CN117024889A - 一种改性可发性聚苯乙烯回收共混gpo-r发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发泡材料制备技术领域，具体涉及一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO‑R发泡材料及其制备方法，发泡材料包括以下质量分数的各个原料：50～65％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷以及2～5％扩链剂。本发明提供的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO‑R发泡材料，对废弃PS进行回收制备GPO‑R发泡材料，实现低碳排放，降低材料成本，保证发泡材料性能满足要求。
Description
技术领域
本发明属于发泡材料制备技术领域，具体涉及一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(PS)具有优良的性能，是一种非常受欢迎的塑料材料，将其制造成发泡材料广泛用于食品、电子产品和夹具等产品的包装中；但是这种泡沫材料产品大多为一次性，使用后都当成垃圾扔掉填埋，但是由于其体积庞大，需要占用大量的空间，此外，泡沫材料产品中聚苯乙烯质量小、残余价值低，不容易循环再生，难以实现生物降解，分解需特别长的时间，存在难以回收的问题，造成环境污染和资源浪费，不符合目前低碳排放的可持续发展战略。
聚苯乙烯作为制作发泡材料的主要原料，由于普通聚苯乙烯性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等，因此在利用聚苯乙烯制备发泡材料时会对其进行改性形成可发性聚苯乙烯，但是现阶段可发性聚苯乙烯价格高，9350元/吨(2023年4月市场价)，使得制作发泡材料的成本增加。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提供一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料及其制备方法，对废弃PS进行回收制备GPO-R发泡材料，实现低碳排放，降低材料成本，保证发泡材料性能满足要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于，包括以下质量分数的各个原料：50～65％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷以及2～5％扩链剂。
进一步限定，包括以下质量分数的各个原料：62％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、1％成核剂、4％戊烷以及3％扩链剂。
一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，包括以下质量分数的各个原料：50～63％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷、2～5％扩链剂、1％增韧剂和1％涂层剂。
进一步限定，包括以下质量分数的各个原料：60％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、3％扩链剂、1％成核剂、1％增韧剂、1％涂层剂以及4％戊烷。
进一步限定，所述回收改性聚苯乙烯颗粒是利用冷压回收造粒从PS废旧塑料泡沫中得到的。
进一步限定，所述扩链剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；涂层剂为硬脂酸锌。
一种所述的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
1)冷压回收造粒
PS废旧塑料依次经粉碎、搅拌、熔融挤出和水冷切粒得到回收改性聚苯乙烯颗粒；
2)投料混合
将改性聚苯乙烯PS、扩链剂、成核剂、增韧剂以及步骤1)得到的回收改性聚苯乙烯颗粒投料，并按照上述的质量分数自动进料混合，得到混合料；
3)挤出、冷却、切粒
混合料在双螺杆挤出机中进行熔融、混炼塑化后，再经冷却、切粒，得到颗粒料；
4)涂层
将颗粒料与涂层剂按照质量分数混合，得到发泡材料。
进一步限定，所述步骤1)中，熔融挤出温度为180℃～200℃。
本发明的有益效果是：
1、本发明从PS废旧塑料泡沫中得到回收改性聚苯乙烯颗粒，并将其用于发泡材料中，代替一部分改性聚苯乙烯，实现废物再利用，实现低碳减排的目的，得到的发泡材料性能满足要求。
2、本发明采用废旧的塑料泡沫替代原料改性聚苯乙烯得到发泡材料，减少改性聚苯乙烯原材料的消耗，降低材料成本。
3、本发明将回收改性聚苯乙烯颗粒代替部分改性聚苯乙烯中，通过加入扩链剂来确保制备GPO发泡材料在粒径、洛氏硬度和强度方面具有很好的性能优势。
4、本发明采用冷压回收造粒的方法从PS废旧塑料泡沫中得到回收改性聚苯乙烯颗粒，回收工艺简单，回收的颗粒满足生产要求；回收过程中产生放入废气经过处理，且不产生废水，不会对环境产生污染，实现工业化生产。
附图说明
图1为PS废旧塑料中冷压回收工艺示意图。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本发明保护的技术方案进行说明。
本发明提供的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，包括以下质量分数的各个原料：50～65％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷以及2～5％扩链剂。
优选地，改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料包括以下质量分数的各个原料：62％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、1％成核剂、4％戊烷以及3％扩链剂。
进一步的，本发明提供的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料包括以下质量分数的原料：50～63％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷、2～5％扩链剂、1％增韧剂和1％涂层剂。
优选地，改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料包括以下质量分数的各个原料：60％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、3％扩链剂、1％成核剂、1％增韧剂、1％涂层剂以及4％戊烷。
优选地，本发明上述回收改性聚苯乙烯颗粒是利用冷压回收造粒从PS废旧塑料泡沫中得到的，从而实现废弃资料再利用，减少环境污染，实现资源回收利用，符合低碳排放的可持续发展战略。
优选地，本发明扩链剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；涂层剂为硬脂酸锌。
本发明还提供一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料的制备方法，包括以下步骤。
1)冷压回收
PS废旧塑料依次经粉碎、搅拌、熔融挤出和水冷切粒得到回收改性聚苯乙烯颗粒。熔融挤出温度为180℃～200℃。
2)投料混合
将改性聚苯乙烯PS、扩链剂、成核剂、增韧剂以及步骤1)得到的回收改性聚苯乙烯颗粒投料，并按照上述质量分数自动进料混合，得到混合料。
进料混合时，改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料包括以下质量分数的各个原料：60％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、3％扩链剂、1％成核剂、1％增韧剂、1％涂层剂以及4％戊烷。
3)挤出、冷却、切粒
混合料在双螺杆挤出机中进行熔融、混炼塑化后，再经冷却、切粒，得到颗粒料。
4)涂层
将颗粒料与涂层剂按照质量分数混合，得到发泡材料，命名为GPO-R。
下面以几组具体实施方式对本发明发泡材料及其制备方法进行详细的阐述。
实施例1
本实施例中，采用冷压回收的方法从PS废旧塑中得到回收改性聚苯乙烯颗粒。
参见图1，冷压回收过程具体如下。
(1)粉碎、搅拌
PS废旧塑料泡沫经封闭式粉碎机进行粉碎，粉碎后的物料进入搅拌料仓进行均质混匀。此过程产生的主要污染物为粉碎粉尘和搅拌粉尘，粉碎机和搅拌料仓均设置有布袋除尘器，粉尘经布袋除尘器处理后厂房内无组织排放。
本实施中，在粉碎前将废旧泡沫料投进泡沫冷压机的料斗中，机器自动打碎泡沫料并将泡沫压缩。通过泡沫冷压机将废旧泡沫粉碎后再挤压成块的泡沫机器。挤压后能够有效成倍的减少泡沫的体积，增加密度，便于废旧泡沫的运输和再生利用。
(2)熔融挤出
熔融加热使用电加热，熔融挤出温度在180℃～200℃之间，熔融挤出时采用水环真空泵抽真空。熔融挤出时会产生废气，主要污染物为非甲烷总烃、苯乙烯和颗粒物。造粒线整体封闭，挤出机模头处、水环真空泵循环水桶上方设置有集气罩，废气收集后经1套“干式过滤器+活性炭吸附脱附+CTO”装置处理后高15米的排气筒排放。
水环泵抽真空过程中利用泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气，废气中含有的非甲烷总烃等物质遇水冷却液化成石油类物质，在循环水表面形成油层，需定期清理，产生的废油类物质作为危废处置。挤出机设置有过滤网，定期更换的含杂质废过滤网集中收集后外售。
(3)水冷切粒
熔融挤出后的物料使用1℃～15℃循环水冷却，水温升高后车间外冷却水循环系统处理，无废水排放。冷却后送入切粒机切割成粒子装，产出PS粒子送入混料区，用于生产GPO(改性可发性聚苯乙烯)和框条等。
实施例2
本实施例提供的一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，包括以下质量分数的各个原料：62％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、1％成核剂、4％戊烷、3％扩链剂。
本实施例中，扩链剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯。
本实施例的制备方法包括以下步骤。
(1)投料
先将改性聚苯乙烯PS、回收改性聚苯乙烯颗粒、扩链剂、成核剂和戊烷分别投入到进料斗中，利用自动秤称重配料系统，按比例自动进料，按比例自动进料，通过螺旋输送至密闭混合进料斗中，该混合进料斗自带布袋除尘装置。混合进料斗中的混合物料依靠重力，通过阀门控制进料速度，连续进入双螺杆挤出机中。
(2)挤出
混合物料在双螺杆挤出机中进行熔融后混炼塑化，双螺杆挤出机配备自动温度控制系统，双螺杆挤出机工作温度为150℃；将改性聚苯乙烯、回收改性聚苯乙烯颗粒、成核剂和戊烷以62：30：1：4：3比例均匀混合后加入到双螺杆挤塑机中。
双螺杆挤塑机工作过程中，主机温度从一区至十一区分别为175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、215℃、220℃，换网温控为200℃，过渡温控、熔体泵温控和开车阀温控为240℃，主机喂料转速为15r/min～25r/min，主机转速150r/min～300r/min，熔体泵转速10r/min～25r/min，模头温度230℃～290℃，水箱温控为40℃～50℃，挤出物料通过管道经模头进入密闭的腔体中冷却切粒。
(3)冷却、切粒
通过高压水泵，向与双螺杆挤出机模头连接的密闭腔体内打入0.2Mpa～0.4Mpa冷却水，控制从模头出料压力在10MPa左右模头挤出，在该腔体中瞬间冷却，同时通过高速旋转的刀片在1600r/min完成切粒过程。切粒后的料水混合物在冷却水的压力作用下，通过密闭的管道进入脱水机中。
(4)涂层
切粒后的原料通过密闭的管道进入混合机，将涂层剂加入到混合机中予以混合，得到产品粒子。涂层剂为硬脂酸锌，涂层剂的加入量按照质量分数为1％添加。
经混合后的产品粒子储存在产品料仓，成品即为改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，标记为GPO-R发泡材料，随后进入自动包装线称重，按750KG/包进行包装，采用叉车送入成品仓库。
实施例3～实施例7
与实施例2不同的在于，各个原料的质量分数不同，具体如表1所示。
表1为实施例3～实施例7的原料配比对照表
| 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 改性聚苯乙烯PS | 51 | 55 | 58 | 60 | 65 |
| 回收改性聚苯乙烯颗粒 | 35 | 35 | 30 | 27 | 29 |
| 扩链剂 | 3 | 2 | 3 | 5 | 1 |
| 成核剂 | 6 | 3 | 5 | 5 | 3 |
| 戊烷 | 5 | 5 | 4 | 3 | 2 |
实施例8
本实施例提供的一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，包括以下质量分数的各个原料：60％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、3％扩链剂、1％成核剂、1％增韧剂、1％涂层剂以及4％戊烷。
本实施例中扩链剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯。
本实施例的制备方法包括以下步骤。
(1)投料
先将改性聚苯乙烯PS、回收改性聚苯乙烯颗粒、扩链剂、成核剂和增韧剂分别投入到进料斗中，利用自动秤称重配料系统，按比例自动进料，按比例自动进料，通过螺旋输送至密闭混合进料斗中，该混合进料斗自带布袋除尘装置。混合料斗中的物料依靠重力，通过阀门控制进料速度，连续进入双螺杆挤出机中。
(2)挤出
混合物料在双螺杆挤出机中进行熔融后混炼塑化，双螺杆挤出机配备自动温度控制系统，双螺杆挤出机工作温度为180℃，将改性聚苯乙烯、回收改性聚苯乙烯颗粒、扩链剂、增韧剂、成核剂、涂层剂和戊烷以60：30：3：1：1：1：4比例均匀混合后加入到双螺杆挤塑机中。
双螺杆挤塑机工作过程中，主机温度从一区至十一区分别为170℃、180℃、185℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、215℃、220℃，换网温控为220℃，过渡温控、熔体泵温控和开车阀温控为240℃，主机转速150r/min～300r/min，熔体泵转速10r/min～25r/min，模头温度220℃～300℃，水箱温控为45℃～50℃，挤出物料通过管道经模头进入密闭的腔体中冷却切粒。
(3)冷却、切粒
通过高压水泵，向与双螺杆挤出机模头连接的密闭腔体内打入0.2Mpa～0.4Mpa冷却水，控制从模头出料压力在10MPa左右模头挤出，在该腔体中瞬间冷却，同时通过高速旋转的刀片在1600R/min完成切粒过程。切粒后的料水混合物在冷却水的压力作用下，通过密闭的管道进入脱水机中。
(4)涂层
切粒后的原料通过密闭的管道进入混合机，将涂层剂加入到混合机中予以混合。涂层剂为硬脂酸锌，涂层剂的加入量按照质量分数为1％添加。
经混合后的产品粒子储存在产品料仓，随后进入自动包装线称重，按750KG/包进行包装，采用叉车送入成品仓库。
实施例9～实施例13
与实施例8不同的在于，各个原料的质量分数不同，具体如表2所示。
表2为实施例9～实施例13的原料配比对照表
| 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | |
| 改性聚苯乙烯PS | 50 | 55 | 57 | 60 | 65 |
| 回收改性聚苯乙烯颗粒 | 35 | 35 | 30 | 29 | 27 |
| 扩链剂 | 3 | 1 | 1 | 2 | 1 |
| 成核剂 | 5 | 3 | 6 | 4 | 3 |
| 戊烷 | 5 | 4 | 4 | 3 | 2 |
| 增塑剂 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 涂层剂 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
验证1性能实验
本实施例制备得到的发泡材料，其物理性能和发泡性能测试，结果参见表3所示。
表3发泡材料的性能对比
| 实施例2 | 实施例8 | 现有市售产品 | |
| 粒径 | 0.65-1.2mm | 0.65-1.2mm | 0.8-1.5mm |
| 发泡密度 | 20-50g/l | 20-50g/l | 20-50g/l |
| 洛氏硬度 | 1072R-Scale | 1196R-Scale | 925R-Scale |
| 弯曲强度 | 483MPa | 513MPa | 411MPa |
| 拉伸断裂强度 | 25MPa | 33MPa | 21MPa |
从表3可以看出，本发明将PS废旧塑料回收后制备的发泡材料，粒径小于现有市售同类产品的粒径，洛氏硬度、弯曲强度和拉伸断裂强度均高于现有市售同类产品的粒径，在同类发泡产品中具有很好的性能优势，表明本发明制备的发泡材料，其回收性能满足要求。
验证2碳排放量
本实施例制备得到的发泡材料，其二氧化碳排放量结果如表4所示。
表4二氧化碳排放量(单位：KG/吨)
| 实施例2 | 实施例8 | 现有市售产品 | |
| 二氧化碳排放 | 3399.24 | 3406.38 | 3948.26 |
从上表4的数据可知，比现有同性能同类型产品相比，本发明每制备1吨发泡材料，二氧化碳的排放量减少541.88～549.02KG，二氧化碳排放量下降13.72％～13.9％。
综上所述，本发明对废旧塑料进行回收，用回收的聚苯乙烯代替聚苯乙烯原材料，由于废旧塑料的价格远低于聚苯乙烯原材料的价格，极大的降低成本，实现废物资源再利用，具有显著的经济效益，且制备的发泡材料性能满足使用要求，在产业化上具有广阔应用前景。
以上是本发明的较实施例，但是不能以此作为对本发明技术方案的限制，任何在本发明技术思路基础上所做的替换、修饰都应落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于，包括以下质量分数的各个原料：50～65％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷以及2～5％扩链剂。
2.根据权利要求1所述的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于，包括以下质量分数的各个原料：62％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、1％成核剂、4％戊烷以及3％扩链剂。
3.一种改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于，包括以下质量分数的各个原料：50～63％改性聚苯乙烯、20～35％回收改性聚苯乙烯颗粒、1～4％成核剂、3～6％戊烷、2～5％扩链剂、1％增韧剂和1％涂层剂。
4.根据权利要求3所述的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于：包括以下质量分数的各个原料：60％改性聚苯乙烯、30％回收改性聚苯乙烯颗粒、3％扩链剂、1％成核剂、1％增韧剂、1％涂层剂以及4％戊烷。
5.根据权利要求1或3所述的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于，所述回收改性聚苯乙烯颗粒是利用冷压回收造粒从PS废旧塑料泡沫中得到的。
6.根据权利要求4所述的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料，其特征在于，所述扩链剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；涂层剂为硬脂酸锌。
7.一种如权利要求4所述的改性可发性聚苯乙烯回收共混GPO-R发泡材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)冷压回收造粒
聚苯乙烯PS废旧塑料依次经粉碎、搅拌、熔融挤出和水冷切粒得到回收改性聚苯乙烯颗粒；
2)投料混合
将改性聚苯乙烯、扩链剂、成核剂、增韧剂以及步骤1)得到的回收改性聚苯乙烯颗粒投料，并按照权利要求4的质量分数自动进料混合，得到混合料；
3)挤出、冷却、切粒
混合料在双螺杆挤出机中进行熔融、混炼塑化后，再经冷却、切粒，得到颗粒料；
4)涂层
将颗粒料与涂层剂按照质量分数混合，得到发泡材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，熔融挤出温度为180℃～200℃。
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