CN109971115B - 一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺 - Google Patents

一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收再利用方法，它通过将聚酰亚胺废弃物粉碎料与聚合物基料和增容剂进行干燥、机械共混、压制，得聚酰亚胺改性复合材料，实现聚酰亚胺薄膜废弃物的回收利用。本发明首次提出将聚酰亚胺废弃物粉碎料与聚合物基料进行复合，并采用简单的共混法制备聚酰亚胺改性复合材料，所得复合材料界面结合力好，可表现出优异的力学性能和耐热性能，在高性能高分子耐热复合材料和摩擦材料领域具有潜在的应用前景；且涉及的成型工艺简单、成本低、环境友好，可为聚酰亚胺薄膜废弃物的回收利用提供一条全新思路。

Description

一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺
技术领域
本发明属于固体废弃物回收技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺。
背景技术
聚酰亚胺(PI)是综合性能最佳的高分子材料之一，其薄膜制品具有高强度、耐磨耗、耐高温等性能，能满足各种产品的设计要求，近年来广泛应用于航空、航天、LED、电子通讯及光电显示等领域。随着这些产业的蓬勃发展，使得聚酰亚胺薄膜的需求日益增多，但也造成大量的聚酰亚胺薄膜废弃边角料等资源上的浪费；而焚烧和掩埋聚酰亚胺薄膜废弃物的处理方法对环境不友好，不符合可持续发展。因此聚酰亚胺薄膜废弃物回收再利用值得关注。
目前聚酰亚胺薄膜废弃物回收方法主要是用碱液和酸液处理薄膜，回收高纯度单体，再重新用于聚酰亚胺合成的单体原料循环利用的回收方法。这类回收工艺存在加工周期长，过程多阶段，耗能大，工艺复杂，而且需要大量的碱液和酸液，成本高且污染环境等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种简单、高效的聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它通过将聚酰亚胺薄膜废弃物粉碎料与聚合物基料和增容剂进行干燥、机械共混、压制，得聚酰亚胺改性复合材料，以实现聚酰亚胺薄膜废弃物的回收利用。
上述方案中，所述聚合物基料为酚醛树脂、聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯
上述方案中，所述增容剂可选用端氨基聚硅氧烷、马来酸酐接枝聚丙烯、2,2-二烯丙基双酚A等中的一种。
上述方案中，所述聚酰亚胺改性复合材料各原料及其所占重量份数包括：聚酰亚胺废弃物粉碎料10～50份，聚合物基料50～90份，增容剂0～10份。
上述方案中，所述机械共混步骤为置于行星球磨机，以400～450r/min的转速球磨10～60min。
上述方案中，所述压制步骤采用热压工艺或挤出造粒后的冷压工艺。
上述方案中，所述热压工艺采用的温度为120～330℃，压力为10～20MPa，保压时间为2-6h。
优选的，所述热压温度为180～275℃。
上述方案中，所述冷压工艺采用的压力为20～30MPa，保压时间为1～2h。
上述方案中，所述聚酰亚胺废弃物粉碎料的粒度要求为300目。
上述方案中，所述聚酰亚胺废弃物粉碎料通过将聚酰亚胺薄膜废弃物进行除杂、液氮条件下高速破碎、粉碎得到。
上述方案中，所述破碎、粉碎步骤在低温粉碎机实现，破碎步骤采用的转速为3000～3500r/min，温度为-50～-100℃；粉碎步骤采用的转速为4000～4500r/min，温度为-50～-100℃；超微粉碎步骤采用的转速为4500～5000r/min，温度为-150～-170℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)对聚酰亚胺薄膜废料进行再利用，变废为宝，减少成本，环保节能；不同于目前的单体原料循环回收利用法，涉及的加工周期短，耗能小，工艺简单，不需要很高的温度和压力，不需要大量的酸碱液，成本低且环境友好，可为聚酰亚胺薄膜废弃物的回收利用提供一条全新思路。
2)不同于普通的物理回收法，本发明利用多种粉碎机和高能行星球磨机配合作用，使得极难粉碎的聚酰亚胺薄膜废弃物充分地粉碎，得到的粉碎粒度更小，粉碎时间更短，并有利于后续高性能聚酰亚胺改性复合材料的制备。
3)不同于传统的填充法，充分利用简单的机械共混填充法，制备聚酰亚胺改性复合材料，可有效克服聚酰亚胺基材料需在高温高压(熔融温度为330℃左右，压力25MPa左右)下固化成型等问题，涉及的反应条件温和、能耗低；且所得复合材料可有效克服现有单一材料性能上的限制，在降低成本的同时更好地发挥材料的综合优势；所得复合材料中各组分结合紧密，可表现出优异的力学性能和耐热性能，在高性能高分子耐热复合材料和摩擦材料等领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为聚酰亚胺废膜粉碎料粒度分布。
图2为实施例1和对比例1所得复合材料的热重曲线图。
图3为实施例1的断面微观形貌图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述聚酰亚胺薄膜废弃物粉料的处理步骤包括如下步骤：将聚酰亚胺薄膜废弃物除杂，在转速为3500r/min，温度为-50℃的低温破碎机中破碎；在转速为4500r/min，温度为-50℃的低温粉碎机中粉碎；最后在转速为5000r/min，温度为-150℃的低温超微粉碎机中粉碎，得到300目的聚酰亚胺薄膜废弃物的粉料。
实施例1
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它包括如下步骤：
1)分别称取10份聚酰亚胺薄膜废弃物粉料和90份酚醛树脂，将二者在80℃下干燥4h；
2)然后在高能行星球磨机中高速球磨30min，转速400r/min，混合均匀并改善两相界面作用；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至120℃预热0.5h，然后继续升温至150℃保温0.5h，并开始施加压力，控制压力为10MPa；继续升温至180℃保温2h，再在200℃维持温度和压力1h；待冷却降温至140℃下才能卸压、开模取出试件，即得聚酰亚胺/酚醛树脂复合材料。
实施例2
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它包括如下步骤：
1)分别称取15份聚酰亚胺薄膜废弃物粉料和85份酚醛树脂，将二者在80℃下干燥4h；
2)然后在高能行星球磨机中高速球磨30min，转速400r/min；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至120℃预热0.5h，然后升温至150℃保温0.5h，并开始施加压力，控制压力为10MPa；继续升温至180℃保温2h，再在200℃维持温度和压力1h；待冷却降温至140℃下才能卸压、开模取出试件；即得聚酰亚胺/酚醛树脂复合材料。
实施例3
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它包括如下步骤：
1)分别称取10份聚酰亚胺薄膜废弃物粉料、85份酚醛树脂和5份端氨基聚硅氧烷，将二者在80℃下干燥4h；
2)然后在高能行星球磨机中高速球磨30min，转速400r/min；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至120℃预热0.5h，然后继续升温至150℃保温0.5h，并开始施加压力，控制压力为10MPa；继续升温至180℃保温2h，再在200℃维持温度和压力1h；待冷却降温至140℃下才能卸压、开模取出试件；即得聚酰亚胺/酚醛树脂复合材料。
实施例4
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它包括如下步骤：
1)分别称取10份聚酰亚胺薄膜废弃物粉料、85份聚全氟乙丙烯和5份马来酸酐接枝聚丙烯，将二者在80℃下干燥4h；
2)然后在高能行星球磨机中高速球磨60min，转速400r/min；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至180℃预热1h，然后继续升温至275℃并开始施加压力，控制压力为10MPa，保压0.5h；待冷却降温至85℃下才能卸压、开模取出试件，即得聚酰亚胺/聚全氟乙丙烯复合材料。
实施例5
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它包括如下步骤：
1)分别称取20份聚酰亚胺薄膜废弃物粉料、75份聚全氟乙丙烯和5份马来酸酐接枝聚丙烯，将二者在80℃下干燥4h；
2)然后在高能行星球磨机中高速球磨60min，转速400r/min；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至180℃预热1h，然后继续升温至275℃并开始施加压力，控制压力为10MPa，保压0.5h；待冷却降温至85℃下才能卸压、开模取出试件，即得聚酰亚胺/聚全氟乙丙烯复合材料。
实施例6
一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它包括如下步骤：
1)分别称取20份聚酰亚胺薄膜废弃物粉料、75份聚全氟乙丙烯和5份马来酸酐接枝聚丙烯，将二者在80℃下干燥4h；
2)然后在高能行星球磨机中球磨60min，转速400r/min；再经双螺杆挤出机造粒、挤出，温度为275℃，控制压力10MPa；然后，置于平板压机中进行冷压1h，控制压力25MPa，即制得聚酰亚胺/聚全氟乙丙烯复合材料。
对比例1
一种纯酚醛树脂板，其制备方法包括如下步骤：
称取100重量份的酚醛树脂在40℃下干燥2h；然后在高能行星球磨机中高速球磨30min，转速400r/min；然后将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至120℃预热0.5h，然后升温至150℃保温0.5h，并开始施加压力，控制压力为10MPa；继续升温至180℃保温2h，再在200℃维持温度和压力1h；待冷却降温至140℃下才能卸压、开模取出试件，即制得纯酚醛树脂板。
对比例2
一种聚全氟乙丙烯板，其制备方法包括如下步骤：
称取100重量份的聚全氟乙丙烯在40℃下干燥2h；然后在高能行星球磨机中高速球磨60min，转速400r/min；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至180℃预热1h，然后继续升温至275℃并开始施加压力，控制压力为10MPa，保压0.5h；待冷却降温至85℃下才能卸压、开模取出试件；即得纯聚全氟乙丙烯板。
对比例3
一种聚酰亚胺板，其制备方法包括如下步骤：
称取100重量份的聚酰亚胺薄膜废弃物粉料在80℃下干燥4h；然后在高能行星球磨机中高速球磨60min，转速400r/min；将球磨所得物料放入成型模具型腔，然后放入平板压机，加热至180℃预热1h，然后继续升温至330℃并开始施加压力，控制压力为15MPa，保压0.5h；待冷却降温至85℃下才能卸压、开模取出试件；即得纯聚酰亚胺板。
图1为通过激光粒度仪得到的聚酰亚胺废膜粉碎料粒度分布，结果表明经过物理粉碎回收法得到的聚酰亚胺薄膜粉碎料的表面积平均粒径为13.914um，体积平均粒径为45.340um；而普通的单组粉碎机或是气流磨粉碎机聚酰亚胺薄膜废弃物粉碎料的平均粒径是在100um左右，或是需要更长的加工时间才能达到本发明的粒度水平；说明本发明采用的回收回收法更简便，更有效，加工周期短。
将实施例1、2和对比例1所得产物分别进行力学性能、耐温性能和导热性能测试，结果分别见表1。
表1为实施例1-2和对比例1所得产物的性能测试结果
性能指标 实施例1 实施例2 对比例1
弯曲强度(MPa) 70.19 66.76 65.09
400℃残碳率(％) 84.21 85.19 82.05
600℃残碳率(％) 66.15 64.04 62.89
导热系数(W/mK) 0.3356 0.3016 0.3388
将实施例和对比例力学性能和导热系数进行对比，添加10份的聚酰亚胺薄膜废弃物粉料的复合材料弯曲强度有所增长；添加15份的聚酰亚胺薄膜废弃物粉料，复合材料在400℃和600℃的残碳率有所增加，而且导热系数有大幅度下降。说明聚酰亚胺改性复合材料可以在保持力学强度的条件下，降低其导热性，提高其耐高温性。
图2为实施例1和对比例1所得复合材料的热重曲线图，结果表明实施例1所得复合材料热起始分解温度比对比例1所得酚醛树脂板高125℃，1000℃残重比未添加的高1.93％；进一步说明本发明所得聚酰亚胺改性复合材料可以在保持力学强度的条件下，进一步提高其耐高温性。
图3为实施例1的断面微观形貌图，结果表明实施例1所得复合材料中，聚酰亚胺废弃物粉碎料可以很好的镶嵌在酚醛树脂中，两相结合较为紧密。
采用本发明所述回收工艺所得聚酰亚胺改性复合材料制品的厚度均匀，表面光滑，无气泡、夹层等内部或外部缺陷；其密实>1.267g/cm3(GB/T 1033-1986)。
将实施例4、5和对比例2所得产物分别进行力学性能、摩擦性能测试，结果分别见表2。
表2为实施例4、5和对比例2所得产物的性能测试结果
Figure BDA0002008721080000051
Figure BDA0002008721080000061
将实施例4、5和对比例2、3所得产物的力学性能和摩擦性能进行对比，结果表明添加聚酰亚胺薄膜废弃物粉料所得复合材料10％压缩强度会大幅增长，且没有屈服强度，但是聚酰亚胺板不同于聚全氟乙丙烯是有屈服强度的；添加聚酰亚胺薄膜废弃物粉料所得复合材料的摩擦系数有所增加，但不会超过纯聚酰亚胺的摩擦系数0.35；而且复合材料的摩损率会随着聚酰亚胺薄膜废弃物粉料的增加而会大幅下降，且都小于纯聚全氟乙丙烯和纯聚酰亚胺；说明本发明所得聚酰亚胺改性复合材料可在保持较高力学强度和一定的摩擦系数基础上，有效降低磨损率，提高其耐磨性能。
上述试验表明，本发明制备的基于聚酰亚胺薄膜废弃物制备的聚酰亚胺改性复合材料综合性能优异，克服了现有塑料单一品种性能上的不足，发挥工程塑料的性能优势；并可突破传统聚酰亚胺薄膜回收方法的瓶颈，为聚酰亚胺废弃物的回收提供一条全新思路。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (5)

1.一种聚酰亚胺薄膜废弃物的回收工艺，它通过将聚酰亚胺废弃物粉碎料与聚合物基料和增容剂进行干燥、机械共混、压制，得聚酰亚胺改性复合材料，实现聚酰亚胺薄膜废弃物的回收利用；
所述聚酰亚胺改性复合材料各原料及其所占重量份数包括：聚酰亚胺废弃物粉碎料10~50份，聚合物基料50~90份，增容剂0~10份；
所述聚酰亚胺废弃物粉碎料的处理步骤包括如下步骤：将聚酰亚胺薄膜废弃物除杂，在转速为3000~3500r/min，温度为-50~-100℃的低温破碎机中破碎；在转速为4000~4500r/min，温度为-50~-100℃的低温粉碎机中粉碎；最后在转速为4500~5000r/min，温度为-150~-170℃的低温超微粉碎机中粉碎，得所述聚酰亚胺废弃物粉碎料。
2.根据权利要求1所述的回收工艺，其特征在于，所述聚合物基料为酚醛树脂、聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯。
3.根据权利要求1所述的回收工艺，其特征在于，所述增容剂为端氨基聚硅氧烷、马来酸酐接枝聚丙烯或2,2-二烯丙基双酚A。
4.根据权利要求1所述的回收工艺，其特征在于，所述机械共混步骤为置于行星球磨机，以400~450r/min的转速球磨10~60min。
5.根据权利要求1所述的回收工艺，其特征在于，所述压制步骤采用热压工艺或挤出造粒后的冷压工艺。
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