CN113980401A - 一种基于eps泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于eps泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法，包括以下重量份的组分：EPS回收树脂60‑80份，通用聚苯乙烯GPPS树脂0‑30份，弹性体增韧剂10‑20份，橡胶粉增韧剂0‑5份，光稳定剂0.5‑1.0份，抗氧剂0.1～0.5份及润滑剂0.1～0.5份；将各成分按上述重量份加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为180～210℃，挤出造粒，制成基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯粒子。与现有技术相比，本发明可以大量回收EPS废弃泡沫，对环境友好，且所得聚苯乙烯材料综合性能优异。

Description

一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及树脂组合物，尤其是涉及一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法。
背景技术
泡沫聚苯乙烯塑料(EPS)材料具有质轻、保温、减震、隔音、易于成型等特点，广泛应用于产品包装、食品包装、建筑材料、快餐餐具等领域，包装和餐具多为一次性使用产品，大量废弃的EPS因其自身难以自然降解，且由于体积庞大，运输困难，在被消费后通常被遗弃到环境中造成“白色污染”和资源浪费。据报道，国内对聚苯乙烯的年需求量已突破千万吨，EPS的需求量更是突破200万吨级，废弃的EPS泡沫由于质轻、强度较低，更容易在环境中迁徙和分解成微塑料，这对整个生态环境的危害非常大，因此，EPS泡沫的回收具有重要的环保意义和经济价值。
目前，对于聚苯乙烯的回收主要来源有家电的外壳拆解回收材料，如专利申请号202010058464.3将废旧电子电器外壳用高抗冲聚苯乙烯(HIPS)进行再生回收，利用wHIPS老化后生产的具有反应活性的端基，与活性扩链剂熔融共混，通过扩链剂与废料老化分子的化学反应来连接因老化而断裂的分子链，从而实现材料性能恢复，得到综合性能优良的再生HIPS。然而，扩链剂的成本较高，且扩链效率往往有局限性，另外废弃HIPS属于高抗冲聚苯乙烯，其使用场景往往是家电等电子设备的外壳，其耐久性和材料强度相比EPS泡沫塑料要更好，使用该方法处理EPS材料，性能恢复有限。
专利申请号202110562668.5利用废弃EPS泡沫和水泥砂浆复合制备保温材料，通过废旧聚苯乙烯泡沫渗透保温材料进行再生后所得到的聚苯乙烯泡沫渗透保温材料粉碎物、泡沫颗粒球体和防火凝固的水泥固体或者硅钙类固体进行利用，提高资源的再利用率而且还能够减免对环境的污染。但是这类技术无法将EPS泡沫塑料作为改性基材回归高性能使用场景如家电、交通材料外壳的途径，限制了EPS泡沫材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题而提供一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的之一在于提供一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，包括以下重量份的组分：EPS回收树脂60-80份，通用聚苯乙烯GPPS树脂0-30份，弹性体增韧剂10-20份，橡胶粉增韧剂0-5份，光稳定剂0.5-1.0份，抗氧剂0.1～0.5份及润滑剂0.1～0.5份。
进一步地，所述的基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料重量份优选为：EPS回收树脂60份，通用聚苯乙烯GPPS树脂20份，弹性体增韧剂16份，橡胶粉增韧剂2.5份，光稳定剂0.8份，抗氧剂0.3份，润滑剂0.4份。
进一步地，所述的EPS回收树脂为热熔物理法回收，具体回收方法为将EPS热熔料进行粉碎、除杂、均化再除杂、螺杆挤出造粒。熔融指数为14g/10min(200℃*5kg)。
进一步地，所述的通用聚苯乙烯GPPS树脂的熔融指数为9g/10min(200℃*5kg)。
进一步地，所述的弹性体增韧剂为苯乙烯类热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的复合物，所述的苯乙烯类热塑性弹性体包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-己烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种，所述的聚烯烃弹性体包括乙烯-α烯烃无规共聚物(POE)以及乙烯-α烯烃的嵌段共聚物(OBC)中的一种或两种，由于苯乙烯类弹性体可以提供苯乙烯基与EPS基材具有更高的相容性，而聚烯烃弹性体弹性的加入可以提供更多的软链以提升材料的抗冲击性能，所述的复合物中两者优选按质量比苯乙烯类热塑性弹性体/聚烯烃类热塑性弹性体＝3:1复合，复合方法为机械物理混合，在该比例下适当比例的复合弹性体增韧剂的添加可以更为有效地提升EPS材料的冲击性能。
进一步地，所述的橡胶粉增韧剂为丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁二烯橡胶、天然橡胶中的一种或多种，所述的橡胶粉增韧剂优选为丁苯橡胶。
进一步地，所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂或紫外线吸收剂中的一种或两种；所述的受阻胺类光稳定剂包括哌啶衍生物、咪唑酮衍生物或氮杂环烷酮衍生物；所述的紫外线吸收剂包括水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类或取代丙烯腈类；进一步优选地，所述的受阻胺类光稳定剂为哌啶衍生物，所述的紫外线吸收剂为苯并三唑类；更进一步优选地，所述的光稳定剂为哌啶衍生物和苯并三唑类按质量比1:2的混合光稳定剂。
进一步地，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种，所述的受阻酚类抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，所述的亚磷酸酯类抗氧剂包括磷酸三苯酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯。进一步优选地，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯。更进一步优选地，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按质量比为1:1的混合抗氧剂。
进一步地，所述的润滑剂包括脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N,N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。进一步优选地，所述的润滑剂优选硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N,N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。
本发明的目的之二在于提供一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取：EPS回收树脂60-80份，通用聚苯乙烯GPPS树脂0-30份，弹性体增韧剂10-20份，橡胶粉增韧剂0-5份，光稳定剂0.5-1.0份，抗氧剂0.1～0.5份及润滑剂0.1～0.5份；
(2)将步骤(1)中各组分按上述重量份加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为180～210℃，挤出造粒，制成基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯粒子。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)基于白色污染的EPS泡沫改性制备而成，对环境友好，材料含有60％以上的EPS泡沫回收料，相当于每公斤材料粒子可以消耗约170个以上的一次性泡沫饭盒，这大约可回收约0.02m3以上的EPS废弃泡沫；
2)EPS虽然来源广泛，但是材料的冲击性能较差，品质不一，难以用来改性制备使用要求较高的场景材料。本发明选用的EPS回收料基于EPS热熔料的除杂、均化等物理回收方法得到，性能较稳定。
3)采用热塑性弹性体和橡胶粉复合增韧，复合的热塑性弹性体分子链段含有苯乙烯基，与EPS链段相容性好，同时含有更高比例的聚烯烃软段，提升了材料的冲击性能，大粒径的胶粉的加入提供了更多的应力集中点，在收到冲击时可以避免银纹的扩展，解决了EPS材料较脆的问题，同时提升了材料黏度，获得更稳定的加工性能；
4)采用热塑性弹性体增韧和光稳定剂复配，热塑性弹性体分子链段中不含不饱和双键，具有优异的耐候和耐热老化性能，与光稳定剂复配，提升了材料的抗紫外性能；
4)加工方式简单，易操作，材料综合性能好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1-7：
一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
按表1中实施例1-7配方成分的重量百分比，将原料加入到高速混合机中充分混合后，再置于螺杆机中，控制螺杆机的转速为300～500rpm，温度为180～210℃，在以下实施例中，选取的具体转速为400rpm，螺杆各段温度为180℃、180℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、200℃、210℃。挤出造粒，得到改性粒子。
其中，表1的材料组成如下：
组分HIPS新料为高抗冲聚苯乙烯，市售，应用于家电外壳；
组分EPS回收树脂为热熔物理法回收，熔融指数为14g/10min(200℃*5kg)；
组分通用聚苯乙烯GPPS树脂，熔融指数为9g/10min(200℃*5kg)，市购于上海赛科，型号GPPS-123P。
组分弹性体增韧剂为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物与乙烯-α烯烃无规共聚物(POE)按质量比3:1混合的复配物。
组分橡胶粉增韧剂为丁苯橡胶；
组分光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑按质量比1:2的混合光稳定剂；
组分抗氧剂为丙酸十八醇酯与三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯按质量比为1:1的混合抗氧剂；
组分润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
表1母粒配方
Figure BDA0003382719310000051
表2实施例1～3测试结果
Figure BDA0003382719310000052
表3实施例1、4、5测试结果
Figure BDA0003382719310000053
Figure BDA0003382719310000061
表4实施例1、6、7测试结果
实施例1 实施例6 实施例7
168h紫外老化△E 0.39 0.52 0.38
336h紫外老化△E 1.12 1.28 1.12
504h紫外老化△E 2.41 2.65 2.37
表5实施例1和对比例1测试结果
实施例1 对比例1
MI(200℃×5kg)g/10min 5.6 3.7
IZOD缺口冲击1/8in(J/m) 151.9 118.5
拉伸强度(MPa) 33.8 29
弯曲强度(MPa) 44.5 42
光泽度(60°) 95.2 59.5
168h紫外老化△E 0.39 19.8
表2-表5为性能测试结果，具体项目如下：
Izod冲击强度：按照ASTM-D256标准测试；
MI：按照ASTM-D1238标准测试；
拉伸强度：按照ASTM-D638标准测试；
弯曲强度：按照ASTM-D790标准测试；
光泽度：按照ASTM-D523标准测试；
紫外老化：按照ASTM-D4329标准测试；
色差△E：按照ASTM-D2244标准测试。
由表2的测试结果可知，随着EPS泡沫回收料含量的提高，制备的材料的冲击强度逐渐下降，材料熔融指数逐渐提升，为保持材料较高的冲击强度，优选EPS回收料的添加比例为60份。适当比例的GPPS新料可以提升材料的缺口冲击性能，这是因为EPS泡沫回收料相比GPPS新料更脆，GPPS的引入会帮助提高材料的冲击性能。若全部采用EPS回收料制备改性粒子，如实施例3所示，也可以满足一些对冲击性能要求不高的应用场景，如电子设备的非结构件等。
由表3的测试结果可知，橡胶粉增韧剂比例的提高会提高材料的缺口冲击强度，但拉伸强度和弯曲强度逐渐降低，同时由于胶粉颗粒度的问题导致胶粉含量提升影响材料的表面光泽度，优选橡胶粉的添加量为2.5份。
由表4的测试结果可知，光稳定剂优选的添加量为0.8份，超过0.8份时对材料的抗紫外老化效果提升不大。
由表5的测试结果可知，基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料相比市售的HIPS新料，力学性能更佳，同时具有更高的表面光泽度，可应用于对外观要求较高的领域，如电子电器的仪器外壳，此外还具有优异的耐候性能，是一种绿色环保、综合性能较佳、应用前景广阔的苯乙烯材料。
实施例8
一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取：EPS回收树脂：60份，通用聚苯乙烯GPPS树脂：20份，弹性体增韧剂：10份，橡胶粉增韧剂：2.5份，光稳定剂0.5份，抗氧剂0.1份及润滑剂0.1份；
弹性体增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与POE按质量比3:1混合而成；橡胶粉增韧剂为乙丙橡胶；光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，润滑剂为甲撑双硬脂酸酰胺；
(2)将步骤(1)中各组分按上述重量份加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机中，选取的具体转速为400rpm，螺杆各段温度为180℃、180℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、200℃、210℃，挤出造粒，制成基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯粒子。
按照上述实施例1-7所述方法，对所得产品进行性能测试，结果如下：
Izod冲击强度：123.4J/m
MI：9.8g/10min
拉伸强度：32MPa
弯曲强度：46MPa
光泽度：92
紫外老化色差ΔE：1.25(168h)。
实施例9
一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取：EPS回收树脂：60份，通用聚苯乙烯GPPS树脂：20份，弹性体增韧剂：20份，橡胶粉增韧剂：2.5份，光稳定剂0.8份，抗氧剂0.5份及润滑剂0.5份；
弹性体增韧剂为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物与POE按质量比3:1混合而成；橡胶粉增韧剂为丁腈橡胶；光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，抗氧剂为磷酸三苯酯，润滑剂为硬脂酸锌；
(2)将步骤(1)中各组分按上述重量份加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为180～210℃，挤出造粒，制成基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯粒子。
按照上述实施例1-7所述方法，对所得产品进行性能测试，结果如下：
Izod冲击强度：155.6J/m；
MI：3.5g/10min；
拉伸强度：32.5MPa；
弯曲强度：42MPa；
光泽度：95；
紫外老化色差ΔE：0.56(168h)。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：EPS回收树脂60-80份，通用聚苯乙烯GPPS树脂0-30份，弹性体增韧剂10-20份，橡胶粉增韧剂0-5份，光稳定剂0.5-1.0份，抗氧剂0.1～0.5份及润滑剂0.1～0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的EPS回收树脂为热熔物理法回收，熔融指数为14g/10min(200℃*5kg)。
3.根据权利要求1所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的通用聚苯乙烯GPPS树脂的熔融指数为9g/10min(200℃*5kg)。
4.根据权利要求1所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的弹性体增韧剂为苯乙烯类热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的复合物，所述的苯乙烯类热塑性弹性体包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-己烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种，所述的聚烯烃弹性体包括乙烯-α烯烃无规共聚物(POE)以及乙烯-α烯烃的嵌段共聚物(OBC)中的一种或两种，所述的复合物中两者按质量比苯乙烯类热塑性弹性体/聚烯烃类热塑性弹性体＝3:1复合。
5.根据权利要求1所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的橡胶粉增韧剂为丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁二烯橡胶、天然橡胶中的一种或多种，所述的橡胶粉增韧剂优选为丁苯橡胶。
6.根据权利要求1所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂或紫外线吸收剂中的一种或两种；所述的受阻胺类光稳定剂包括哌啶衍生物、咪唑酮衍生物或氮杂环烷酮衍生物；所述的紫外线吸收剂包括水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类或取代丙烯腈类；
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种，所述的受阻酚类抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，所述的亚磷酸酯类抗氧剂包括磷酸三苯酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯。
7.根据权利要求6所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的受阻胺类光稳定剂为哌啶衍生物，所述的紫外线吸收剂为苯并三唑类；
所述的亚磷酸酯类抗氧剂为季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯。
8.根据权利要求6所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的光稳定剂为哌啶衍生物和苯并三唑类按质量比1:2的混合光稳定剂；
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按质量比为1:1的混合抗氧剂。
9.根据权利要求1所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述的润滑剂包括脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N,N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。
10.一种如权利要求1～9中任一所述的一种基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份称取：EPS回收树脂：60-80份，通用聚苯乙烯GPPS树脂0-30份，弹性体增韧剂10-20份，橡胶粉增韧剂0-5份，光稳定剂0.5-1.0份，抗氧剂0.1～0.5份及润滑剂0.1～0.5份；
(2)将步骤(1)中各组分按上述重量份加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为180～210℃，挤出造粒，制成基于EPS泡沫改性的高抗冲聚苯乙烯粒子。
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