CN102199328B

CN102199328B - 一种聚苯乙烯复合材料框的制备方法

Info

Publication number: CN102199328B
Application number: CN201110068200A
Authority: CN
Inventors: 任元林; 刘玉桂; 金银山; 董二莹
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: CN102199328A

Abstract

本发明公开一种聚苯乙烯复合材料框的制备方法，该制备方法所述聚苯乙烯复合材料框包括回收的聚苯乙烯材料和其重量5～10％的发泡剂，经常规生产设备和下述工艺制成：1.先将回收聚苯乙烯材料在压机中进行物理脱泡，再将消泡后的大块回收聚苯乙烯材料加入到高速粉碎机中粉碎，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒；2.将造好的聚苯乙烯粒料和发泡剂加入到高速混合机中混合5～10min后，卸料至低速冷混机中，再混合5～10min，得到预混料；3.将预混料通过双螺杆挤出机组按复合材料框设计要求挤出成型即得；所述双螺杆挤出机组加热温度控制在130～185℃，模口温度控制在155～190℃。

Description

一种聚苯乙烯复合材料框的制备方法

技术领域

本发明涉及一种装饰材料技术，具体为一种主要利用回收的聚苯乙烯采用物理方法制备聚苯乙烯复合材料框的方法。

背景技术

聚苯乙烯(PS)树脂是产量和消费量仅次于聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯的通用树脂。PS树脂主要有通用型聚苯乙烯(GPS)树脂、耐冲击型聚苯乙烯(HIPS)树脂和可发泡聚苯乙烯(EPS)树脂。PS树脂广泛用于家用电器、汽车、家庭用具、包装容器、办公用品、玩具、建筑保温材料、双向拉伸聚苯乙烯(BOPS)板材和工业零件等。

随着中国建筑行业、汽车工业、电器行业等的快速发展，PS树脂的需求量呈上升趋势，但一方面PS树脂产量和品种难以满足需求(中国每年聚苯乙烯树脂的需求缺口达50％以上，使得我国PS树脂对国外的依赖性很大，严重影响我国的相关经济发展)，另一方面废弃的PS树脂制品不仅造成资源的浪费，也会造成白色污染，是当今社会亟需解决的问题。因此，将PS树脂产品回收利用，是实现资源的重复利用，节约能源，减少碳排放的一项重要举措，具有重大的现实意义和经济意义。

大量专利报道了聚苯乙烯或苯乙烯类聚合物的回收技术，例如：CN1160728公开了一种用桔子油回收废旧聚苯乙烯泡沫，并通过蒸馏方法分离桔子油和聚苯乙烯的方法，但是该方法处理过程较长，能源消耗大，桔子油回收率较低，回收成本高；CN1749297公开了一种用桔子油溶解回收废旧聚苯乙烯，再用醇类、醚类对聚苯乙烯进行沉淀得到回收聚苯乙烯的方法，虽然该方法化学试剂回收率较高，但是用到较多的化学试剂；CN1097196A公开了一种利用可回收的溶剂溶解废旧聚苯乙烯再进行机械造粒的再生方法，但该方法耗费时间长、设备复杂、耗能也高；CN200510032267.X公开了一种采用柠檬烯来回收废旧聚苯乙烯的方法，但该方法使用的溶剂价格昂贵，不具有工业应用价值；CN200810058659.7公开了一种将废旧的聚苯乙烯低温热压、经过良溶剂溶解，再熔融造粒的回收方法，该方法在低温热压溶剂和造粒过程中可能使聚苯乙烯分解，产生副产物。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种聚苯乙烯复合材料框的制备方法，该方法主要利用回收的聚苯乙烯及完全可降解的纤维素增强材料，加工制造镜框、相框、线框或画框等实用装饰制品，具有节约能源，生产成本低廉，有益环保等优点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种聚苯乙烯复合材料框的制备方法，该制备方法所述聚苯乙烯复合材料框包括回收的聚苯乙烯材料和回收聚苯乙烯材料重量5～10％的发泡剂，经常规生产设备和下述工艺制成：

(1)先将回收聚苯乙烯材料在压机中进行物理脱泡，再将消泡后的大块回收聚苯乙烯材料加入到高速粉碎机中粉碎，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒；

(2)将造好的聚苯乙烯粒料和所述发泡剂加入到高速混合机中混合5～10min后，卸料至低速冷混机中，再混合5～10min，得到预混料；

(3)将预混料通过双螺杆挤出机组按复合材料框设计要求挤出成型即得；所述双螺杆挤出机组加热温度控制在130～185℃，模口温度控制在155～190℃；

所述回收的聚苯乙烯材料包括通用型聚苯乙烯制品的回收料、高抗冲聚苯乙烯制品的回收料或可发泡聚苯乙烯制品的回收料中的至少一种；所述发泡剂为N，N′-硝基五次甲基酰胺、偶氮二甲酰胺、4，4′-氧代双苯磺酰肼、正戊烷或石油醚中的至少一种。

与现有技术相比，本发明聚苯乙烯复合材料框的制备方法因为以物理加工方法为主，因为不需加入化学试剂对聚苯乙烯制品进行化学处理，因而具有环保性，且工序简单、投入少、可连续生产，并且加工过程原料利用率高，不存在边角废料问题；而其产品主要是框类装饰制品，物理机械性能完全可以满足要求。

具体实施方式

下面结合实施例进一步叙述本发明。

本发明设计的聚苯乙烯复合材料框(简称复合材料框)的制备方法(简称制备方法)，该制备方法所述聚苯乙烯复合材料框以回收的聚苯乙烯材料为主要材料，包括回收聚苯乙烯材料重量5～10％的发泡剂，经常规生产设备和下述工艺制成：

(3)将预混料通过双螺杆挤出机组按复合材料框设计要求挤出成型即得。挤出导槽可以根据所生产的复合材料框条形状设计要求进行替换，所述双螺杆挤出机组加热温度控制在130～185G，模口温度控制在155～190G。挤出成型过程中的温度可以根据复合材料框类型及组成成分不同作小范围调整。

本发明制备方法所述回收的聚苯乙烯材料包括通用型聚苯乙烯(GPS)制品的回收料、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)制品的回收料或可发泡聚苯乙烯(EPS)制品的回收料中的至少一种。所述的高抗冲聚苯乙烯制品回收料源于废弃的聚苯乙烯塑料日常用品、聚苯乙烯塑料瓶，家用电器(电视机、录音机、收音机、洗衣机、电冰箱、吸尘器等)的壳体及零部件，以及电工、电讯、仪表工业中用以制备弱电器件的板材、壳体及零部件等。所述的可发泡聚苯乙烯制品回收料源于废弃的建筑保温用的发泡聚苯乙烯、包装用的发泡聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯餐盒等。

本发明制备方法所述发泡剂为N，N′-硝基五次甲基酰胺、偶氮二甲酰胺、4，4′-氧代双苯磺酰肼、正戊烷或石油醚中的至少一种。本发明制备方法利用发泡剂在复合材料框的加工过程中的发泡作用来降低复合材料框的密度，从而降低整个复合材料框的重量，使所制备的复合材料框在具有优良的物理机械性能同时、具有质轻和低成本的明显优势。

由于所述聚苯乙烯材料是从不同的聚苯乙烯制品中回收而来，这些回收聚苯乙烯制品在生产过程中可能加有一些添加剂，以改善产品性能或降低成本。因此，本发明利用这些回收聚苯乙烯材料制备回收聚苯乙烯复合材料框时，可能会使所制备复合材料框的物理机械性能较差，因此，本发明制备方法的进一步特征是，在所述复合材料框成分中添加增强材料或/和增韧材料，以提高所制备的复合材料框的物理机械性能。

所述的增韧材料为乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)中的至少一种，添加量为回收聚苯乙烯材料重量的1～15％。

所述的增强材料为纤维素类材料，具体为粒径为20～400目的木粉、竹粉、小麦秸秆粉、玉米秸秆粉、麸皮或稻糠等中的至少一种，添加量为回收聚苯乙烯材料重量的5～50％。所述增强材料优选木粉。

本发明制备方法中所述增韧材料与所述第(2)步工艺中的发泡剂一样加入到高速混合机中去混合；而所述的增强材料先在105～150℃、转速为600～1000r/min的高速混合机中搅拌预处理(干燥)至含水率为1～2％；然后与所述第(2)步工艺中的发泡剂一样加入到高速混合机中去混合即可。当增强材料和增韧材料同时添加时，其各自添加比例适用原范围。

另外，由于所述聚苯乙烯材料是从不同的聚苯乙烯制品中回收而来的，可能涉及不同的颜色和性能，因此制备之前应当先进行分拣或分类。同时，在制备过程中所述回收的聚苯乙烯材料可根据不同颜色分别造粒。

本发明制备方法所得聚苯乙烯复合材料框主要采用回收的聚苯乙烯材料经发泡工艺制成。所述回收的聚苯乙烯材料多数来自减震包装材料，抗震救灾简易房用聚苯乙烯泡沫板，使用过程非常短暂，仍然具有良好的物理机械性能，并且回收利用时不需经过特殊处理，只需根据颜色的不同进行分类，并进行不同框架的加工生产，再通过发泡工艺进一步节约了生产成本；由于回收聚苯乙烯的成本比纯的聚苯乙烯的成本低很多，因而可以实现废物的重复利用，变废为宝，真正实现了循环经济。另外，本发明制备方法所得聚苯乙烯复合材料框具有生产简单、操作容易、生产成本低、耐腐蚀、耐潮、尺寸稳定性好、环保、可降解、可加工(如锯、钉、刨、钻等)性能好等优点。

本发明制备方法是将回收的聚苯乙烯或苯乙烯类聚合物通过物理脱泡熔融造粒，进而再通过简单地添加发泡剂和/或改性助剂的方法加工成可多次回收利用的高附加值产品复合材料框。在申请人检索的范围内能，未见有相同文献报道。

本发明未述及之处适用于现有技术。

以下给出本发明的具体实施例。本申请权利要求保护范围不受这些具体实施例的限制。

实施例1

本实施例中，聚苯乙烯复合材料框的制备材料包括：100重量份(下同)回收聚苯乙烯材料、10份20目增强材料木粉、5份发泡剂偶氮二甲酰胺和10份增韧材料乙丙橡胶。其制备方法的步骤如下：(1)在120℃、转速为800r/min的条件下，在高速混合机中搅拌木粉，至含水率为1～2％；(2)将回收聚苯乙烯(制品)在压机中进行物理脱泡，再将消泡后的大块聚苯乙烯(制品)材料加入到高速粉碎机中粉碎，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒；(3)将造好的聚苯乙烯粒料、乙丙橡胶和发泡剂依次加入到高速混合机中与干燥好的木粉混合5min后，卸料至低速冷混机中，再混合5min，得到预混料；(4)将预混料通过双螺杆挤出机组按设计要求挤出成型即得。加工过程中螺杆挤出机筒四段加热温度分别控制在130℃、150℃、165℃和170℃，模口温度控制在180℃。

实施例2

本实施例与实施例1的不同是：增强材料为20份100目木粉；发泡剂为N，N′-硝基五次甲基酰胺，添加量不变。此外，加工温度和模压条件有微小调整，其它与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例1的不同是：木粉的添加量为30份；发泡剂为偶氮二甲酰胺，添加量为7份；增韧材料为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，添加量为10份。此外，加工温度和模压条件有微小调整，其它与实施例1相同。

实施例4

本实施例与实施例3的不同是：发泡剂为N，N′-硝基五次甲基酰胺，添加量为9份。此外，加工温度和模压条件有微小调整，其它与实施例3相同。

实施例5

本实施例与实施例4的不同是：木粉的添加量为50份；增韧材料为乙丙橡胶，添加量为13份；发泡剂为偶氮二甲酰胺，添加量为10份。此外，模压压力略有调整，其它与实施例4相同。

实施例6

本实施例与实施例1的不同是：所述复合材料只有聚苯乙烯和发泡剂两种组分，具体为聚苯乙烯100份，正戊烷发泡剂10份。此外，加工温度和模压条件有微小调整，其它与实施例1相同。

实施例7

本实施例与实施例1的不同是：所述增强材料为玉米秸秆粉，目数为200目，添加量为30份，增韧材料添加量为15份，此外，加工温度和模压条件有微小调整，其它与实施例1相同。

实施例8

本实施例与实施例1的不同是：所述增强材料为木粉，目数为400目，添加量为50份，增韧材料添加量为15份，此外，加工温度和模压条件有微小调整，其它与实施例1相同。

本发明对各实施例所得产品进行了物理机械性能测试，为了更直观此较，将上述各实施例的工艺参数和所得复合材料框的物理机械性能参数同列于表1中。

表1实施例的具体加工参数及物理机械性能

通过表1具体实施例的性能参数可以看出，本发明制得的聚苯乙烯复合材料框，其综合性能优良，完全可以满足制作镜框、相框、画框等装饰品的要求，特别是其轻质、低密、拒水的独特物理性能，不仅可以扩展材料的应用范围，满足产品对材料的苛刻要求，而且在实际生产中能够大幅降低成本。

Claims

1.一种聚苯乙烯复合材料框的制备方法，该制备方法所述聚苯乙烯复合材料框包括回收的聚苯乙烯材料和回收聚苯乙烯材料重量5～10％的发泡剂，经常规生产设备和下述工艺制成：

2.根据权利要求1所述聚苯乙烯复合材料框的制备方法，其特征在于所述聚苯乙烯复合材料框还包括回收聚苯乙烯重量1～15％的增韧材料；该增韧材料与所述第(2)步工艺中的发泡剂一样加入到高速混合机中去混合；所述增韧材料为乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述聚苯乙烯复合材料框的制备方法，其特征在于所述聚苯乙烯复合材料框还包括回收聚苯乙烯重量5～50％的增强材料；该增强材料先在105～150℃、转速为600～1000r/min的高速混合机中搅拌预处理至含水率为1～2％；然后与所述第(2)步工艺中的发泡剂一样加入到高速混合机中去混合；所述增强材料为纤维素类材料，具体为粒径为20～400目的木粉、竹粉、小麦秸秆粉、玉米秸秆粉、麸皮或稻糠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述聚苯乙烯复合材料框的制备方法，其特征在于所述回收的聚苯乙烯材料根据不同颜色分别造粒。