CN114149633A - 一种再生塑料管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种再生塑料管材及其制备方法，属于塑料管材领域。其包括以下原料制成：改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂、填充料，改性再生塑料颗粒包括以下原料制成：再生塑料颗粒、偶氮类引发剂、表面活性剂。其制备方法为：将偶氮类引发剂和表面活性剂溶于水中获得改性溶液，将改性溶液与再生塑料颗粒置于33‑37℃的反应釜中搅拌2‑3h，再取出进行冷冻干燥处理，获得改性再生塑料颗粒；将改性再生塑料颗粒与其余原料充分预先搅拌混合均匀，再投入造粒机中熔融造粒得到造粒料；将造粒料投入挤出机中熔融挤出获得再生塑料管材。本申请制得的再生塑料管材具有良好的机械力学性能以及耐低温性能。

Description

一种再生塑料管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管材领域，尤其是涉及一种再生塑料管材及其制备方法。
背景技术
自从塑料被发明出来后，即被广泛的应用，在其所带来的巨大好处时，也产生着许多负面的影响，如废弃塑料对环境的日益污染就是一个巨大的威胁。
比如汽车领域中大量使用的机油产生许多废弃的机油壶，机油壶大多属于热塑性塑料，通过热熔再造粒是完全可以回收再利用的，将收集到的机油壶输送至破碎机进行破碎，得到塑料碎片，再将塑料碎片经清洗去除油污后用于熔融挤出，得到再生塑料颗粒，再将生塑料颗粒烘干，真空管吸料至熔融挤出，制得再生塑料管材。
但是，由于这种机油壶材质的回收树脂经反复加工使用，发生了不同程度的降解，使得其熔融指数较大，熔体流动速率较大，导致制得的再生塑料管材的物料机械性能变差，管韧性和刚性水平较低，因此有待提高。
发明内容
为了提高再生塑料管材的机械性能，本申请提供一种再生塑料管材及其制备方法。
本申请提供的一种再生塑料管材及其制备方法，采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种再生塑料管材，采用如下的技术方案：
一种再生塑料管材，按重量份计，包括以下原料制成：改性再生塑料颗粒60-70份、PES颗粒20-23份、过氧化二苯甲酰3-5份、过氧化月桂酰3-5份、相容剂5-8份、填充料15-20份，所述改性再生塑料颗粒包括以下原料制成：再生塑料颗粒85-90份、偶氮类引发剂8.5-9份、表面活性剂3-5份。
通过采用偶氮类引发剂和表面活性剂将再生塑料颗粒进行改性，表面活性剂促使偶氮类引发剂作用于再生塑料颗粒表面，使得再生塑料颗粒表面以化学键结合的方式引入偶氮基团，当再生塑料颗粒在与PES颗粒相熔融混合时偶氮基团能够产生自由基引发聚合，形成韧性与强度均更高的聚合物，同时，在过氧化二苯甲酰以及过氧化月桂酰两种过氧化物的共同作用下，聚合物大分子之间诱发交联反应而聚集起来，使得熔体的黏性增强，自由基引发的单体接枝以及交联反应引发的网络状聚合，最终使体系中存在独立的支链高分子以及相互交缠的网络结构高分子，制得的再生塑料管材具有较好的机械性以及耐低温脆化性，提高了再生塑料管材的适用范围。
优选的，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵的一种或多种的组合。
通过采用以上偶氮类引发剂，使再生塑料颗粒的表面引入偶氮基团，在到达一定的高温时，偶氮基团发生均裂，产生自由基而引发聚合，使得再生塑料分子与PES分子接枝形成高聚合物分子，有利于提高再生塑料管材的性能。
优选的，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、琥珀酸二辛酯磺酸钠、二乙烯三胺的一种或多种的组合。
通过采用以上表面活性剂，促使再生塑料颗粒与偶氮类引发剂的充分接触，使得再生塑料颗粒表面更好地引入偶氮基团，并且提高了再生塑料颗粒的分散性，有利于再生塑料颗粒更均匀与其他原料熔融混合，提高再生塑料管材的整体结构稳定性。
优选的，所述填充料包括碳酸钙、硅酸粉、膨胀珍珠岩粉的一种或多种的组合。
通过采用以上填充料，进一步改善各原料之间的粘性，并且在体系高温下交联时起到一定的分散阻隔作用，从而使得体系不易过度交联，有利于提高再生塑料管材的韧性。
优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯的一种或多种的组合。
通过采用以上相容剂，使高聚物分子与填充料之间以化学键连接，提高了填充料在体系中的相容分散效果，从而使再生塑料管材具有更好的强度与韧度品质。
优选的，所述再生塑料颗粒为再生聚乙烯颗粒、再生聚丙烯颗粒、再生聚氯乙烯颗粒的一种或多种的组合。
采用聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯这些热塑性良好的材料作为再生塑料颗粒材料，与体系中的PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰等原料相配合制得的再生塑料管材品质更好，且来源广泛，易收集，具有良好的回收环保价值。
第二方面，本申请提供一种再生塑料管材的制备方法，采用如下的技术方案：
一种再生塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将偶氮类引发剂溶于其质量3-4倍的水中，再加入表面活性剂混合均匀获得改性溶液，将改性溶液与再生塑料颗粒置于33-37℃的反应釜中搅拌2-3h，再取出进行冷冻干燥处理，获得改性再生塑料颗粒；
步骤二：将改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂以及填充料充分预先搅拌混合均匀，再投入造粒机中熔融造粒得到造粒料；
步骤三：将获得的造粒料投入挤出机中熔融挤出，获得再生塑料管材。
通过将再生塑料颗粒在33-37℃中与改性溶液混合反应，再进行冷冻干燥处理，使再生塑料颗粒表面引入的偶氮基团被保留稳定，在高温下分解产生自由基，引发与PES颗粒的单体接枝反应形成聚合物，再通过过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰共同作用，使聚合物之间以及与填充料之间交联聚集形成网络状共聚物分子，从而制得具有较好的力学性能以及耐低温性能的再生塑料管材。
优选的，步骤一的冷冻干燥包括以下步骤：
1)将干燥机预降温至-40±2℃，将沾附有改性溶液的再生塑料颗粒置于干燥机内，以45-50℃ /min的降温速度降温至-40±1℃；
2)开启真空泵抽真空，至真空度为12Pa，同时干燥机以0.1℃/min的速度升温至-3℃，在-3℃中保持45-60min，使液体完全冻干升华，再以0.1℃/min的速度升温至30±2℃，在30±2℃保持15-20min，获得改性再生塑料颗粒。
通过采用冷冻干燥处理再生塑料颗粒，低温下能够使引入再生塑料颗粒表面的偶氮基团能够被稳定保留，并且在骤冷下使再生塑料颗粒形成大量纳米级别的微孔，大幅提高了再生塑料颗粒的比表面积，有利于后续的过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰在微孔孔径表面掠夺氢离子而诱发自由基，促进分子聚合的发生，进一步提高了再生塑料管材的物理机械性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过采用偶氮类引发剂和表面活性剂改性再生塑料颗粒，同时配合使用PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂、填充料等原料，通过自由基引发单体接枝以及交联反应引发的分子聚合，使得再生塑料管材具有含支链高分子以及含网状结构高分子，提高了再生塑料管材的机械性以及耐低温脆化性；
2.通过将再生塑料颗粒在33-37℃的温度下进行改性以及冷冻干燥处理，使改性再生塑料颗粒表面均匀接枝有较多的偶氮基团，并且骤冷下能够使再生塑料颗粒的比表面积增大，有利于改性再生颗粒更好地与PES颗粒进行交联。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种再生塑料管材，其原料配比量详见表1，其制备方法包括以下步骤：
步骤一：将9kg的偶氮类引发剂溶于35L的水中，再加入5kg的表面活性剂混合均匀获得改性溶液，将改性溶液与90kg的再生塑料颗粒置于37℃的反应釜中搅拌3h，再取出进行冷冻干燥处理，冷冻干燥处理包括以下步骤：
1)将干燥机预降温至40℃，将沾附有改性溶液的再生塑料颗粒置于干燥机内，以50℃/min 的降温速度降温至-40℃；
2)开启真空泵抽真空，至真空度为12Pa，同时干燥机以0.1℃/min的速度升温至-3℃，在-3℃中保持60min，使液体完全冻干升华，再以0.1℃/min的速度升温至30℃，在30℃保持 15min，获得改性再生塑料颗粒。
步骤二：按照表1的配比量将改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂以及填充料充分预先搅拌混合均匀，获得混合备料，将混合备料投入造粒机中，在120℃下熔融塑化并造粒得到粒径为3-4mm的造粒料；
步骤三：将造粒料投入挤出机中，控制挤出机供料段温度为110℃，挤出机压缩段温度为125℃，挤出机计量段温度为140℃，挤出机模口温度为160℃，挤出机的螺杆转速为50r/min，将成型的管材用循环水喷淋降至室温，获得再生塑料管材。
实施例2
一种再生塑料管材，其原料配比量详见表1，其制备方法包括以下步骤：
步骤一：将8.5kg的偶氮类引发剂溶于30L的水中，再加入3kg的表面活性剂混合均匀获得改性溶液，将改性溶液与85kg的再生塑料颗粒置于60℃的反应釜中搅拌2h，再取出进行冷冻干燥处理，冷冻干燥处理包括以下步骤：
1)将干燥机预降温至40℃，将沾附有改性溶液的再生塑料颗粒置于干燥机内，以50℃/min 的降温速度降温至-40℃；
2)开启真空泵抽真空，至真空度为12Pa，同时干燥机以0.1℃/min的速度升温至-3℃，在-3℃中保持45min，使液体完全冻干升华，再以0.1℃/min的速度升温至30℃，在30℃保持 20min，获得改性再生塑料颗粒。
步骤二：按照表1的配比量将改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂以及填充料充分预先搅拌混合均匀，获得混合备料，将混合备料投入造粒机中，在120℃下熔融塑化并造粒得到粒径为3-4mm的造粒料；
步骤三：将造粒料投入挤出机中，控制挤出机供料段温度为115℃，挤出机压缩段温度为130℃，挤出机计量段温度为145℃，挤出机模口温度为165℃，挤出机的螺杆转速为50r/min，将成型的管材用循环水喷淋降至室温，获得再生塑料管材。
实施例3
一种再生塑料管材，其原料配比量详见表1，其制备方法包括以下步骤：
步骤一：将8.8kg的偶氮类引发剂溶于35L的水中，再加入4kg的表面活性剂混合均匀获得改性溶液，将改性溶液与88kg的再生塑料颗粒置于33℃的反应釜中搅拌3h，再取出进行冷冻干燥处理，冷冻干燥处理包括以下步骤：
1)将干燥机预降温至40℃，将沾附有改性溶液的再生塑料颗粒置于干燥机内，以50℃/min 的降温速度降温至-40℃；
2)开启真空泵抽真空，至真空度为12Pa，同时干燥机以0.1℃/min的速度升温至-3℃，在-3℃中保持60min，使液体完全冻干升华，再以0.1℃/min的速度升温至30℃，在30℃保持 20min，获得改性再生塑料颗粒。
步骤二：按照表1的配比量将改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂以及填充料充分预先搅拌混合均匀，获得混合备料，将混合备料投入造粒机中，在120℃下熔融塑化并造粒得到粒径为3-4mm的造粒料；
步骤三：将造粒料投入挤出机中，控制挤出机供料段温度为115℃，挤出机压缩段温度为125℃，挤出机计量段温度为145℃，挤出机模口温度为160℃，挤出机的螺杆转速为50r/min，将成型的管材用循环水喷淋降至室温，获得再生塑料管材。
实施例4-8
一种再生塑料管材，与实施例3的不同之处在于，实施例4-8的原料不同，详见表1、表2。
表1.实施例1-8的再生塑料管原料配比量表
Figure RE-GDA0003467665150000051
表2.实施例1-8的改性再生塑料颗粒原料配比量表
Figure RE-GDA0003467665150000052
Figure RE-GDA0003467665150000061
以上原料均为市售原料，其中，PES颗粒采用德国巴斯夫的牌号为E3010的PES颗粒，二甲基二烯丙基氯化铵采用山东开普勒生物科技有限公司的DMDAAC-60％的二甲基二烯丙基氯化铵，烷基酚聚氧乙烯醚采用广州市天醇化工有限公司的型号为TX-10的烷基酚聚氧乙烯醚，碳酸钙和硅酸粉细度均为5000目，膨胀珍珠岩粉细度为2000目。
对比例
对比例1
一种再生塑料管材，与实施例3的不同之处在于，对比例1原料中PES颗粒替换成等质量的再生聚丙烯颗粒，过氧化二苯甲酰以及过氧化月桂酰均替换成等质量的三烯丙基异氰尿酸酯交联剂。
对比例2
一种再生塑料管材，与实施例3的不同之处在于，对比例2原料中的PES颗粒替换成等质量的改性再生塑料颗。
对比例3
一种再生塑料管材，与实施例3的不同之处在于，对比例3原料中的过氧化二甲苯酰替换成等质量的过氧化月桂酰。
对比例4
一种再生塑料管材，与实施例3的不同之处在于，对比例4原料中的过氧化月桂酰替换成等质量的过氧化二甲苯酰。
对比例5
一种再生塑料管材，与实施例8的不同之处在于，对比例5的步骤一中反应釜的温度设为 60℃。
对比例6
一种再生塑料管材，与实施例8的不同之处在于，对比例6的步骤一中反应釜的温度设为30℃。
性能检测试验
实验1.再生塑料管材的刚性检测
根据《GB/T 9647-2015热塑性塑料管材环刚度的测定》的规定，对实施例1-8以及对比例 1-5制得的管材检测环刚度，单位为kN/m2。
实验2.再生塑料管材的韧性检测
根据《GB/T 8804.1-2003热塑性塑料管材拉伸性能测定》的规定，对实施例1-8以及对比例 1-5制得的管材检测拉伸屈服力，单位为MPa。
实验3.再生塑料管材的耐低温性能检测
根据《GB/T 5470-2008塑料冲击法脆化温度的测定》的规定，对实施例1-8以及对比例1-5 制得的管材检测的脆化温度，单位为℃。
实验1-3的检测结果详见表3。
表3.检测结果
检测试样 环刚度kN/m<sup>2</sup> 拉伸屈服力MPa 脆化温度℃
实施例1 15.3 43.5 -27.7
实施例2 15.6 42.9 -26.3
实施例3 15.1 45.5 -28.5
实施例4 16.0 42.7 -26.3
实施例5 14.8 45.7 -28.7
实施例6 15.8 43.0 -26.5
实施例7 16.3 42.5 -26.5
实施例8 16.5 43.1 -28.1
对比例1 6.0 21.2 -10.5
对比例2 8.8 34.9 -21.3
对比例3 10.3 32.7 -17.2
对比例4 9.7 33.0 -17.5
对比例5 12.2 35.4 -18.0
对比例6 11.5 36.6 -18.4
由表3的检测结果可以看出，实施例1-8制得的再生塑料管材的环刚度基本上在15kN/m2以上，并且拉伸屈服力均达到40MPa以上，脆化温度也接近-30℃，相比对比例1的普通再生塑料管材，实施例1-8的再生塑料管材具有明显的力学性能与耐低温性能的提高，说明本申请采用改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰等原料制得的再生塑料管材品质良好，具有更广泛的应用价值。
其中，对比例2与实施例3的检测数据对比可以知道，使用改性过的再生塑料颗粒制得的再生塑料管材具有更为优异的力学性能以及耐低温性能，结合对比例5、对比例6与实施例8的检测数据对比可知，偶氮二异丁脒盐酸盐和二甲基二烯丙基氯化铵共同配合使用时，在一定温度范围下进行改性处理对于再生塑料管材同样具有较为明显的性能改善效果。
对比例3-4与实施例3的检测数据对比可知，将过氧化二苯甲酰与过氧化月桂酰共同作用配合对于再生塑料管材的力学性能以及耐低温性能的提高有较大的影响，说明氧化二苯甲酰与过氧化月桂酰在具有PES颗粒的体系中能够发挥协同作用的效果，是使制得的再生塑料管材具有优异的机械力学性能和耐低温抗脆化性的关键所在。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种再生塑料管材，其特征在于，按重量份计，包括以下原料制成：改性再生塑料颗粒60-70份、PES颗粒20-23份、过氧化二苯甲酰3-5份、过氧化月桂酰3-5份、相容剂5-8份、填充料15-20份，所述改性再生塑料颗粒包括以下原料制成：再生塑料颗粒85-90份、偶氮类引发剂8.5-9份、表面活性剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种再生塑料管材，其特征在于，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种再生塑料管材，其特征在于，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、琥珀酸二辛酯磺酸钠、二乙烯三胺的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种再生塑料管材，其特征在于，所述填充料包括碳酸钙、硅酸粉、膨胀珍珠岩粉的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种再生塑料管材，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种再生塑料管材，其特征在于，所述再生塑料颗粒为再生聚乙烯颗粒、再生聚丙烯颗粒、再生聚氯乙烯颗粒的一种或多种的组合。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的再生塑料管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将偶氮类引发剂溶于其质量3-4倍的水中，再加入表面活性剂混合均匀获得改性溶液，将改性溶液与再生塑料颗粒置于33-37℃的反应釜中搅拌2-3h，再取出进行冷冻干燥处理，获得改性再生塑料颗粒；
步骤二：将改性再生塑料颗粒、PES颗粒、过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、相容剂以及填充料充分预先搅拌混合均匀，再投入造粒机中熔融造粒得到造粒料；
步骤三：将获得的造粒料投入挤出机中熔融挤出，获得再生塑料管材。
8.根据权利要求7所述的一种再生塑料管材的制备方法，其特征在于,步骤一的冷冻干燥包括以下步骤：
1）将干燥机预降温至-40±2℃，将沾附有改性溶液的再生塑料颗粒置于干燥机内，以45-50℃/min的降温速度降温至-40±1℃；
2）开启真空泵抽真空，至真空度为12Pa，同时干燥机以0.1℃/min的速度升温至-3℃，在-3℃中保持45-60min，使液体完全冻干升华，再以0.1℃/min的速度升温至30±2℃，在30±2℃保持15-20min，获得改性再生塑料颗粒。
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