CN1821290A - 废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系及其应用。该凝胶化消泡液复合配方体系组成为(以重量计)：聚苯乙烯良溶剂48％～97％，聚苯乙烯非溶性溶剂2％～50％，助剂0％～3％。本发明采用高沸点酯类化合物作为良溶剂，具有无难闻气味、无毒性、无污染、回收率高、成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种废弃发泡聚苯乙烯(EPS)塑料凝胶化消泡液复合配方体系及应用，更具体的是涉及一种可回收再利用废弃发泡聚苯乙烯塑料的循环型凝胶化消泡液复合配方体系，利用该体系凝胶消泡得到的凝胶料团可加工制成理化性能良好的再生制品。
背景技术.
EPS塑料是塑料行业的一个重要组成部分，也是泡沫塑料中重要品种之一。EPS塑料因其良好的减震、隔热和卫生性能广泛应用于家电产品的减震包装，建筑隔热，生鲜食品外包装及一次性餐具等领域。EPS塑料在国内外发展迅猛，国内EPS塑料产量从1979年的不足5000吨增加到2001年的68万吨(廖正品，中国包装网包装专题“可回收利用EPS材料市场前景好”，2003年8月)。据预测，2005年其表观需求量为114万吨，2010年为167万吨(hc360慧聪网“产品介绍——聚苯乙烯”)。发达国家对聚苯乙烯的主要消费领域是包装材料，约占总消费量的一半。2002年全球聚苯乙烯生产能力约为1719万吨，产量为1393万吨，消费量达到1413万吨。2006年全球聚苯乙烯生产能力将达到1868万吨，需求量将达到1666万吨。2006年发达国家对聚苯乙烯包装材料的消费量预计超过800万吨。从消费结构看，世界聚苯乙烯主要用于电子电器、薄膜包装，建筑材料等领域。这些产品大部分使用EPS材料。由于性质稳定，EPS塑料制品废弃后性能和成色得到很好保持。
EPS塑料制品大多为一次性产品，其消费后废弃物，对环境造成了极大的压力，在其集中消费、丢弃、聚集的场所，已形成了“白色污染”。因此废弃EPS塑料的回收利用已成为国内外的研究热点。
EPS塑料中空气占98％，材料仅占2％，它是一种可固定空气，既防震隔热，又可节省大量石油资源的塑料。EPS塑料的密度低达25Kg/m3，平均1m3可承重5吨。因此EPS塑料为环境友好的优良包装材料。但聚苯乙烯发泡后，体积增大50-80倍，表观容积可达75-120L/Kg。因此，若不进行消泡处理，一次性EPS塑料制品废弃后的收集和运输将因体积庞大而出现难题。收集运输及消泡、增密和减容问题是EPS废弃塑料的回收、再生利用研究中急需解决的关键技术问题(刘英俊，现代塑料加工应用，2001，13(3)，1-6)。目前，国内外消泡、增密、减容方法的研究一般分为机压法、热压法、熔融法、溶解法和凝胶法等。现通常采用机压、热压和熔融等物理方法回收EPS废弃塑料，但是这些方法再生的产品性能明显下降(黄发荣等，高分子材料的循环利用，2000，化学工业出版社出版，189-195)。中国专利申请CN1080645A报道的溶解法存在设备投资大、工艺复杂、溶剂回收难度大等问题。目前已很少使用溶解法。现用的凝胶化消泡液，一般采用芳烃(苯、甲苯、二甲苯、二乙苯等)、卤代芳烃(氯苯、邻二氯苯等)及酯类(如乙酸丁酯或戊酯)等良溶剂和烷烃类及醇类等非溶性溶剂组成的混合溶剂(中国专利申请CN1103874A及CN1096735A；PCT/CN94/00051)；还有采用苯和汽油混合溶剂(中国专利申请CN1330096)。但此类消泡液存在气味难闻、毒性大、易挥发、难于回收再用等问题。
发明内容
本发明的目的提供一种用于回收再利用废弃发泡聚苯乙烯塑料的凝胶化消泡液复合配方体系，该消泡液具有无异味、安全环保、可回收循环使用等特点，从而克服现有技术存在的气味难闻、毒性大、回收困难等缺陷。
本发明的另一目的在于提供该凝胶化消泡液复合配方体系在理化性能良好的再生制品中的应用。
本发明采用高沸点酯类化合物作为聚苯乙烯的良溶剂，此类良溶剂无毒、无异味、沸点高、不易挥发，回收率高。本发明所述的凝胶化消泡液复合配方体系的组成如下(以重量计)：
聚苯乙烯良溶剂 48％～97％
聚苯乙烯非溶性溶剂 2％～50％
助剂 0％～3％
上述配方中，聚苯乙烯良溶剂为沸点高于150℃的高沸点酯类化合物，由乙酸环己酯、乙酸苯乙酯、乙酸香叶酯、乙酸香茅酯、乙酸龙脂酯、乙酸肉桂酯、乙酸异戊酯、丙酸环己酯、丙酸苄酯、丙酸异戊酯、丙酸苯甲酯、丁酸丁酯、丁酸异戊酯、丁酸环己酯、丁二酸二甲酯、戊酸环己酯、戊二酸二甲酯、戊酸异戊酯、己二酸二辛酯、己二酸二(2-乙基己基)酯、己二酸二异癸酯、己二酸二甲酯、己二酸二(丁基二甘醇)酯、己酸乙酯、己酸烯丙酯、己酸环己酯、己酸异戊酯中的任意1-3种化合物组成。其中优选的由混合化合物组成的聚苯乙烯良溶剂包括如下组合(以重量计)：
乙酸环己酯15～25％、丙酸环己酯55～65％、丁酸环己酯10～20％；戊酸异戊酯60％、己酸异戊酯40％；丁酸异戊酯20～40％、戊酸异戊酯10～30％、己酸异戊酯40～60％；丁二酸二甲酯16％、戊二酸二甲酯65％、己二酸二甲酯19％；丁二酸二甲酯60～80％、己二酸二甲酯40～20％；乙酸肉桂酯17％、丁酸丁酯67％、己二酸二辛酯16％；丁二酸二甲酯15～30％、戊二酸二甲酯55～70％、己二酸二甲酯10～15％；己二酸二(2-乙基己基)酯20％、己酸烯丙酯80％。在带有搅拌器的容器中，按配比投入各种聚苯乙烯良溶剂，在常温下搅拌均匀便可得到混合良溶剂。
聚苯乙烯非溶性溶剂由乙醇、95％乙醇、水、丙酮、石油醚(30-60℃)中的任意1～3种化合物组成。其中优选水；优选的由混合化合物组成的聚苯乙烯非溶性溶剂包括如下组合(以重量计)：乙醇50％、水50％；乙醇40％、丙酮20％、水40％。在带有搅拌器的容器中，按配比投入各种聚苯乙烯非溶性溶剂，在常温下搅拌均匀便可得到混合非溶性溶剂。
助剂由氢氧化钠、油酸、油酸钠中的1-2种化合物组成。其中优选油酸钠；由氢氧化钠12.4％与油酸87.6％(以重量计)组成的混合助剂。
本发明消泡液在常温条件下，通过搅拌方法制备：按配方比例称取各配料，在带有搅拌器的容器中，依次投入聚苯乙烯良溶剂、聚苯乙烯非溶性溶剂和助剂，在常温下搅拌均匀，即制得本发明消泡液。
在带有可上下低频振动搅拌器的消泡罐中加入本发明消泡液，然后在上下振动条件下将清洗过的废弃EPS塑料，加至消泡液中，可以看到消泡迅速(消泡速度为0.6-35.0克/分)，EPS塑料很快收缩为凝胶料团。抽出消泡液，经测定，剩下的凝胶料团含湿量一般可达到30-60％。将上述凝胶料团投入带有低温加热(低于100℃)、低压(低于一个大气压)状态下的蒸发器或挤压炉中，蒸发或挤压成较干燥的料饼，并回收挤出的消泡液；然后，加热排气挤出造粒并回收挤出的消泡液，可以得到理化性能良好的再生PS塑料粒料，该再生PS塑料粒料可进一步加工制成形态功能各异的理化性能较好的再生PS塑料制品。
利用本发明凝胶消泡回收处理EPS塑料时，在凝胶消泡、热挤出及排气挤出造粒步骤中均可以回收消泡液，合并凝胶消泡时抽出的消泡液、热挤压和排气挤出时回收的消泡液。消泡液的回收率大于90％。经测定，本发明消泡液沸点为150℃-245℃。
有益效果：
1、本发明提供的凝胶化消泡液复合配方体系采用高沸点酯类化合物作为聚苯乙烯的良溶剂，从而克服常规使用的芳香族化合物毒性大的缺陷，本发明消泡液无难闻气味、无毒性、无污染。
2、本发明凝胶化消泡液复合配方体系中良溶剂为高沸点酯类化合物，不易挥发，消泡液沸点达到150℃-245℃，回收率高，达到90％以上，从而实现循环使用消泡液，降低了成本。
3、本发明凝胶化消泡液复合配方体系处理废弃EPS塑料，可以在常温下消泡，消泡迅速，操作工艺简单，可节约能源，而且可以得到理化性能良好的再生制品。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但不限制本发明。
实施例1
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入8.9克乙酸环己酯、34.0克丙酸环己酯和10.1克丁酸环己酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入2克乙醇、4.7克水和0.3克油酸钠，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-6。
实施例2
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入14.0克乙酸环己酯、39.0克丙酸环己酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入2克乙醇、4.7克水和0.3克油酸钠，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-7。
实施例3
在带有搅拌器的100毫升容器中，投入53.0克乙酸环己酯，再依次投入2克乙醇、4.7克水和0.3克油酸钠，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-8。
实施例4
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入8.6克丁二酸二甲酯、35.1克戊二酸二甲酯和10.3克己二酸二甲酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入6.5克水、0.2克氢氧化钠和0.3克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-9。
实施例5
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入28.6克丁二酸二甲酯、24.4克己二酸二甲酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入6.5克水、0.2克氢氧化钠和0.3克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-17。
实施例6
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入10.8克己二酸二(2-乙基己基)酯、43.2克己酸烯丙酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入6.5克水、0.2克氢氧化钠和0.3克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-18。
实施例7
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入8.5克乙酸肉桂酯、33.5克丁酸丁酯和8克己二酸二辛酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入9.3克水、0.2克氢氧化钠和0.5克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-18-1。
实施例8
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入6.4克丁二酸二甲酯、26.0克戊二酸二甲酯和7.6克己二酸二甲酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入9.3克水、0.2克氢氧化钠和0.5克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-11。
实施例9
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入14.0克丁二酸二甲酯、26.0克戊二酸二甲酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入9.3克水、0.2克氢氧化钠和0.5克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-12。
实施例10
在带有搅拌器的200毫升容器中，依次投入60克戊酸异戊酯、40克己酸异戊酯，在常温下搅拌均匀制成混合良溶剂。然后在另二个100毫升容器中，分别投入上述混合良溶剂45克和55克，再分别加入2.0克丙酮、4.5克水和3.5克石油醚(30-60℃)，在常温下搅拌均匀，即可分别配制成凝胶消泡处理液R2010-15和R2010-16。
实施例11
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入10.4克丁二酸二甲酯、22.0克戊二酸二甲酯、12.3克己二酸二甲酯和15克水，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-3。
实施例12
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入8.3克丁二酸二甲酯、17.6克戊二酸二甲酯、9.9克己二酸二甲酯和24克水，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-4。
实施例13
在带有搅拌器的100毫升容器中，依次投入6.9克丁二酸二甲酯、14.7克戊二酸二甲酯、8.2克己二酸二甲酯和30克水，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-5。
实施例14
在带有搅拌器的1立升容器中，依次投入338.8克丁二酸二甲酯、87.2克己二酸二甲酯，在常温下搅拌均匀。然后在上述容器中，依次投入38.0克水、0.5克氢氧化钠和1.5克油酸，在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-10。
实施例15
在带有搅拌器的1.5立升容器中，依次投入161.6克丁二酸二甲酯、342.3克戊二酸二甲酯和191.5克己二酸二甲酯，在常温下搅拌均匀制成混合良溶剂。然后在两个1立升容器中分别投入上述配制成混合良溶剂286.2克和289.8克，再在此二个1立升容器中分别投入8.8克水和25.2克水，在常温下搅拌均匀，即可分别配制成凝胶消泡处理液R2010-13和R2010-14。
实施例16
在带有搅拌器的10立升容器中，依次投入2460克丁二酸二甲酯、2450克戊二酸二甲酯、1370克己二酸二甲酯和400克水，然后在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-19。
实施例17
在带有搅拌器的10立升容器中，依次投入1380克丁二酸二甲酯、2460克戊二酸二甲酯、1380克己二酸二甲酯和315克水，然后在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-20。
实施例18
在带有搅拌器的10立升容器中，依次投入2796克丁二酸二甲酯、3566克戊二酸二甲酯、2023克己二酸二甲酯和932克水，然后在常温下搅拌均匀，即可配制成凝胶消泡处理液R2010-21。
实施例19
以实施例1-13配制的凝胶消泡处理液进行试验，在十四个100毫升玻璃烧杯中分别投入各试验消泡液，在上下振动搅拌的情况下将清洗过的20-51.5克废弃EPS塑料，加到各试验消泡液中，此时消泡迅速，EPS塑料很快收缩为凝胶料团。再将各消泡液滤出、沥干，分别得到相应的凝胶化料团。测定凝胶化料团的含湿率、固液比及凝胶化消泡处理液的损失率，结果见表1。
表1
| 消泡液编号 | 处理液总重(克) | 废弃EPS重(克) | 消泡速度(克/分) | 含湿率(％) | 固液比 | 损失率(％) |
| R2010-3R2010-4R2010-5R2010-6R2010-7R2010-8R2010-9R2010-11R2010-12R2010-15R2010-16R2010-17R2010-18R2010-18-1 | 6060606060606050506060606060 | 20202020202051.533332020202020 | 0.870.800.600.900.950.851.150.900.951.000.951.180.851.05 | 50.651.652.855.857.553.450.653.851.957.355.358.059.850.5 | 1∶1.021∶1.061∶1.121∶1.261∶1.351∶1.151∶1.021∶1.161∶1.071∶1.341∶1.241∶1.381∶2.101∶1.02 | 1.71.70.32.11.91.57.00.64.40.20.21.31.23.5 |
实施例20
以实施例14-15配制的凝胶消泡处理液进行试验，在三个500毫升玻璃烧杯中分别投入各试验消泡液，在上下振动搅拌的情况下将清洗过的90-100克废弃EPS塑料，加到各试验消泡液中，此时消泡迅速，EPS塑料很快收缩为凝胶料团。再将各消泡液滤出、沥干，分别得到相应的凝胶化料团。测定凝胶化料团的含湿率、固液比及凝胶化消泡处理液的损失率，结果见表2。
表2
| 消泡液编号 | 处理液总重(克) | 废弃EPS重(克) | 消泡速度(克/分) | 含湿率(％) | 固液比 | 损失率(％) |
| R2010-10R2010-13R2010-14 | 375295315 | 23895100 | 12.310.69.9 | 29.953.754.5 | 1∶0.431∶1.161∶1.19 | 4.23.42.1 |
实施例21
以实施例16-18配制的凝胶消泡处理液进行试验，在三个10立升塑料容器中分别投入各试验消泡液，在上下振动搅拌的情况下将清洗过的1150-1300克废弃EPS塑料，加到各试验消泡液中，此时消泡迅速，EPS塑料很快收缩为凝胶料团。再将各消泡液滤出、沥干，分别得到相应的凝胶化料团。测定凝胶化料团的含湿率、固液比及凝胶化消泡处理液的损失率，结果见表3。
表3
| 消泡液编号 | 处理液总重(克) | 废弃EPS重(克) | 消泡速度(克/分) | 含湿率(％) | 固液比 | 损失率(％) |
| R2010-19R2010-20R2010-21 | 671555679317 | 130011501863 | 22.425.635.0 | 57.057.457.8 | 1∶1.331∶1.351∶1.37 | 0.10.30.2 |
实施例22
将实施例21制备得到的凝胶化料团投入带有加热和减压装置的蒸发器中，然后在98℃加热状态下减压蒸发成较干燥(含湿率小于10％)的料饼并回收蒸发、冷凝出的溶剂。然后，加热排气挤出造粒并回收溶剂，得到再生PS塑料粒料。挤出造粒机各段温度：第一段、90-100℃，第二段、130-155℃，第三段、130-155℃，机头模口段、95-110℃。然后，拉丝、冷却、切粒，制得再生PS塑料粒料产品。经测定，所得到的再生PS塑料粒料具有较好的透明性、较优的物理力学和电气性能。其参数测定值如下：外观、光亮透明，相对密度1.05，脆化温度-25℃，弯曲强度68Mpa，冲击强度12KJ/m2，拉伸强度59Mpa，伸长率1.5％，介电常数(106Hz)2.33，电气强度(20℃、MV/m)50，介电损耗角正切(106Hz)1×10-4。
实施例23
将废弃EPS塑料加热至70-100℃，加压脱去废弃EPS塑料中的大部分气体，形成PS多空料饼；然后，把这种多空料饼投入装有凝胶化消泡处理液R2010-15(放大样)的容器中进行消泡，得到含湿率为50-60％的凝胶化料团，通过蒸发、捏合、挤出等手段使凝胶化料团中的残余气泡尽可能排尽；然后进行造粒，得到直径小于2mm的颗粒料，将造好的颗粒料在常温下风干至干基含湿率为6-10％，即制成再生可发性粒料，再经挤出机连续地挤出吹塑，可制得再生EPS塑料片材，该片材具有较优的物理力学性能，其参数测定值为：密度0.0285g/cm3，单位面积吸水量0.08kg/m2，弯曲强度0.324Mpa，50％压缩强度0.22Mpa。
Claims (6)
1、一种废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系，其组成(以重量计)为：
聚苯乙烯良溶剂 48％～97％
聚苯乙烯非溶性溶剂 2％～50％
助剂 0％～3％
2、根据权利要求1所述的废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系，其特征在于聚苯乙烯良溶剂为沸点高于150℃的高沸点酯类化合物。
3、根据权利要求2所述的废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系，其特征在于聚苯乙烯良溶剂为乙酸环己酯、乙酸苯乙酯、乙酸香叶酯、乙酸香茅酯、乙酸龙脂酯、乙酸肉桂酯、乙酸异戊酯、丙酸环己酯、丙酸苄酯、丙酸异戊酯、丙酸苯甲酯、丁酸丁酯、丁酸异戊酯、丁酸环己酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯，戊酸环己酯、戊酸异戊酯、己二酸二辛酯、己二酸二(2-乙基己基)酯、己二酸二异癸酯、己二酸二甲酯、己二酸二(丁基二甘醇)酯、己酸乙酯、己酸烯丙酯、己酸环己酯、己酸异戊酯中的任意1～3种化合物组成。
4、根据权利要求1所述的废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系，其特征在于聚苯乙烯非溶性溶剂由乙醇、95％乙醇、水、丙酮、石油醚(30-60℃)中的任意1～3种化合物组成。
5、根据权利要求1所述的废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系，其特征在于助剂由氢氧化钠、油酸、油酸钠中的任意1～2种化合物组成。
6、权利要求1所述的废弃发泡聚苯乙烯塑料凝胶化消泡液复合配方体系在制备再生发泡聚苯乙烯塑料制品中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN104999035A (zh) * | 2015-08-07 | 2015-10-28 | 天津大学 | 一种绿色消失模铸造方法 |
| CN104999035B (zh) * | 2015-08-07 | 2018-02-13 | 天津大学 | 一种绿色消失模铸造方法 |
| CN109847607A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-06-07 | 高栋正 | 一种无动力气泡微细化装置 |
| CN109847607B (zh) * | 2019-04-17 | 2023-11-07 | 高栋正 | 一种无动力气泡微细化装置 |
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