CN112341735A - 一种改性pvc塑料材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性PVC塑料材料，原料包括废旧PVC塑料粉末和PVC树脂。其制备方法如下：将废旧PVC塑料和环己酮混合，加热溶解，趁热将滤液倾入低温乙醇中，PVC以颗粒状析出；待析出完全后抽滤，自然干燥，得到废旧PVC塑料粉末。所得到的改性PVC塑料材料不仅具有更好的拉伸强度，同时具有更好的断裂伸长率。

Description

一种改性PVC塑料材料及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料材料技术领域，具体涉及一种改性PVC塑料材料及其制备方法。
背景技术
随着塑料工业的不断发展，塑料材料的使用越来越广泛，逐渐渗透到各行各业中。尤其在汽车、家电和日用塑料制品等行业，对塑料材料的需求最为旺盛。根据相关报道，我国塑料材料的市场份额占到全球总量的三分之一以上，成为了世界第一塑料消费大国。
但随着人们经济水平的提高，塑料制品的使用年限逐渐缩短，大量塑料制品未达使用寿命即被废弃，导致废旧塑料的产生。研究表明，塑料制品的废旧率占全部塑料制品的一半左右，但其回收率不足四分之一。这与欧洲约50％的废旧塑料平均再生率形成鲜明对比。因此，如何资源化利用、清洁化利用以及合理化应用大量废旧塑料，成为了我国塑料行业面临的重大问题。
在我国，废旧塑料的处理方法包括填埋处理、焚烧处理和裂解催化等，但这些方法或者存在环境污染，产生有毒物质；或者回收工艺复杂，成本高昂。除此之外，通过将废旧塑料分类回收，并通过适当的方式对其进行物理改性或者化学改性以提高废旧塑料的性能，正越来越成为废旧塑料的主流技术。
中国专利CN104629220B和中国专利申请CN108659377A均公开了一种以废旧汽车塑料为原料制备废塑料粉，并再利用于聚氯乙烯复合材料的方法。在二者方法中，将聚氯乙烯树脂、废旧汽车塑料粉、增塑剂、润滑剂和交联剂，按一定配比混合，加工后制成聚氯乙烯复合材料。其有益效果在于利用废旧汽车塑料粉与聚氯乙烯基体浸润性好的特点，制备的聚氯乙烯复合材料机械性能好。
然而，在上述专利或专利申请的方法中，并未对塑料进行有效分类，塑料成分混杂在一起；同时废旧塑料本身含有一定比例的增塑剂。上述情形导致废旧塑料粉和PVC树脂以及其它组分之间的相容性不佳，从而一定程度上影响了改性PVC塑料的力学性能，尤其是拉伸强度和断裂伸长率。这导致改性PVC塑料仅仅能在少数领域作为辅料降级使用，造成了资源浪费，并且大大限制了其应用范围。
因此，仍然需要针对现有技术的上述缺陷，提供一种改善拉伸强度和断裂伸长率的改性PVC塑料材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性PVC塑料材料及其制备方法。相对于现有技术，所得改性PVC塑料材料不仅具有更好的拉伸强度，同时具有更好的断裂伸长率。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明采用以下技术方案：一种改性PVC塑料材料，其特征在于，原料包括废旧PVC塑料粉末和PVC树脂。
根据本发明所述的塑料材料，其中，所述废旧PVC塑料粉末的制备方法如下：将废旧PVC塑料和环己酮混合，二者的重量体积比为1：(4-8)g/mL；加热至80-100℃，保温条件下溶解2-6h；过滤除去不溶物，趁热将滤液倾入低温乙醇中，乙醇与滤液的体积比为(3-5)：1，PVC以颗粒状析出；待析出完全后抽滤，自然干燥，得到废旧PVC塑料粉末。
优选地，所述废旧PVC塑料粉末的制备方法如下：将废旧PVC塑料和环己酮混合，二者的重量体积比为1：(5-7)g/mL；加热至85-95℃，保温条件下溶解3-5h；过滤除去不溶物，趁热将滤液倾入低温乙醇中，乙醇与滤液的体积比为(3.5-4.5)：1，PVC以颗粒状析出；待析出完全后抽滤，自然干燥，得到废旧PVC塑料粉末。
在一个具体的实施方式中，所述废旧PVC塑料粉末的制备方法如下：将废旧PVC塑料和环己酮混合，二者的重量体积比为1：6g/mL；加热至90℃，保温条件下溶解4h；过滤除去不溶物，趁热将滤液倾入低温乙醇中，乙醇与滤液的体积比为4：1，PVC以颗粒状析出；待析出完全后抽滤，自然干燥，得到废旧PVC塑料粉末。
在本发明中，低温表示0-10℃。
根据本发明所述的塑料材料，其中，所述PVC树脂的平均聚合度为981-1135。
在一个具体的实施方式中，所述PVC树脂的型号为SG-5。
根据本发明所述的塑料材料，其中，原料进一步包括氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂。
根据本发明所述的塑料材料，其中，所述氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂的数均分子量Mn＝60000-70000，多分散指数PDI＝2.2-2.6，玻璃化转变温度为Tg＝70-85℃，热分解温度Td＝265-285℃。
优选地，所述氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂的数均分子量Mn＝62000-68000，多分散指数PDI＝2.3-2.5，玻璃化转变温度为Tg＝75-80℃，热分解温度Td＝270-280℃。
在一个具体的实施方式中，所述氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂的数均分子量Mn＝65000，多分散指数PDI＝2.4，玻璃化转变温度为Tg＝78℃，热分解温度Td＝276℃。
根据本发明所述的塑料材料，其中，废旧PVC塑料粉末、PVC树脂和氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂重量比为(75-95)：(5-25)：(10-30)。
优选地，废旧PVC塑料粉末、PVC树脂和氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂重量比为(80-90)：(10-20)：(15-25)。
在一个具体的实施方式中，废旧PVC塑料粉末、PVC树脂和氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂重量比为85：15：20。
根据本发明所述的塑料材料，其中，原料进一步包括交联剂，所述交联剂选自双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯。
所述交联剂由双环戊二烯二甲酸钾与环氧氯丙烷反应制备。
在一个具体的实施方式中，所述交联剂按照陈晓农等人(《合成橡胶工业》，21(6)，P337)所记载的“优化的配方和反应条件”进行制备。
根据本发明所述的塑料材料，其中，原料进一步包括二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯和硬脂酸。
根据本发明所述的塑料材料，其中，原料配方具体为：
废旧PVC塑料粉末75-95份；
PVC树脂5-25份；
氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂10-30份；
双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯2-4份；
二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯20-40份；
硬脂酸1-3份。
优选地，原料配方具体为：
废旧PVC塑料粉末80-90份；
PVC树脂10-20份；
氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂15-25份；
双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯2.5-3.5份；
二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯25-35份；
硬脂酸1.5-2.5份。
在一个具体的实施方式中，原料配方具体为：
废旧PVC塑料粉末85份；
PVC树脂15份；
氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂20份；
双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯2份；
二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯30份；
硬脂酸2份。
另一方面，本发明还提供了上述改性PVC塑料材料的制备方法，包括：
将废旧PVC塑料使用溶剂溶解-再沉淀法得到废旧PVC塑料粉末；
按照配方称好重量，将PVC树脂、二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯和硬脂酸混合5-30min，得到PVC树脂混合物；
将所述PVC树脂混合物、废旧PVC塑料粉末、氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂和双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯加入到130-150℃的开炼机中，熔融共混5-45min，得到混合物料；
将混合物料在170-190℃的平板硫化机上热压10-60min，冷却后得到改性PVC塑料材料。
发明人发现，使用特定的废旧PVC塑料粉末制备方法，结合氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂和双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯的使用，本发明得到的改性PVC塑料材料不仅具有更好的拉伸强度，同时具有更好的断裂伸长率。
不希望局限于任何理论，上述因素从物理和化学角度减低了废旧塑料本身含有的增塑剂，并且增加了PVC树脂和废旧PVC塑料粉末之间的相容性和结合强度，上述多个技术特征的组合使用共同带来了上述技术效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
应理解，本发明的具体实施方式仅用于阐释本发明的精神和原则，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。
在本发明中，如无其它说明，所有份数均为重量份。
实施例1
废旧PVC塑料粉末的制备方法
将废旧PVC塑料和环己酮混合，二者的重量体积比为1：6g/mL；加热至90℃，保温条件下溶解4h；过滤除去不溶物，趁热将滤液倾入5℃乙醇中，乙醇与滤液的体积比为4：1，PVC以颗粒状析出；待析出完全后抽滤，自然干燥，得到废旧PVC塑料粉末。
原料配方
废旧PVC塑料粉末85份；
PVC树脂(SG-5)15份；
氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂(数均分子量Mn＝65000，多分散指数PDI＝2.4，玻璃化转变温度为Tg＝78℃，热分解温度Td＝276℃)20份；
双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯2份；
二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯30份；
硬脂酸2份。
制备方法如下：将废旧PVC塑料使用溶剂溶解-再沉淀法得到废旧PVC塑料粉末；按照配方称好重量，将PVC树脂、二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯和硬脂酸混合15min，得到PVC树脂混合物。
将所述PVC树脂混合物、废旧PVC塑料粉末、氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂和双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯加入到140℃的开炼机中，熔融共混20min，得到混合物料。
将混合物料在180℃的平板硫化机上热压30min，冷却后得到改性PVC塑料材料。
比较例1
其余条件同实施例1，但废旧PVC塑料粉末的制备方法不同。
其采用先粗碎再低温粉碎的方法，即将清洗烘干后的塑料制品先破碎至粒度小于10mm，然后再将粗碎后的塑料在-25℃条件下破碎至130-150μm。
比较例2
其余条件同实施例1，但不加入氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂。
比较例3
其余条件同实施例1，但将双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯替换为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
力学性能测试
将实施例1和比较例1-3的改性PVC塑料材料加入到注塑机中进行注射成型得到测试样品，注塑温度160-180℃，注射压力5MPa，保压时间30s。
拉伸强度和断裂伸长率测试依照国标GB/T 1040-2006的测试方法在万能试验机上测试，试样形状采用GB/T 1040.2-2006的1A型，测试速率为50mm/min。
结果参见表1。
表1
试样 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 35.2 178.0
比较例1 29.7 141.5
比较例2 23.1 132.4
比较例3 17.6 94.3
由表1可以看出，与比较例1-3相比，本发明实施例1的改性PVC塑料材料不仅具有更好的拉伸强度，同时具有更好的断裂伸长率。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性PVC塑料材料，其特征在于，原料包括废旧PVC塑料粉末和PVC树脂。
2.根据权利要求1所述的塑料材料，其中，所述废旧PVC塑料粉末的制备方法如下：将废旧PVC塑料和环己酮混合，二者的重量体积比为1：(4-8)g/mL；加热至80-100℃，保温条件下溶解2-6h；过滤除去不溶物，趁热将滤液倾入低温乙醇中，乙醇与滤液的体积比为(3-5)：1，PVC以颗粒状析出；待析出完全后抽滤，自然干燥，得到废旧PVC塑料粉末。
3.根据权利要求1所述的塑料材料，其中，所述PVC树脂的平均聚合度为981-1135。
4.根据权利要求1所述的塑料材料，其中，原料进一步包括氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂。
5.根据权利要求4所述的塑料材料，其中，所述氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂的数均分子量Mn＝60000-70000，多分散指数PDI＝2.2-2.6，玻璃化转变温度为Tg＝70-85℃，热分解温度Td＝265-285℃。
6.根据权利要求5所述的塑料材料，其中，废旧PVC塑料粉末、PVC树脂和氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂重量比为(75-95)：(5-25)：(10-30)。
7.根据权利要求1或6所述的塑料材料，其中，原料进一步包括交联剂，所述交联剂选自双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯。
8.根据权利要求1或7所述的塑料材料，其中，原料进一步包括二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯和硬脂酸。
9.根据权利要求8所述的塑料材料，其中，原料配方具体为：
废旧PVC塑料粉末75-95份；
PVC树脂5-25份；
氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂10-30份；
双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯2-4份；
二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯20-40份；
硬脂酸1-3份。
10.一种权利要求1-9任一项所述改性PVC塑料材料的制备方法，包括：
将废旧PVC塑料使用溶剂溶解-再沉淀法得到废旧PVC塑料粉末；
按照配方称好重量，将PVC树脂、二(2-乙基丁酸)三缩乙二醇酯和硬脂酸混合5-30min，得到PVC树脂混合物；
将所述PVC树脂混合物、废旧PVC塑料粉末、氯乙烯-丙烯酸丁酯树脂和双环戊二烯二甲酸双缩水甘油酯加入到130-150℃的开炼机中，熔融共混5-45min，得到混合物料；
将混合物料在170-190℃的平板硫化机上热压10-60min，冷却后得到改性PVC塑料材料。
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