CN111234493A - 应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料及其生产方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料及其生产方法与应用，属于工业固体废弃物资源化利用技术领域，功能性塑料的组份包括玻璃钢废弃物微粉、热塑性塑料、表面浸润剂、接枝剂和脱模剂；玻璃钢废弃物微粉由废弃玻璃钢粉碎、研磨制成，各组分经混合、熔融、捏合、造粒制成功能性塑料，该功能性塑料应用为3D打印材料，能够增加打印制品的刚度、硬度及耐热性。本发明通过将废弃玻璃钢粉碎研磨后与热塑性塑料、表面浸润剂、接枝剂及脱模剂合理配比，经优化工艺得到的功能性塑料是以热塑性塑料为载体，把玻璃钢废弃物微粉均匀载附于其中制得，具有优良的化学稳定性；实现了最大限度地利用废弃玻璃钢的目的，制作工艺简单，有利于环境保护。

Description

应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料及其生产方法与应用

技术领域

本发明属于工业固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料及其生产方法与应用。

背景技术

随着玻璃钢行业的多年发展和玻璃钢产品的开发应用，玻璃钢废弃物数量逐年递增，其中包括生产环节产生的边角废弃物和达到使用寿命周期后的玻璃钢制品，由于玻璃钢材料具有优异的耐腐蚀和耐化学侵蚀的性能，其在自然条件下不能降解，会对环境造成严重污染，因此，建立一整套关于玻璃钢废弃物收集、加工、回收料销售应用等资源化利用体系，已迫在眉睫。

目前，玻璃钢废弃物的处理方法分为掩埋、焚烧、化学回收、物理回收和微生物法。近年来研究已证实，掩埋会占用大量土地及污染地下水；焚烧虽然可以利用一部分热能，但是效率较低，同时产生有毒气体，造成二次污染；化学处理方法成本较高，难以大规模推广；物理回收法是将玻璃钢废弃物经过切割、撕碎、粉碎、研磨制成粉末，然后再对粉末进行资源化利用；微生物法降解玻璃钢虽然是一种环保性很好的方法，但是很难实现工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料及其生产方法与应用，以解决现有技术中存在的玻璃钢废弃物处理方法成本高、污染严重及综合利用能力不足的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，包括以下组份：玻璃钢废弃物微粉、热塑性塑料、表面浸润剂、接枝剂和脱模剂，各组分的重量份数配比如下：

玻璃钢废弃物微粉60～85份；热塑性塑料10～40份；表面浸润剂2～5份；接枝剂1～5份；脱模剂0.05～0.1份；

所述玻璃钢废弃物微粉由废弃玻璃钢粉碎、研磨制成，所述功能性塑料由以上各组分经混合、熔融、捏合、造粒制成。

优选的，所述玻璃钢废弃物微粉的成分包括不饱和聚酯树脂30～60份，玻璃纤维30～70份，无机填料5～15份。

优选的，所述热塑性塑料为PP、PE、PVC、PS或ABS。

优选的，所述表面浸润剂为硅烷偶联剂；所述接枝剂为马来酸酐；所述脱模剂为氟系脱模剂。

本发明还提供了一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料的生产方法，包括以下步骤：

1)将玻璃钢废弃物经切割、撕碎、破碎、研磨制成的玻璃钢废弃物微粉；

2)将玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料粒料分别加热至80±5℃，干燥2±

0.5小时；

3)将表面浸润剂与无水乙醇按重量比1:9置于烧杯中，静置10±2分钟使其充分醇解；

4)将醇解后的表面浸润剂溶液加入到玻璃钢废弃物微粉中，在80±5℃水浴条件下搅拌30±10分钟，随后置于105±10℃烘箱中干燥2±0.5小时，密封备用；

5)将处理后的玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料、接枝剂及脱模剂按配比依次加入到真空捏合机中，熔融共混；

6)随后将真空捏合机排出的混合物料投入塑料挤塑机，挤压、造粒。

优选的，所述真空捏合机内的熔融温度控制如下：

当热塑性塑料为ABS时，真空捏合机内腔温度为80±5℃；

当热塑性塑料为PE时，真空捏合机内腔温度为100±5℃；

当热塑性塑料为PS时，真空捏合机内腔温度为120±5℃；

当热塑性塑料为PVC时，真空捏合机内腔温度为160±5℃；

当热塑性塑料为PP时，真空捏合机内腔温度为180±5℃。

优选的，所述玻璃钢废弃物微粉的磨粉粒度为200～1200目。

本发明还提供了一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料的应用，将上述功能性塑料作为3D打印材料，该功能性塑料应用为3D打印材料能够进一步拓宽3D打印材料的取材范围，降低现有3D打印材料的消耗。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过将废弃玻璃钢粉碎研磨成微粉后与热塑性塑料、表面浸润剂、接枝剂及脱模剂进行合理配比，经混合、熔融、捏合、造粒得到功能性塑料，该功能性塑料以热塑性塑料为载体，把超常量的玻璃钢废弃物微粉均匀载附于其中，有利于保持玻璃钢废弃物微粉的化学稳定性；采用该功能性塑料作为3D打印材料加工的产品具有良好的刚度、硬度、耐热性及稳定性。本发明实现了最大限度地利用废弃玻璃钢的目的，提高了废弃玻璃钢的回收利用率，制作工艺简单，有利于环境保护，便于推广应用，具有很大的市场前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，包括以下组份：玻璃钢废弃物微粉、热塑性塑料、表面浸润剂、接枝剂和脱模剂，各组分的重量份数配比如下：

玻璃钢废弃物微粉60～85份；热塑性塑料10～40份；表面浸润剂2～5份；接枝剂1～5份；脱模剂0.05～0.1份。

其中，玻璃钢废弃物微粉由废弃玻璃钢粉碎、研磨制成；所述热塑性塑料可选用PP、PE、PVC、PS或ABS。

所述表面浸润剂选用硅烷偶联剂，可使玻璃钢废弃物微粉在体系中均匀分散，减少玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料的基体界面的空隙。

所述接枝剂选用马来酸酐(MAPP)，其作用是提高界面强度。

所述脱模剂选用氟系脱模剂，能够防止制作过程中粘壁。

所述玻璃钢废弃物微粉由废弃玻璃钢粉碎研磨而成，所述玻璃钢废弃物微粉的成分经检测包含以下成分：不饱和聚酯树脂30～60份，玻璃纤维30～70份，无机填料5～15份。

本发明还提供了一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料的生产方法，包括以下步骤：

1)将玻璃钢废弃物经切割、撕碎、破碎、研磨制成的玻璃钢废弃物微粉，备用。其中，玻璃钢废弃物微粉的磨粉粒度为200～1200目。根据实际选用合适的研磨设备。研磨得到此类磨粉粒度的细粉或超细粉能使再生产品更加均匀，有利于产品性能提升。

2)将玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料粒料分别加热至80±5℃，干燥2±0.5小时。

3)将表面浸润剂与无水乙醇按重量比1:9置于烧杯中，静置10±2分钟使其充分醇解。

4)将醇解后的表面浸润剂溶液加入到玻璃钢废弃物微粉中，在80±5℃水浴条件下搅拌30±10分钟，随后置于105±10℃烘箱中干燥2±0.5小时，密封备用。

步骤2)及步骤4)中通过干燥能够去除物料表面水分，以免影响复合材料成型过程的稳定性和材料的表面密实度。

5)将处理后的玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料、接枝剂及脱模剂按配比依次加入到真空捏合机中，熔融共混；真空捏合机内腔温度随可塑性塑料不同有所区别：

当热塑性塑料为ABS时，真空捏合机内腔温度为80±5℃；

当热塑性塑料为PE时，真空捏合机内腔温度为100±5℃；

当热塑性塑料为PS时，真空捏合机内腔温度为120±5℃；

当热塑性塑料为PVC时，真空捏合机内腔温度为160±5℃；

当热塑性塑料为PP时，真空捏合机内腔温度为180±5℃。

通过将表面浸润剂和接枝剂的共同作用的结果是玻璃纤维在基体中均匀分散，填料粒子与基体粘接紧密，两者之间不存在明显的界面，使材料断面结构密实。该制备工艺同时添加表面浸润剂和接枝剂，充分利用了二者的协同作用，比单独添加表面浸润剂或接枝剂的材料的均匀度、密实度更优。

6)随后将真空捏合机排出的混合物料投入塑料挤塑机，挤压、造粒。

表一中为各批次中各组分的重量份：

表二中为各批次中所用玻璃钢废弃物微粉中各组分的重量份检测值：

经过对玻璃钢废弃物微粉中各组分的检测，内含不饱和聚酯树脂、玻璃纤维和无机填料三种成分。其中，不饱和聚酯树脂能够在固化后提高材料的综合性能，具有良好的耐腐蚀性、电性能和阻燃性；玻璃纤维能够提高材料的绝缘性、耐热性、抗腐蚀性及机械强度；无机填料的作用是调节材料的摩擦磨损性能。

以下以PE热塑性塑料为例说明：

首先，将玻璃钢废弃物经切割、撕碎、破碎并研磨，经过粒度为600目的超细磨粉机得到玻璃钢废弃物微粉。

再将玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料粒料分别加热至80℃，干燥2小时，备用；将表面浸润剂与无水乙醇按重量比1:9置于烧杯中，静置10分钟使其充分醇解。

然后，将醇解后的表面浸润剂溶液加入到玻璃钢废弃物微粉中，在80℃水浴条件下搅拌30分钟，随后置于105℃烘箱中干燥2小时，密封备用。

随后，将处理后的玻璃钢废弃物微粉与PE塑料、马来酸酐(MAPP)及氟系脱模剂按配比依次加入到真空捏合机中，熔融共混，真空捏合机内腔温度为100℃。

最后，将真空捏合机排出的混合物料投入塑料挤塑机，挤压、造粒，得到功能性塑料。

由于玻璃钢产品属于热固性塑料，一次固化成型后其结构会从线性变为三维网状交联，再次加热不能重塑。而热塑性塑料成型后可以在一定温度下软化再溶解，直接进行二次成型。将废弃玻璃钢粉碎研磨为粉状后再加入到热塑性塑料中，相当于赋予了玻璃钢废弃物的多次循环使用的特性，从而大大延长了材料的使用寿命。

本发明还提供了一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料的应用，将应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料作为3D打印材料，该功能性塑料应用为3D打印材料能够进一步拓宽3D打印材料的取材范围，降低现有3D打印材料的消耗；利用该功能性塑料打印的产品具有良好的刚度、硬度、耐热性及稳定性，相对现有3D打印材料打印的制品性能更稳定。该方案赋予玻璃钢废弃物在增材制造技术领域的新用途；提高了玻璃钢废料资源化利用末端产品的科技含量及附加值，使其在资源化利用的领域有了新的突破。

与现有技术相比，本发明的优点在于玻璃钢废弃物微粉的加入量为超常量，加入量决定了废弃玻璃钢的利用率，而且推广了所用的载体---热塑性塑料的应用面。本发明采用经济、简便可行的再利用方案，将研磨后的废旧玻璃钢微粉借助热塑性塑料的热塑性能，加热溶解后二次成型，得到具有性能稳定的功能性复合塑料，赋予了玻璃钢废弃物的多次循环使用的特性；提高了废旧玻璃钢的回收再利用率，实现废旧玻璃钢的二次利用，具备成本低和有利于环保的优点；使废弃的玻璃钢掺加到热塑性材料内形成功能性塑料，作为一种新型的塑料材料能够再利用于包括3D打印行业在内的各行各业，实现最大限度地回收废弃的玻璃钢，减少了资源浪费，实现了工业固废物处理的无害化、减量化、资源化目的。

另外，由于玻璃钢中的树脂基体来自于石油资源，因此回收再利用玻璃钢废料也是一种节约石油资源的途径，对节约地球上的不可再生能源起到重要意义。将废弃玻璃钢粉加入到可塑性塑料中，相当于赋予了玻璃钢废弃物的多次循环使用的特性，从而大大延长了材料的使用寿命，实现了变废为宝。

综上所述，本发明提供了一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，属于废弃玻璃钢的再利用技术，并通过优化其配比及制备工艺，得到机械性能优良的新型功能性塑料，具有以下优点：

1)使玻璃钢废弃物微粉在所得功能性塑料制品中具有良好的分散性。

首先对玻璃钢废弃物微粉进行细化处理，专用的载体与制品的塑料品种相同，具有良好的匹配性，加热熔融后玻璃钢废弃物微粉能很好地分散于制品塑料中。

2)有利于保持玻璃钢废弃物微粉的化学稳定性。

直接使用玻璃钢废弃物微粉，由于在储存和使用过程中直接接触空气，玻璃钢废弃物微粉会发生吸水、氧化等现象，而制成功能性塑料后，由于载体将玻璃钢废弃物微粉和空气、水分隔离，可使玻璃钢废弃物微粉的品质长期不变。

3)利用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料应用于3D打印中，拓宽了3D打印材料的取材范围，降低现有3D打印材料的消耗，进一步降低了打印材料的资源消耗；同时提高了打印制品的刚度、硬度、耐热性及稳定性，延长了打印制品的使用寿命。

4)充分利用了玻璃钢的资源属性创造经济效益，并大大降低了环境污染风险，使废弃玻璃钢成为资源化利用材料和绿色材料，实现了资源节约和固体废弃物的再利用，具有广阔的应用前景和良好的社会、经济和环境效益。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，其特征在于，包括以下组份：玻璃钢废弃物微粉、热塑性塑料、表面浸润剂、接枝剂和脱模剂，各组分的重量份数配比如下：

玻璃钢废弃物微粉60～85份；热塑性塑料10～40份；表面浸润剂2～5份；接枝剂1～5份；脱模剂0.05～0.1份；

所述玻璃钢废弃物微粉由废弃玻璃钢粉碎、研磨制成；所述功能性塑料由以上各组分经混合、熔融、捏合、造粒制成。

2.根据权利要求1所述的应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，其特征在于：所述玻璃钢废弃物微粉的成分包括不饱和聚酯树脂30～60份，玻璃纤维30～70份，无机填料5～15份。

3.根据权利要求1所述的应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，其特征在于：所述热塑性塑料为PP、PE、PVC、PS或ABS。

4.根据权利要求1所述的应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料，其特征在于：所述表面浸润剂为硅烷偶联剂；所述接枝剂为马来酸酐；所述脱模剂为氟系脱模剂。

5.权利要求1-4中任一项所述应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

将玻璃钢废弃物经切割、撕碎、破碎、研磨制成的玻璃钢废弃物微粉；

将玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料粒料分别加热至80±5℃，干燥2±0.5小时；

将表面浸润剂与无水乙醇按重量比1:9置于烧杯中，静置10±2分钟使其充分醇解；

将醇解后的表面浸润剂溶液加入到玻璃钢废弃物微粉中，在80±5℃水浴条件下搅拌30±10分钟，随后置于105±10℃烘箱中干燥2±0.5小时，密封备用；

将处理后的玻璃钢废弃物微粉与热塑性塑料、接枝剂及脱模剂按配比依次加入到真空捏合机中，熔融共混；

随后将真空捏合机排出的混合物料投入塑料挤塑机，挤压、造粒。

6.根据权利要求5所述的功能性塑料的生产方法，其特征在于：所述真空捏合机内的熔融温度控制如下：

当热塑性塑料为ABS时，真空捏合机内腔温度为80±5℃；

当热塑性塑料为PE时，真空捏合机内腔温度为100±5℃；

当热塑性塑料为PS时，真空捏合机内腔温度为120±5℃；

当热塑性塑料为PVC时，真空捏合机内腔温度为160±5℃；

当热塑性塑料为PP时，真空捏合机内腔温度为180±5℃。

7.根据权利要求5所述的功能性塑料的生产方法，其特征在于：所述玻璃钢废弃物微粉的磨粉粒度为200～1200目。

8.权利要求1-4中任一项所述应用玻璃钢废弃物制备的功能性塑料的应用，其特征在于：将所述功能性塑料作为3D打印材料应用。