CN108676376B - 一种改性塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料60‑75％，玻璃纤维10‑15％，废旧陶瓷粉5‑10％，硅烷偶联剂0.5‑1％，相容剂1‑3％，SBS 2‑5％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1‑2％，甲基丙烯酸甲酯4‑8％。本发明通过加入二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯与其他原料混合，能够充分对玻璃纤维和陶瓷粉表面进行改性，避免出现用偶联剂处理玻璃纤维的表面，而不能达到预期效果的情况，改性后的玻璃纤维与塑料基体之间具有较大的亲和力，玻璃纤维、陶瓷粉与塑料有充分的相容性，界面粘结力强，最终所得改性塑料的力学性能得到极大的提高。

Description

一种改性塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改性塑料及其制备方法。
背景技术
塑料制品的主要原料来自石油，世界石油资源有限，随之时间的推移会越来越匮乏。将资源丰富、价格低廉的无机粉填加到塑料制品中(填充改性)是降低塑料制品生产成本、节约资源的有效手段。然而将改性无机粉填加到塑料中去，无论添加量多少，大多数情况下都会使塑料制品变脆，韧性降低。添加量越多，韧性降低越厉害。目前常用玻璃纤维来增强塑料，利用玻璃纤维的强度和刚性，使应力在基体和界面之间进行有效传递，使基体得到增强。但是由于玻璃纤维和塑料之间的差异，使得两者之间具有较差的分散性和表面粘合性，进一步影响了塑料的各项性能。因此，为了充分发挥玻璃纤维的承载作用，减少玻璃纤维和塑料基体差异对复合材料界面的影响，以及减少玻璃纤维表面缺陷所导致的与塑料基体不良的粘合，有必要对玻璃纤维进行改性。
偶联剂是玻璃纤维表面改性的主要处理剂，因其价格低、来源广、处理效果好等优点决定着其是塑料中增强体表面处理的首选。随着对塑料性能要求的提高，用偶联剂处理玻璃纤维的表面，不能达到预期的目的，尤其是偶联剂在聚烯烃类基体中失去其应有的作用。
申请号CN201510110787.1公开一种强度高耐腐蚀的改性塑料，由下列重量份的原料制成：聚乙烯树脂70-80、聚丙烯10-20、纳米氧化锡锑4-7、纳米钛白粉1-2、钛酸酯0.3-0.6、四氯化锡0.1-0.2、无碱玻璃纤维1-2、纳米氧化银0.01-0.03、氯化石蜡2-3、癸二酸二辛酯1.3-2.5、硅烷偶联剂KH-7920.6-1.1、无水乙醇适量。该发明中所用的原料众多，生产成本高，并且用硅烷偶联剂改性玻璃纤维不能很好的改善塑料和纤维之间的润湿性，两者之间的界面粘结力较弱，最终得到的改性塑料的性能较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种改性塑料及其制备方法。
本发明提供了一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料60-75％，玻璃纤维10-15％，废旧陶瓷粉5-10％，硅烷偶联剂0.5-1％，相容剂1-3％，SBS 2-5％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1-2％，甲基丙烯酸甲酯4-8％。
优选的，所述改性塑料包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料66％，玻璃纤维12％，废旧陶瓷粉10％，硅烷偶联剂0.5％，相容剂2％，SBS 2％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1.5％，甲基丙烯酸甲酯6％。
优选的，所述废旧塑料为机油壶、洗洁精瓶、洗发水瓶、医用点滴瓶、娃娃哈瓶、燃气管破碎料中一种或几种。
优选的，所述废旧陶瓷粉为陶瓷造粒粉、陶瓷废品球磨粉中的一种或几种。
优选的，所述相容剂为马来酸酐。
优选的，所述玻璃纤维的直径为8-10μm。
本发明还提供了一种改性塑料的制备方法，包括以下步骤：
1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维、二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷加入到混合机中混合，混合温度为100-120℃，混合时间为20-30min，然后再降温至60-80℃加入甲基丙烯酸甲酯，充分混合后得到混合料；
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为110-120℃，充分混合后升温至130-140℃，加入步骤1)得到的混合料、硅烷偶联剂和相容剂充分混合，得到混合物；
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料。
优选的，步骤1)所述加入甲基丙烯酸甲酯后的混合时间为1-1.5h。
优选的，步骤3)所述双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min。
优选的，步骤3)所述双螺杆挤出机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区150-170℃、二区160-180℃、三区170-180℃、四区170-190℃、五区170-190℃、六区170-200℃、七区170-200℃、八区170-200℃、九区170-200℃、十区160-180℃。
本发明所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，即KH550。
本发明所述二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷是根据聂进等人发表在华中理工大学学报的《二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷的合成及光谱研究》中的方法制备的。
本发明所述SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
本发明所述的回收塑料为聚乙烯回收塑料。
玻璃纤维由于表面比较均一，表面官能团也相对均一，并且其价格便宜，因此常用玻璃纤维为增强体制备改性塑料。但是由于玻璃纤维带有较多的硅醇基，极性较大，而塑料的极性较小；并且玻璃纤维刚性较大，其与塑料之间的差异，使得两者之间具有较差的分散性和表面粘合性，进一步影响了塑料的各项性能。因此，为了充分发挥玻璃纤维的承载作用，减少玻璃纤维和塑料基体差异对复合材料界面的影响，以及减少玻璃纤维表面缺陷所导致的与塑料基体不良的粘合，有必要对玻璃纤维进行改性。偶联剂是玻璃纤维表面改性的主要处理剂，但是随着对塑料性能要求的提高，用偶联剂处理玻璃纤维的表面，不能达到预期的目的，尤其是偶联剂在聚烯烃类基体中失去其应有的作用。
本发明通过加入二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯与其他原料混合，能够充分对玻璃纤维和陶瓷粉表面进行改性，避免出现用偶联剂处理玻璃纤维的表面，而不能达到预期效果的情况，改性后的玻璃纤维与塑料基体之间具有较大的亲和力，玻璃纤维、陶瓷粉与塑料有充分的相容性，界面粘结力强，最终所得改性塑料的力学性能得到极大的提高。
本发明的制备过程中，先将废旧陶瓷粉和玻璃纤维与二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷在较高温度下混合，再降温加入甲基丙烯酸甲酯，然后与废旧塑料和SBS的混合物及其他原料在130-140℃下混合，挤出造粒得到改性塑料。通过改变原料的加入顺序和加入温度，使得陶瓷粉和玻璃纤维表面改性更充分，塑料与陶瓷粉和玻璃纤维之间的差异减小，原料之间混合均匀，界面粘结性强，生产成本降低，所得改性塑料的性能优异。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过加入二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯与其他原料混合，能够充分对玻璃纤维和陶瓷粉表面进行改性，避免出现用偶联剂处理玻璃纤维的表面，而不能达到预期效果的情况，改性后的玻璃纤维与塑料基体之间具有较大的亲和力，玻璃纤维、陶瓷粉与塑料有充分的相容性，界面粘结力强，最终所得改性塑料的力学性能得到极大的提高。
2、本发明对回收的废旧塑料进行改性，实现了废物的重新利用，提高了原料的利用率，减少环境污染。
3、本发明中以废旧陶瓷粉为原料，起辅助阻燃作用，不需要使用阻燃剂，大大降低生产成本，也减少一些阻燃剂对环境造成污染，并且添加废旧陶瓷粉能够增加塑料产品的形状稳定性，增加抗弯强度、拉伸强度、降低变形、伸长率和热膨胀系数。
5、本发明的制备过程中，先将废旧陶瓷粉和玻璃纤维与二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷在较高温度下混合，再降温加入甲基丙烯酸甲酯，然后与废旧塑料和SBS的混合物及其他原料在130-140℃下混合，挤出造粒得到改性塑料。通过改变原料的加入顺序和加入温度，使得陶瓷粉和玻璃纤维表面改性更充分，塑料与陶瓷粉和玻璃纤维之间的差异减小，原料之间混合均匀，界面粘结性强，生产成本降低，所得改性塑料的性能优异。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料75％，玻璃纤维10％，废旧陶瓷粉5％，硅烷偶联剂KH5501％，相容剂马来酸酐1％，SBS 3％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1％，甲基丙烯酸甲酯4％。
制备方法：1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维、二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷加入到混合机中混合，混合温度为100℃，混合时间为30min，然后再降温至60℃加入甲基丙烯酸甲酯，充分混合1h后得到混合料；
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为120℃，充分混合后升温至140℃，加入步骤1)得到的混合料、硅烷偶联剂KH550和相容剂马来酸酐充分混合，得到混合物；
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区170℃、二区180℃、三区180℃、四区190℃、五区190℃、六区200℃、七区200℃、八区200℃、九区200℃、十区180℃。
实施例2
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料66％，玻璃纤维12％，废旧陶瓷粉10％，硅烷偶联剂KH5500.5％，相容剂马来酸酐2％，SBS 2％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1.5％，甲基丙烯酸甲酯6％。
制备方法：1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维、二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷加入到混合机中混合，混合温度为120℃，混合时间为20min，然后再降温至80℃加入甲基丙烯酸甲酯，充分混合1.2h后得到混合料；
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为110℃，充分混合后升温至140℃，加入步骤1)得到的混合料、硅烷偶联剂KH550和相容剂马来酸酐充分混合，得到混合物；
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区160℃、二区170℃、三区175℃、四区175℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃。
实施例3
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料60％，玻璃纤维15％，废旧陶瓷粉6％，硅烷偶联剂KH5501％，相容剂马来酸酐3％，SBS 5％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷2％，甲基丙烯酸甲酯8％。
制备方法：1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维、二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷加入到混合机中混合，混合温度为110℃，混合时间为25min，然后再降温至70℃加入甲基丙烯酸甲酯，充分混合1.5h后得到混合料；
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为115℃，充分混合后升温至130℃，加入步骤1)得到的混合料、硅烷偶联剂KH550和相容剂马来酸酐充分混合，得到混合物；
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区150℃、二区160℃、三区170℃、四区170℃、五区170℃、六区170℃、七区170℃、八区170℃、九区170℃、十区160℃。
对比例1
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料69％，玻璃纤维14％，废旧陶瓷粉12.5％，硅烷偶联剂KH5500.5％，相容剂马来酸酐2％，SBS 2％。
制备方法：1)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为110℃，充分混合后升温至140℃，加入废旧陶瓷粉、玻璃纤维、硅烷偶联剂KH550和相容剂马来酸酐充分混合，得到混合物；
2)将步骤1)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区160℃、二区170℃、三区175℃、四区175℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃。
对比例2
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料67％，玻璃纤维12.5％，废旧陶瓷粉10％，硅烷偶联剂KH5500.5％，相容剂马来酸酐2％，SBS 2％，甲基丙烯酸甲酯6％。
制备方法：1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维加入到混合机中混合，混合温度为120℃，混合时间为20min，然后再降温至80℃加入甲基丙烯酸甲酯，充分混合1.2h后得到混合料；
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为110℃，充分混合后升温至140℃，加入步骤1)得到的混合料、硅烷偶联剂KH550和相容剂马来酸酐充分混合，得到混合物；
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区160℃、二区170℃、三区175℃、四区175℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃。
对比例3
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料66％，玻璃纤维12％，废旧陶瓷粉10％，硅烷偶联剂KH5500.5％，相容剂马来酸酐2％，SBS 2％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1.5％，甲基丙烯酸甲酯6％。
制备方法：1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维、二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯加入到混合机中混合，混合温度为120℃，混合时间为1.5h，充分混合后得到混合料；
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为110℃，然后加入步骤1)得到的混合料、硅烷偶联剂KH550和相容剂马来酸酐充分混合，得到混合物；
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区160℃、二区170℃、三区175℃、四区175℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃。
对比例4
一种改性塑料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料66％，玻璃纤维12％，废旧陶瓷粉10％，硅烷偶联剂KH5500.5％，相容剂马来酸酐2％，SBS 2％，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1.5％，甲基丙烯酸甲酯6％。
制备方法：1)将所有原料加入混合机中充分混合，混合温度为110-130℃，得到混合物；
2)将步骤1)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料；其中双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400r/min，双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区160℃、二区170℃、三区175℃、四区175℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃。
将实施例1-3和对比例1-4得到的改性塑料以及未改性PE塑料，按照国家标准方法在完全相同的条件下，测其力学性能，结果如表1。
表1塑料的性能比较
Figure BDA0001700911040000061
从上表中的数据可知，采用本发明的原料及制备方法得到的改性塑料与对比例以及未改性的PE塑料相比，其具有较高的拉伸强度和洛氏硬度，同时又较高的断裂伸长率和缺口冲击强度，说明本发明得到的改性塑料的刚性和韧性都得到了显著提高。与对比例1和2相比，本发明所得改性塑料的拉伸强度、洛氏硬度、断裂伸长率和缺口冲击强度均较高，说明未加入二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷和甲基丙烯酸甲酯所得改性塑料的刚性和韧性都较差；与对比例3和4相比，本发明所得改性塑料的拉伸强度、洛氏硬度、断裂伸长率和缺口冲击强度均较高，说明采用本发明的制备方法得到的改性塑料的刚性和韧性都较好，本发明通过改变原料的加入顺序和加入温度，使得陶瓷粉和玻璃纤维表面改性更充分，塑料与陶瓷粉和玻璃纤维之间的差异减小，原料之间混合均匀，界面粘结性强，生产成本降低，所得改性塑料的性能优异。

Claims (8)

1.一种改性塑料的制备方法，其特征在于，所述改性塑料包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料60-75%，玻璃纤维10-15%，废旧陶瓷粉5-10%，硅烷偶联剂0.5-1%，相容剂1-3%，SBS 2-5%，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1-2%，甲基丙烯酸甲酯4-8%；所述废旧塑料为聚乙烯回收塑料；
所述改性塑料的制备方法包括以下步骤：
1)将废旧陶瓷粉、玻璃纤维、二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷加入到混合机中混合，混合温度为100-120℃，混合时间为20-30 min，然后再降温至60- 80℃加入甲基丙烯酸甲酯，充分混合后得到混合料：
2)将经过干燥后的废旧塑料和SBS按所述比例加入混合机中混合，混合温度为110-120℃，充分混合后升温至130-140℃，加入步骤1)得到的混合料，硅烷偶联剂和相容剂充分混合，得到混合物：
3)将步骤2)得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得改性塑料。
2.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，其特征在于.包括如下质量百分含量的各组份：废旧塑料66%，玻璃纤维12%，废旧陶瓷粉10%，硅烷偶联剂0.5%，相容剂2%，SBS 2%，二甲基二偶氮苯酚氧基硅烷1.5%，甲基丙烯酸甲酯6%。
3.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，其特征在于，所述废旧塑料为机油壶、洗洁精瓶、洗发水瓶、医用点滴瓶、娃娃哈瓶、燃气管破碎料中一种或几种。
4.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，其特征在于，所述废旧陶瓷粉为陶瓷造粒粉、陶瓷废品球磨粉中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为8-10μm。
6.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，共特征在于，步骤1)所述加入甲基丙烯酸甲酯后的混合时间为1-1.5 h。
7.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，其特征在于，步骤3)所述双螺杆挤出机中双螺杆的转速为350-400 r/min。
8.如权利要求1所述的改性塑料的制备方法，其特征在于，步骤3)所述双螺杆挤出机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区150-170℃、二区160-180℃、三区170-180℃、四区170-190℃、五区170-190℃、六区170-200、七区170-200℃、八区170-200℃、九区170-200℃、十区160-180℃。
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