CN113621194A - 一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒 - Google Patents

一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，属于塑料技术领域。且该高强度塑料颗粒包括以下重量份原料：树脂粒80‑125份、废旧塑料改性颗粒10‑23份、辅助剂8‑26份。且本发明利用强度助剂对废旧塑料颗粒进行了改性，因该强度助剂中含有大量的POSS结构、双键、聚醚链，改善了废旧塑料质脆、韧性差，强度低，耐磨性的缺陷。且将改性肥料加入复合材料体系中，废旧塑料改性颗粒与主体树脂粒均匀混合后，通过分子链的缠绕和分子间的作用力，该强度助剂在复合材料体系内形成聚醚链作为柔性链段，POSS结构作为刚性交联点的网状结构，进而提高了复合材料的强度和耐磨性能。

Description

一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒
技术领域
本发明属于塑料技术领域，具体地，涉及一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒。
背景技术
塑料材料从20世纪问世以来，因其具有质量轻、加工方便、产品美观、经济实用等特点，颇受人们青睐，广泛应用于各行各业，发展速度相当快。塑料产量的不断增加，造成了废旧塑料量的不断增加。废旧塑料属于可回收的垃圾，将其重新制成塑料颗粒作为塑料的原料，可获得循环利用。但是，废旧塑料颗粒的加入往往会引起新制塑料在强度和耐磨性能上的减弱，影响产品的实用性。
因此，本发明提供了一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒。
本发明要解决的技术问题：用以解决废旧塑料颗粒的引入引起塑料的强度和耐磨性能减弱的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，按照重量计，包括以下组分：树脂粒80-125份、废旧塑料改性颗粒10-23份、辅助剂8-26份。
进一步地，所述树脂粒为PE树脂粒、PVC树脂粒、PP树脂粒中的一种。
进一步地，所述辅助剂为润滑剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料、偶联剂按照质量比0.5-1.5：0.5-1.5：0.5-1.5：1-3.5：0.1-0.5组成。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、石蜡油中的一种。
进一步地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂264按照质量比1-1.2：1-1.5：0.5-1混合组成。
进一步地，所述光稳定剂为uv3035、uv770、uv326中的一种。
进一步地，所述填料为蒙脱土、硅藻土、纳米二氧化硅、纳米二氧化锌、玻璃纤维、碳酸钙晶须中的一种。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。
进一步地，所述废旧塑料改性颗粒通过以下步骤制成：
将废旧塑料颗粒置于反应釜中，在搅拌状态下以2-4℃/min的速度加热至完全熔融，保温20-35min，再加入强度助剂，搅拌混合30-50min，对废旧塑料颗粒进行充分改性，提高废旧塑料的强度和耐磨性，挤出，造粒，得废旧塑料改性颗粒，其中，废旧塑料颗粒和强度助剂的加入质量比为100：15-35。
进一步地，所述废旧塑料颗粒为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯废旧颗粒中的一种或几种任意比的混合物。
进一步地，所述强度助剂通过以下步骤制成：
S1、将异丙醇加入装有冷凝管和磁力搅拌的烧瓶中，搅拌下依次加入苯基三甲氧基硅烷、去离子水和片状氢氧化钠，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至72℃，在氮气氛围下反应6h后，常温下，搅拌反应18h，所得混合溶液经过旋转蒸发除去异丙醇，65℃下真空干燥12h，得八苯基POSS钠盐，异丙醇、苯基三甲氧基硅烷、去离子水、片状氢氧化钠的用量比为120-200mL：0.13-0.14mol：2-4mg：0.1mol；将八苯基POSS钠盐加入三口烧瓶中，氮气保护下，加入干燥的四氢呋喃，搅拌均匀后，加入三乙胺，0℃冰浴反应1h，用恒压漏斗缓慢滴加甲基二氯硅烷的四氢呋喃溶液，滴加速度为2-4滴/秒，反应4h，然后升高温度至室温反应16h，反应结束后过滤，旋干滤液后过柱分离(二氯甲烷：石油醚的体积比为1：2)，真空干燥至恒重，得POSS单体，其中，八苯基POSS、三乙胺、二甲基氯硅烷的摩尔比为1：2-2.5：2.3-3；
反应式如下所示：
Figure BDA0003222374660000031
S2、将4-羟甲基苯甲酸和无水四氢呋喃加入三后烧瓶内，0℃搅拌下，加入氢化钠，搅拌10min后，用恒压漏斗滴加溴丙炔，滴加速度为1滴/秒，搅拌1h，再在40℃下反应20h，反应结束后，用水淬灭反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，得含炔单体，利用醇羟基和溴代烃的醚化反应，其中，4-羟甲基苯甲酸和溴丙炔的摩尔比为1.2-1.4：1；
反应式如下所示：
Figure BDA0003222374660000032
S3、将含炔单体、POSS单体和甲苯混合均匀后，在氮气保护下，加热至96℃，然后加入氯铂酸异丙醇溶液，反应12h，反应结束后用活性炭吸附铂催化剂，过滤，旋蒸除去溶剂，得中间体1，利用含炔化合物和含氢硅烷的聚合反应，其中，含炔单体、POSS单体的摩尔比为1：1，氯铂酸异丙醇的加入量为含炔单体质量的0.1-0.8％；将中间体1、聚醚二元醇和甲苯混合后，加热至95℃，加入对甲苯磺酸，搅拌反应8h，减压旋蒸，得强度助剂，利用了羧基和羟基的反应，其中，中间体1和聚醚二元醇的摩尔比为1：1.2-1.5；对甲苯磺酸的加入质量为中间体1质量的0.5-1％，聚醚二元醇的相对分子质量为2000-3500。
反应式如下所示：
Figure BDA0003222374660000041
本发明的有益效果：
为了改善引入废旧塑料颗粒引起复合材料的强度和耐磨性能减弱这一问题，本发明通过强度助剂的加入对废旧塑料颗粒进行了改性，通过该强度助剂的加入，不但可以有效改善废旧塑料质脆、韧性差，强度低，耐磨性的缺陷，而且在复合材料中引入该改性废旧塑料颗粒后，提高了复合材料的强度和耐磨性能。解释如下：
该强度助剂中含有大量的POSS结构、双键、聚醚链。首先，POSS结构是由无机的Si-O-Si链节组成的封闭的笼状结构，且分子中以Si-O键为主，键能高，属于典型纳米尺寸材料，相较于其他无机填料来说，与高分子材料具有更好的分子相容性，其的引入可以极大地提高废旧塑料颗粒的强度、耐磨性、耐热性；其次，该强度助剂可以均匀分散在废旧塑料颗粒中，在废旧塑料体系内形成聚醚链作为柔性链段，POSS结构作为刚性交联点的网状结构，其中，废旧塑料的分子链与该强度助剂分子链发生缠绕和分子间作用力，所述分子间作用力表现在硅氧氢键、醚基氢键、双键的π-π堆叠，进而使废旧塑料颗粒的强度和耐磨性能(POSS结构作为刚性交联点提供废旧塑料材料的强度和耐磨性能)提高，以及韧性(聚醚链提供废旧材料的韧性)的提高。
因此，在复合材料中引入经过上述改性后的废旧塑料，废旧塑料改性颗粒与主体树脂粒均匀混合后，通过分子链的缠绕和分子间的作用力，在复合材料体系内，所述的聚醚链作为柔性链段，POSS结构作为刚性交联点的网状结构必然在复合体系中扩充和延伸，形成新的聚醚链作为柔性链段，POSS结构作为刚性交联点的网状结构，从而解决了背景技术中提到的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
强度助剂通过以下步骤制成：
S1、将120mL异丙醇加入装有冷凝管和磁力搅拌的烧瓶中，搅拌下依次加入0.13mol苯基三甲氧基硅烷、2mg去离子水和0.1mol片状氢氧化钠，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至72℃，在氮气氛围下反应6h后，常温下，搅拌反应18h，所得混合溶液经过旋转蒸发除去异丙醇，65℃下真空干燥12h，得八苯基POSS钠盐；将0.1mol八苯基POSS钠盐加入三口烧瓶中，氮气保护下，加入干燥的四氢呋喃100mL，搅拌均匀后，加入三乙胺，0℃冰浴反应1h，用恒压漏斗缓慢滴加含有0.2mol甲基二氯硅烷的四氢呋喃溶液70mL，滴加速度为2滴/秒，反应4h，然后升高温度至室温反应16h，反应结束后过滤，旋干滤液后过柱分离(二氯甲烷：石油醚的体积比为1：2)，真空干燥至恒重，得POSS单体；
S2、将0.12mol4-羟甲基苯甲酸和无水四氢呋喃100mL加入三后烧瓶内，0℃搅拌下，加入氢化钠0.1g，搅拌10min后，用恒压漏斗滴加0.1mol溴丙炔，滴加速度为1滴/秒，搅拌1h，再在40℃下反应20h，反应结束后，用水淬灭反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，得含炔单体；
S3、将0.1mol含炔单体、0.1molPOSS单体和100mL甲苯混合均匀后，在氮气保护下，加热至96℃，然后加入含炔单体质量的0.1％的氯铂酸异丙醇溶液，反应12h，反应结束后用活性炭吸附铂催化剂，过滤，旋蒸除去溶剂，得中间体1；将0.1mol中间体1、0.15mol聚醚二元醇和甲苯混合后，加热至95℃，加入中间体1质量的0.5％的对甲苯磺酸，搅拌反应8h，减压旋蒸，得强度助剂，其中，聚醚二元醇的相对分子质量为2000。
实施例2：
强度助剂通过以下步骤制成：
S1、将200mL异丙醇加入装有冷凝管和磁力搅拌的烧瓶中，搅拌下依次加入0.14mol苯基三甲氧基硅烷、4mg去离子水和0.1mol片状氢氧化钠，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至72℃，在氮气氛围下反应6h后，常温下，搅拌反应18h，所得混合溶液经过旋转蒸发除去异丙醇，65℃下真空干燥12h，得八苯基POSS钠盐；将0.1mol八苯基POSS钠盐加入三口烧瓶中，氮气保护下，加入干燥的四氢呋喃100mL，搅拌均匀后，加入三乙胺，0℃冰浴反应1h，用恒压漏斗缓慢滴加含有0.25mol甲基二氯硅烷的四氢呋喃溶液70mL，滴加速度为4滴/秒，反应4h，然后升高温度至室温反应16h，反应结束后过滤，旋干滤液后过柱分离(二氯甲烷：石油醚的体积比为1：2)，真空干燥至恒重，得POSS单体；
S2、将0.14mol4-羟甲基苯甲酸和无水四氢呋喃100mL加入三后烧瓶内，0℃搅拌下，加入氢化钠0.8g，搅拌10min后，用恒压漏斗滴加0.1mol溴丙炔，滴加速度为1滴/秒，搅拌1h，再在40℃下反应20h，反应结束后，用水淬灭反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，得含炔单体；
S3、将0.1mol含炔单体、0.1molPOSS单体和100mL甲苯混合均匀后，在氮气保护下，加热至96℃，然后加入含炔单体质量的0.8％的氯铂酸异丙醇溶液，反应12h，反应结束后用活性炭吸附铂催化剂，过滤，旋蒸除去溶剂，得中间体1；将0.1mol中间体1、0.15mol聚醚二元醇和甲苯混合后，加热至95℃，加入中间体1质量的1％的对甲苯磺酸，搅拌反应8h，减压旋蒸，得强度助剂，其中，聚醚二元醇的相对分子质量为3500。
实施例3-1：
废旧塑料改性颗粒通过以下步骤制成：
将废旧塑料颗粒置于反应釜中，在搅拌状态下以4℃/min的速度加热至完全熔融，保温35min，再加入实施例1制备的强度助剂，搅拌混合50min，对废旧塑料颗粒进行充分改性，提高废旧塑料的强度和耐磨性，挤出，造粒，得废旧塑料改性颗粒，其中，废旧塑料颗粒和强度助剂的加入质量比为100：15。
所述废旧塑料颗粒为聚氨酯、聚乙烯按照质量比为1：2进行而成
实施例3-2：
与实施例3-1相比制备方法相同，不同在于所述废旧塑料颗粒为聚丙烯。
实施例3-3：
与实施例3-1相比制备方法相同，不同在于所述废旧塑料颗粒为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯按照质量比为1：1：1进行混合而成。
实施例3-4：
与实施例3-1相比制备方法相同，不同在于所述废旧塑料颗粒为聚氨酯。
实施例3-5：
与实施例3-1相比制备方法相同，不同在于所述废旧塑料颗粒为聚丙烯。
实施例3-6：
与实施例3-1相比制备方法相同，不同在于所述废旧塑料颗粒为聚乙烯、聚丙烯按照质量比为3：1进行混合而成。
实施例4：
一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，选用树脂粒为PE树脂粒，按照重量计，包括以下组分：树脂粒80份、废旧塑料改性颗粒10份、辅助剂8份，其中废旧塑料改性颗粒为实施例3-1至3-6获得的；
其中，所述辅助剂为润滑剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料、偶联剂按照质量比0.5：0.5：0.5：1：0.1组成；所述润滑剂为硬脂酸、石蜡油中的一种；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂264按照质量比1：1：0.混合组成；所述光稳定剂为uv3035；所述填料为碳酸钙晶须；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。
制备方法：根据PE塑料颗粒的制备步骤：将上述重量份原料加入双杆挤出机中通过融入共混，挤出造粒获得高强度耐磨塑料颗粒。
上述获得的耐磨塑料颗粒分别标记为实施例4-1至4-6。
实施例5：
一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，选用树脂粒为PVC树脂粒，按照重量计，包括以下组分：树脂粒100份、废旧塑料改性颗粒16份、辅助剂17份，其中废旧塑料改性颗粒为实施例3-1至3-6获得的；
其中，所述辅助剂为润滑剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料、偶联剂按照质量比1：1：1：2：0.3组成；所述润滑剂为硬脂酸、石蜡油中的一种；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂264按照质量比1：1.2：0.7混合组成；所述光稳定剂为uv770；所述填料为纳米二氧化硅；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
制备方法：根据PVC塑料颗粒的制备步骤：将上述重量份原料加入双杆挤出机中通过融入共混，挤出造粒获得高强度耐磨塑料颗粒。
上述获得的耐磨塑料颗粒分别标记为实施例5-1至5-6。
实施例6：
一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，选用树脂粒为PP树脂粒，按照重量计，包括以下组分：树脂粒125份、废旧塑料改性颗粒23份、辅助剂26份，其中废旧塑料改性颗粒为实施例3-1至3-6获得的；
其中，所述辅助剂为润滑剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料、偶联剂按照质量比1.5：1.5：1.5：3.5：0.5组成；所述润滑剂为石蜡油；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂264按照质量比1.2：1.5：1混合组成；所述光稳定剂为uv3035；所述填料为蒙脱土；所述偶联剂为硅烷偶联剂。
制备方法：根据PP塑料颗粒的制备步骤：将上述重量份原料加入双杆挤出机中通过融入共混，挤出造粒获得高强度耐磨塑料颗粒。
上述获得的耐磨塑料颗粒分别标记为实施例6-1至6-6。
对比例1：
废旧塑料颗粒：与实施例3-1至3-6中废旧塑料颗粒选用配比相同，不添加强度助剂，分别对应标记对比例1-1至1-6。
对比例2：
一种用废旧塑料生产塑料颗粒：与实施例4不同之处在于选用对比例1-1至1-6的废旧塑料颗粒。
对比例3：
一种用废旧塑料生产的塑料颗粒：与实施例5不同之处在于选用对比例1-1至1-6的废旧塑料颗粒。
对比例4：
一种用废旧塑料生产的塑料颗粒：与实施例6不同之处在于选用对比例1-1至1-6的废旧塑料颗粒。
实施例7：
将实施例4至实施例6、对比例2至对比例4获得塑料颗粒进行以下性能测试：
简支梁缺口冲击强度：按照GB/T 1043塑料简支梁冲击性能进行测试；
拉伸性能：按照GB/T 528进行测试；
耐磨损性能：按照GB/T 1698进行测试；
热变形温度：按照GB/T 1634塑料负荷变形温度的测定进行测试；
测得数据如表1-3所示。
表1
Figure BDA0003222374660000101
Figure BDA0003222374660000111
从表1中可以看出，实施例4获得的耐磨塑料颗粒的强度、耐磨、热稳定性要优于对比例2获得的耐磨塑料颗粒的对应性能。
表2
Figure BDA0003222374660000112
从表2中可以看出，实施例5获得的耐磨塑料颗粒的强度、耐磨、热稳定性要优于对比例3获得的耐磨塑料颗粒的对应性能。
表3
Figure BDA0003222374660000113
Figure BDA0003222374660000121
从表3中可以看出，实施例6获得的耐磨塑料颗粒的强度、耐磨、热稳定性要优于对比例4获得的耐磨塑料颗粒的对应性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：包括以下重量份原料：树脂粒80-125份、废旧塑料改性颗粒10-23份、辅助剂8-26份；
所述废旧塑料改性颗粒由废旧塑料颗粒和强度助剂制成；
所述强度助剂通过以下步骤制成：
将含炔单体、POSS单体和甲苯混合后，在氮气保护、96℃下，加入氯铂酸异丙醇溶液，反应12h，然后用活性炭吸附铂催化剂，过滤，旋蒸，得中间体1；将中间体1、聚醚二元醇和甲苯混合后，加热至95℃，加入对甲苯磺酸，搅拌反应8h，减压旋蒸，得强度助剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：所述树脂粒为PE树脂粒、PVC树脂粒、PP树脂粒中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：所述废旧塑料改性颗粒通过以下步骤制成：
将废旧塑料颗粒置于反应釜中，在搅拌下以2-4℃/min的速度加热至完全熔融，保温20-35min，再加入强度助剂，搅拌30-50min，挤出，造粒，得废旧塑料改性颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：废旧塑料颗粒和强度助剂的加入质量比为100：15-35。
5.根据权利要求3所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：所述废旧塑料颗粒为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯废旧颗粒中的一种或几种任意比的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：所述聚醚二元醇的相对分子质量为2000-3500。
7.根据权利要求1所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：
所述POSS单体通过以下步骤制成：
氮气保护下向八苯基POSS钠盐中加入四氢呋喃，混合均匀后，加入三乙胺，0℃冰浴反应1h，滴加甲基二氯硅烷的四氢呋喃溶液，反应4h，然后在室温下反应16h，过滤，旋干滤液后过柱分离，真空干燥，得POSS单体。
8.根据权利要求7所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：
所述八苯基POSS钠盐通过以下步骤制成：
搅拌下向异丙醇中加入苯基三甲氧基硅烷、去离子水和片状氢氧化钠，在72℃、氮气保护下，反应6h后，然后在常温下，搅拌反应18h，旋转蒸发，真空干燥，得八苯基POSS钠盐。
9.根据权利要求1所述的一种利用废旧塑料生产的耐磨高强度塑料颗粒，其特征在于：
所述含炔单体通过以下步骤制成：
将4-羟甲基苯甲酸和无水四氢呋喃混合后，0℃搅拌下，加入氢化钠，搅拌10min后，滴加溴丙炔，搅拌1h，再在40℃下反应20h，然后淬灭反应，减压蒸馏，得含炔单体。
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