CN114410002A - 一种低voc高强度再生聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低VOC高强度再生聚丙烯材料，其包括如下重量份的组分：再生聚丙烯70～80份、水母粒2～5份、氨纶10～18份和相容剂4～8份；所述水母粒是以聚丙烯树脂为载体和以水为萃取液的多孔母粒，所述相容剂含有马来酸酐基团。本发明通过加入水母粒来降低再生PP的VOC，同时通过水母粒、氨纶和马来酸酐接枝的相容剂对再生PP进行协同增强增韧改性，显著提高了再生PP的抗冲击强度，使其在制成制件后具有优异的抗跌落性能，实现再生PP的回收利用。

Description

一种低VOC高强度再生聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于再生聚丙烯材料技术领域，具体涉及一种低VOC高强度再生聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度低、价格低廉、强度高、耐热和耐酸碱等优异性能，已被广泛地应用在化工、农业、汽车、家居和家电等领域中。例如家电冰箱的风道盖板、抽屉和蒸发皿等零部件上的聚丙烯用量正在逐步增加。然而，PP不属于生物降解材料，废弃后在自然界长期存在，由聚丙烯等“白色塑料”引发的“白色污染”问题亟需解决。
白色塑料的循环再利用是缓解“白色污染”和响应环保号召的有效措施。然而，再生PP的回收利用仍存在如下待解决的技术问题：1、再生料中部分已发生老化降解，导致力学性能较差。2、异味较大，会释放VOC，损害人体健康。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低VOC高强度再生聚丙烯材料及其制备方法。
为实现其目的，本发明所采用的技术方案为：
一种低VOC高强度再生聚丙烯材料，其包括如下重量份的组分：再生聚丙烯70～80份、水母粒2～5份、氨纶10～18份和相容剂4～8份；所述水母粒是以聚丙烯树脂为载体和以水为萃取液的多孔母粒，所述相容剂含有马来酸酐基团。
本发明利用水母粒释放的水分子与异味小分子物质产生共沸作用，降低异味小分子物质的沸点，由此实现更好地去除再生PP的异味物质。具体为，在挤出过程中，水母粒中的聚丙烯树脂会受热熔融，而萃取液会汽化形成水蒸气，水蒸气会捕捉聚丙烯树脂产生的异味小分子物质并形成气泡，当气泡转移至熔体表面时，配合辅助的负压挤出工艺，即可将水分子和异味物质进行脱除，实现再生PP的低气味。
其次，氨纶具有较好的弹性和韧性，本发明采用氨纶替代现有技术常规使用的增强增韧填料(例如玻璃纤维和无机粉状填料等)，能极大地增加再生PP的韧性。而且，氨纶的软化点为200℃左右，因此在挤出和注塑等加工过程中，氨纶能形成一定的定向取向，进一步增强增韧再生PP。但由于氨纶与PP的相容性较差，两者共混后会存在相容性不良现象，形成应力集中点，导致再生PP拉伸强度和韧性降低，同时由于水母粒在挤出过程会释放水分子，导致氨纶发生微量的水解，形成氨基、羧基、羟基等极性官能团，进一步降低氨纶和再生PP的相容性，造成性能缺陷点；为此，本发明在配方体系中加入含有马来酸酐基团的相容剂，一方面，该相容剂能提高再生PP与氨纶的相容性，另一方面，该相容剂的马来酸酐基团能与水解氨纶的氨基、羧基、羟基等官能团发生缩合反应，在再生PP基体内形成微交联网络，如此不仅可防止水解的氨纶对再生PP造成不良影响，而且能进一步协同增强增韧再生PP，以及改善再生PP各向异性的性能，使再生PP具有优异的抗冲击性。
所述再生聚丙烯可以是冰箱的抽屉、风道盖板、蒸发皿，洗衣机的桶料，吨包袋，或电视机外壳等聚丙烯材质零部件的粉碎回收料。
所述水母粒可选用如下牌号中的至少一种：LDV1040(合肥创新轻质材料有限公司)、BYK4200(德国比克化学)。
优选地，所述氨纶为弹性回复率≥95％(200％伸长)的高弹氨纶纤维丝。高弹性的氨纶纤维丝，有利于提高再生PP的韧性。
优选地，所述氨纶的粗细为30D～120D，更优选为40D～80D。若氨纶纤维丝太细，会导致无法有效增强再生PP，导致再生PP材料的强度不够。若氨纶纤维丝太粗，则与再生PP的相容性过差，容易在再生PP基体中形成缺陷，造成应力集中点，降低再生PP的力学性能。
优选地，所述相容剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐共聚物(POE-g-MAH)、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐共聚物(EPDM-g-MAH)中的至少一种；更优选为EPDM-g-MAH。上述相容剂不仅可有效增加PP与氨纶极性组分间的相容性，而且聚烯烃弹性体和三元乙丙橡胶均为非极性聚合物，和聚丙烯等聚烯烃的相容性好，也是聚烯烃的优良增韧剂。
优选地，所述低VOC高强度再生聚丙烯材料还包括如下重量份的组分：润滑剂0.3～1份和抗氧剂0.5～1份。
优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、双季戊四醇、硅油、分子量在1000～10000Da的低分子量聚乙烯、固体石蜡中的至少一种。氨纶的加入会使再生聚丙烯的流动性变差，同时微交联反应的发生会使得再生聚丙烯的分子量迅速增大，熔融体的粘度增大，为防止出现加工困难、以及缩合反应不均等问题，加入上述润滑剂可以促进熔体的流动，而良好的加工流动性可促进缩合反应均匀、平稳地进行。
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168中的至少一种。
本发明还提供了一种所述低VOC高强度再生聚丙烯材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将再生聚丙烯在80～90℃下干燥2～3h；
(2)将经步骤(1)干燥处理的再生聚丙烯以及其它组分加入双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到所述低VOC高强度再生聚丙烯材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的温度设置为：预融温区140～160℃，一区170～190℃，二区190～210℃，三区210～230℃，四区200～220℃，出料口温区190～200℃；螺杆转速为200～400r/min，真空度为0.02～0.08MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过加入水母粒来降低再生PP的VOC，同时通过水母粒、氨纶和马来酸酐接枝的相容剂对再生PP进行协同增强增韧改性，显著提高了再生PP的抗冲击强度，使其在制成制件后具有优异的抗跌落性能，实现再生PP的回收利用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面通过具体实施例做详细的说明。显然，下列实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例和对比例的原料均可市售购买获得，且平行实验所用的都是同一种。
现对部分原料信息作如下说明，但不限于这些材料：
水母粒，LDV1040，合肥创新轻质材料有限公司；
氨纶A，粗细为30D，弹性回复率96％，美国杜邦；
氨纶B，粗细为70D，弹性回复率97％，韩国晓星；
氨纶C，粗细为120D，弹性回复率96％，江苏侨新新材料科技股份有限公司；
POE-g-MAH，型号GR208，美国陶氏；
EPDM-g-MAH，型号K8303，美国陶氏；
润滑剂，乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)，市售；
抗氧剂，抗氧剂1010，市售。
一、实施例1～7
实施例1～7提供了一种低VOC高强度再生聚丙烯材料，其重量份配方如表1所示，制备方法如下：
(1)将再生聚丙烯在80～90℃下干燥2～3h；
(2)将经步骤(1)干燥处理的再生聚丙烯以及其它组分加入双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到所述低VOC高强度再生聚丙烯材料。所述双螺杆挤出机的温度设置为：预融温区140～160℃，一区170～190℃，二区190～210℃，三区210～230℃，四区200～220℃，出料口温区190～200℃；螺杆转速为200～400r/min，真空度为0.02～0.08MPa。
对比例1～3提供了一种再生聚丙烯材料，其重量份配方如表1所示，制备方法参照实施例3的制备方法。
表1
Figure BDA0003477456310000041
Figure BDA0003477456310000051
注：表中“-”表示未加入该组分，下同。
二、性能测试
将实施例1～7和对比例1～3制备的再生聚丙烯材料进行性能测试，同时直接以再生PP原料作为空白对照组，测试方法如下：
1、拉伸强度依据ISO 527:2012进行测试；
2、断裂伸长率依据ISO 527:2012进行测试；
3、IZOD冲击强度依据ISO 180:2000进行测试；
4、TVOC含量依据大众PV3341-1995标准进行测试。
测试结果见表2。
表2
Figure BDA0003477456310000052
Figure BDA0003477456310000061
从表2测试结果可看出：实施例1～7的再生PP的综合性能明显优于对比例1～3的再生PP的综合性能，说明本发明通过水母粒、氨纶和马来酸酐接枝的相容剂对再生PP进行协同改性，可在有效降低再生PP VOC的同时，显著提高其力学性能。通过实施例3～5的对比可知，氨纶的粗细会影响再生PP的力学性能，采用30D～120D的氨纶，可有效改善再生PP力学性能，使其拉伸强度达到32MPa以上，断裂伸长率达到32％以上，IZOD冲击强度达到16.0kJ/m2以上。通过实施例3和实施例6的对比，表明EPDM-g-MA比POE-g-MA具有更好的增容作用，其原因可能在于相比POE，EPDM分子链中具有丙烯单元，与再生PP具有更好的相容性，同时EPDM也有增韧的作用。通过实施例3和实施例7的比较，表明润滑剂对于本发明体系，也具有重要的作用，其原因可能在于较好的流动性，更有利于水母粒、氨纶、增容剂三者之间的相互反应，从而实现协同增强增韧的作用和降低再生PP异味。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：再生聚丙烯70～80份、水母粒2～5份、氨纶10～18份和相容剂4～8份；所述水母粒是以聚丙烯树脂为载体和以水为萃取液的多孔母粒，所述相容剂含有马来酸酐基团。
2.如权利要求1所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，所述氨纶为弹性回复率≥95％(200％伸长)的高弹氨纶纤维丝。
3.如权利要求1所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，所述氨纶的粗细为30D～120D。
4.如权利要求1所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，所述氨纶的粗细为40D～80D。
5.如权利要求1所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐共聚物、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐共聚物中的至少一种。
6.如权利要求1所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，还包括如下重量份的组分：润滑剂0.3～1份和抗氧剂0.5～1份。
7.如权利要求6所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、双季戊四醇、硅油、分子量在1000～10000Da的低分子量聚乙烯、固体石蜡中的至少一种。
8.如权利要求6所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168中的至少一种。
9.如权利要求1～8任一项所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将再生聚丙烯在80～90℃下干燥2～3h；
(2)将经步骤(1)干燥处理的再生聚丙烯以及其它组分加入双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到所述低VOC高强度再生聚丙烯材料。
10.如权利要求9所述的低VOC高强度再生聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度设置为：预融温区140～160℃，一区170～190℃，二区190～210℃，三区210～230℃，四区200～220℃，出料口温区190～200℃；螺杆转速为200～400r/min，真空度为0.02～0.08MPa。
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