CN113416357A - 一种rPE/UHMWPEF复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种rPE/UHMWPEF复合材料及其制备方法与应用。所述复合材料原料包括rPE 70～90份、UHMWPEF 5～10份、无机填料10～20份、抗氧剂0.5～2份和含有极性基团的乙烯基弹性体5～10份。本发明采用基于拉伸流变的偏心转子挤出机进行加工制备，拉伸流场中，物料熔体的速度梯度与流动方向一致，碳酸钙粒子受到较大作用力，且不发生旋转，可均匀分散在基体中，并且超高分子量聚乙烯纤维沿拉伸方向定向排列，最终形成了定向增强的复合材料。该制备方法简单，所得的复合材料力学性能优异，为高质化回收废弃塑料包装袋提供了新的方法。

Description

一种rPE/UHMWPEF复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于废弃高分子材料的回收利用技术领域，具体涉及一种rPE/UHMWPEF复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着近年来塑料产业的迅速发展，塑料制品逐渐成为了日常生活中不可或缺的重要组成部分，其中塑料最大的用途市场是包装产业。LDPE因良好的机械性能、耐化学性、价格低廉和易成型等多种优势被广泛应用于包装行业。
然而，包装袋在为生活带来便利的同时不可避免地产生了废物后处理问题。塑料袋因收集和运输困难、再生产品性能差以及一些传统偏见，常常被视为不可回收的塑料垃圾。现阶段对塑料袋的处理方式多为填埋和焚烧处理，这不仅造成了资源浪费同时也带来了严重的环境污染。自本世纪以来，人们尝试通过各种途径对回收LDPE包装袋进行改性。改性研究主要集中在通过共混来提高再生料的力学性能及降低杂质对性能的恶化作用。
其中，为了提高rPE的拉伸强度，国内外已进行了众多的共混体系研究，如rPE/HDPE、rPE/PET、rPE/木粉、rPE/无机填料等共混体系。在上述共混体系中，辅助加入相容剂可使复合材料的拉伸强度进一步提升。然而，上述共混体系组分原料的选用并未能使所得复合材料达到刚韧均衡。此外，由于rPE中含有大量杂质，难以与rPE基体混熔，导致了力学稳定性差。绝大多数共混体系的复合材料采用传统的双螺杆加工，聚合物分子链在加工过程中易因剪切作用而导致热机械降解，且难以将团聚的杂质粒子破碎并均匀的分散在基体中，因此所形成再生料存在大量的缺陷，产生应力集中位点，不能达到再次使用的性能要求。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种rPE/UHMWPEF(超高分子量聚乙烯纤维)复合材料。
本发明的另一目的在于提供上述一种rPE/UHMWPEF复合材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述一种rPE/UHMWPEF复合材料的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种rPE/UHMWPEF复合材料，按质量份数计，包括以下原料：rPE 70～90份、短切UHMWPEF 5～10份、无机填料10～20份、抗氧剂0.5～2份和含有极性基团的乙烯基弹性体5～10份。
优选的，所述rPE/UHMWPEF复合材料，按质量份数计，包括以下原料：rPE 70～90份、短切UHMWPEF 5～10份、无机填料10～15份、抗氧剂1份和含有极性基团的乙烯基相容剂8～10份。
优选的，所述rPE/UHMWPEF复合材料，按质量份数计，包括以下原料：rPE 70～80份、短切UHMWPEF 10份、无机填料15份、抗氧剂1份和含有极性基团的乙烯基相容剂8份。
优选的，所述rPE/UHMWPEF复合材料，按质量份数计，包括以下原料：rPE 80份、短切UHMWPEF 10份、无机填料15份、抗氧剂1份和含有极性基团的乙烯基相容剂8份。
优选的，所述rPE的熔融指数为0.8～1.2g/10min。
优选的，所述短切UHMWPEF的长度为2～3mm。
优选的，所述无机填料为碳酸钙、二氧化硅、钛白粉、蒙脱土、滑石粉和云母粉中的至少一种；更优选为碳酸钙。
优选的，所述含有极性基团的乙烯基弹性体为含有马来酸酐基团的弹性体，更优选为乙烯-辛烯-马来酸酐共聚物(POE-g-MAH)、乙烯-醋酸乙烯-马来酸酐共聚物(EVA-g-MAH)、三元乙丙橡胶-马来酸酐共聚物(EPDM-g-MAH)和乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐共聚物(EBA-g-MAH)中的至少一种；更优选为乙烯-辛烯-马来酸酐共聚物(POE-g-MAH)。
优选的，所述抗氧剂为巴斯夫1010、CLARIANT Hostanox P-EPQ、朗盛264和YOUNGING BHT中的至少一种；更优选为巴斯夫1010。
上述rPE/UHMWPEF复合材料的制备方法，包括以下步骤：将rPE、短切UHMWPEF、无机填料、抗氧剂和含有极性基团的乙烯基弹性体在高速混合机中预混合，然后经挤出机熔融共混，挤出成型，通过三辊定型，冷却，风干，即得到所述rPE/UHMWPEF复合材料。
优选的，所述挤出机为基于拉伸流变的高分子材料塑化输运设备偏心转子挤出机，该挤出机参考中国专利CN101219565A。
优选的，所述在高速混合机中预混合的时长为10～20min。
优选的，所述挤出机熔融共混时的各段温度均为180～210℃。
优选的，所述挤出机熔融共混时的转子转速为50～100转/分钟。
上述一种rPE/UHMWPEF复合材料在包装、建筑和家电等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明制备了rPE/UHMWPEF共混体系的复合材料，加工过程中，POE上的马来酸酐基团和碳酸钙发生反应，结合紧密，加之POE与rPE具有很好的相容性，且UHMWPEF与基体相容，因此使得复合材料的性能较其他共混体系显著提升。
(2)本发明利用基于拉伸流变的高分子材料塑化输运设备对rPE/UHMWPEF复合材料进行加工，物料在加工过程中受到的是拉伸流场的作用。在拉伸流场中，物料熔体的速度梯度与流动方向一致，聚合物分子链不易断裂，碳酸钙粒子受到较大的外力作用，均匀的破碎分散在基体中，且短切UHMWPEF受拉伸作用定向排列，沿着挤出方向取向，因此所得的复合材料的力学性能显著优于剪切流场制备的样品。
(3)本发明rPE/UHMWPEF复合材料的制备方法简单，在提高材料强度的同时，还可保持材料的韧性，刚韧均衡，为高质化回收废弃塑料包装袋提供了新的方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下列实施例采用的rPE购自漳州市陆海环保产业开发有限公司，原材料为日常生活中所使用的快递袋，主要成分为LDPE，熔融指数为0.8～1.2g/10min。
短切UHMWPEF由熔融纺丝制得，分子量约为300万，长度约为2～3mm。
POE-g-MAH购自杜邦，牌号GR216。
碳酸钙购自冠苏实业有限公司，牌号GS-2。
抗氧剂购自巴斯夫，牌号1010。
实施例1
本实施例提供6种rPE/UHMWPEF复合材料及其制备方法，并提供纯rPE作为基础对照组。
按照表1所示的样品编号1～6的配方进行混合配料，在高速混合机中预混合10min，然后采用基于拉伸流变的高分子材料塑化输运设备偏心转子挤出机进行熔融共混，各段温度为180-190-200-210℃，转子转速为80转/分钟，挤出成型，经三辊定性，冷却，干燥即得到6种rPE/UHMWPEF复合材料。
将上述复合材料在真空干燥箱内70℃下干燥8小时，按照GB/T 1040-2006进行拉伸性能测试，结果如表3所示。其中，由表3可知，当rPE、短切UHMWPEF、碳酸钙、POE-g-MAH和抗氧剂质量份数配比为80:10:15:8:1时，复合材料的抗拉强度达到最大，且此时材料仍保持有较好的断裂伸长率。
表1不同基体配比及一定相容剂含量共混物配方
Figure BDA0003136594710000051
实施例2
本实施例提供6种rPE/UHMWPEF复合材料及其制备方法，并作为实施例1中相应对照例。
按照表2所示的样品编号7～12的配方进行混合配料，在高速混合机中预混合10min，然后采用基于剪切流变的传统双螺杆挤出机进行熔融共混，各段温度为180-185-190-195-200-210-210℃，转子转速为80转/分钟，挤出成型，经三辊定性，冷却，干燥即得到6种rPE/UHMWPEF复合材料。
将上述复合材料在真空干燥箱内70℃下干燥8小时，按照GB/T 1040-2006进行拉伸性能测试，结果如表4所示。其中，对比表3、表4可知，所有复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均低于实施例1中相同配比的组分。
表2不同基体配比及一定相容剂含量共混物配方
Figure BDA0003136594710000061
表3实施例1的拉伸数据
Figure BDA0003136594710000062
表4实施例2拉伸数据
Figure BDA0003136594710000063
Figure BDA0003136594710000071
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，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之内。

Claims (10)

1.一种rPE/UHMWPEF复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：rPE 70～90份、短切UHMWPEF 5～10份、无机填料10～20份、抗氧剂0.5～2份和含有极性基团的乙烯基弹性体5～10份。
2.根据权利要求1所述一种rPE/UHMWPEF复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：rPE 70～90份、短切UHMWPEF 5～10份、无机填料10～15份、抗氧剂1份和含有极性基团的乙烯基相容剂8～10份。
3.根据权利要求1所述一种rPE/UHMWPEF复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：rPE 70～80份、短切UHMWPEF 10份、无机填料15份、抗氧剂1份和含有极性基团的乙烯基相容剂8份。
4.根据权利要求1所述一种rPE/UHMWPEF复合材料，其特征在于，所述rPE的熔融指数为0.8～1.2g/10min；
所述短切UHMWPEF的长度为2～3mm。
5.根据权利要求1所述一种rPE/UHMWPEF复合材料，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、二氧化硅、钛白粉、蒙脱土、滑石粉和云母粉中的至少一种；
所述含有极性基团的乙烯基弹性体为含有马来酸酐基团的弹性体；
所述抗氧剂为巴斯夫1010、CLARIANT Hostanox P-EPQ、朗盛264和YOUNGING BHT中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种rPE/UHMWPEF复合材料，其特征在于，所述含有极性基团的乙烯基弹性体为乙烯-辛烯-马来酸酐共聚物、乙烯-醋酸乙烯-马来酸酐共聚物、三元乙丙橡胶-马来酸酐共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐共聚物中的至少一种。
7.权利要求1～6任一项所述一种rPE/UHMWPEF复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将rPE、短切UHMWPEF、无机填料、抗氧剂和含有极性基团的乙烯基弹性体在高速混合机中预混合，然后经挤出机熔融共混，挤出成型，通过三辊定型，冷却，风干，即得到所述rPE/UHMWPEF复合材料。
8.根据权利要求7所述一种rPE/UHMWPEF复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机为基于拉伸流变的高分子材料塑化输运设备偏心转子挤出机。
9.根据权利要求7所述一种rPE/UHMWPEF复合材料的制备方法，其特征在于，所述在高速混合机中预混合的时长为10～20min；
所述挤出机熔融共混时的各段温度均为180～210℃；
所述挤出机熔融共混时的转子转速为50～100转/分钟。
10.权利要求1～6任一项所述一种rPE/UHMWPEF复合材料在包装、建筑和家电领域中的应用。
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