TW201431936A

TW201431936A - 聚苯乙烯組成物

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Publication number: TW201431936A
Application number: TW102104000A
Authority: TW
Inventors: stone Zhang
Original assignee: Tpv Display Technology Xiamen
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-16

Abstract

一種聚苯乙烯組成物，包含100重量份的以聚苯乙烯為主成分的回收料；5.9至14.3重量份的樹脂原料，該樹脂原料是選自於高耐衝擊聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物，或此等之一組合；5.9至14.3重量份的增韌劑；2.4至8.6重量份的填充劑；0.1至1.1重量份的偶聯劑；0.1至0.7重量份的抗氧化劑；1.2至4.3重量份的擴散劑；0.6至1.4重量份的潤滑劑；及0.6至1.4重量份的石蠟油。該聚苯乙烯組成物透過使用該以聚苯乙烯為主成分的回收料與其他特定組份混摻，可具有良好物性，適用於注塑生產。

Description

聚苯乙烯組成物

本發明是有關於一種聚苯乙烯組成物，特別是指一種包含以聚苯乙烯為主成分的回收料的聚苯乙烯組成物。

聚苯乙烯(polystyrene，簡稱PS)是由苯乙烯單體(SM)聚合而成的熱塑性塑料，具有高於攝氏100度的玻璃轉化溫度，具有無色、無味、透明、不易燃，以及剛性、電氣性能和印刷性能良好等特點，其發泡材還具有保溫的效果。聚苯乙烯依用途不同可分為三級：通用級聚苯乙烯(general purpose polystyrene，簡稱GPS)、高耐衝擊聚苯乙烯(high impact polystyrene，簡稱HIPS)，及發泡級聚苯乙烯(expandable polystyrene，簡稱EPS)。其中，高耐衝擊聚苯乙烯及通用級聚苯乙烯在機電工業、儀器儀錶、通訊器材業等方面已廣泛地用作各種儀錶外殼、光學零件、儀器零件、透明窗鏡、透明模型、化工貯酸槽、高頻電容器、高頻絕緣襯墊、支架、各式嵌件及冷凍絕緣材料等，且大量應用於各種生活日用品，如瓶蓋、容器、鈕扣、梳子、牙刷及玩具等。

目前聚苯乙烯回收的再利用方法可例如下列幾種：製作塗料或膠黏劑，但需使用溶劑溶解聚苯乙烯回收料，容易引起二次汙染；將聚苯乙烯回收料裂解為苯乙烯單體及低級烷烴，之後用於製作衍生產品，例如重新合成聚苯乙烯或製作絮凝劑等，但此方法過程複雜且需隨聚苯乙烯回收料的成份不同調整製程，對設備的要求較高，而實際的應用有限；或是將聚苯乙烯回收料添加橡膠彈性體進行增韌改性，但此方法需涉及添加馬來酸酐而導致氣味不佳，且改性後物性偏低又不利於環境；將聚苯乙烯回收料粉碎後與水泥混合可作為輕體建材，但該輕體建材於使用時，常有水泥與聚苯乙烯回收料之共混物分層的情況發生。

由上述可知，目前仍尋求一種妥善處理聚苯乙烯回收料的方法，並期望能兼顧處理過程簡單、便宜以及產物的良好物性，因此必須透過選用合適的原料及其他組份，以符合環境保護及商業化的需求。

因此，本發明之目的，即在於提供一種包含以聚苯乙烯為主成分的回收料的聚苯乙烯組成物。

於是，本發明聚苯乙烯組成物，包含100重量份的以聚苯乙烯為主成分的回收料；5.9至14.3重量份的樹脂原料，該樹脂原料是選自於高耐衝擊聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物，或此等之一組合；5.9至14.3重量份的增韌劑；2.4至8.6重量份的填充劑；0.1至1.1重量份的偶聯劑；0.1至0.7重量份的抗氧化劑；1.2至4.3重量份的擴散劑；0.6至1.4重量份的潤滑劑；及0.6至1.4重量份的石蠟油(paraffin oil)。

本發明之功效在於：將該以聚苯乙烯為主成分的回收料以特定比例與其他特定組份混摻，除簡化回收程序及降低回收成本外，所獲得的該聚苯乙烯組成物具有良好物性，可適用於注塑生產。

本發明聚苯乙烯組成物，包含100重量份的以聚苯乙烯為主成分的回收料、5.9至14.3重量份的樹脂原料，該樹脂原料是選自於高耐衝擊聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物，或此等之一組合；5.9至14.3重量份的增韌劑；2.4至8.6重量份的填充劑；0.1至1.1重量份的偶聯劑；0.1至0.7重量份的抗氧化劑；1.2至4.3重量份的擴散劑；0.6至1.4重量份的潤滑劑；及0.6至1.4重量份的石蠟油。

需特別說明的是，所謂「以聚苯乙烯為主成分的回收料」是指聚苯乙烯含量占90%以上之回收料皆適用於本發明，且不限於通用級聚苯乙烯或高耐衝擊聚苯乙烯，具體的回收料來源可例如注塑廠二次料、水口料或舊廢家電之聚苯乙烯外殼等。由於該以聚苯乙烯為主成分的回收料的來源及組成並沒有特別限制，因此各組份之用量需在前述所揭示之用量範圍內進行相互配合及調整，特別是增韌劑及填充劑的用量，以確保該聚苯乙烯組成物具有良好物性。

較佳地，該以聚苯乙烯為主成分的回收料是不含有發泡劑的以聚苯乙烯為主成分的回收料。更佳地，該以聚苯乙烯為主成分的回收料是以高耐衝擊聚苯乙烯為主成分的回收料。

該以聚苯乙烯為主成分的回收料在與各組份進行混摻前，只要簡單地使用進行破碎處理至可與各組份均勻混摻的程度即可，可例如但不限於使用普通的破碎機，且完全不需要使用溶劑。較佳地，該以聚苯乙烯為主成分的回收料的粒徑為5mm至10mm。較佳地，該以聚苯乙烯為主成分的回收料是一經過前處理的以聚苯乙烯為主成分的回收料。前處理的方法包括：(1)將該以聚苯乙烯為主成分的回收料依顏色分類，不同顏色的回收料需分批破碎，且不可混雜使用；(2)若該以聚苯乙烯為主成分的回收料沾有污漬或油脂，需先行將污漬或油脂清除；(3)若該以聚苯乙烯為主成分的回收料中埋有金屬件或其他材料之零件，需全部檢出並徹底清除。

該增韌劑具有提高該聚苯乙烯組成物的抗衝擊強度和斷裂伸長率效果。當聚苯乙烯組成物之成型品受重擊或剪切時，受創之處首先會產生銀紋，若銀紋急遽擴散即會使得成型品發生斷裂。增韌劑一般包含分子鏈較長的化合物，當銀紋產生時，增韌劑分子鏈可以搭接在銀紋的兩側，因此能夠有效阻止銀紋擴散，但增韌劑對聚苯乙烯組成物的拉伸強度和彎曲強度貢獻較小，甚至有負面的影響，所以尚需配合填充劑使用。

以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該增韌劑的用量範圍為5.9至14.3重量份。當該增韌劑之用量小於5.9重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物表現為韌性不足，導致機械性能偏低；當該增韌劑之用量大於14.3重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物表現為剛性不足，且成本偏高。

較佳地，該增韌劑是選自於苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer，簡稱SEBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer，簡稱MBS)、丙烯腈-丁二烯共聚物(又稱丁腈橡胶，nitrile butadiene rubber，簡稱NBR)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene vinyl acetate，簡稱為EVA)、熱塑性彈性體(thermplastic elastomer，簡稱TPE)，或熱塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane，簡稱TPU)。更佳地，該增韌劑是選自於苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，或熱塑性聚氨酯。

以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該填充劑的用量範圍為2.4至8.6重量份。當該填充劑之用量小於2.4重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物衝擊、拉伸、彎曲等機械性能不足；當該填充劑之用量大於8.6重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物韌性不足。較佳地，該填充劑是選自於蒙脫土、滑石粉，或碳酸鈣。

該樹脂原料適用於改善加工性能，具體的作用是在於提高該聚苯乙烯組成物的熔體流動性、耐衝擊性及流動性，並使剛性與韌性達到平衡。因此，該樹脂原料需具備與聚苯乙烯相容性良好、流動性較高及表面光澤度良好等特質，該樹脂原料是選自於高耐衝擊聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物(又名K樹脂)，或此等之一組合。以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該樹脂原料的用量範圍為5.9至14.3重量份。當該樹脂原料之用量小於5.9重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物加工性能較差，且機械性能改善較小；當該樹脂原料之用量大於14.3重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物的成本偏高。較佳地，該樹脂原料是選自於高耐衝擊聚苯乙烯或苯乙烯-丁二烯共聚物。

以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該偶聯劑的用量範圍為0.1至1.1重量份。當該偶聯劑之用量小於0.1重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物因填充劑與該以聚苯乙烯為主成分的回收料結合力不足而導致機械性能不佳；當該偶聯劑之用量大於1.1重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物的成本過高。較佳地，該偶聯劑是矽烷偶聯劑。更佳地，該偶聯劑是Y-氨丙基三乙氧基矽烷[(3-Aminopropyl)triethoxysilane]。

以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該抗氧化劑的用量範圍為0.1至0.7重量份。當該抗氧化劑之用量小於0.1重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物易發生熱降解而導致機械性能不足；當該抗氧化劑之用量大於0.7重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物成本偏高。較佳地，該抗氧化劑是選自於四[β-(3,5-二三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯[Pentaerythritol tetrakis[β-(3,5-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionate]]、三(2,4-二三級丁基苯基)亞磷酸酯[tris(2,4-di-tert-butyl-phenyl)phosphite]、2,2'-亞甲基雙(4-甲基-6-三級丁基苯酚)[2,2'-Methylenebis(6-tert-butyl-4-methylphenol)]。

該擴散劑有助於防止該聚苯乙烯組成物發生分層。以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該擴散劑的用量範圍為1.2至4.3重量份。當該擴散劑之用量小於1.2重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物之成型品的表面光澤較差，且易有各組分分散不佳進而影響樹脂整體性能的情形發生；當該擴散劑之用量大於4.3重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物成本偏高。較佳地，該擴散劑是選自於聚乙烯蠟或乙烯基雙硬脂醯胺(N,N-ethylene bis-stearamide，簡稱EBS)。

以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該潤滑劑的用量範圍為0.6至1.4重量份。當該潤滑劑之用量小於0.6重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物的加工性能降低；當該潤滑劑之用量大於1.4重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物的成本偏高。較佳地，該潤滑劑是硬酯酸鹽(stearate)。

該石蠟油又名白油，有助於防止該聚苯乙烯組成物發生分層。以該以聚苯乙烯為主成分的回收料之重量為100重量份計，該石蠟油的用量範圍為0.6至1.4重量份。當該石蠟油之用量小於0.6重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物的各組分與該以聚苯乙烯為主成分的回收料的混合效果變差；當該石蠟油之用量大於1.4重量份時，該聚苯乙烯樹脂組成物成本偏高，甚至有滲出現象發生。

該聚苯乙烯組成物的製備方法並沒有特別限制，只要採用一般方法即可。較佳地，是將前述各組份加入高混機，混煉3至5分鐘後，獲得一預混料，再將該預混料移至造粒機(可採用單螺杆造粒機或平行雙螺杆反向造粒機)中，以180至210℃遞增布溫造粒，即獲得該聚苯乙烯組成物。該聚苯乙烯組成物於乾燥後可直接用於注塑生產。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

<原料來源>

1.以聚苯乙烯為主成分的回收料：屬於高耐衝擊聚苯乙烯，其來源為市場回收廢舊家電外殼或注塑廠二次料、水口料等。其中，聚苯乙烯占該回收料的90%以上，另外該回收料還包含填料、色粉等。

2.高耐衝擊聚苯乙烯(以下簡稱HIPS)：購自於臺灣奇美公司，商品名PH88。

3.苯乙烯-丁二烯共聚物(以下簡稱K樹脂)：購自於臺灣奇美公司，商品名PB5925。

4.甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(以下簡稱MBS)：購自於上海彩虹公司，商品名SA505。

5.苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(以下簡稱SEBS)：購自於美國杜邦(DuPont)公司，商品名50ES700。

6.熱塑性聚氨酯(以下簡稱TPU)：購自於德國拜耳(Bayer)公司，商品名9370AU。

7.蒙脫土：購自於上海梁典化學公司，商品名NC-95。

8.碳酸鈣：購自於余姚市昱通塑化公司，粒度為1250目。

9. Y-氨丙基三乙氧基矽烷：購自於汽巴特用化學品(Ciba Specialty Chemicals)公司，商品名「KH550」，以下簡稱KH550，無色透明液體。

10.四[β-(3,5-二三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯：購自於巴斯夫(BASF)公司，商品名Irganox 1010，以下簡稱「Irganox1010」。

11.三(2,4-二三級丁基苯基)亞磷酸酯：購自於巴斯夫公司，商品名Irganox 168，以下簡稱「Irganox 168」。

12. 2,2'-亞甲基雙(4-甲基-三級丁基苯酚)：購自於巴斯夫公司，商品名Irganox 2264，以下簡稱「Irganox2264」。

13.聚乙烯蠟：購自於霍尼韋爾(Honeywell)公司，商品名AC-6

14.乙撐雙硬脂醯胺(以下簡稱EBS)：購自於龍沙(Lonza)公司，商品名Prilled。

15.硬酯酸鹽：購自於美国Ferro公司，商品名：44HS等

16.石蠟油：購自於美國杜邦公司，商品名DUOPRIME。

<實施例1至3及比較例1及2> [實施例1]

秤取100重量份的以聚苯乙烯為主成分的回收料、13.9重量份的HIPS、8重量份的MBS、8.3重量份的蒙脫土、0.7重量份的KH550、0.7重量份的1010、1.2重量份的EBS、1.1重量份的硬酯酸鹽，及1.4重量份的石蠟油，將前述各組份加入高混機中，混煉3.0分鐘後，獲得一預混料，再將該預混料投入造粒機中，以180至210℃遞增佈溫造粒，製得實施例1之聚苯乙烯組成物。

實施例1之化學品的種類及用量詳細記載於表1。

[實施例2及3]

實施例2及3之聚苯乙烯組成物的各化學品種類及用量詳細記錄於表1，其中，實施例2與實施例3的製備方法與實施例1大致相同，唯一的不同之處在於：實施例2和實施例3的預混時間分別為5分鐘和4分鐘。

[比較例1]

比較例1為以聚苯乙烯為主成分的回收料，未添加其他組份。

[比較例2]

比較例2為HIPS，未添加其他組份。

<功效測試>

將實施例1至3之聚苯乙烯組成物及比較例1及2進行下列功效測試，測試結果記載於表1：

1.拉伸強度：

採用ASTM_D638方法進行測試，試樣為Type I，拉伸速度為50mm/min。本發明聚苯乙烯組成物之拉伸強度需求為大於等於28 MPa。

2.斷裂伸長率：

採用ASTM_D638方法進行測試，試樣為Type I，拉伸速度為50mm/min。使用電子萬能實驗機測量試樣斷裂時兩標距線之間的距離L，並代入下式計算：斷裂伸長率(%)=(L/50)×100%

本發明聚苯乙烯組成物之斷裂伸長率需求為大於等於35%。

3.彎曲強度：

採用ASTM_D790方法進行測試，試樣規格為127mm×12.7mm×3.2mm，十字頭速度為1.25mm/min。本發明聚苯乙烯組成物之彎曲強度需求為大於等於45 MPa。

4.缺口衝擊強度：

採用ASTM_D256之Method A方法進行測試，試樣為測試要求的FIG6樣條，擺錘為2.7J。本發明聚苯乙烯組成物之缺口衝擊強度需求為大於等於130 J/M。

5.維卡軟化點：

採用ASTM_D1525方法進行測試，載荷為10N，升溫速度為50℃/h。本發明聚苯乙烯組成物之維卡軟化點需求為大於等於90℃。

6.洛式硬度(Rockwell Hardness Test)：

測試方法為ASTM_D785，本發明聚苯乙烯組成物之洛式硬度需求為大於等於80。

7.熔體流動速率：

測試方法為ASTM_D1238，測試條件為200/5.0。本發明聚苯乙烯組成物之熔體流動速率需求為大於等於6.0g/10min。

8.阻燃等級：

依UL-94 HB(Horizontal Burning Test)級防火試驗測試標準進行阻燃測試。

使用尺寸為長130mm×寬13mm×厚3.2mm的試片進行測試。由於該聚苯乙烯組成物無阻燃要求，測試結果滿足HB要求即可。

參見表1，對照實施例1至3之聚苯乙烯組成物與比較例1之以聚苯乙烯為主成分的回收料的各項功效測試結果，可知除了熔體流動速率及阻燃等級之外，其他各項機械性質皆優於比較例1，且不亞於甚至優於比較例2之高耐衝擊聚苯乙烯。

綜上所述，本發明聚苯乙烯組成物透過將以聚苯乙烯為主成份之回收料與其它組份以特並比例進行混摻，所獲得之聚苯乙烯組成物物性良好，可適用於注塑生產，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種聚苯乙烯組成物，包含：100重量份的以聚苯乙烯為主成分的回收料、5.9至14.3重量份的樹脂原料，該樹脂原料是選自於高耐衝擊聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物，或此等之一組合；5.9至14.3重量份的增韌劑；2.4至8.6重量份的填充劑；0.1至1.1重量份的偶聯劑；0.1至0.7重量份的抗氧化劑；1.2至4.3重量份的擴散劑；0.6至1.4重量份的潤滑劑；及0.6至1.4重量份的石蠟油。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該增韌劑是選自於苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、熱塑性彈性體，或熱塑性聚氨酯。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該填充劑是選自於蒙脫土、滑石粉，或碳酸鈣。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該偶聯劑是矽烷偶聯劑。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該抗氧化劑是選自於四[β-(3,5-二三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二三級丁基苯基)亞磷酸酯、2,2'-亞甲基雙(4-甲基-三級丁基苯酚)。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該擴散劑是選自於聚乙烯蠟或乙烯基雙硬脂醯胺。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該潤滑劑是硬酯酸鹽。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該以聚苯乙烯為主成分的回收料是不含有發泡劑的以聚苯乙烯為主成分的回收料。
如請求項1所述的聚苯乙烯組成物，其中，該以聚苯乙烯為主成分的回收料是經前處理的以聚苯乙烯為主成分的回收料。