CN116554578A - 聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法和采用该方法制备的改性聚乙烯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法和采用该方法制备的改性聚乙烯复合材料。本发明采用聚酯或聚醚多元醇和异氰酸酯通过化学合成的方法反应制备聚氨酯预聚体，然后将聚氨酯预聚体与回收聚乙烯塑料熔融共混、热压制备改性聚乙烯复合材料。本发明中，聚氨酯预聚体和回收聚乙烯塑料混合后，预聚体上的异氰酸酯基团可以和回收聚乙烯塑料中的亚甲基反应，生成酰胺，提高回收聚乙烯塑料的分子量；同时聚氨酯预聚体固化后本身也有较高的力学强度，从而可以提高回收聚乙烯塑料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚乙烯塑料回收技术领域，尤其涉及一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法和采用该方法制备的改性聚乙烯复合材料。
背景技术
聚乙烯是目前世界上使用最广泛的塑料之一，它具有低密度、高强度、耐腐蚀、耐高温和不易老化等问题，广泛应用于包装、建筑、家居和电子等领域。但是废旧聚乙烯塑料难以降解，对环境、社会和经济的影响日益显著，已成为社会可持续发展难以回避的问题。废旧塑料回收利用作为一种节约能源、保护环境的方法，受到越来越多的重视。但废弃聚乙烯直接使用存在前期加工过程中分子量降低和回收过程中杂质难以除尽等问题，导致其力学性能达不到实际使用的要求。
目前对回收聚乙烯进行增强增韧主要有物理和化学两种加工方法。物理法主要通过添加无机离子、纤维或橡胶进行共混改性。物理改性需要添加剂达到一定含量才有比较明显的效果，且添加剂要和聚乙烯有良好的相容性，对添加剂的结构要求较高。化学法主要通过添加过氧化物等方法进行增容。由于亚甲基较稳定，接枝效率往往有限，导致对共混物性能提升也很有限。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法和采用该方法制备的改性聚乙烯复合材料。
本发明的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，采用聚酯或聚醚多元醇和异氰酸酯通过化学合成的方法反应制备聚氨酯预聚体，然后将聚氨酯预聚体与回收聚乙烯塑料熔融共混、热压制备改性聚乙烯复合材料。
进一步的，所述聚氨酯预聚体的质量占聚氨酯预聚体和回收聚乙烯塑料质量之和的1-5％。
进一步的，所述聚氨酯预聚体中异氰酸酯和聚酯或聚醚多元醇的羟基的摩尔比例为1.2-2：1。
进一步的，所述聚酯或聚醚多元醇的分子量为600-5000g mol-1。
进一步的，所述聚酯或聚醚多元醇和异氰酸酯反应温度为60-80℃。
进一步的，所述熔融共混温度为140-180℃，熔融共混时间为5-15min。
进一步的，所述聚氨酯预聚体与回收聚乙烯塑料在密炼机中熔融共混。
进一步的，所述聚酯或聚醚多元醇为聚己内酯多元醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯多元醇、蓖麻油和聚四氢呋喃多元醇中的一种或几种。
进一步的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或几种。
一种采用上述的加工方法制备的改性聚乙烯复合材料。
本发明中，聚氨酯预聚体是由异氰酸酯和多元醇通过缩聚反应生成的一种高分子弹性中间体，其分子上还有未反应的异氰酸酯基团，异氰酸酯基团活性较高，可以与亚甲基反应，同时聚氨酯预聚体可以通过聚乙烯的结构调整多元醇和异氰酸酯的结构，从而提高材料的相容性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
当聚氨酯预聚体和回收聚乙烯塑料混合后，预聚体上的异氰酸酯基团可以和回收聚乙烯塑料中的亚甲基反应，生成酰胺，提高回收聚乙烯塑料的分子量；同时聚氨酯预聚体固化后本身也有较高的力学强度，从而可以提高回收聚乙烯塑料的力学性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
制备聚氨酯预聚体
实施例1
控制异氰酸酯基团和羟基的比例为2：1，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA，120g，MW＝3000g mol-1)加入到250mL接有搅拌器，真空入口和温度传感器的三颈烧瓶中，在搅拌的条件下于油浴110℃真空干燥，30min后，除去真空，将反应体系冷却到60℃左右，搅拌的条件下5min内加入MDI(10g)，待MDI熔融后，体系的黏度和温度迅速增加，保持瓶内温度为80℃，在真空的条件下搅拌反应一小时得到聚己二酸-1,4-丁二醇酯聚氨酯预聚体。
实施例2
控制异氰酸酯基团和羟基的比例为2：1，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA，120g，MW＝2000g mol-1)与二苯基甲烷二异氰酸酯MDI(30g)按照实施例1实验步骤进行反应制备聚氨酯预聚体。
实施例3
控制异氰酸酯基团和羟基的比例为2：1，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA，120g，MW＝1000g mol-1)与二苯基甲烷二异氰酸酯MDI(60g)按照实施例1实验步骤进行反应制备聚氨酯预聚体。
实施例4
将实施例3中的PBA二元醇换成聚己内酯二元醇(PCL，120g，MW＝1000g mol-1)，然后与MDI(60g)按照实施例3实验步骤进行反应制备聚己内酯型聚氨酯预聚体。
制备改性聚乙烯复合材料
将回收聚乙烯塑料分别和实施例1-4的聚氨酯预聚体混合搅拌均匀后加入密炼机中，在160℃反应15分钟后取出，得到灰色固体，将所得灰色固体置于热压机中，在150℃进行压片得到改性聚乙烯复合材料，然后切片得到哑铃型片材。
改变聚氨酯预聚体的含量制备一系列改性聚乙烯复合材料。
性能测试
材料在室温平衡两周后在拉力机(6P-Ts 2000s，深圳高品检测设备有限公司)上进行拉力测试。根据ASTM D 882-81，拉伸速度设为50mm min-1，夹具为40mm。材料断裂后得到其断裂强度(σb,MPa)和断裂生长率(εb,％)，每组样品测量8次求其平均值。测试结果如下表1所示。
表1不同聚氨酯预聚体增塑回收聚乙烯塑料力学性能数据表
由表可知，增加1％聚氨酯预聚体可以明显提高回收聚乙烯塑料的断裂伸长率。其中分子量为3000的聚己二酸丁二醇酯聚氨酯预聚体改性废旧聚乙烯断裂伸长率达到200％，与未改性的回收聚乙烯塑料相比提高12.3倍，表明聚氨酯预聚体是一种高效改性剂，其分子链上异氰酸酯基团可以迅速与回收聚乙烯塑料反应，对其进行扩链，从而提高其力学性能。聚己二酸丁二醇更易与回收聚乙烯塑料发生氢键作用，因此改性效果与聚己内酯聚氨酯相比，效果更明显。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：采用聚酯或聚醚多元醇和异氰酸酯通过化学合成的方法反应制备聚氨酯预聚体，然后将聚氨酯预聚体与回收聚乙烯塑料熔融共混、热压制备改性聚乙烯复合材料。
2.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述聚氨酯预聚体的质量占聚氨酯预聚体和回收聚乙烯塑料质量之和的1-5％。
3.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述聚氨酯预聚体中异氰酸酯和聚酯或聚醚多元醇的羟基的摩尔比例为1.2-2：1。
4.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述聚酯或聚醚多元醇的分子量为600-5000g mol-1。
5.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述聚酯或聚醚多元醇和异氰酸酯反应温度为60-80℃。
6.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述熔融共混温度为140-180℃，熔融共混时间为5-15min。
7.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述聚氨酯预聚体与回收聚乙烯塑料在密炼机中熔融共混。
8.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述聚酯或聚醚多元醇为聚己内酯多元醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯多元醇、蓖麻油和聚四氢呋喃多元醇中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的一种聚氨酯预聚体增韧回收聚乙烯塑料的加工方法，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或几种。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的加工方法制备的改性聚乙烯复合材料。
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