一种改性再生聚丙烯复合材料及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及高分子材料综合利用技术领域，具体是指一种改性再生聚丙烯复合材料及其制备工艺。


背景技术：

2.聚丙烯(polypropylene，简称pp)是一种无毒、无臭、无味的半结晶的热塑性塑料，具有较高的力学性能、优异的化学稳定性、电学性能和耐热性，在五大通用高分子材料(pe、pp、pvc、ps、abs)中，产销量均位居第二位，广泛应用于工农业生产和国民经济生活中的各个领域。
3.随着聚丙烯材料不断发展和应用，越来越多的消费或加工后的聚丙烯pp制件制品被大量丢弃，不可避免地造成日益严重的一系列环境污染问题，再加上原生资源日益匮乏，对pp废弃物的综合利用便成为了聚丙烯产业可持续发展的宝贵资源和必然途径，对人类生存的自然环境具有重要意义。
4.消费或加工后的聚丙烯pp废弃物材质有单独使用均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，也有使用共聚聚丙烯和均聚聚丙烯复合材料的，甚至混有少量聚乙烯材料，再加上各种聚丙烯废弃物的使用环境时间、老化降解程度也不相同，导致聚丙烯pp废弃物的组成成份非常复杂，再生利用受到限制。
5.目前，业内大部分聚丙烯pp废弃物仅通过简单的拆拣破碎工艺处理，或直接造粒，产品质量极不稳定，且混杂大量其他塑料，此工艺制得的复合材料会导致后续的加工应用非常困难，所以只能生产低端制件进行低端应用，浪费宝贵的资源。为解决此问题，本发明所述工艺，pp废弃物经过拆拣、分类、清洗、破碎等一系列工艺处理，转换成纯度较高的聚丙烯破碎料，通过增容增韧增刚等改性技术，制备一种改性再生聚丙烯复合材料，进一步综合利用发挥其最大的利用价值。
6.聚丙烯pp破碎料呈块状、条形或片状，形状规格、大小尺寸，均无规则，按常规直接高速混合工艺，很难与其他原料混合均匀，而且下料会造成分层或架桥现象，最终会严重影响复合材料性能。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了提供一种采用母料制备、原料预混、计量加入等工艺技术，确保所有原料能够按配比均匀加入双螺杆挤出机挤出造粒，保证复合材料的质量稳定的一种改性再生聚丙烯复合材料及其制备工艺。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
9.一种改性再生聚丙烯复合材料，按质量百分比包括如下组分：聚丙烯破碎料50-80％、基础原料0-15％、抗冲改性剂0-15％、相容剂0-5％、抗氧剂0.2-0.6％、改性母料0-30％。
10.进一步的，所述改性母料是由载体树脂30-35％、矿物粉体填充剂65-70％、矿物粉
体活化剂1.5-2％、抗氧剂0.1-0.2％按重量配比制成。
11.进一步的，所述载体树脂是线性低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物中的一种或几种的混合物，优选线性低密度聚乙烯；矿物粉体填充剂是碳酸钙粉和滑石粉中的一种，粉体的细度不低于2500目，优选细度为2500目滑石粉；矿物粉体活化剂是硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、高脂肪酸中的一种或几种的混合物，优选硅烷类偶联剂。
12.进一步的，所述聚乙烯破碎料是消费或加工后的聚丙烯制件经过拆拣、分类、清洗、破碎、干燥后所得，所述聚乙烯破碎料个体的最长边缘尺寸不超过20mm。
13.进一步的，所述基础原料为熔融流动指数在3.0-30g/10min(@230℃，2.16kg)的共聚聚丙烯。
14.进一步的，所述抗冲改性剂是三元乙丙橡胶(epdm)、聚乙烯(pe)、乙丙共聚物(epr)、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物中的一种或几种的混合物，优选乙烯-辛烯共聚物。
15.进一步的，所述相容剂是非反应型相容剂(eva、eaa、eea、eva、sebs)和马来酸酐接枝类反应型相容剂(pp-g-mah、poe-g-mah、epdm-g-mah)中的一种或几种的混合物，优选相容剂pp-g-mah，接枝率≥0.8％。
16.进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯、抗氧剂dstp(硫代二丙酸双十八醇酯)、抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇酯基)中的一种或者几种混合物，优选抗氧剂1010和抗氧剂168的复配抗氧剂，复配比例按1:2。
17.一种改性再生聚丙烯复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
18.1)首先在可控温度的高速混合搅拌机中，在105-130℃条件下将矿物粉体充分烘干2-4小时，然后均匀地加入活化剂，继续高速搅拌15-30min，制得活化矿粉；
19.2)活化矿粉和载体树脂及抗氧剂充分混合后，加入到单螺杆挤出机中进行挤出、料条经空气冷却、造粒，制得改性母粒，单螺杆挤出机加工温度165-205℃之间，螺杆转速300-500r/min；
20.3)按重量配比单独计量称计量加入聚丙烯破碎料；
21.4)其他原料基础原料、抗冲改性剂、相容剂、抗氧剂、改性母料，按相对重量百分比加入到低速混合机中进行原料预混，混合均匀后预混物料由另一个计量称加入；
22.5)两个计量称按组成重量百分比，同时从双螺杆挤出机主喂料口加入，经由双螺杆挤出机挤出、水槽水冷却、造粒，即可制得改性再生聚丙烯复合材料。
23.进一步的，所述双螺杆挤出机采用同向平行双螺杆挤出机，长径比为40:1,挤出温度从加料口开始依次设定为105℃，180℃，200℃，215℃，225℃，225℃，225℃，220℃，220℃，215℃；主螺杆转速为400～600r/min，水槽温度20℃～50℃。
24.本发明与现有技术相比的优点在于：
25.本发明改性再生聚丙烯复合材料，综合利用的原料成本低，来源广，产品质量稳定，生产成本低，具有很强的市场竞争力。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明内容，但这些实施例不能被理解为对本发明保护范围的限制。
27.制备改性母料，所述改性母料的原料组成是根据复合材料的性能和技术要求而设计的；不同的复合材料，所用改性母料可以不同。以下制备一种改性母料，作为本发明实施例的通用改性母料，来制备改性再生聚丙烯复合材料。
28.所述改性母料，其原料组成按重量百分比，线性低密度聚乙烯(选lldpe)32.9％、滑石粉(2500目)65％、硅烷偶联剂(选kh550)2％、抗氧剂(1010/168)0.1％
29.将所述滑石粉加入到可控温度的高速混合搅拌机中，在120℃条件下高速混合，充分烘干2小时，然后均匀地加入活化剂，继续高速搅拌20min，制得活化矿粉；活化矿粉和载体树脂及抗氧剂在常温高速混合机中充分混合均匀后，加入到单螺杆挤出机中进行挤出，单螺杆挤出机加工温度165℃-195℃之间，螺杆转速300-500r/min，料条经空气冷却、造粒，制得以下实施例所通用的改性母粒。
30.实施例1，一种改性再生聚丙烯复合材料(m01)
31.对标某汽车专用料性能指标(sp01)的一种改性再生聚丙烯复合材料，其原料组成按重量百分比，聚丙烯破碎料55％、共聚聚丙烯(选k8303)8.8％、乙烯-辛烯共聚物(选poe 8150)4％、相容剂(pp-g-mah)2％、抗氧剂(1010/168)0.2％、改性母料30％。
32.制备预混料，所述共聚聚丙烯(选k8303)8.8％、乙烯-辛烯共聚物(选poe8150)4％、相容剂(pp-g-mah)2％、抗氧剂(1010/168)0.2％、改性母料30％，按相对重量百分比，19.6％:8.9％:4.4％:0.4％:66.7％，称量加入低速搅拌混合机中，低速搅拌20分钟，充分混合均匀，制得预混料(y01)。
33.将聚丙烯破碎料55％和预混料(y01)45％，分别通过各自计量称计量，同时按所述比例从双螺杆挤出机主喂料口加入，双螺杆挤出机采用同向平行双螺杆挤出机，长径比为40:1,挤出温度从加料口开始依次设定为105℃，180℃，200℃，215℃，225℃，225℃，225℃，220℃，220℃，215℃；主螺杆转速为500～600r/min，水槽温度20℃～50℃。经由双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，即可制得一种改性再生聚丙烯复合材料(m01)。材料性能按国家标准gb/t进行测试，测试结果列于以下实施例产品性能对标测试表中。
34.实施例2：一种改性再生聚丙烯复合材料(mo2)
35.对标实际客户的用料性能指标(sp02)的一种改性再生聚丙烯复合材料(pp-mo2)，其原料组成按重量百分比，聚丙烯破碎料69.8％、抗氧剂(1010/168)0.2％、改性母料30％。。
36.制备预混料，所述抗氧剂0.2％和改性母料30％，按相对重量百分比0.7％：99.3％，称量加入低速搅拌混合机中，低速搅拌20分钟，充分混合均匀，制得预混料(y02)。
37.将聚丙烯破碎料69.8％和预混料(y02)30.2％，分别通过各自计量称计量，同时按所述比例从双螺杆挤出机主喂料口加入，双螺杆挤出机采用同向平行双螺杆挤出机，长径比为40:1,挤出温度从加料口开始依次设定为105℃，180℃，200℃，215℃，225℃，225℃，225℃，220℃，220℃，215℃；主螺杆转速为500～600r/min，水槽温度20℃～50℃。经由双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，即可制得一种改性再生聚丙烯复合材料(m02)。材料性能按国家标准gb/t进行测试，测试结果列于以下实施例产品性能对标测试表中。
38.实施例3:一种改性再生聚丙烯复合材料(m03)
39.对标市场上通用再生聚丙烯材料的性能指标(sp03)的一种改性再生聚丙烯复合材料(pp-m03)，其原料组成按重量百分比，聚丙烯破碎料99.8％、抗氧剂(1010/168)0.2％。
40.将聚丙烯破碎料和抗氧剂加入高速搅拌混合机中，高速搅拌10min，通过计量称计量从双螺杆挤出机主喂料口加入，双螺杆挤出机采用同向平行双螺杆挤出机，长径比为40:1,挤出温度从加料口开始依次设定为105℃，180℃，200℃，215℃，225℃，225℃，225℃，220℃，220℃，215℃；主螺杆转速为500～600r/min，水槽温度20℃～50℃。经由双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，即可制得一种改性再生聚丙烯复合材料(m03)。材料性能按国家标准gb/t进行测试，与测试结果列于以下实施例产品性能对标测试表中。
41.实施例产品性能对标测试表
[0042][0043][0044]
从表中数据对比可以看出，实施例1和实施例2制备的改性再生聚丙烯复合材料m01和m02，滑石粉含量20％，其各项力学性能均可达到某汽车专用料力学标准和客户原用料性能指标。实施例3制备的改性再生聚丙烯复合材料m03，对标当前市场上通用的再生聚丙烯材料，灰分低于3％，各项性能更为优异。
[0045]
综合来看，本发明改性再生聚丙烯复合材料，性能优异，质量稳定，可以直接注塑成型，也可以为下游改性塑料企业进一步高值化应用，具有较强的市场竞争优势，同时本发明改性再生聚丙烯复合材料以聚丙烯pp废弃物为资源，综合利用，减少环境污染，降低碳排放，对人类生存的自然环境具有重要意义，为社会创造更大的经济效益及市场价值。