CN116640395A - 一种废旧玻璃钢增强pvc材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于PVC材料及资源回收利用技术领域，具体涉及一种废旧玻璃钢增强PVC材料及其制备方法。原料按照质量份数计，包括：PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20～30份，偶联剂1～3份，抗冲改性剂10～15份，稳定剂3～5份，钛白粉0.5～1.5份，碳酸钙粉70～130份，润滑剂2～5份；其中，活化废旧玻璃钢粉末由活化剂对废旧玻璃钢粉末的表面进行活化处理获得，所述活化剂为单硬脂酸甘油酯，废旧玻璃钢粉末与活化剂的质量比为100:2～4。本发明不仅能够提高了PVC材料维卡软化温度、拉伸强度、拉伸模量，同时解决了玻璃钢废弃物的回收利用问题，科学合理、简单易行。
Description
技术领域
本发明属于PVC材料及资源回收利用技术领域，具体涉及一种废旧玻璃钢增强PVC材料及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
PVC(聚氯乙烯)是世界上产量最大的通用塑料之一，但是耐高温性、拉伸强度、拉伸模量较低，影响了PVC材料的应用范围。
玻璃钢是以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，具有质轻、高强、耐高温、耐腐蚀、电绝缘性好等优点。绝大多数玻璃钢是用热固性树脂制造的，不易降解、分化及回收。随着玻璃钢废弃物数量近年来剧增，废旧玻璃钢制品的堆放、处理和回收亟待解决，主要是到寿命的玻璃钢制品废弃物和生产加工过程中产生的边角余料等废弃物，传统的掩埋、焚烧方法，占用大量土地，造成环境污染，而且处理费用高，处理量有限，远不能满足玻璃钢废弃物数量剧增的要求，玻璃钢废弃物已成为社会问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种废旧玻璃钢增强PVC材料及其制备方法，不仅能够提高了PVC材料维卡软化温度、拉伸强度、拉伸模量，同时解决了玻璃钢废弃物的回收利用问题，科学合理、简单易行。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种废旧玻璃钢增强PVC材料，原料按照质量份数计，包括：PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20～30份，偶联剂1～3份，抗冲改性剂10～15份，稳定剂3～5份，钛白粉0.5～1.5份，碳酸钙粉70～130份，润滑剂2～5份；
其中，活化废旧玻璃钢粉末由活化剂对废旧玻璃钢粉末的表面进行活化处理获得，所述活化剂为单硬脂酸甘油酯，废旧玻璃钢粉末与活化剂的质量比为100:2～4。
本发明中添加钛白粉和碳酸钙粉均为有机材料，与PVC的相容性较差，本发明添加偶联剂是一类具有两种不同性质官能团的物质，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂作为“分子桥”，可以改善无机物与有机物的界面作用，从而改善PVC材料的性能。
在此基础上，为了实现玻璃钢废弃物的回收利用；同时，废旧玻璃钢粉末的功能特征是一种良好的填充增强剂，含有短玻璃纤维和热固性塑料粉末，能有效提高高分子聚合物的力学性能。然而，本发明在前期研究中，直接将玻璃钢废弃物粉碎后添加至PVC材料中，制备的增强PVC材料的维卡软化温度、拉伸强度和拉伸模量提升不明显。经过进一步研究发现其主要原因是，废旧玻璃钢粉末含有短玻璃纤维和热固性塑料，对高分子聚合物具有一定的填充作用，但是其与高分子聚合物的相容性很差。为了更好的发挥其在PVC材料中的填充作用，本发明采用单硬脂酸甘油酸对其表面进行活化处理，使其表面包覆一层单硬脂酸甘油酯，提高废旧玻璃钢粉末与PVC树脂的界面粘合力，提高其与高分子聚合物的相容性，从而显著提升增强PVC材料的维卡软化温度、拉伸强度和拉伸模量。
另一方面，一种上述废旧玻璃钢增强PVC材料的制备方法，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂进行搅拌，使得偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面，然后加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，搅拌均匀获得混合物料；采用挤出机将混合物料挤出，然依次进行冷却定型、牵引、切割，即得。
本发明的有益效果为：
本发明以PVC树脂粉为基料，添加经过活化处理的玻璃钢粉末与其它添加剂共混来制备PVC增强材料。本发明制备的PVC增强材料具有较高的维卡软化温度、拉伸强度和拉伸模量，维卡软化温度提高到110℃以上，拉伸强度提高到41.9Mpa，拉伸模量提高到7.31×103Mpa。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于PVC存在耐高温性、拉伸强度、拉伸模量较低等问题，以及玻璃钢废弃物难以处理等问题，本发明研究发现将玻璃钢废弃物直接添加至PVC中耐高温性、拉伸强度、拉伸模量的性能提升不明显的问题，本发明提出了一种废旧玻璃钢增强PVC材料及其制备方法。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种废旧玻璃钢增强PVC材料，原料按照质量份数计，包括：PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20～30份，偶联剂1～3份，抗冲改性剂10～15份，稳定剂3～5份，钛白粉0.5～1.5份，碳酸钙粉70～130份，润滑剂2～5份；
其中，活化废旧玻璃钢粉末由活化剂对废旧玻璃钢粉末的表面进行活化处理获得，所述活化剂为单硬脂酸甘油酯，废旧玻璃钢粉末与活化剂的质量比为100:2～4。
本发明所述的废旧玻璃钢粉末来自于废旧的酚醛玻璃钢制品、环氧玻璃钢制品、聚酯玻璃钢制品。
在一些实施例中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸脂偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种。
在一些实施例中，所述抗冲改性剂为CPE、抗冲ACR、MBS中的一种或几种。
在一些实施例中，所述稳定剂为铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、稀土稳定剂中的一种或几种。
在一些实施例中，所述润滑剂为PE蜡、微晶蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种混合物。
在一些实施例中，表面进行活化处理的方式为：将活化剂与废旧玻璃钢粉末进行共混。共混的温度为50～65℃。
在一些实施例中，碳酸钙粉为90～110份，优选为95～105份。研究表明，该配比体系条件下的废旧玻璃钢增强PVC材料的性能更好。即PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20～30份，偶联剂1～3份，抗冲改性剂10～15份，稳定剂3～5份，钛白粉0.5～1.5份，碳酸钙粉90～110份(优选为95～105份)，润滑剂2～5份。
本发明的另一种实施方式，提供了一种上述废旧玻璃钢增强PVC材料的制备方法，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂进行搅拌，使得偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面，然后加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，搅拌均匀获得混合物料；采用挤出机将混合物料挤出，然依次进行冷却定型、牵引、切割，即得。
在一些实施例中，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂搅拌加热至100～120℃，然后降温搅拌，使得偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面。具体地，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂加入至高速混料机进行搅拌，通过自摩擦升温至100～120℃。
在一些实施例中，加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂后，通过自摩擦生热出去原料中所含的水分。具体地，自摩擦升温至110～130℃，然后降温，降温至40～50℃卸料。
在一些实施例中，采用挤出机经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为粘态，并经过模具连续挤出。具体地，挤出机挤出的工艺参数为：主机电流为16～20A，螺杆转速为17.0～18.0rpm，牵引速度为0.7～0.9m/min；主机机筒温度1至4区的温度依次为179～181℃、184～186℃、187～189℃、184～186℃，合流芯温度为184～186℃，模具温度1至4区的温度依次为179～181℃、179～181℃、177～179℃、174～176℃。
在一些实施例中，步骤如下：
(1)配料混料：将活化废旧玻璃钢粉末和偶联剂依次加入高速混料机中进行搅拌处理，自摩擦升温到100～120℃，开始降温，通过搅拌使偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面；然后再加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，使用高速混合机将上述物料与之前得到的废旧玻璃钢粉末和偶联剂的混合物一起搅拌得到分散均匀的物料，通过摩擦生热出去原料中所含的水分，自摩擦升温到110～130℃，然后降温到40～50℃后卸料；
(2)挤出机挤出：混合完毕的物料加入料斗，物料通过料斗进入挤出机，经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为高粘态，并经过模具连续挤出；
(3)冷却定型：从模具挤出的条状物料进入水中冷却定型，物料温度降低，变为连续条状物料；
(4)牵引：连续条状物料在牵引装置的作用下匀速向前移动；
(5)切割：在编码器脉冲信号的控制下，通过切割机来完成最后的切粒，通过切割频率控制料粒的长短。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
以下实施例中活性废旧玻璃钢(酚醛玻璃钢)粉末的制备过程为：在60℃的条件下，将100质量份的废旧玻璃钢粉末和3质量份的单硬脂酸甘油酯进行进行共混获得。
以下实施例中，维卡软化温度的测试方法是按照GB/T 1633-2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》测试。
以下实施例中，拉伸强度、拉伸模量是按GB/T 1040-2018《塑料拉伸性能的测定》测试。
实施例1
原料：以质量份数计，PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20份，钛酸酯偶联剂2份，ACR抗冲改性剂10份，钙锌稳定剂3份，钛白粉0.5份，碳酸钙粉100份，硬脂酸润滑剂1份，PE蜡润滑剂1份。
制备方法，如图1所示，具体步骤为：
(1)配料混料：将活化废旧玻璃钢粉末和偶联剂依次加入高速混料机中进行搅拌处理，自摩擦升温到110℃，开始降温，通过搅拌使偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面。然后再加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，使用高速混合机将上述物料与之前得到的废旧玻璃钢粉末和偶联剂的混合物一起搅拌得到分散均匀的物料，通过摩擦生热出去原料中所含的水分，自摩擦升温到120℃，然后降温到45℃后卸料。
(2)挤出机挤出：混合完毕的物料加入料斗，物料通过料斗进入挤出机，经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为高粘态，并经过模具连续挤出。主机电流：16-20A，螺杆转速：17.7rpm，牵引速度：0.8m/min，主机机筒温度1-4区：180℃，185℃，188℃，185℃，合流芯温度：185℃，模具温度1-4区：180℃，180℃，178℃，175℃。
(3)冷却定型：从模具挤出的条状物料进入水中冷却定型，物料温度降低，变为连续条状物料。
(4)牵引：连续条状物料在牵引装置的作用下匀速向前移动。
(5)切割：在编码器脉冲信号的控制下，通过切割机来完成最后的切粒，通过切割频率控制料粒的长短。
本实施例制备的废旧玻璃钢增强PVC材料中，维卡软化温度为113℃，拉伸强度为41.9Mpa，拉伸模量为7.31×103Mpa。
实施例2
原料：以质量份数计，PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20份，钛酸酯偶联剂2份，ACR抗冲改性剂10份，钙锌稳定剂3份，钛白粉0.5份，碳酸钙粉90份，硬脂酸润滑剂1份，PE蜡润滑剂1份。
制备方法，如图1所示，具体步骤为：
(1)配料混料：将活化废旧玻璃钢粉末和偶联剂依次加入高速混料机中进行搅拌处理，自摩擦升温到110℃，开始降温，通过搅拌使偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面。然后再加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，使用高速混合机将上述物料与之前得到的废旧玻璃钢粉末和偶联剂的混合物一起搅拌得到分散均匀的物料，通过摩擦生热出去原料中所含的水分，自摩擦升温到120℃，然后降温到45℃后卸料。
(2)挤出机挤出：混合完毕的物料加入料斗，物料通过料斗进入挤出机，经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为高粘态，并经过模具连续挤出。工艺参数为：主机电流：16-20A，螺杆转速：17.7rpm，牵引速度：0.8m/min，主机机筒温度1-4区：180℃，185℃，188℃，185℃，合流芯温度：185℃，模具温度1-4区：180℃，180℃，178℃，175℃。
(3)冷却定型：从模具挤出的条状物料进入水中冷却定型，物料温度降低，变为连续条状物料。
(4)牵引：连续条状物料在牵引装置的作用下匀速向前移动。
(5)切割：在编码器脉冲信号的控制下，通过切割机来完成最后的切粒，通过切割频率控制料粒的长短。
本实施例制备的废旧玻璃钢增强PVC材料中，维卡软化温度为109℃，拉伸强度为38.5Mpa，拉伸模量为6.02×103Mpa。
对比例1
原料：以质量份数计，PVC树脂粉100份，钛酸酯偶联剂2份，ACR抗冲改性剂10份，钙锌稳定剂3份，钛白粉0.5份，碳酸钙粉100份，硬脂酸润滑剂1份，PE蜡润滑剂1份。
制备方法，如图1所示，具体步骤为：
(1)配料混料：将活化废旧玻璃钢粉末和偶联剂依次加入高速混料机中进行搅拌处理，自摩擦升温到110℃，开始降温，通过搅拌使偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面。然后再加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，使用高速混合机将上述物料与之前得到的废旧玻璃钢粉末和偶联剂的混合物一起搅拌得到分散均匀的物料，通过摩擦生热出去原料中所含的水分，自摩擦升温到120℃，然后降温到45℃后卸料。
(2)挤出机挤出：混合完毕的物料加入料斗，物料通过料斗进入挤出机，经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为高粘态，并经过模具连续挤出。工艺参数为：主机电流：16-20A，螺杆转速：17.7rpm，牵引速度：0.8m/min，主机机筒温度1-4区：180℃，185℃，188℃，185℃，合流芯温度：185℃，模具温度1-4区：180℃，180℃，178℃，175℃。
(3)冷却定型：从模具挤出的条状物料进入水中冷却定型，物料温度降低，变为连续条状物料。
(4)牵引：连续条状物料在牵引装置的作用下匀速向前移动。
(5)切割：在编码器脉冲信号的控制下，通过切割机来完成最后的切粒，通过切割频率控制料粒的长短。
本对比例制备的PVC材料中，维卡软化温度为92℃，拉伸强度为25.6Mpa，拉伸模量为4.25×103Mpa。
对比例2
原料：以质量份数计，PVC树脂粉100份，废旧酚醛玻璃钢粉末20份，钛酸酯偶联剂2份，ACR抗冲改性剂10份，钙锌稳定剂3份，钛白粉0.5份，碳酸钙粉100份，硬脂酸润滑剂1份，PE蜡润滑剂1份。
制备方法，如图1所示，具体步骤为：
(1)配料混料：将活化废旧玻璃钢粉末和偶联剂依次加入高速混料机中进行搅拌处理，自摩擦升温到110℃，开始降温，通过搅拌使偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面。然后再加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，使用高速混合机将上述物料与之前得到的废旧玻璃钢粉末和偶联剂的混合物一起搅拌得到分散均匀的物料，通过摩擦生热出去原料中所含的水分，自摩擦升温到120℃，然后降温到45℃后卸料。
(2)挤出机挤出：混合完毕的物料加入料斗，物料通过料斗进入挤出机，经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为高粘态，并经过模具连续挤出。主机电流：16-20A，螺杆转速：17.7rpm，牵引速度：0.8m/min，主机机筒温度1-4区：180℃，185℃，188℃，185℃，合流芯温度：185℃，模具温度1-4区：180℃，180℃，178℃，175℃。
(3)冷却定型：从模具挤出的条状物料进入水中冷却定型，物料温度降低，变为连续条状物料。
(4)牵引：连续条状物料在牵引装置的作用下匀速向前移动。
(5)切割：在编码器脉冲信号的控制下，通过切割机来完成最后的切粒，通过切割频率控制料粒的长短。
本对比例制备的废旧玻璃钢增强PVC材料中，维卡软化温度为98℃，拉伸强度为32.9Mpa，拉伸模量为5.63×103Mpa。
通过实施例1、对比例1-2的对比，可以看出，将废旧酚醛玻璃钢粉末直接添加至PVC材料中时，其维卡软化温度、拉伸强度以及拉伸模量的性能增加不明显。当采用单硬脂酸甘油酯共混活化废旧酚醛玻璃钢粉末后，再添加至PVC材料中时，能够显著提高其维卡软化温度、拉伸强度以及拉伸模量。
另外，通过实施例1和实施例2的对比，可以看出在本发明提供的废旧玻璃钢增强PVC材料中，碳酸钙粉末的含量也会影响维卡软化温度、拉伸强度以及拉伸模量，碳酸钙粉添加量为100份时，效果更好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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之内。
Claims (10)
1.一种废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，原料按照质量份数计，包括：PVC树脂粉100份，活化废旧玻璃钢粉末20～30份，偶联剂1～3份，抗冲改性剂10～15份，稳定剂3～5份，钛白粉0.5～1.5份，碳酸钙粉70～130份，润滑剂2～5份；
其中，活化废旧玻璃钢粉末由活化剂对废旧玻璃钢粉末的表面进行活化处理获得，所述活化剂为单硬脂酸甘油酯，废旧玻璃钢粉末与活化剂的质量比为100:2～4。
2.如权利要求1所述的废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸脂偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，所述抗冲改性剂为CPE、抗冲ACR、MBS中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，所述稳定剂为铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、稀土稳定剂中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，所述润滑剂为PE蜡、微晶蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种混合物。
6.如权利要求1所述的废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，表面进行活化处理的方式为：将活化剂与废旧玻璃钢粉末进行共混；优选地，共混的温度为50～65℃。
7.如权利要求1所述的废旧玻璃钢增强PVC材料，其特征是，碳酸钙粉为90～110份，优选为95～105份。
8.一种权利要求1～7任一所述的废旧玻璃钢增强PVC材料的制备方法，其特征是，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂进行搅拌，使得偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面，然后加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂，搅拌均匀获得混合物料；采用挤出机将混合物料挤出，然依次进行冷却定型、牵引、切割，即得。
9.如权利要求8所述的废旧玻璃钢增强PVC材料的制备方法，其特征是，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂搅拌加热至100～120℃，然后降温搅拌，使得偶联剂均匀分散到玻璃钢粉末表面；优选地，将活化废旧玻璃钢粉末与偶联剂加入至高速混料机进行搅拌，通过自摩擦升温至100～120℃；
或，加入PVC树脂粉、抗冲改性剂、稳定剂、钛白粉、碳酸钙粉、润滑剂后，通过自摩擦生热出去原料中所含的水分；优选地，自摩擦升温至110～130℃，然后降温，降温至40～50℃卸料。
10.如权利要求8所述的废旧玻璃钢增强PVC材料的制备方法，其特征是，采用挤出机经过螺杆挤压、塑化过程，物料变为粘态，并经过模具连续挤出；优选地，挤出机挤出的工艺参数为：主机电流为16～20A，螺杆转速为17.0～18.0rpm，牵引速度为0.7～0.9m/min；主机机筒温度1至4区的温度依次为179～181℃、184～186℃、187～189℃、184～186℃，合流芯温度为184～186℃，模具温度1至4区的温度依次为179～181℃、179～181℃、177～179℃、174～176℃。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117362865A (zh) * | 2023-09-26 | 2024-01-09 | 江苏华信高新材料有限公司 | 一种高维卡、低强度pvc板及其制备方法 |
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2023
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