CN114957832B - 一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料。本发明以聚对苯二甲酸乙二醇酯+马来酸酐共接枝聚乙烯作为相容剂，和人工大理石废渣共填充于聚乙烯，获得强度较高，尺寸稳定的聚乙烯复合材料。一方面可以减少大理石粉尘运输过程粉尘污染，另一方面将人造大理石废渣粉进行综合回收利用，既可起到废物利用，增加经济收益的目的，又可减轻对生态环境的污染。

Description

一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料
技术领域
本发明涉及聚乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料。
背景技术
人造大理石是用天然大理石或花岗岩的碎石为填充料，用水泥、石膏和不饱合聚酯树脂为粘结剂，经搅拌成型、研磨和抛光后制成。人造大理石是模仿大理石的表面纹理加工而成的，具有类似大理石的机理特点，并且花纹图案可由设计者自行控制确定，重现性好。同时人造大理石抗污染，并有较好的可加工性，能制成弧形，曲面等形状，施工方便。随着社会的发展，人们生活质量的提高，对大理石的需求也越来越大，然而人造大理石在成型加工过程中产生的废料约为25％～30％，大量堆积的废渣对生态环境造成不良影响，另外也是资源的巨大浪费，仅仅依靠堆积填埋、焚烧处理将会造成环境污染和资源浪费。因此，如何正确处理和综合回收利用人造大理石废渣粉已经引起了石材加工行业的重视。
发明内容
基于上述内容，本发明的目的在于提供一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料。将人造大理石废渣作为填充剂制备聚乙烯复合材料，实现人造大理石废渣的重复利用。
本发明的技术方案之一，一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料，质量份数计，原料包括：人造大理石废渣粉70份、聚乙烯15-30份、改性聚乙烯5-15份；其中，所述改性聚乙烯为马来酸酐+聚对苯二甲酸乙二醇酯共接枝改性聚乙烯。
进一步地，所述人造大理石废渣粉的粒径为300目；
进一步地，所述改性聚乙烯的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯、马来酸酐、低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比100：(1-5)：(1-5)混合均匀得到混合物料，混合物料和助剂混合后在真空条件下进行反应性挤出造粒得到所述改性聚乙烯；助剂作用是作为催化剂提高接枝率，改性得到马来酸酐、低聚物对苯二甲酸乙二醇酯共接枝聚乙烯。
进一步地，所述低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯是一种环状三聚体，结构式如式(1)所示：
进一步地，所述反应性挤出温度200-230℃，所述助剂为过氧化二异丙苯；所述聚乙烯和助剂的质量比为100：(0.6-0.8)。
本发明的技术方案之二，上述填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将人造大理石废渣粉、聚乙烯、改性聚乙烯混合均匀后进行混炼得到所述填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料。
进一步地，所述混炼在开放式炼胶机上进行，混炼条件为：前辊温度150-155℃，后辊140-145℃，辊距0.5～2.5mm，前辊筒转速23～25r/min，后辊筒转速28～30r/min。前辊筒转速比后辊筒转速低的原因是为了防止胶料卷入空气，引起产品气泡。
本发明的技术方案之三，上述填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料在制备塑料复合材料中的应用。
具体包括：将所述聚乙烯复合材料通过注塑机，制得所述塑料复合材料。按照GB/T9341-2008GB/T1040.2-2006测试所得产品弯曲模量1235.2MPa；拉伸屈服应力24.2MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
人造大理石废渣中碳酸钙质量占比82％～88％，有机物质量占比12％～18％，其中有机物主要是不饱和聚酯，含有大量的羟基、羧基，有机物包裹在碳酸钙表面。本发明改性聚乙烯通过使用马来酸酐和低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯对聚乙烯进行改性反应，使其得到，马来酸酐、低聚对苯二甲酸乙二醇酯共接枝聚乙烯，以其作为相容剂，马来酸酐、低聚对苯二甲酸乙二醇酯共接枝聚乙烯表面的马来酸酐基团、低聚对苯二甲酸乙二醇酯基团含有强极性，能够与人造大理表面的不饱和聚酯产生化学、物理交联，同时，马来酸酐、低聚对苯二甲酸乙二醇酯共接枝聚乙烯的聚乙烯链与聚乙烯产生物理交联，从而提高人造大理石废渣和聚乙烯之间的相容性，使得人造大理石废渣粉含量在高于60％的情况下制备的聚乙烯复合材料仍然具有较高的性能强度。
本发明以聚对苯二甲酸乙二醇酯+马来酸酐共接枝聚乙烯作为相容剂，和人工大理石废渣共填充于聚乙烯，获得强度较高，尺寸稳定的聚乙烯复合材料。一方面可以减少大理石粉尘运输过程粉尘污染，另一方面将人造大理石废渣粉进行综合回收利用，既可起到废物利用，增加经济收益的目的，又可减轻对生态环境的污染。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的改性聚乙烯；
图2为本发明实施例1制备的聚乙烯复合材料；
图3实施例1和对比例4制备的人造大理石废渣/聚乙烯复合材料电镜图，其中a为对比例4制备的人造大理石废渣/聚乙烯复合材料电镜图，b为实施例1制备的人造大理石废渣/聚乙烯复合材料电镜图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明以下实施例中，所使用的人造大理石废渣来源广西贺州的聚酯型人造大理石废渣，是由碳酸钙和不饱和聚酯形成的不可降解交联聚合物复合材料，其中有机物含量占比为14-18％wt。所使用的聚乙烯原料性能：拉伸强度为7.26MPa，杨氏模量0.84GPa,断裂伸长率500％，硬度ShoreA为26.1HA，撕裂强度23.5kN/m。
实施例1
步骤1：取人造大理石废渣，置于烘箱中100℃条件下烘干8h后放入高速破碎机中在50000r/min转速下破碎5min，取出过300目筛，装袋备用。
步骤2：按照质量比100:1:1称取聚乙烯、马来酸酐、低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯(环状三聚体，结构式如式(1)所示)分别放入烘箱中80℃烘干8h后混合均匀得到混合物料，将聚乙烯和助剂(过氧化二异丙苯)按照质量比100:0.8混合均匀后放入真空排气——反应式挤出机，在230℃下进行反应性挤出，使用造粒机制得改性聚乙烯。
步骤3：将步骤1制得的人造大理石废渣粉70g、步骤2制得的改性聚乙烯10g、聚乙烯30g混合后在JTC—752型开放式炼胶机上混炼得到填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料，混炼条件前辊温度150℃，后辊140℃，辊距2mm，前辊筒转速23r/min，后辊筒转速26r/min。
步骤4：复合材料的外观及力学性能
外观：胶料表面呈浅灰色，无明显气泡。
用QLB-D型平板硫化机在145℃，压强10MPa，压片时间20min将步骤3制得的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料制成片板，进行裁片并使用XUT—厚度计测量胶片厚度为2.03mm。
复合板材的力学性能采用WDW-0.5C型电子拉伸试验机测试。测试条件：
拉伸强度、断裂伸长率参照GB/T 528-1998标准，撕裂强度参照GB/T529-1999标准测试，拉伸速度为(500士50)mm/min。
参照GB/T 531-1999标准，使用XHS型邵尔硬度计对胶料进行硬度测试。
结果显示：复合材料的拉伸强度为19.2MPa，杨氏模量1.56GPa,断裂伸长率18％，硬度ShoreA为54HA，撕裂强度89kN/m。
图1为本实施例步骤2制得的改性聚乙烯材料；
图2为本实施例步骤4制得的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料制成的片板；
对比例1
同实施例1，区别在于，步骤2中，省略马来酸酐的添加，将等量的马来酸酐作为步骤3的原料加入。
复合材料的外观及力学性能结果显示：
外观：胶料表面呈浅灰色，无明显气泡。
用QLB-D型平板硫化机在145℃，压强10MPa，压片时间20min将步骤3制得的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料制成片板，进行裁片并使用XUT—厚度计测量胶片厚度为2.08mm。
复合板材的力学性能采用WDW-0.5C型电子拉伸试验机测试。测试条件：
拉伸强度、断裂伸长率参照GB/T 528-1998标准，撕裂强度参照GB/T529-1999标准测试，拉伸速度为(500士50)mm/min。
参照GB/T 531-1999标准，使用XHS型邵尔硬度计对胶料进行硬度测试。
结果显示：复合材料的拉伸强度为15.1MPa，杨氏模量1.34GPa,断裂伸长率8.7％，硬度ShoreA为34.8HA，撕裂强度72.3kN/m。
对比例2
同实施例1，区别在于，步骤2中，省略低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯的添加，将等量的低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯作为步骤3的原料加入。
复合材料的外观及力学性能结果显示：
外观：胶料表面呈浅灰色，无明显气泡。
用QLB-D型平板硫化机在145℃，压强10MPa，压片时间20min将步骤3制得的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料制成片板，进行裁片并使用XUT—厚度计测量胶片厚度为2.01mm。
复合板材的力学性能采用WDW-0.5C型电子拉伸试验机测试。测试条件：
拉伸强度、断裂伸长率参照GB/T 528-1998标准，撕裂强度参照GB/T529-1999标准测试，拉伸速度为(500士50)mm/min。
参照GB/T 531-1999标准，使用XHS型邵尔硬度计对胶料进行硬度测试。
结果显示：复合材料的拉伸强度为16.2MPa，杨氏模量1.25GPa,断裂伸长率7.5％，硬度ShoreA为38.4HA，撕裂强度67.4kN/m。
对比例3
同实施例1，区别在于，省略步骤2改性聚乙烯的制备过程，步骤2所涉及原料聚乙烯、马来酸酐、低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯均作为步骤3的原料直接加入。
复合材料的外观及力学性能结果显示：
外观：胶料表面呈浅灰色，无明显气泡。
用QLB-D型平板硫化机在145℃，压强10MPa，压片时间20min将步骤3制得的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料制成片板，进行裁片并使用XUT—厚度计测量胶片厚度为2.11mm。
复合板材的力学性能采用WDW-0.5C型电子拉伸试验机测试。测试条件：
拉伸强度、断裂伸长率参照GB/T 528-1998标准，撕裂强度参照GB/T529-1999标准测试，拉伸速度为(500士50)mm/min。
参照GB/T 531-1999标准，使用XHS型邵尔硬度计对胶料进行硬度测试。
结果显示：复合材料的拉伸强度为10.8MPa，杨氏模量1.14GPa,断裂伸长率6.4％，硬度ShoreA为14HA，撕裂强度35.7kN/m。
对比例4
同实施例1，区别在于，步骤3制备过程使用未经改性的聚乙烯原料。
复合材料的外观及力学性能结果显示：
外观：胶料表面呈浅灰色，无明显气泡。
用QLB-D型平板硫化机在145℃，压强10MPa，压片时间20min将步骤3制得的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料制成片板，进行裁片并使用XUT—厚度计测量胶片厚度为1.98mm。
复合板材的力学性能采用WDW-0.5C型电子拉伸试验机测试。测试条件：
拉伸强度、断裂伸长率参照GB/T 528-1998标准，撕裂强度参照GB/T529-1999标准测试，拉伸速度为(500士50)mm/min。
参照GB/T 531-1999标准，使用XHS型邵尔硬度计对胶料进行硬度测试。
结果显示：复合材料的拉伸强度为7.2MPa，杨氏模量0.82GPa,断裂伸长率3.1％，硬度ShoreA为13.7HA，撕裂强度26.1kN/m。
图3为实施例1和对比例4制备的人造大理石废渣/聚乙烯复合材料电镜图，其中a为对比例4制备的人造大理石废渣/聚乙烯复合材料电镜图，b为实施例1制备的人造大理石废渣/聚乙烯复合材料电镜图。通过图3，得出未添加改性聚乙烯的复合材料界面相容性差，界面含有许多颗粒状的人造大理石废渣，添加了改性聚乙烯以后，复合材料界面相容性提高，几乎没有游离的人造大理石废渣颗粒，人造大理石废渣与聚乙烯的结合程度提高。
以上实施例仅是示例性，在后续的实验验证过程中，发现在改变以下条件中的任意参数时，得到的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料拉伸强度为15.8MPa-19.2MPa，杨氏模量1.3-1.56GPa,断裂伸长率5-22％，硬度ShoreA为51-54，撕裂强度72-89kN/m。具体的：
(1)改性聚乙烯制备过程中，聚乙烯、马来酸酐、低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为100：(1-5)：(1-5)；聚乙烯和助剂质量比为100:0.6-0.8；
(2)原料为人造大理石废渣粉70份、聚乙烯15-30份、改性聚乙烯5-15份；
(3)混炼条件为：前辊温度150-155℃，后辊140-145℃，辊距0.5～2.5mm，前辊筒转速23～25r/min，后辊筒转速26～29r/min。
同时验证发现制备过程最佳参数为实施例1参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料，其特征在于，质量份数计，原料包括：人造大理石废渣粉70份、聚乙烯15-30份、改性聚乙烯5-15份；
所述改性聚乙烯为马来酸酐与低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯共接枝改性聚乙烯；
所述低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构式如下式（1）所示：
；
所述人造大理石废渣粉粒径为300目；
所述改性聚乙烯的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯、马来酸酐、低聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比100：（1-5）：（1-5）混合均匀得到混合物料，混合物料和助剂混合后在真空条件下进行反应性挤出造粒得到所述改性聚乙烯；
所述反应性挤出温度200-230℃；所述助剂为过氧化二异丙苯；所述聚乙烯和助剂的质量比为100:0.6-0.8。
2.一种根据权利要求1所述的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将人造大理石废渣粉、聚乙烯、改性聚乙烯混合均匀后进行混炼得到所述填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料。
3.根据权利要求2所述的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述混炼在开放式炼胶机上进行，混炼条件为：前辊温度150-155℃，后辊温度140-145℃，辊距0.5～2.5mm，前辊筒转速23～25r/min，后辊筒转速26～29r/min。
4.一种根据权利要求1所述的填充有人造大理石废渣的聚乙烯复合材料在制备塑料中的应用。
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