CN1974649A - 不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法 - Google Patents

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郭宝春
杜明亮
贾德民
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Abstract

本发明涉及一种不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法，包括以下步骤：(1)不饱和聚酯纽扣及工艺品废料粉末与塑料混合，使所述废料粉末均匀分散于塑料中，得到不饱和聚酯粉末改性塑料混合物，塑料与废料粉末的质量比为40～95∶5～60；(2)步骤(1)得到的混合物成型，得到不饱和聚酯粉末改性塑料。

Description

不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法
技术领域
本发明涉及环境和材料技术领域，具体是不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法。
背景技术
不饱和聚酯玻璃钢和纽扣废料为代表的交联高分子固体废弃物，其自身的化学交联结构造成了其加热不能熔融，也不能溶解的特性，目前仍然是最难回收利用的物质之一。如何经济、有效、环保的回收这些具有交联结构的热固性树脂，始终是全社会关注的焦点问题。
关于热固性树脂废料的回收，现在主要采用有掩埋法和燃烧法两种。掩埋法既浪费土地资源，也浪费人力、物力和财力，燃烧法极大地污染了大气环境和水资源。传统的废旧不饱和聚酯的裂解技术附加值低，并且燃烧产生苯和二噁英类(Dioxins)等致癌的毒害性气体，对大气环境造成严重的污染，对人类和生态构成极大的威胁，目前在很多发达国家已经明令禁止。同时，石油是一种不可再生的战略性资源，这种掩埋或者裂解燃烧的方法对于石油资源实际上也是一种极大的浪费。
将不饱和聚酯废料粉碎后用作高聚物的填料是一种有前途的环保技术，但是如何获取不饱和聚酯固化物的粉料是其回收利用的前提。废旧不饱和聚酯废料中，玻璃钢其强度和模量非常高，不仅非常难粉碎，而且几乎无法完全分离出玻璃纤维，造成后续应用的困难。另一种以纽扣和工艺品废料为代表的不饱和聚酯废料，不含无机填料或只含少量的颜料，其性能与不饱和聚酯新料相比几乎没有下降，具有很高的经济价值。
目前对纽扣废料的回收还仅限于燃烧法，这不仅污染环境，而且还极大地浪费了这一宝贵的石油资源。到目前为止，我国关于纽扣等不饱和聚酯树脂废料有效回收利用，至今尚是一个空白，还没有一个回收加工边角废料的企业或场所，也没有实施纽扣废料回收利用的计划。纽扣废料等热固型交联聚合物材料的废弃，对环境污染日益严重。因此，开展不饱和聚酯废料填充塑料的技术研究，无论对于减少环境污染，或对于开发新的再生资源，均具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法。提高聚合物的性能、增加聚合物的功能、降低聚合物的成本，解决不饱和树脂废料对环境造成的严重污染，使大量的废弃不饱和树脂对环境造成严重污染的问题得到根本的解决。
本发明的不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法，包括以下步骤：
(1)不饱和聚酯纽扣及工艺品废料粉末与塑料混合，使所述废料粉末均匀分散于塑料中，得到不饱和聚酯粉末改性塑料混合物，塑料与废料粉末的质量比为40～95∶5～60；
(2)步骤(1)得到的混合物成型，得到不饱和聚酯粉末改性塑料。
为了改善不饱和聚酯粉末和塑料的相容性，增强不饱和聚酯粉末和塑料之间的相互作用和提高不饱和聚酯粉末在塑料聚合物之中的分散效果。在步骤(1)中混合前，可以用表面改性剂将不饱和聚酯粉末进行表面处理，改性剂的用量为废料粉末的0.5～5％质量。
所述表面改性剂可以采用本领域通用的表面活性剂，本发明优选甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐(MAH)或其酯、富马酸酐(FAH)或其酯、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MA)、长链丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸β-羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)、丙烯酰胺、二乙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或一种以上。
所采用的塑料包括热塑性塑料或热固性树脂，热塑性塑料包括通用塑料或工程塑料，
通用塑料指聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或一种以上；
工程塑料指聚酰胺(尼龙)、热塑性聚酯(PET和PBT)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)中的一种或一种以上混合物。
热固性树脂包括环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(UP)、烯丙基树脂、氨基树脂、热固性聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂(BMIs)、酚醛树脂、热固性聚氨酯(PU)中的一种或一种以上混合物。
本发明是将不饱和聚酯废料粉末用于改性塑料领域，制备具有高性能、低成本和多功能的有机填料改性塑料。通过对不饱和聚酯废料粉末表面用某些改性剂的处理，使改性剂分子起到了不饱和聚酯粉末和塑料基体之间的桥梁作用，增加了不饱和聚酯粉末和塑料基体之间的相容性，因而使得不饱和聚酯粉末改性塑料的性能得到进一步的提高。
对于不饱和聚酯树脂废料粉末填充改性塑料，其性能会受到增容效果的强烈影响，因此要得到具有加高使用性能和价值的不饱和聚酯树脂粉末改性塑料，其关键技术实现不饱和聚酯树脂废料粉末与各种通用塑料的相容。各种传统填料在填充塑料前一般需要预先进行繁复的化学改性，同时其添加量往往较小，采用此方法来回收不饱和聚酯树脂废料，不但不能大量的消化掉对环境造成严重污染的不饱和聚酯树脂废料，同时不饱和聚酯树脂废料价值也没有明显提升。
本发明将粉碎后的不饱和聚酯废料用于填充改性塑料，不仅可以高填充和高效率地回收废料，而且经过适当的表面处理技术之后，可以充分发挥不饱和聚酯交联网络优异的性能，实现对聚合物的改性，提升聚合物的价值。因此，将纽扣废料粉末用于填充改性塑料是其具有重要经济价值的应用。
本发明中所述不饱和聚酯粉末是纽扣等不饱和聚酯固化物经粉碎至40-100目的粉末，是一种价格低廉、在塑料基体中容易分散的有机填料。将不饱和聚酯废料粉末直接分散或者先经过表面预处理后分散于聚合物中形成改性塑料具有明显提高的力学性能，具有广泛的应用前景。该方法不仅可以高填充塑料，实现对纽扣等不饱和聚酯的高效回收利用，而且作为塑料等的新型改性剂，具有增强、分散比无机填料容易、易于表面改性、廉价易得和没有粉尘污染等一系列的优点。本发明提出的技术路线不仅能够解决纽扣废料的回收利用中的环境污染的问题，达到对环境的零污染，同时又能弥补我国石油资源不足的缺陷，使纽扣废料能够循环利用，促进石油资源的可持续发展。同时，纽扣回收料可以用于制备各种各样、丰富多彩而且具有高附加值的改性塑料。
本发明制备的不饱和聚酯粉末改性塑料可应用于制造各种热塑性和热固性塑料制品，也可用于粘合剂、涂料等其它聚合物领域，具有广阔的应用前景。
本发明与传统无机填料填充改性塑料制备方法相比，具有如下优点和有益效果：
1废料粉末成本低廉，资源丰富，可大大降低填充塑料的成本。
2所采用的工艺路线和设备都是聚合物成型过程中的常规方法，方法简单易行，无需添置其它的成型设备即可对本发明进行工业化。
3用于热塑性塑料和热固性塑料，可大大提高冲击强度、弯曲模量和弯曲强度等力学性能，还可显著提高热分解温度和热变形温度。
具体实施方式
实施例1
第一步：将1克二乙烯基苯溶于少量丙酮中，然后均匀喷洒于200克不饱和聚酯粉末中，待丙酮自然挥发后然后将改性过的不饱和聚酯粉末于80℃条件下烘干4小时。
第二步：将500克表面改性的不饱和聚酯粉末与1000克聚乙烯树脂混合，然后用双螺杆挤出机进行熔融共混造粒。
第三步：用注射机将第二步中得到的混合物进行注射成型，制得不饱和聚酯粉末改性聚乙烯制品。
所得填充塑料用扫描电镜和透射电镜观察，发现不饱和聚酯粉末均匀分散于聚乙烯基体中，表1所示是所得填充塑料的性能，具体是不饱和聚酯粉末填充聚乙烯塑料的力学性能。
表1
改性剂   冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   弯曲强度(MPa)
  纯聚乙烯塑料不饱和聚酯粉末填充聚乙烯塑料   3.132.85   20.824.5   6901250   23.035.2
实施例2
第一步：将1克二甲基丙烯酸乙二醇酯溶于少量乙醇中，然后均匀喷洒于100克不饱和聚酯粉末中，待乙醇自然挥发后然后得到改性过的不饱和聚酯粉末。
第二步：将1克表面改性的不饱和聚酯粉末与100克环氧树脂混合，室温下搅拌2小时。
第三步：将15克间苯二甲胺加入到上述混合物中，搅拌均匀，脱气，然后浇注入试验模具中。
第四步：室温停放24小时后，用70℃后固化一小时，制得不饱和聚酯粉末改性环氧树脂。
所得复合材料用扫描电镜和透射电镜观察，发现不饱和聚酯粉末均匀分散于环氧树脂中，表2所示是不饱和聚酯废料粉末改性环氧树脂的力学性能。
表2
改性剂   冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   弯曲强度(MPa)
  纯环氧树脂改性不饱和聚酯粉末改性环氧树脂   4.133.85   5865   31003520   8195
实施例3
第一步：将1克甲基丙烯酸缩水甘油醚溶于少量丙酮中，然后均匀喷洒于不饱和聚酯粉末中，得到改性过的不饱和聚酯粉末。
第二步：将600克表面改性的不饱和聚酯粉末与1000克聚氯乙烯树脂混合，然后用双螺杆挤出机进行熔融共混造粒。
第三步：用注射机将第二步中得到的混合物进行注射成型，制得不饱和聚酯粉末填充聚氯乙烯改性塑料。
所得复合材料用扫描电镜和透射电镜观察，发现不饱和聚酯粉末均匀分散于聚氯乙烯基体中，表3列出了不饱和聚酯废料粉末填充聚氯乙烯的力学性能。
表3
改性剂   弯曲模量(MPa)   弯曲强度(MPa)   热分解温度(℃)   维卡耐热温度(℃)
  纯聚氯乙烯改性不饱和聚酯粉末填充聚氯乙烯   28003500   5678   265272   8395
由此表可以看到，不饱和聚酯粉末填充聚氯乙烯的弯曲模量、弯曲强度和耐热性能比纯聚氯乙烯有较大幅度的提高。
实施例4
第一步：将1克丙烯酸十八烷基酯和0.5克二乙烯基苯混合表面改性剂溶于少量丙酮中，然后均匀喷洒于100克不饱和聚酯粉末中，待丙酮自然挥发后得到改性的不饱和聚酯粉末。
第二步：将50克表面改性的不饱和聚酯粉末与1000克聚丙烯树脂混合，然后用双螺杆挤出机进行熔融共混造粒。
第三步：用注射机将第二步中得到的混合物进行注射成型，制得不饱和聚酯粉末改性聚丙烯塑料。
表4列出了不饱和聚酯粉末改性聚丙烯塑料的力学性能。
表4
改性剂   冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   弯曲强度(MPa)
  纯聚丙烯塑料不饱和聚酯粉末改性聚丙烯塑料   4.34.4   32.434.5   13001500   4554
由表4可以看到，虽然不饱和聚酯粉末的填充量只有5％，但是聚丙烯塑料的各项力学性能均获得了不同程度的提高。
实施例5
第一步：将60克未经表面改性的不饱和聚酯粉末与100克不饱和聚酯树脂(含环烷酸钴催化剂)混合，室温下搅拌2小时。
第三步：将1％的过氧化甲乙酮加入到上述混合物中，搅拌均匀，脱气，然后浇注入试验模具中。
第四步：室温停放24小时后，制得不饱和聚酯粉末改性不饱和聚酯树脂。
表5所示是不饱和聚酯粉末改性不饱和聚酯树脂的力学性能。
表5
改性剂   冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   弯曲强度(MPa)
  纯不饱和聚酯树脂改性不饱和聚酯粉末改性不饱和聚酯树脂 6.26.6 22.525.4 31003470 7582
实施例6
第一步：将10克甲基丙烯酸甲酯溶于少量丙酮中，然后均匀喷洒于200克不饱和聚酯粉末中，待丙酮自然挥发后然后将改性过的不饱和聚酯粉末于80℃条件下烘干4小时。
第二步：将200克表面改性的不饱和聚酯粉末与1000克聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，然后用双螺杆挤出机进行熔融共混造粒。
第三步：用注射机将第二步中得到的混合物进行注射成型，制得不饱和聚酯粉末改性PMMA制品。
所得填充塑料用扫描电镜和透射电镜观察，发现不饱和聚酯粉末均匀分散于PMMA基体中，表6列出不饱和聚酯粉末填充PMMA塑料的力学性能。
表6
改性剂   冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   弯曲强度(MPa)
  纯PMMA改性不饱和聚酯粉末填充PMMA   1.601.97   6575   31003500   120135
实施例7
第一步：将8克马来酸酐溶于少量丙酮中，然后均匀喷洒于200克不饱和聚酯粉末中，待丙酮自然挥发后然后将改性过的不饱和聚酯粉末于80℃条件下烘干4小时。
第二步：将100克表面改性的不饱和聚酯粉末与1000克聚甲醛(Y-M 90，云南天然气化工股份有限公司产品)混合，然后用双螺杆挤出机进行熔融共混造粒。
第三步：用注射机将第二步中得到的混合物进行注射成型，制得不饱和聚酯粉末改性聚甲醛制品。
表7所示是不饱和聚酯粉末填充聚甲醛塑料的力学性能和热稳定性，可以看出聚甲醛的冲击性能和热稳定性得到了一定程度的改善。
表7
改性剂   冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   5％失重温度(℃)
  纯聚甲醛改性不饱和聚酯粉末填充聚甲醛   10.313.4   3536   320336

Claims (7)

1、一种不饱和聚酯纽扣及工艺品废料用于改性塑料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)不饱和聚酯纽扣及工艺品废料粉末与塑料混合，使所述废料粉末均匀分散于塑料中，得到不饱和聚酯粉末改性塑料混合物，塑料与废料粉末的质量比为40～95∶5～60；
(2)步骤(1)得到的混合物成型，得到不饱和聚酯粉末改性塑料。
2、根据权利要求1所述的方法，在步骤(1)中混合前，可以用表面改性剂将不饱和聚酯粉末进行表面处理，改性剂的用量为废料粉末的0.5～5％质量。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述表面改性剂采用甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐(MAH)或其酯、富马酸酐(FAH)或其酯、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MA)、长链丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸β-羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)、丙烯酰胺、二乙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或一种以上。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所采用的塑料包括热塑性塑料或热固性树脂，热塑性塑料包括通用塑料或工程塑料。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述通用塑料指聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或一种以上混合物；
6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述工程塑料指聚酰胺(尼龙)、热塑性聚酯(PET和PBT)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)中的一种或一种以上混合物。
7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述热固性树脂包括环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(UP)、烯丙基树脂、氨基树脂、热固性聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂(BMIs)、酚醛树脂、热固性聚氨酯(PU)中的一种或一种以上混合物。
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