CN102875912A - 一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金及其制备方法和应用，该聚苯乙烯合金的原料配方由如下重量份数的各组分组成：60～70份废旧电器类聚苯乙烯粉碎料、20～30份改性聚苯醚MPPO、3～5份增韧剂SEBS、3～5份阻燃剂包覆红磷、2～4份阻燃剂TPP、0.5～1.6份分散剂EBS、0.5～1.8份润滑剂PETS和0.2～0.4份B-215长效热稳定剂。本发明的聚苯乙烯合金具有高性能、高阻燃、高抗冲、高耐寒、高稳定性和抗静电等特点，可用于制备各种电视机壳体、电脑壳体等。

Description

一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及废塑料重新利用技术，具体涉及利用废旧电器类聚苯乙烯材料制备高性能聚苯乙烯合金的技术。
背景技术
聚苯乙烯属于聚烯烃，是由苯乙烯通过自由基聚合而成的，在苯乙烯聚合体系中加入聚丁二烯，使苯乙烯在聚丁二烯链上接枝聚合。聚苯乙烯和聚丁二烯是不相容的，因此苯乙烯和丁二烯链段分别聚集，产生相分离。这些聚丁二烯相区可以吸收冲击能，从而提高了聚苯乙烯的冲击强度。
因为聚苯乙烯为比较常用的材料，所以会产生大量的废旧或次品料、回收品，目前对于废旧料、次品或回收品的处理主要有以下几种方法：
（1）焚烧或填埋方式，由于在焚烧过程中会产生二氧化硫等有害气体，极易造成环境污染，而采取填埋方式，聚苯乙烯的难降解性也会对环境造成很大的危害，也造成土地资源浪费，目前这种方式正在逐步被淘汰；
   （2）对废旧料、次品或回收品进行简单的回收抽粒而不进行任何科学改性，降级为普通塑料使用，虽然解决了环境污染问题，但未能充分利用这些次料的经济价值，而且严重造成劣质材料流向市场，将会产生劣质产品出现，直接影响人们生活质量。
    因此，如何回收并充分运用这些废旧料、次品或回收品，经过科学方法提升使之再生后产生新的经济效益、及产出优质材料再造名优产品是一项利国利民的课题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种由废旧电器类聚苯乙烯材料为主料制备而得的，具有高性能、高阻燃、高抗冲、耐寒性、高稳定性和抗静电等特点的高性能聚苯乙烯合金。
本发明的另一个目的是提供上述聚苯乙烯合金的制备方法。
本发明的另一个目的是提供上述聚苯乙烯合金在制备电视机壳体或电脑壳体中的应用。
本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：
一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
废旧电器类聚苯乙烯粉碎料     60～70份；
改性聚苯醚MPPO             20～30份；
增韧剂SEBS                    3～5份；
阻燃剂包覆红磷                 3～5份；
阻燃剂TPP                     2～4份；
分散剂EBS                  0.5～1.6份；
润滑剂PETS                 0.5～1.8份；
B-215长效热稳定剂           0.2～0.4份。
上述原料配方中，废旧电器类聚苯乙烯粉碎料是将废旧电器类聚苯乙烯材料经粉碎处理得到的粒径小于等于10mm的粉碎料；所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由纯聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体，以及由聚苯乙烯含量占95%以上的材料制造的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体。
上述原料配方中，本发明人通过研究发现，废旧电器类聚苯乙烯粉碎料作为主料，其粒径的大小对本发明的实现有一定程度的影响，如果粒料过大，则混料效果差，影响搅拌均匀，影响生产工艺中的熔融混炼，因此通过研究后，发明人确定控制废旧电器类聚苯乙烯粉碎料的粒径为小于等于10mm。
上述原料配方中，所述改性聚苯醚MPPO采用市售产品或者回收口水料均可实现本发明，在本发明配方中起到提高增强阻燃的作用。
上述原料配方中，所述SEBS的中文名称为聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯；增韧剂SEBS为市售产品，其具有较好的紫外线稳定性、抗氧性和热稳定性，在本发明中起到提高废旧材料的氧化、老化性能的作用。
上述原料配方中，所述阻燃剂包覆红磷为市售产品，在本发明中起到阻燃和抗氧老化的作用。
上述原料配方中，所述TPP的中文名称为磷酸三苯酯；阻燃剂TPP为市售产品，在本发明中起到阻燃和增塑剂的作用。
上述原料配方中，所述EBS的中文名称为乙撑双硬脂酰胺；分散剂EBS为市售产品，在本发明中起到增韧，以及克服聚苯乙烯以及耐冲击聚苯乙烯的脆性和增加稳定性的作用，使得本发明聚合物的韧性更好。
上述原料配方中，所述润滑剂PETS为市售产品，在本发明中得作用是提高聚合物的热稳定性，在加工过程中不用担心发生降解，改善透明度、光度、具备优异脱模性能。
上述B-215长效热稳定剂为市售产品，在本发明中的作用是抗热、抗氧老化、防止基材热氧化降解、保持材料流动指数、防止加工过程聚合物氧化和解决废旧基材的粘度降低、光泽退化的问题。
上述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1. 废旧电器类聚苯乙烯粉碎料的制备
收集废旧电器类聚苯乙烯材料，所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体或由聚苯乙烯材料制备的废旧电脑壳体，使用截剪机对长度超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料进行截剪，使截剪后其长度小于600mm，再把截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，得到粒度小于等于10mm的颗粒，则为所需废旧电器类聚苯乙烯粉碎料；
步骤2.按照上述原料配方将步骤1制备的废旧电器类聚苯乙烯粉碎料、改性聚苯醚MPPO、增韧剂SEBS、阻燃剂包覆红磷、阻燃剂TPP、分散剂EBS、润滑剂PETS 和B-215长效热稳定剂装进搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在190～230℃的温度下进行熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本发明所需聚苯乙烯合金。
上述步骤1中，先对收集来的电视机壳体和电脑壳体进行分类挑选，确认由纯聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体，以及由聚苯乙烯含量占95%以上的材料制造的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体后，由于电视机壳体、电脑壳体等废旧壳体料较大，凡超过长度600mm的，要通过截剪机，剪到小于600mm以下才能进粉碎机粉碎，截剪机功率60kw，电机转速1400转/分，通过变速剪刀速度为600转/小时，经过截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，粉碎机要求电机功率为22kw～30kw，电机转速为1400转/分。通过传递变速刀具转速为700转/分。
上述步骤1中，所述粉碎机上设有筛网，并对粉碎后的颗粒进行筛选，把不能通过筛网的颗粒再重新放进粉碎机进行粉碎和筛选工序，通过筛网的颗粒为废旧电器类聚苯乙烯粉碎料；所述筛网上的网孔直径为10mm。
上述步骤2中，所述在搅拌机中反复搅拌是指连续搅拌三次，每次搅拌时间为一小时。
上述步骤2中，所述搅拌机的转速采用650～700转/分；本发明人通过研究发现：如果搅拌机转速过快，料会裂解，如果搅拌机转速太慢则又会混合不均匀，因此通过研究后选择搅拌机的转速为650～700转/分。
上述步骤2中，双螺杆挤出机的转速为250～400转/分。
上述步骤2中，熔融混炼采用温度为190～230℃；本发明人经研究发现：如果熔融混炼的温度太低，则熔融不好，如果温度太高，料会裂解，因此通过研究后选择，熔融混炼的温度为190～230℃。
上述步骤2中，由双螺杆挤出机挤出的熔体经水槽冷却时，所用的水槽温度为60～80℃；本发明人通过研究发现，此处水槽冷却的温度也会对产品有一定影响，若水槽温度过低，则粒料间空隙过大而易碎，若水槽温度过高，则粒料易粘结，因此，经过对水槽温度进行优化后，本发明人选择用于冷却熔体的水槽温度为60～80℃。
上述制备方法中，切粒机的转速为600～900转/分；本发明人通过研究发现，若切粒机转速过慢，则粒料会太肥大，若切粒机转速过快，则粒料会太小，因此，切粒机的转速需要调整合适，否则都会对最终粒料的美观有影响；对此，本发明人对切粒机的转速进行了优化调整，最终选择切粒机的转速为600～900转/分。
对本发明的一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金进行性能测试，结果发现该聚苯乙烯合金具有高性能、高阻燃、高抗冲、高耐寒、高稳定性和抗静电等特点，可用于制备电视机壳体、电脑壳体等。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的聚苯乙烯合金，其原料中采用了废旧电器类聚苯乙烯材料来代替聚苯乙烯原料，为了保证最终产品的性能优良，本发明人针对废旧聚苯乙烯料的特点搭配了合适的助剂，并对各助剂的用量进行了优化，各助剂的选择使得废旧电器聚苯乙烯料也能制备出性能优良的聚苯乙烯合金，实现了环保再生资源回收利用，全过程做到节能、减排、环保资源再生，为国家节约能源减少环境污染作出了贡献；
2.本发明的聚苯乙烯合金，其各项性能指标均达到或超过国家电器行业的标准，解决废旧电器对环境影响以及对土地占用的问题，解决了简单抽粒造成市场行业劣质产品出现的问题，解决了纯原材料很脆、冲击性差、对金属的粘合性差、流动性差和加工困难等缺点，还解决了聚苯乙烯原料存在易于应力开裂、稳定性能低、对于缺口比较敏感，以及耐磨性欠佳等问题；
3.本发明的聚苯乙烯合金，其伸拉强度约42MPa，弯曲强度约55MPa，缺口冲击强度（23℃）达到9kg·cm/cm，弯曲模数达到1050 MPa，且产品达到型体稳定，是目前电视机壳体及电脑壳体最合适最稳定的改性材料；
4.本发明聚苯乙烯合金的制备方法，是根据其配方材料的特点，对其原料加工粉碎搅拌、混合控制转速、双螺杆挤出机的转速和温度进行了优化，从而保证了制备所得聚苯乙烯合金的优良性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1
一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
废旧电器类聚苯乙烯粉碎料     60份；
改性聚苯醚MPPO             30份；
增韧剂SEBS                   3份；
阻燃剂包覆红磷                3份；
阻燃剂TPP                    2份；
分散剂EBS                  0.6份；
润滑剂PETS                 0.8份；
B-215长效热稳定剂           0.2份。
上述原料配方中，废旧电器类聚苯乙烯粉碎料是将废旧电器类聚苯乙烯材料经粉碎处理得到的粒径小于等于10mm的粉碎料；所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由纯聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体，以及由聚苯乙烯含量占95%以上的材料制造的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体。
上述原料配方中，所述改性聚苯醚MPPO采用回收口水料，所述增韧剂SEBS、阻燃剂包覆红磷、阻燃剂TPP、分散剂EBS、润滑剂PETS和B-215长效热稳定剂均采用市售产品。
上述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1. 废旧电器类聚苯乙烯粉碎料的制备
收集废旧电器类聚苯乙烯材料，所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体或由聚苯乙烯材料制备的废旧电脑壳体，使用截剪机对长度超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料进行截剪，使截剪后其长度小于600mm，再把截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，得到粒度小于等于10mm的颗粒，则为所需废旧电器类聚苯乙烯粉碎料；
步骤2.按照上述原料配方将步骤1制备的废旧电器类聚苯乙烯粉碎料、改性聚苯醚MPPO、增韧剂SEBS、阻燃剂包覆红磷、阻燃剂TPP、分散剂EBS、润滑剂PETS 和B-215长效热稳定剂装进立式圆筒型不锈钢容体搅拌机中反复搅拌三次，每次搅拌时间为一小时，搅拌机转速为700转/分，混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的转速为400转/分，温度为200℃的条件下进行熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经70℃水槽冷却，再引入转速为600转/分的切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本实施例所需聚苯乙烯合金。
上述步骤1中，先对收集来的电视机壳体和电脑壳体进行分类挑选，确认由纯聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体，以及由聚苯乙烯含量占95%以上的材料制造的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体后，由于电视机壳体、电脑壳体等废旧壳体料较大，凡超过长度600mm的，要通过截剪机，剪到小于600mm以下才能进粉碎机粉碎，截剪机功率60kw，电机转速1400转/分，通过变速剪刀速度为600转/小时，经过截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，粉碎机要求电机功率为22kw～30kw，电机转速为1400转/分，通过传递变速刀具转速为700转/分。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的聚苯乙烯合金进行性能测试，结果如表1所示。
表1 实施例1的聚苯乙烯合金的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTM D792 — 1.16
模收缩 ASTM D955 % 0.2～0.4
拉伸强度 ASTM D638 Kgf/c㎡ 420
弯曲强度 ASTM D790 Kgf/c㎡ 550
延伸率  ASTM D638 % 40
弯曲模数 ASTM D790 Kgf/c㎡ 11500
缺口冲击强度(1/8")(23℃) ASTM D256 Kg·㎝/㎝ 9.2
热变形温度 ASTM D648 ℃ 80
耐燃性 UL94 (1/8") V0
干燥温度 — ℃ 70
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190～230
建议模温 — ℃ 50
从表1可以看出，本实施例制备的聚苯乙烯合金经检测已达到国家电器行业对电视机壳体、电脑壳体的材料标准要求，实现了节能、减排、环保、再生资源利用的目的。
实施例2
一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
废旧电器类聚苯乙烯粉碎料     70份；
改性聚苯醚MPPO              20份；
增韧剂SEBS                   5份；
阻燃剂包覆红磷                5份；
阻燃剂TPP                    4份；
分散剂EBS                  1.6份；
润滑剂PETS                 1.8份；
B-215长效热稳定剂           0.4份。
上述原料配方中，废旧电器类聚苯乙烯粉碎料是将废旧电器类聚苯乙烯材料经粉碎处理得到的粒径小于等于10mm的粉碎料；所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由纯聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体，以及由聚苯乙烯含量占95%以上的材料制造的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体。
上述原料配方中，所述改性聚苯醚MPPO采用回收口水料，所述增韧剂SEBS、阻燃剂包覆红磷、阻燃剂TPP、分散剂EBS、润滑剂PETS和B-215长效热稳定剂均采用市售产品。
上述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1. 废旧电器类聚苯乙烯粉碎料的制备
收集废旧电器类聚苯乙烯材料，所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体或由聚苯乙烯材料制备的废旧电脑壳体，使用截剪机对长度超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料进行截剪，使截剪后其长度小于600mm，再把截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，得到粒度小于等于10mm的颗粒，则为所需废旧电器类聚苯乙烯粉碎料；
步骤2.按照上述原料配方将步骤1制备的废旧电器类聚苯乙烯粉碎料、改性聚苯醚MPPO、增韧剂SEBS、阻燃剂包覆红磷、阻燃剂TPP、分散剂EBS、润滑剂PETS 和B-215长效热稳定剂装进立式圆筒型不锈钢容体搅拌机中反复搅拌三次，每次搅拌时间为一小时，搅拌机转速为700转/分，混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的转速为400转/分，温度为230℃的条件下进行熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经80℃水槽冷却，再引入转速为900转/分的切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本实施例所需聚苯乙烯合金。
上述步骤1中，先对收集来的电视机壳体和电脑壳体进行分类挑选，确认由纯聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体，以及由聚苯乙烯含量占95%以上的材料制造的废旧电器电视机壳体、废旧电脑壳体后，由于电视机壳体、电脑壳体等废旧壳体料较大，凡超过长度600mm的，要通过截剪机，剪到小于600mm以下才能进粉碎机粉碎，截剪机功率60kw，电机转速1400转/分，通过变速剪刀速度为600转/小时，经过截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，粉碎机要求电机功率为22kw～30kw，电机转速为1400转/分，通过传递变速刀具转速为700转/分。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的聚苯乙烯合金进行性能测试，结果如表2所示。
表2  实施例2的聚苯乙烯合金的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTM D792 — 1.16
模收缩 ASTM D955 % 0.2～0.4
拉伸强度 ASTM D638 Kgf/c㎡ 420
弯曲强度 ASTM D790 Kgf/c㎡ 550
延伸率  ASTM D638 % 40
弯曲模数 ASTM D790 Kgf/c㎡ 11000
缺口冲击强度(1/8")(23℃) ASTM D256 Kg·㎝/㎝ 9
热变形温度 ASTM D648 ℃ 80
耐燃性 UL94 (1/8") V0
干燥温度 — ℃ 70
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190～230
建议模温 — ℃ 50
从表2可以看出，本实施例制备的聚苯乙烯合金经检测已达到国家电器行业对电视机壳体、电脑壳体的材料标准要求，实现了节能、减排、环保、再生资源利用的目的。

Claims (8)

1.一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
废旧电器类聚苯乙烯粉碎料     60～70份；
改性聚苯醚MPPO             20～30份；
增韧剂SEBS                  3～5份；
阻燃剂包覆红磷                 3～5份；
阻燃剂TPP                     2～4份；
分散剂EBS                  0.5～1.6份；
润滑剂PETS               0.5～1.8份；
B-215长效热稳定剂         0.2～0.4份；
上述废旧电器类聚苯乙烯粉碎料是将废旧电器类聚苯乙烯材料经粉碎处理得到的粒径小于等于10mm的粉碎料；所述废旧电器类聚苯乙烯材料是指由聚苯乙烯材料制备的废旧电器电视机壳体或废旧电脑壳体。
2.一种权利要求1所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，其具体包括如下步骤：
步骤1. 废旧电器类聚苯乙烯粉碎料的制备
收集废旧电器类聚苯乙烯材料，使用截剪机对长度超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料进行截剪，使截剪后其长度小于600mm，再把截剪后的废旧电器类聚苯乙烯材料与长度不超过600mm的废旧电器类聚苯乙烯材料一同送进粉碎机上进行粉碎，得到粒度小于等于10mm的颗粒，则为所需废旧电器类聚苯乙烯粉碎料；
步骤2.按照上述原料配方将步骤1制备的废旧电器类聚苯乙烯粉碎料、改性聚苯醚MPPO、增韧剂SEBS、阻燃剂包覆红磷、阻燃剂TPP、分散剂EBS、润滑剂PETS 和B-215长效热稳定剂装进搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在190～230℃的温度下进行熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为聚苯乙烯合金。
3.根据权利要求2所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，其特征在于所述步骤2中，在搅拌机中反复搅拌是指连续搅拌三次，每次搅拌时间为一小时。
4.根据权利要求2所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，其特征在于所述步骤2中，搅拌机的转速采用650～700转/分。
5.根据权利要求2所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，其特征在于所述步骤2中，双螺杆挤出机的转速为250～400转/分。
6.根据权利要求2所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，其特征在于所述步骤2中，由双螺杆挤出机挤出的熔体经水槽冷却时，所用的水槽温度为60～80℃。
7.根据权利要求2所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金的制备方法，其特征在于所述步骤2中，切粒机的转速为600～900转/分。
8.权利要求1所述一种由废旧电器类聚苯乙烯材料制备的高性能聚苯乙烯合金在制备电视机壳体或电脑壳体中的应用。
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