CN113429669A - 一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料加工领域。本发明改性聚丙烯复合材料为混合涤纶、锦纶、氨纶及特定领域聚丙烯材料的再次高效利用提供了解决方案，减少了二次污染，也能提高回收企业回收废旧的混合涤纶、锦纶、氨纶及特定领域聚丙烯材料的主观能动性，通过循环利用回收材料，减少环境污染，实现人与自然的可持续发展，通过加入具有抗腐蚀性能的聚四氟乙烯和刚性材料聚苯醚，大大提高了改性聚丙烯复合材料抗腐蚀性和抗摩擦性能。

Description

一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法

发明领域

本发明涉及一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料加工领域。

背景技术

混合的废旧涤纶/锦纶/氨纶等材料来源主要有废旧化纤衣物，以及工农业生产过程中产生的相关物质，包括制造涤纶/锦纶/氨纶等材料的下脚料，以及工农业制造过程中已经使用的废旧物。

快速的城市化和工业化使得废旧塑料量出现前所未有的上升，聚丙烯(简称为PP)就是其中一种应用很广泛的塑料。众所周知，PP具有优良的物理化学性能，是一种用途非常广泛的高分子材料，仍而PP材料也具有低温下脆性大、收缩率大等缺点，阻碍了PP材料的更广泛的用途。废旧涤纶/锦纶/氨纶等材料，具有成本低、环保且可回收、对加工机器磨损少等优点，同时废旧涤纶/锦纶/氨纶等材料作为通用材料也具有高强、高模等优点。综合混合的废旧涤纶/锦纶/氨纶等材料和PP材料的优缺点，发现这两者的性能具有很好的互补性。

中国专利申请文件(公开号：CN111518334A)公开了一种从废弃的聚丙烯管道中回收制备聚丙烯复合材料的方法，其在解决了混合的废旧涤纶/锦纶/氨纶等材料和PP兼容性能的基础上，制备出了一种综合力学性能较优的高分子材料，具有比较先进的技术工艺及应用价值，但是其制备出的复合材料在力学性能和材料分子结构存在瑕疵，材料的抗磨擦能力和抗腐蚀性能较低有待进一步提高，另外通常回收的PP材料混杂有PE材料，从而会影响材料之间的兼容性能。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，有效提高了涤纶/锦纶/氨纶/聚丙烯复合材料抗磨擦能力和抗腐蚀性能力。

本发明的目的通过如下技术方案来实现，一种改性聚丙烯复合材料，包括涤纶、锦纶、氨纶混合回收料、聚丙烯回收料，以及聚四氟乙烯、聚苯醚、相容剂、抗氧剂。

本发明利用聚四氟乙烯具有非常强的抗腐蚀能力的特点，通过添加聚四氟乙烯来提升最终复合材料的抗腐蚀性能，而且又由于回收聚丙烯材料中通常混有聚乙烯材料，所以在加工过程中需要解决聚丙烯、聚乙烯、涤纶、锦纶、氨纶的兼容性能，而聚四氟乙烯与聚乙烯结构有相似性，相容性相对容易解决，而加入别的抗腐蚀性能材料组份，如果结构与聚乙烯不相似，可能引发新的材料间不兼容问题，进而影响复合材料的性能；本发明还加入了聚苯醚，聚苯醚分子结构含有较多的碳碳键，且苯环分子呈环状，因此刚性较大，而聚丙烯、聚乙烯、涤纶、锦纶、氨纶这些材料，分子碳氢键、直链结构较多，因此分子柔性较大，所以本发明通过加入聚苯醚材料，可以在结构与力学性能上对聚丙烯、聚乙烯、涤纶、锦纶、氨纶这些材料进行互补；因此本专利中通过聚苯醚和聚四氟乙烯的加入，最终达到提高复合材料的抗摩擦性能和抗腐蚀性能的双重目的。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，涤纶、锦纶、氨纶混合回收料中涤纶、锦纶、氨纶的质量比为1：(1-2)：(1-2)。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，涤纶、锦纶、氨纶混合回收料经过团粒处理，团粒处理的温度为145-155℃，时间为15-25min。团粒处理使涤纶、锦纶、氨纶混合材料在半熔融状态下收缩，形成大密度的混合物，消除了涤纶、锦纶、氨纶材料由于密度小造成的“泡”状态，再经过破碎与混料，使聚丙烯、涤纶、锦纶、氨纶、聚四氟乙烯、聚苯醚、相容剂、抗氧剂等材料混合均匀。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，涤纶、锦纶、氨纶混合回收料通过将废弃的涤纶、锦纶、氨纶进行分拣、破碎、干燥，然后混合得到涤纶、锦纶、氨纶混合回收料。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，聚丙烯回收料与涤纶、锦纶、氨纶混合回收料的质量比为(0.9-1.1)：1。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，聚四氟乙烯与涤纶、锦纶、氨纶混合回收料的质量比为(0.02-0.23):1。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，聚苯醚与涤纶、锦纶、氨纶混合回收料的物料质量比为(0.02-0.25):1。本发明中如果聚苯醚的添加量过高的话，会导致最终复合材料刚性过大，从而引起最终复合材料综合性能的降低。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料中，相容剂为PP-g-MAH、POE-g-GMA和PE-g-MAH中的一种或多种。在原料共混的过程中，在不同相容剂作用下，能使体系的各个材料之间形成分子键，改善各材料之间的兼容性能，使改性聚丙烯具有长期稳定的性能。本发明中的相容剂利用酸酐基团能与涤纶、锦纶、氨纶中反应活性较好的官能团端羧基(-COOH)或者端羟基(-OH)形成化学键，而相容剂PE-g-MAH、PP-g-MAH的PE及PP部分，可以分别与混合材料里的聚乙烯、聚丙烯组份形成弱分子健，进而提升改性复合材料的性能。

本发明还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，所述的方法包括先将废弃的涤纶、锦纶、氨纶混合回收料先团粒处理，然后加入聚丙烯回收料容剂、抗氧剂、聚四氟乙烯、聚苯醚混合得聚丙烯共混物，最后经双螺杆挤出机造粒得到改性聚丙烯复合材料。

在上述的一种改性聚丙烯复合材料的制备方法中，步骤S4中双螺杆挤出机上腔板温度为150-250℃，下腔板温度为180-210℃，螺杆转速70-80r/min，物料在双螺杆挤出机停留时间为10-25min。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明中通过加入具有抗腐蚀性能的聚四氟乙烯和刚性材料聚苯醚，大大提高了改性聚丙烯复合材料抗腐蚀性和抗摩擦性能。

(2)本发明改性聚丙烯复合材料为混合涤纶、锦纶、氨纶及特定领域聚丙烯材料的再次高效利用提供了解决方案，减少了二次污染，也能提高回收企业回收废旧的混合涤纶、锦纶、氨纶及特定领域聚丙烯材料的主观能动性，通过循环利用回收材料，减少环境污染，实现人与自然的可持续发展。

附图说明

图1为实施例2改性聚丙烯复合材料断裂面扫描电镜图。

图2为实施例7改性聚丙烯复合材料断裂面扫描电镜图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1-9：

S1、将废弃的涤纶、锦纶、氨纶进行分拣、破碎、干燥，然后按照1:1:1是质量比混合得到涤纶、锦纶、氨纶混合回收料；

S2、将混合回收料在150℃进行团粒20min，按照表1在团粒处理后的混合回收料中加入聚丙烯回收料、相容剂、抗氧剂、聚四氟乙烯、聚苯醚，充分混合后得聚丙烯共混物；

S3、聚丙烯共混物经双螺杆挤出机造粒得到改性聚丙烯复合材料粒子；双螺杆挤出机上腔板温度为160℃，下腔板温度为210℃，螺杆转速75r/min，物料在双螺杆挤出机停留时间为15min。

对比例1：

S1、将废弃的涤纶、锦纶、氨纶进行分拣、破碎、干燥，然后按照1:1:1是质量比混合得到涤纶、锦纶、氨纶混合回收料；

S2、将混合回收料在150℃进行团粒20min，按照表1在团粒处理后的混合回收料中加入聚丙烯回收料、相容剂、抗氧剂，充分混合后得聚丙烯共混物；

S3、聚丙烯共混物经双螺杆挤出机造粒得到改性聚丙烯复合材料粒子；双螺杆挤出机上腔板温度为150℃，下腔板温度为210℃，螺杆转速80r/min，物料在双螺杆挤出机停留时间为25min。

对比例2：

S1、将废弃的涤纶、锦纶、氨纶进行分拣、破碎、干燥，然后按照1:1:1是质量比混合得到涤纶、锦纶、氨纶混合回收料；

S2、将混合回收料在150℃进行团粒20min，按照表1在团粒处理后的混合回收料中加入聚丙烯回收料、相容剂、抗氧剂、聚四氟乙烯，充分混合后得聚丙烯共混物；

S3、聚丙烯共混物经双螺杆挤出机造粒得到改性聚丙烯复合材料粒子；双螺杆挤出机上腔板温度为150℃，下腔板温度为210℃，螺杆转速80r/min，物料在双螺杆挤出机停留时间为25min。

表1：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯共混物成分配比

表2：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯复合材料物理性能检测结果

实施例	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)
				实施例1	24.9	34.0	1504.6
实施例2	25.0	37.4	1733.6
				实施例3	24.7	35.4	1615.6
实施例4	23.8	35.5	1602.2
				实施例5	24.7	36.3	1676.2
实施例6	21.6	32.1	1463.9
				实施例7	23.8	33.3	1501.0
实施例8	26.8	35.0	1618.8
				实施例9	26.5	34.4	1525.6
对比例1	24.3	34.6	1560.6
				对比例2	23.3	36.6	1537.3

本发明还对实施例1-9、对比例1、对比例2改性聚丙烯复合材料进行了耐摩擦测试，参考标准ISO 105-X12:2016,分两种测试方法：干摩和湿磨。

1.干磨：

摩擦介质：粗棉布(单层)；摩擦头直径：(16±0.1)mm；负重：(9±0.2)N；摩擦行程：(104±3)mm；摩擦次数：10次(往返1个来回算一次)。

2.湿磨测试：

摩擦介质：蘸有去离子水的粗棉布(含水率95％-100％，单层)；摩擦头直径：(16±0.1)mm；负重：(9±0.2)N；摩擦行程：(104±3)mm；摩擦次数：10次(往返1个来回为一次)。

表2：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯复合材料耐摩擦测试结果

本发明还对实施例1-9、对比例1、对比例2改性聚丙烯复合材料进行了耐化学品性能测试，参考标准ASTM D1308-02(R2013)Proedure 7.3。

1.点滴法(加盖表面皿)：

所用化学试剂为：选用常温蒸馏水、乙醇(50％体积)、食醋、质量分数为10％碱溶液这四种。测试步骤：在样品上滴1ml试剂，然后立即盖上玻璃表面皿，于室温下分别放置1h。测试结束后，轻轻擦去样品表面试剂，目视检查样品表面变化。

(1)变色等级参照GB/T 250-2008，在标准光源D65下评定，5级最好，1级最差

(2)失光、龟裂：

检测标准参考GB/T 1766-2006,0级为最好，5级最差。

(3)起泡：

检测标准参考GB/T 1766-2006，0(S0)表示最好，5(S5)表示最差。

表3：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯复合材料耐化学试剂选用常温蒸馏水测试结果

表4：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯复合材料耐化学试剂选用乙醇(50％体积)测试结果

表5：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯复合材料耐化学试剂选用食醋测试结果

表6：实施例1-9、对比例1-2改性聚丙烯复合材料耐化学试剂选用10％氢氧化钠测试结果

图1、图2为实施例2和实施例7改性聚丙烯复合材料断裂面扫描电镜图。从图1和图2都可以看出涤纶、锦纶、氨纶均匀分散在聚丙烯基体材料中，少有涤纶、锦纶、氨纶从聚丙烯基体中拔出；此外，在涤纶、锦纶、氨纶外面，缠绕着大量的须状材料，这些为PP-g-MAH、POE-g-GMA和PE-g-MAH这些相容剂在涤纶/锦纶/氨纶及聚丙烯/聚乙烯基体这两相之间键结形成作用力的结果，能有效增强涤纶/锦纶/氨纶及聚丙烯/聚乙烯基体这两相之间的作用力。

从上述结果可以看出，本申请综合涤纶、锦纶、氨纶、聚丙烯的优缺点制备出了一种综合力学性能较优的高分子再生材料，增加了涤纶、锦纶、氨纶以及回收聚丙烯的利用效率，减少了二次污染，增加了再次利用的经济效益，通过添加聚四氟乙烯和聚苯醚大大提高了改性聚丙烯复合材料抗腐蚀性和抗摩擦性能，具有比较先进的工艺技术及应用价值。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，包括涤纶、锦纶、氨纶混合回收料、聚丙烯回收料，以及聚四氟乙烯、聚苯醚、相容剂、抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，涤纶、锦纶、氨纶混合回收料中涤纶、锦纶、氨纶的质量比为1：(1-2)：(1-2)。

3.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，涤纶、锦纶、氨纶混合回收料经过团粒处理，团粒处理的温度为145-155℃，时间为15-25min。

4.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，涤纶、锦纶、氨纶混合回收料通过将废弃的涤纶、锦纶、氨纶进行分拣、破碎、干燥，然后混合得到涤纶、锦纶、氨纶混合回收料。

5.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，聚丙烯回收料与涤纶、锦纶、氨纶混合回收料的质量比为(0.9-1.1)：1。

6.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，聚四氟乙烯与涤纶、锦纶、氨纶混合回收料的质量比为(0.02-0.23):1。

7.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，聚苯醚与涤纶、锦纶、氨纶混合回收料的物料质量比为(0.02-0.25):1。

8.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，相容剂为PP-g-MAH、POE-g-GMA和PE-g-MAH中的一种或多种。

9.一种如权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括先将废弃的涤纶、锦纶、氨纶混合回收料先团粒处理，然后加入聚丙烯回收料容剂、抗氧剂、聚四氟乙烯、聚苯醚混合得聚丙烯共混物，最后经双螺杆挤出机造粒得到改性聚丙烯复合材料。

10.根据权利要求9所述的一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中双螺杆挤出机上腔板温度为150-250℃，下腔板温度为180-210℃，螺杆转速70-80r/min，物料在双螺杆挤出机停留时间为10-25min。

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