CN104710666B - 一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，按重量份计，包括以下组分：废旧轮胎橡胶颗粒30～50，废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒30～50，阻燃剂5～10，胶黏剂4～10，着色剂0.5～3；本发明采用废旧的轮胎橡胶颗粒和聚氨酯泡棉制备成复合材料，可以提高废旧资源利用率，同时开发出一种废旧高分子材料应用的新技术。本发明还提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，该方法工艺简单，容易操作，制备的橡胶复合材料密度小，渗透性强，成本低，性能优异。本发明还提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料在道路建设方面的应用。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
人类进入21世纪，废旧高分子材料的资源化利用已成为一个紧迫的问题。大量废旧高分子材料的堆积不仅造成了资源的浪费，而且也对环境造成了污染。废旧制冷设备（包括冰箱、冷柜）经拆解后会产生大量的废旧硬质聚氨酯泡棉，废旧硬质聚氨酯泡棉是一种三维网状高度交联的热固性材料，很难溶解或熔化，并且密度较低，不易回收利用。近年来，随着我国步入废旧制冷设备报废的高峰期，大量聚氨酯废弃物的产生不但造成资源的浪费，而且对生态环境也产生了不利影响。同时由于国内汽车产业的发展，废旧轮胎的数量逐年增加，如何减少废旧轮胎和聚氨酯泡棉的污染，并将其合理回收再利用已成为当前亟待解决的问题。
目前对聚氨酯泡棉的回收方法主要包括粉碎法、物理回收、化学回收以及燃烧回收热能等。对废旧轮胎橡胶制品主要包括热分解回收液体燃料和化学品、燃料利用、再生胶利用、胶粉利用等。现有的回收处理存在方法复杂、技术水平低、消耗能源大，而且易造成二次污染的问题；所以我国对热固性泡沫塑料废弃物的回收利用状况并不理想，大多只是针对容易再生的热塑性泡沫塑料加以开发利用，缺乏对难再生的热固性泡沫塑料的回收利用方法。
发明内容
为了解决现有废旧轮胎橡胶和废旧硬质聚氨酯泡棉零污染资源化困难的问题，本发明提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料及其制备方法和应用。该方法将废旧的轮胎橡胶颗粒和聚氨酯泡棉颗粒制备成复合材料，不但提高了废旧资源利用率还开发了一种废旧高分子材料应用的新技术；该方法制备的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料具有密度低、渗透性强的优点，本发明还提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料在道路建设方面的应用。
第一方面，本发明提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，按重量份计，包括以下组分：废旧轮胎橡胶颗粒30～50，废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒30～50，阻燃剂5～10，胶黏剂4～10，着色剂0.5～3。
硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料中的各组分经过合理配比使得该复合材料的性能优良。
所述废旧轮胎橡胶颗粒为汽车拆解或日常回收的废旧轮胎经拆解破碎后的颗粒。优选地，所述废旧轮胎橡胶颗粒的粒径为毫米级。优选地，所述废旧轮胎橡胶颗粒的粒径范围为1～5mm。
所述废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒为电子废弃物拆解产生的废旧硬质聚氨酯泡棉，经破碎而得。优选地，所述硬质聚氨酯泡棉颗粒的粒径为毫米级。优选地，所述废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒的粒径范围为0.5～4mm。
废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒直接经过简单的破碎制得，所以具有大块废料密度低的优点。
优选地，所述阻燃剂包括四苯基（双酚-A）二磷酸酯（BDP）、间苯二酚双（二苯基）磷酸酯（RDP）、聚磷酸铵（APP）和磷酸三苯酯（TPP）中的一种或两种以上的组合。
所述阻燃剂为磷氮系阻燃剂，磷氮系阻燃剂为环保阻燃剂，具有阻燃与增塑的双重功能，阻燃效率高，可实现阻燃剂无卤化，发烟量较低；增塑功能可以使塑料成型时流动加工性变好，可抑制燃烧后的残留物，产生的毒性气体和腐蚀性气体较少，尤其是磷酸酯与聚氨酯的相容性很好；此外，磷氮系阻燃剂易水解，可生物降解，没有环境持久性和生物累积性。
优选地，所述胶黏剂为聚氨酯型胶黏剂。
所述聚氨酯胶粘剂为环保型聚氨酯型胶黏剂，通常具有高固体含量、低粘度、工艺适用性好、粘合力强、无毒等优点；还具有良好的机械加工性能和润湿性能，复合后初粘效果特别明显，有良好的透明度和弹性，耐老化，而且经济实用环保。
优选地，所述着色剂为二氧化钛、炭黑、铁红、铁黄、钛青绿和钛青蓝中的至少一种。
所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的组分为废旧轮胎橡胶颗粒和废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒，所述废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒能够保留大块废料密度低的优点，同时硬质聚氨酯泡棉颗粒中存在的开孔结构以及橡胶颗粒与聚氨酯泡棉颗粒间的空隙、橡胶颗粒与橡胶颗粒间的空隙和聚氨酯泡棉颗粒与聚氨酯泡棉颗粒间的空隙使得到的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料密度小，渗透性强，将所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料用于道路建设方面，使得表面雨水可以很好的渗漏到地下，可有效解决城市道路排水问题；
而且，在本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的组成范围内，根据不同地区降水量，通过调节废旧橡胶颗粒与废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒的大小以及用量配比可以制备得到各种各样具有不同密度和渗透性的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，可以满足不同地区的道路建设需求，因此适用性和实用性很强；
另外，由于硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料使用的原料都为废弃物，所以具有成本低的优点。
第二方面，本发明提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供废旧轮胎橡胶颗粒；
（2）提供废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒；
（3）混合密炼：按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒30～50，废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒30～50，阻燃剂5～10，胶黏剂4～10，着色剂0.5～3称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、阻燃剂、胶黏剂和着色剂加入到开炼机中，混合密炼5～10min，待混合均匀后，得到片状料坯；
（4）热压成型：将步骤（3）得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
优选地，所述步骤（1）中将汽车拆解或日常回收的废旧轮胎经过清洗、晾干、切割、破碎、过筛，将筛选好的橡胶颗粒进行活化处理，然后清洗、晾干，得到所述废旧轮胎橡胶颗粒备用。
优选地，步骤（1）中所述废旧轮胎橡胶颗粒的粒径范围为1～5mm。
优选地，所述步骤（2）中将电子废弃物拆解产生的聚氨酯泡棉经清洗、晾干、破碎得到废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒备用。
优选地，步骤（2）中所述废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒的粒径范围为0.5～4mm。
优选地，步骤（3）中所述阻燃剂包括四苯基（双酚-A）二磷酸酯（BDP）、间苯二酚双（二苯基）磷酸酯（RDP）、聚磷酸铵（APP）和磷酸三苯酯（TPP）中的一种或两种以上的组合。
优选地，步骤（3）中所述胶黏剂为聚氨酯型胶黏剂。
优选地，步骤（3）中所述着色剂为二氧化钛、炭黑、铁红、铁黄、钛青绿和钛青蓝中的至少一种。
优选地，步骤（4）中所述热压成型过程的工艺参数为：压片机温度为50～150℃，压力为3～10MPa，保压时间为5～10min。
所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法采用废旧轮胎橡胶和废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒作为原料，一是颗粒料的制备更加简便易行，工艺简单，能耗低、生产成本低；二是颗粒料保留了大块废料密度低的优点，而且颗粒料与颗粒料之间的空隙使制备的复合材料密度小，渗透性强。另一方面，所述制备方法实现了废旧轮胎橡胶和废旧硬质聚氨酯泡棉材料的无害化资源化利用，具有价廉、环保、经济效益高等优点。
第三方面，本发明提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料在道路建设方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料具有密度小，渗透性强，成本低，性能优异、经济效益高的优点；
2、本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，利用废旧轮胎橡胶颗粒和聚氨酯泡棉颗粒为原料制备成复合材料，变废为宝，达到废旧材料的无害化、资源化利用，该制备方法具有环保、原材料供应广泛、工艺简单、容易操作、能耗低、易于大规模生产等优点；
3、本发明提供了一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料在道路建设方面的应用，由于废旧硬质聚氨酯泡棉改性橡胶地砖中硬质聚氨酯泡棉的加入及结构的设计，表面雨水可以很好的渗漏到地下，可有效的解决城市地下水缺失的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将汽车拆解或回收的废旧轮胎放入清水中清洗干净，去除赃物，取出晾干，然后进行切割、破碎、过筛后选出粒径范围为1～5mm的橡胶颗粒；将筛选好的橡胶颗粒放入盐酸溶液中，进行活化处理15分钟后，取出用清水清洗干净并晾干，得到所述废旧轮胎橡胶颗粒备用；
（2）将电子废弃物拆解产生的聚氨酯泡棉放入清水中清洗干净，取出晾干，然后破碎成粒径范围为0.5～4mm的废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒备用；
（3）按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒44份、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒40份、聚磷酸铵8份、聚氨酯胶黏剂6份、着色剂2份称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、聚磷酸铵、聚氨酯胶黏剂和着色剂加入到开炼机中，混合密炼8min，待混合均匀后，根据模具尺寸在开炼机上制备出片状料坯；
（4）将步骤（3）得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，其中，压片机温度为75℃，压力为3MPa，保压时间为5min，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
本实施例制备的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，可用作地砖，所述地砖可应用于道路建设。对所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的性能进行测试，测得表观密度为0.76g/cm3，扯断伸长率为54%，渗水率为46%，可见本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料密度低，渗透性强，性能优异。
实施例2
一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将汽车拆解或回收的废旧轮胎放入清水中清洗干净，去除赃物，取出晾干，然后进行切割、破碎、过筛后选出粒径范围为1～5mm的橡胶颗粒；将筛选好的橡胶颗粒放入盐酸溶液中，进行活化处理12分钟后，取出用清水清洗干净并晾干，得到所述废旧轮胎橡胶颗粒备用；
（2）将电子废弃物拆解产生的聚氨酯泡棉放入清水中清洗干净，取出晾干，然后破碎成粒径范围为0.5～4mm的废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒备用；
（3）按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒36份、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒46份、磷酸三苯酯7.5份、聚氨酯胶黏剂10份、着色剂0.5份称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、磷酸三苯酯、聚氨酯胶黏剂和着色剂加入到开炼机中，混合密炼8min，待混合均匀后，根据模具尺寸在开炼机上制备出片状料坯；
（4）将步骤（3）得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，其中，压片机温度为65℃，压力为4MPa，保压时间为6min，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
本实施例制备的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，可用作地砖，所述地砖可应用于道路建设。对所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的性能进行测试，测得表观密度为0.71g/cm3，扯断伸长率为64%，渗水率为51%，可见本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料密度低，渗透性强，性能优异。
实施例3
一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将汽车拆解或回收的废旧轮胎放入清水中清洗干净，去除赃物，取出晾干，然后进行切割、破碎、过筛后选出粒径范围为1～5mm的橡胶颗粒；将筛选好的橡胶颗粒放入盐酸溶液中，进行活化处理7分钟后，取出用清水清洗干净并晾干，得到所述废旧轮胎橡胶颗粒备用；
（2）将电子废弃物拆解产生的聚氨酯泡棉放入清水中清洗干净，取出晾干，然后破碎成粒径范围为0.5～4mm的废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒备用；
（3）按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒30份、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒50份、磷酸三苯酯10份、聚氨酯胶黏剂7份、着色剂3份称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、磷酸三苯酯、聚氨酯胶黏剂和着色剂加入到开炼机中，混合密炼5min，待混合均匀后，根据模具尺寸在开炼机上制备出片状料坯；
（4）将步骤（3）得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，其中，压片机温度为50℃，压力为3MPa，保压时间为5min，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
本实施例制备的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，可用作地砖，所述地砖可应用于道路建设。对所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的性能进行测试，测得表观密度为0.65g/cm3，扯断伸长率为46%，渗水率为53%，可见本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料密度低，渗透性强，性能优异。
实施例4
一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将汽车拆解或回收的废旧轮胎放入清水中清洗干净，去除赃物，取出晾干，然后进行切割、破碎、过筛后选出粒径范围为1～5mm的橡胶颗粒；将筛选好的橡胶颗粒放入盐酸溶液中，进行活化处理15分钟后，取出用清水清洗干净并晾干，得到所述废旧轮胎橡胶颗粒备用；
（2）将电子废弃物拆解产生的聚氨酯泡棉放入清水中清洗干净，取出晾干，然后破碎成粒径范围为0.5～4mm的废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒备用；
（3）按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒50份、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒38份、四苯基（双酚-A）二磷酸酯5份、聚氨酯胶黏剂4份、着色剂3份称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、四苯基（双酚-A）二磷酸酯、聚氨酯胶黏剂和着色剂加入到开炼机中，混合密炼10min，待混合均匀后，根据模具尺寸在开炼机上制备出片状料坯；
（4）将步骤（3）得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，其中，压片机温度为150℃，压力为10MPa，保压时间为10min，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
本实施例制备的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，可用作地砖，所述地砖可应用于道路建设。对所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的性能进行测试，测得表观密度为0.86g/cm3，扯断伸长率为63%，渗水率为47%，可见本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料密度低，渗透性强，性能优异。
实施例5
一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将汽车拆解或回收的废旧轮胎放入清水中清洗干净，去除赃物，取出晾干，然后进行切割、破碎、过筛后选出粒径范围为1～5mm的橡胶颗粒；将筛选好的橡胶颗粒放入盐酸溶液中，进行活化处理15分钟后，取出用清水清洗干净并晾干，得到所述废旧轮胎橡胶颗粒备用；
（2）将电子废弃物拆解产生的聚氨酯泡棉放入清水中清洗干净，取出晾干，然后破碎成粒径范围为0.5～4mm的废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒备用；
（3）按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒50份、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒30份、磷酸三苯酯6份、间苯二酚双（二苯基）磷酸酯3份、聚氨酯胶黏剂8份、着色剂3份称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、磷酸三苯酯和间苯二酚双（二苯基）磷酸酯、聚氨酯胶黏剂、着色剂加入到开炼机中，混合密炼10min，待混合均匀后，根据模具尺寸在开炼机上制备出片状料坯；
（4）将步骤（3）得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，其中，压片机温度为150℃，压力为10MPa，保压时间为10min，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
本实施例制备的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，可用作地砖，所述地砖可应用于道路建设。对所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的性能进行测试，测得表观密度为0.87g/cm3，扯断伸长率为61%，渗水率为45%，可见本发明提供的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料密度低，渗透性强，性能优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：废旧轮胎橡胶颗粒30～50，废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒30～50，阻燃剂5～10，胶黏剂4～10，着色剂0.5～3；所述废旧轮胎橡胶颗粒的粒径范围为1～5mm，所述废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒的粒径范围为0.5～4mm。
2.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，其特征在于，所述阻燃剂包括四苯基(双酚-A)二磷酸酯、间苯二酚双(二苯基)磷酸酯、聚磷酸铵和磷酸三苯酯中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料，其特征在于，所述胶黏剂为聚氨酯型胶黏剂。
4.一种硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供废旧轮胎橡胶颗粒，所述废旧轮胎橡胶颗粒的粒径范围为1～5mm；
(2)提供废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒，所述废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒的粒径范围为0.5～4mm；
(3)混合密炼：按重量份数：废旧轮胎橡胶颗粒30～50，废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒30～50，阻燃剂5～10，胶黏剂4～10，着色剂0.5～3称取物料，然后依次分别将所述废旧轮胎橡胶颗粒、废旧硬质聚氨酯泡棉颗粒、阻燃剂、胶黏剂和着色剂加入到开炼机中，混合密炼5～10min，待混合均匀后，得到片状料坯；
(4)热压成型：将步骤(3)得到的片状料坯放入模具中，热压成型得到硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料半成品，然后取出产品经剪切、修边后得到所述硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料。
5.根据权利要求4所述的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述热压成型过程的工艺参数为：压片机温度为50～150℃，压力为3～10MPa，保压时间为5～10min。
6.一种如权利要求1所述的硬质聚氨酯泡棉颗粒改性橡胶复合材料在道路建设方面的应用。
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