CN114213852A - 一种废hips基再生合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废HIPS基再生合金材料,主要由以下质量份配比的原料制成:废HIPS:55~70、PP:30~45、烷基化反应催化剂:0.1~0.4、共催化剂:0.1~0.3、HIPS基大分子扩链剂:2~8。该废HIPS基再生合金材料以废HIPS及PP新料为原料,通过分段配合使用两类化学改性剂,获得综合性能优异的废HIPS基再生合金材料,其具有环保性及高值化双重优势。本发明还公开了上述废HIPS基再生合金材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于废HIPS再生技术领域,具体涉及一种废HIPS基再生合金材料及其制备方法。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是一种韧性得到增强的聚苯乙烯类材料,其突出的优点包括抗冲击强度高、光泽度好、耐热性和流动性好等,因此在各类包装、电子电器、汽车、日用品等行业得到广泛应用。但其在加工和使用过程中会因为老化而发生降解,造成分子链断链并产生羟基、羧基等活性基团,同时伴有微观相结构的改变,使得废HIPS的性能较其新料全面降低。
聚丙烯(PP)是一种用途广泛的通用塑料,具有良好的韧性、耐溶剂性,加之其产量大、价格低,成型工艺及包容性较好等优点,使其在高分子材料中占有十分重要的地位。
高分子材料的合金化,可综合各基体材料的较优性能,实现高值化应用,因此也是重要的研究及应用方向。以废料制备高分子合金具有成本优势,但需对废料基材的性能进行有效修复,且改善各基体间相容性,才能制备出性能平衡的有市场需求的再生合金材料。
结合上述现状,以废HIPS与PP制备高分子合金,如果能充分利用废HIPS老化后生成的羟基、羧基等活性基团,通过分子扩链及相似相容作用,将废HIPS进行始源性修复,全面提升废HIPS基材综合性能的同时,通过原位生成的增容剂有效地改善废HIPS与PP这两个基体相的相容性,将得到一种综合性能优异的再生合金材料。由于大量使用了废料,使得这种材料在具有性价比优势的同时,还具有环保属性,应用前景广泛。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废HIPS基再生合金材料,该废HIPS基再生合金材料以废HIPS及PP新料为原料,通过分段配合使用两类化学改性剂,获得综合性能优异的废HIPS基再生合金材料,其具有环保性及高值化双重优势。
本发明的目的还在于提供上述废HIPS基再生合金材料的制备方法。
本发明上述第一个目的可以通过如下技术方案来实现:一种废HIPS基再生合金材料,主要由以下质量份配比的原料制成:
废HIPS:55~70
PP:30~45
烷基化反应催化剂:0.1~0.4
共催化剂:0.1~0.3
HIPS基大分子扩链剂:2~8。
本发明中的废HIPS基再生合金材料主要包括废HIPS及PP这两个原本不相容的基体相,首先在共催化剂与烷基化反应催化剂的催化作用下通过Friedel-Crafts烷基化反应,生成原位增容剂HIPS-g-PP,改善了废HIPS相与PP相的相容性;进而通过后期添加的HIPS同基体型大分子扩链剂的扩链修复作用,对老化后性能恶化较严重的废HIPS相进行始源性改善。基于上述两种反应性挤出的原位增容及扩链改性双效作用,全面提升了再生合金材料性能,最终制得了综合性能优异的HIPS/PP再生塑料合金材料,其在充分利用废物资源的前提下,充分体现出高值化属性。
优选的,所述废HIPS为废HIPS(废高抗冲聚苯乙烯)经过破碎均化后得到片状料。
优选的,所述PP为PP(聚丙烯)新料。
优选的,所述烷基化反应催化剂为无水氯化铝。
优选的,所述共催化剂为苯乙烯。共催化剂可以配合烷基化反应催化剂,促进烷基化反应的发生。
优选的,所述HIPS基大分子扩链剂为高抗冲聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(HIPS-g-GMA)。
本发明上述第二个目的可以通过如下技术方案来实现:上述废HIPS基再生合金材料的制备方法,包括以下步骤:将废HIPS、PP、烷基化反应催化剂和共催化剂按上述用量关系混合,得到混合物料,从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化,螺杆转速控制为40~80rpm,从双螺杆挤出机的加工中段的第五区按上述用量关系加入HIPS基大分子扩链剂,与熔化的混合物料共混,经挤出、牵引、冷却、切粒,即制得废HIPS基再生合金材料。
在该废HIPS基再生合金材料的制备方法中:
优选的,所述双螺杆挤出机的加工温区为175~235℃。
优选的,所述双螺杆挤出机的加工八区温度依次为:180℃,180℃,185℃,185℃,235℃,235℃,230℃,230℃。
本发明中,在挤出机的前四加工区,通过融熔状态下,利用Friedel-Crafts烷基化反应原位生成HIPS-g-PP接枝物,该接枝物可对共混物中的废HIPS组分及PP组分起到很好的增容作用。在挤出机的后四加工区,则是通过HIPS基大分子扩链剂的引入,使其与废HIPS老化链上生成的羟基等活性基团,在挤出条件下发生原位扩链反应,实现废HIPS的断链增长,同时通过HIPS基大分子扩链剂与废HIPS主链结构大体相似的相似相容作用,进一步改善废HIPS老化后,导致的微相界面力减弱问题。
本发明中后段四区与前段四区的加工温度有主动性提升,其主要目的有两点:首先是通过第五区加工温度的跃变提升,使烷基化反应催化剂得以快速挥发去除,以避免后段加入HIPS基大分子扩链剂后,发生其他副反应。另一方面,较高温度也有利于在有限的保留时间内有效发生扩链反应。通过大量试验证明,控制螺杆转速40~80rpm,后四段加工温区在230℃左右,可有效确保原位扩链效果。因此,通过前后段加工区的改变,既保证了烷基化反应的发生而生成了增容剂,也不影响废HIPS扩链改性实效,最终使得制备的再生合金综合性能良好。
本发明具有以下优点:
(1)本发明通过分段配合使用两类化学改性剂,对废HIPS及PP直接进行原位改性制备再生合金,第一步烷基化反应生成的接枝物,对废HIPS及PP这两种基体的原位增容效果显著,改善了两相间界面作用,使整个共混物的微观有序性得以改善,第二步的同基体型大分子扩链剂的原位扩链修复,始源性地改善废HIPS基体,全面提升了其基本性能,也使再生合金的综合性能得到了进一步提升;
(2)本发明所用的加工设备无需特别改造,仅通过工艺条件及配方的优化,即可进行反应型挤出并实现原位增容和扩链改性,其应用推广的适应性较强;
(3)随着我国全面禁止废塑料进口,针对国内废塑料的回收利用技术,特别是高值化回收利用技术的应用潜力巨大;本发明为废塑料的高值化利用提供一种全新的解决方案,有利于推进废塑料绿色再循环,助力实现碳中和目标,社会效益和经济效益良好。
具体实施方式
以下采用的原料,如无特殊说明,均为市售产品。
实施例1
本实施例提供的废HIPS基再生合金材料,主要由以下质量份配比的原料制成:
废HIPS:55
PP:45
烷基化反应催化剂:0.4
共催化剂:0.3
HIPS基大分子扩链剂:6。
其中废HIPS为废HIPS(废高抗冲聚苯乙烯)经过破碎均化后得到片状料,PP为PP(聚丙烯)新料,共催化剂为苯乙烯,烷基化反应催化剂为无水氯化铝,HIPS基大分子扩链剂为高抗冲聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(HIPS-g-GMA)。
该废HIPS基再生合金材料的制备方法,包括以下步骤:将废HIPS、PP、烷基化反应催化剂、共催化剂按上述用量关系混合,得到混合物料,从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化,螺杆转速控制为40rpm,从双螺杆挤出机的加工第五区按上述用量关系加入HIPS基大分子扩链剂,与熔化的混合物料共混,经挤出、牵引、冷却、切粒,即制得再生合金材料。
双螺杆挤出机的加工八区温度依次为:180℃,180℃,185℃,185℃,235℃,235℃,230℃,230℃。
实施例2
本实施例提供的废HIPS基再生合金材料,主要由以下质量份配比的原料制成:
废HIPS:70
PP:30
烷基化反应催化剂:0.2
共催化剂:0.1
HIPS基大分子扩链剂:8。
上述成分同实施例1。
该废HIPS基再生合金材料的制备方法,包括以下步骤:将废HIPS、PP、烷基化反应催化剂、共催化剂按上述用量关系混合,得到混合物料,从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化,螺杆转速控制为60rpm,从双螺杆挤出机的加工第五区按上述用量关系加入HIPS基大分子扩链剂,与熔化的混合物料共混,经挤出、牵引、冷却、切粒,即制得再生合金材料。
双螺杆挤出机加工八区温度依次设定为:175℃,180℃,185℃,185℃,225℃,225℃,225℃,230℃。
实施例3
本实施例提供的废HIPS基再生合金材料,主要由以下质量份配比的原料制成:
废HIPS:60
PP:40
烷基化反应催化剂:0.3
共催化剂:0.2
HIPS基大分子扩链剂:6。
上述成分同实施例1。
该废HIPS基再生合金材料的制备方法,包括以下步骤:将废HIPS、PP、烷基化反应催化剂、共催化剂按上述用量关系混合,得到混合物料,从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化,螺杆转速控制为80rpm,从双螺杆挤出机的加工第五区按上述用量关系加入HIPS基大分子扩链剂,与熔化的混合物料共混,经挤出、牵引、冷却、切粒,即制得再生合金材料。
双螺杆挤出机加工八区温度依次设定为:175℃,180℃,180℃,180℃,225℃,225℃,225℃,235℃。
实施例1-3制备的废HIPS基再生合金材料的机械性能汇总如下表1。
表1实施例1-3制备的废HIPS基再生合金材料的机械性能汇总
上述表1中:
①制备方法及步骤同实施例1,物料配比为废HIPS55份、PP45份,不含HIPS基大分子扩链剂、烷基化反应催化剂及共催化剂;
②制备方法及步骤同实施例1,物料配比为废HIPS55份、PP45份,HIPS基大分子扩链剂6份,但不含烷基化反应催化剂及共催化剂;
③制备方法及步骤同实施例1,物料配比为废HIPS55份、PP45份、烷基化反应催化剂0.4份、共催化剂0.3份,但不含HIPS基大分子扩链剂。
④制备方法、步骤及物料配比同实施例1,但八个加工温区分别为180℃,180℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃。
⑤制备方法、步骤及物料配比同实施例1,但八个加工温区分别为230℃,235℃,235℃,235℃,235℃,235℃,235℃,235℃。
由以上具体实验数据可以看出,对比未改性的废HIPS/PP,通过本发明制备的废HIPS基再生合金材料,机械性能得到全面提升,改性效果显著。
实施例1及对比例1(②)的差别在于是否通过烷基化反应生成大分子相容剂来增容共混体系。可以看出,添加烷基化反应催化剂后,再生材料的冲击及拉伸强度均有一定程度地提升,证明第一步的烷基化反应改性非常有意义,有利于提升共混物相容性从而提升再生材料综合性能。
实施例1及对比例2(③)的差别在于是否添加HIPS基大分子扩链剂。可以看出,添加大分子扩链剂后,综合性能提升明显(特别是对主链分子量、分子链结构、相界面作用更为敏感的冲击强度的提升尤为明显),也可以证明第二步的原位扩链修复效果较好,这可以归因于原位扩链改性后,其对废HIPS相的分子链扩链及相界面修复作用。
实施例1及对比例3(④)与对比例4(⑤)的差别在于加工温度的不同。结果证明后段四区加工温度较前段四区的主动快速提升,对改性效果而言是非常有效的。前段四区的加工温度在180℃左右,既保证了烷基化反应的进行,又避免了高温下氯化铝的过早挥发及潜在地断链竞争反应。后段四区的加工温度在230℃左右,可以快速挥发氯化铝,并保障扩链反应的有效进行。
综合而言,通过本发明的两步的反应型改性,即烷基化反应改性和原位扩链修复改性,可以起到双效改性作用,进而显著提升再生材料的综合性能。非常有利于提升再生产品的环境适应性并拓宽其应用场景。具有这种综合性能的再生合金产品,市场前景良好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,实施例中选用的PP、HIPS基大分子扩链剂HIPS-g-GMA、烷基化反应催化剂AlCl3、苯乙烯均由市售现成产品获得。
但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,上述实施方式中所选用的废HIPS等原料也可选用市售的类似性能的现成产品,没有其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种废HIPS基再生合金材料,其特征是主要由以下质量份配比的原料制成:
废HIPS:55~70
PP:30~45
烷基化反应催化剂:0.1~0.4
共催化剂:0.1~0.3
HIPS基大分子扩链剂:2~8。
2.根据权利要求1所述废HIPS基再生合金材料,其特征是:所述废HIPS为废HIPS(废高抗冲聚苯乙烯)经过破碎均化后得到片状料。
3.根据权利要求1所述废HIPS基再生合金材料,其特征是:所述PP为PP(聚丙烯)新料。
4.根据权利要求1所述废HIPS基再生合金材料,其特征是:所述烷基化反应催化剂为无水氯化铝。
5.根据权利要求1所述废HIPS基再生合金材料,其特征是:所述共催化剂为苯乙烯。
6.根据权利要求1所述废HIPS基再生合金材料,其特征是:所述HIPS基大分子扩链剂为高抗冲聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(HIPS-g-GMA)。
7.权利要求1-6任一项所述废HIPS基再生合金材料的制备方法,其特征是包括以下步骤:将废HIPS、PP、烷基化反应催化剂和共催化剂按上述用量关系混合,得到混合物料,从双螺杆挤出机的主加料装置加入混合物料熔化,螺杆转速控制为40~80rpm,从双螺杆挤出机的加工中段的第五区按上述用量关系加入HIPS基大分子扩链剂,与熔化的混合物料共混,经挤出、牵引、冷却、切粒,即制得废HIPS基再生合金材料。
8.根据权利要求6所述废HIPS基再生合金材料的制备方法,其特征是:所述双螺杆挤出机的加工温区为175~235℃。
9.根据权利要求6所述废HIPS基再生合金材料的制备方法,其特征是:所述双螺杆挤出机的加工八区温度依次为:180℃,180℃,185℃,185℃,235℃,235℃,230℃,230℃。
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