CN112694702A - 一种再生hips/ppo合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种再生hips/ppo合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种再生HIPS/PPO合金材料，主要由以下质量份配比的成分组成：废HIPS：60～70、PPO：30～40、HIPS基大分子扩链剂：2～8、噁唑啉扩链剂：0.2～1、扩链促进剂：0.1～0.4。该再生HIPS/PPO合金材料利用大分子扩链剂的原位扩链及增容，修复了分子链结构、改善了相界面、增加了相容性，制得了综合性能优良的再生塑料合金材料，且充分进行了废物利用，实现了节能减排。本发明还公开了上述再生HIPS/PPO合金材料的制备方法。

Description

一种再生HIPS/PPO合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于废HIPS再生技术领域，具体涉及一种再生HIPS/PPO合金材料及其制备方法。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)综合性能优良，被广泛应用于家电、化工产品等诸多领域。HIPS经长期服役报废后，会发生老化降解。HIPS老化主要是PB段的氧化断裂，使分子量、模量降低，生成羰基、羟基等活性基团，力学性能大不如前，并在材料表面表现出严重龟裂、粉化等现象，整体使用价值和应用场景严重降低。
聚苯醚(PPO)，是五大通用工程塑料之一。具有刚性大、耐热性高、难燃、耐磨、强度高、电性能优等好的综合性能。其最大的特点是在长期负荷下，具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性。但其流动性较差。将HIPS与PPO共混，由于两者之间相容很好，不仅提高了HIPS强度，还可以改善PPO的流动性。另一方面，废旧HIPS在使用过程中发生的老化降解及分子结构与极性的变化，会对HIPS/PPO共混物相容性造成负面影响。
针对上述问题，若能将废HIPS与PPO直接制备合金，充分利用废HIPS老化后生成的羟基和羧基等活性基团，通过分子扩链及相似相容作用，将废HIPS进行始源性修复，全面提升废HIPS基材综合性能的同时，有效改善废HIPS与PPO的相容性，将得到一种性能全面提升的再生合金材料。由于大量使用了废料，使得这种材料在具有性价比优势的同时，还具有环保属性，应用前景广泛。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生HIPS/PPO合金材料，该再生HIPS/PPO合金材料利用大分子扩链剂的原位扩链及增容，修复了分子链结构、改善了相界面、增加了相容性，制得了综合性能优良的再生塑料合金材料，且充分进行了废物利用，实现了节能减排。
本发明的目的还在于提供上述再生HIPS/PPO合金材料的制备方法。
本发明上述第一个技术问题是通过如下技术方案来实现的：一种再生HIPS/PPO合金材料，主要由以下质量份配比的成分组成：
废HIPS：60～70
PPO：30～40
HIPS基大分子扩链剂：2～8
噁唑啉扩链剂：0.2～1
扩链促进剂：0.1～0.4。
在上述再生HIPS/PPO合金材料的各成分中：
所述的HIPS基大分子扩链剂优选为高抗冲聚苯乙烯接枝马来酸酐(HIPS-g-MAH)。
所述的噁唑啉扩链剂为2,2'-(1,3-亚苯基)-二噁唑啉(PBO)。
所述的扩链促进剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)。
所述的废HIPS为废HIPS经过破碎均化后得到片状料。
所述的PPO为聚苯醚。
本发明的上述第二个目的是通过以下技术方案来实现的：上述再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，包括以下步骤：将废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、扩链促进剂按上述用量关系混合，得到混合物料，从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化，螺杆转速控制为60～90rpm，从双螺杆挤出机的加工第四区按上述用量关系加入噁唑啉扩链剂与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，即制得再生HIPS/PPO合金材料。
在该再生HIPS/PPO合金材料的制备方法中：
所述的双螺杆挤出机的加工温区优选为225～255℃。
进一步的，所述的双螺杆挤出机的加工六区温度依次优选为：225℃，230℃，230℃，235℃，255℃，255℃。
本发明中加入的HIPS基大分子扩链剂可同时起到以下三个关键作用：
(1)分子链上的活性酸酐基团可以与废HIPS老化链上生成的羟基，在挤出条件下发生原位扩链反应，实现废HIPS的断链增长，从而对废料始源性分子结构修复，进而大幅提升HIPS基材的宏观性能；
(2)HIPS基大分子扩链剂的HIPS主链，与废HIPS主链结构大体相似，十分有利于改善废HIPS老化后微相结构以及界面力减弱的问题，进而促进HIPS相与PPO相的相容；
(3)HIPS基大分子扩链剂含有一定量的PB(聚丁二烯)组分，加入HIPS基大分子扩链剂也相当于提高了再生合金材料的整体胶含量，起到增韧作用。
本发明中扩链促进剂的作用是非常必要的，由于PPO的加工温度较高，加之废HIPS较新料HIPS的稳定性有所降低，故在经典的PPO加工条件下，即较高加工温度下长时间加工时，废HIPS组分很有可能发生降解，从而影响再生合金的整体性能。因此，为了避免废料降解，并保证扩链反应的有效进行，通过加入扩链促进剂，以减少挤出时间和降低挤出温度来实现。
本发明中加入的噁唑啉扩链剂，在挤出加工条件下，是羧基反应型扩链剂。为了进一步提升扩链改性效果，首先从主加料装置加入酸酐型HIPS基大分子扩链剂，其可与混合体系老化分子链中的羟基发生反应，并补充生成新的羧基，从而增加了后续使用噁唑啉扩链剂的扩链潜力；继而在第四区机筒中部加料口加入噁唑啉扩链剂，通过分别投料实现分步反应，既能充分有效地进行原位扩链修复，同时避免了HIPS基大分子扩链剂及噁唑啉扩链剂直接共混时，酸酐与噁唑啉基团直接反应造成过度消耗，影响对废HIPS的主链扩链修复。
前述已经提及，温度及螺杆转速对再生合金的综合性能影响较大。较长的挤出保留时间和较高的温度有利于促进挤出时原位扩链反应的发生并使得共混更加均匀，但太长的加工时间及太高的温度又可能导致再生材料的分解。通过大量试验证明，基于扩链促进剂作用，控制螺杆转速60～90rpm，加工温区在225～255℃，可在不影响原位扩链效果的前提下，有效共混并避免再生材料发生分解。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明组合使用了两类不同扩链剂，基于原位扩链与增容，始源性提升废HIPS的综合性能并改善共混物的相容性，进而直接制备再生HIPS/PPO合金。通过扩链促进剂的配合使用以及配套工艺条件的优化，既保证了扩链反应的有效进行，又避免了废料的加工降解，从而得到了一种综合性能优良且应用前景广泛的再生材料；
(2)为凸显再生合金材料的性价比优势及环保属性，本发明尽可能多地使用废HIPS，废HIPS比PPO的添加比范围为7/3至6/4；
(3)本发明整个加工过程使用的是常规的塑料加工设备，通过优选工艺及优化配方，进行反应型挤出，因此可以方便的进行推广应用；
(4)本发明为典型大宗废塑料的高值化利用提供一种全新的解决方案，也带动了再生塑料行业的发展，同时相关产品具有很强的市场竞争力，并且符合国家节能减排政策，具有很好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的再生HIPS/PPO合金材料，主要由以下质量份配比的成分组成：
废HIPS：70
PPO：30
HIPS基大分子扩链剂：8
噁唑啉扩链剂：0.8
扩链促进剂：0.4。
其中HIPS基大分子扩链剂为高抗冲聚苯乙烯接枝马来酸酐(HIPS-g-MAH)，噁唑啉扩链剂为2,2'-(1,3-亚苯基)-二噁唑啉(PBO)，扩链促进剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)，废HIPS为废HIPS经过破碎均化后得到片状料，PPO为聚苯醚。
该再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，包括以下步骤：将废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、扩链促进剂按上述用量关系混合，得到混合物料，从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化，螺杆转速控制为90rpm，从双螺杆挤出机加工第四区按上述用量关系加入噁唑啉扩链剂与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，即制得再生HIPS/PPO合金材料。
双螺杆挤出机加工六区温度依次设定为：230℃，230℃，230℃，235℃，255℃，250℃。
实施例2
本实施例提供的再生HIPS/PPO合金材料，主要由以下质量份配比的成分组成：
废HIPS：60
PPO：40
HIPS基大分子扩链剂：6
噁唑啉扩链剂：0.6
扩链促进剂：0.3。
废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、噁唑啉扩链剂及扩链促进剂同实施例1。
该再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，包括以下步骤：将废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、扩链促进剂按上述用量关系混合，得到混合物料，从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化，螺杆转速控制为60rpm，从双螺杆挤出机加工第四区按上述用量关系加入噁唑啉扩链剂与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，即制得再生HIPS/PPO合金材料。
双螺杆挤出机加工六区温度依次设定为：225℃，230℃，230℃，235℃，255℃，255℃。
实施例3
本实施例提供的再生HIPS/PPO合金材料，主要由以下质量份配比的成分组成：
废HIPS：65
PPO：35
HIPS基大分子扩链剂：4
噁唑啉扩链剂：0.4
扩链促进剂：0.2。
废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、噁唑啉扩链剂及扩链促进剂同实施例1。
该再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，包括以下步骤：将废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、扩链促进剂按上述用量关系混合，得到混合物料，从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化，螺杆转速控制为75rpm，从双螺杆挤出机加工第四区按上述用量关系加入噁唑啉扩链剂与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，即制得再生HIPS/PPO合金材料。
双螺杆挤出机加工六区温度依次设定为：225℃，225℃，230℃，230℃，255℃，250℃。
实施例1-3制备的再生HIPS/PPO合金材料的机械性能汇总如下表1。
表1实施例1-3制备的再生HIPS/PPO合金材料的机械性能汇总
Figure BDA0002823102540000061
上述表1中：①制备方法及步骤同实施例1，物料配比为废HIPS70份，PPO30份，不含HIPS基大分子扩链剂、噁唑啉扩链剂及扩链促进剂。
由以上表1中的具体实验数据可以看出，通过本发明制备的再生HIPS/PPO合金，机械性能得到全面提升，特别是对主链分子量、分子链结构、相界面作用更为敏感的冲击强度的提升尤为明显。具有这种综合性能的再生合金产品，市场前景良好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，实施例中选用的PPO、HIPS基大分子扩链剂HIPS-g-MAH，噁唑啉扩链剂PBO，扩链促进剂DMAP均由市售现成产品获得。
但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，上述实施方式中所选用的废HIPS、PPO等原料也可选用市售的类似性能的现成产品，没有其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种再生HIPS/PPO合金材料，其特征是主要由以下质量份配比的原料组成：
废HIPS：60～70
PPO：30～40
HIPS基大分子扩链剂：2～8
噁唑啉扩链剂：0.2～1
扩链促进剂：0.1～0.4。
2.根据权利要求1所述的再生HIPS/PPO合金材料，其特征是：所述HIPS基大分子扩链剂为高抗冲聚苯乙烯接枝马来酸酐(HIPS-g-MAH)。
3.根据权利要求1所述的再生HIPS/PPO合金材料，其特征是：所述噁唑啉扩链剂为2,2'-(1,3-亚苯基)-二噁唑啉(PBO)。
4.根据权利要求1所述的再生HIPS/PPO合金材料，其特征是：所述扩链促进剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)。
5.根据权利要求1所述的再生HIPS/PPO合金材料，其特征是：所述废HIPS为废HIPS经过破碎均化后得到片状料。
6.权利要求1-5任一项所述的再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：将废HIPS、PPO、HIPS基大分子扩链剂、扩链促进剂按上述用量关系混合，得到混合物料，从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化，螺杆转速控制为60～90rpm，从双螺杆挤出机的加工第四区按上述用量关系加入噁唑啉扩链剂与熔化的混合物料共混，经挤出、牵引、冷却、切粒，即制得再生HIPS/PPO合金材料。
7.根据权利要求6所述的再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，其特征是：所述双螺杆挤出机的加工温区的温度范围为225～255℃。
8.根据权利要求6所述的再生HIPS/PPO合金材料的制备方法，其特征是：所述的双螺杆挤出机的加工六区温度依次为：225℃，230℃，230℃，235℃，255℃，255℃。
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