1040.1-2006的标准对各实施例和对比例制得的再生高抗冲聚苯乙烯材料的拉伸强度、断裂伸长率进行测试；按照GB/T 9341-2008的标准对各实施例和对比例制得的再生高抗冲聚苯乙烯材料的弯曲强度进行测试；按照GB/T1843-2008的标准对各实施例和对比例制得的再生高抗冲聚苯乙烯材料的悬臂梁缺口冲击强度进行测试；按照GB/T2406.2-2009的标准对各实施例和对比例制得的再生高抗冲聚苯乙烯材料的氧指数进行测试。测试结果如表2所示。
表2各实施例和对比例的产品测试结果
Figure BDA0001808879110000062
由表2可见，本发明各实施例制备得到的再生高抗冲聚苯乙烯材料具有优异的力学性能和阻燃性能，在拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、缺口冲击强度等方面均明显优于未添加增韧剂的对比例一，证明增韧剂对于提高再生高抗冲聚苯乙烯材料的力学性能有重要作用，各实施例产品的氧指数也明显高于未添加阻燃剂的对比例二。在多个实施例中，实施例四制得的产品材料的力学性能和阻燃性能均优于其他实施例，证明双马来酰亚胺和苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体的质量比在(0.02～0.13):1范围内的协同作用最好。实施例三和六的产品在阻燃性能方面优于实施例一、二和五，证明溴双酚A和三氧化二锑的质量比在(2～4):1范围内的协同阻燃作用更好。实施例一的产品力学性能略逊与其他实施例，证明未添加扩链剂的再生高抗冲聚苯乙烯材料力学性能相对较差，扩链剂对再生高抗冲聚苯乙烯材料力学性能的修复和改善有重要作用。本发明提供的再生高抗冲聚苯乙烯材料的配方、工艺简单，采用再生的聚苯乙烯材料，有利于降低产品成本和环境保护，制备得到再生高抗冲聚苯乙烯材料具有优异的力学性能和阻燃性能。

Claims (7)

1.一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，按照质量百分比计，由以下成分组成：30～50%的高抗冲聚苯乙烯、40～60%的再生聚苯乙烯、5～12%的增韧剂、3～10%的阻燃剂和0～3%的扩链剂，所述扩链剂为双马来酰亚胺，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体，所述扩链剂和增韧剂的质量比为(0.02～0.13):1。
2.根据权利要求1所述的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述阻燃剂包括十溴二苯乙烷、四溴双酚A和三氧化二锑中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述阻燃剂包括四溴双酚A和三氧化锑，所述四溴双酚A和三氧化二锑的质量比为(2～4):1。
4.根据权利要求1所述的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述再生聚苯乙烯为废旧的聚苯乙烯材料经过破碎、清洗、烘干后得到。
5.根据权利要求3所述的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，按照质量百分比计，由以下成分组成：35～46%的高抗冲聚苯乙烯、43～55%的再生聚苯乙烯、6～10%的增韧剂、2～6%的四溴双酚A、1～4%的三氧化二锑和0.5～1%的双马来酰亚胺。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照质量比称取各组分，混合搅拌均匀；
步骤二：将步骤一混合后的物料进行挤出、切粒和筛选，即得。
7.根据权利要求6所述的一种再生高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中对混合后物料挤出的温度为170～190℃。
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