一种改性再生聚苯塑料材料以及制备方法与流程

专利2025-02-27  32

本发明涉及建筑墙体材料,具体涉及一种改性再生聚苯塑料材料以及制备方法。


背景技术:

1、在当今社会,塑料制品因其优异的性能和广泛的适用性,在各个领域都得到了极为广泛的应用,然而,随着聚苯乙烯塑料制品的大量生产和消费,其废弃物的数量也与日俱增,给环境带来了巨大的压力。

2、一方面,大量废弃的聚苯塑料如果不能得到妥善处理,将会对环境造成严重的污染。聚苯乙烯塑料在自然环境中难以降解,其废弃物在土壤中会长期残留,破坏土壤结构,影响土壤的透气性和水分渗透能力,进而阻碍植物根系的生长和对养分的吸收,对农业生产和生态平衡产生负面影响。在水体环境中,废弃聚苯塑料会漂浮在水面或沉积在水底,不仅影响水体的美观和生态系统的正常循环,还可能被水生生物误食,导致其消化系统堵塞甚至死亡,严重威胁水生生物的生存和繁衍,破坏水生生态系统的平衡。此外,废弃聚苯塑料在焚烧处理时,还会释放出大量的有害气体,如二噁英等,对大气环境造成污染,危害人类健康。

3、另一方面,从资源利用的角度来看,聚苯乙烯塑料是由石油等宝贵的不可再生资源制成的,大量废弃意味着资源的巨大浪费。随着全球资源日益紧张,提高资源的回收利用率变得至关重要。再生聚苯塑料的出现为解决这一问题提供了一条途径,但目前再生聚苯塑料在性能方面仍存在诸多不足之处,限制了其进一步的应用和发展。

4、再生后的聚苯塑料往往存在韧性不足的问题,使其在受到外力冲击时容易破裂,这在一些对材料韧性要求较高的应用场景中,如包装材料需要承受运输过程中的碰撞、建筑材料需要应对一定的外力变形等,表现得尤为明显。强度较低也是再生聚苯塑料的一个短板,其拉伸强度、弯曲强度等力学性能指标难以满足一些高端应用领域的要求,影响了产品的使用可靠性和寿命。此外,耐热性差使得再生聚苯塑料在高温环境下容易变形、软化,限制了其在高温工作条件下的应用,如在一些电子电器设备中,需要塑料材料具备一定的耐热性能才能保证设备的正常运行。

5、综上所述,为了减轻废弃聚苯塑料对环境的污染,实现资源的有效回收利用,并满足日益增长的市场对高性能塑料材料的需求,对再生聚苯塑料进行改性处理,提高其综合性能,已成为塑料材料领域亟待解决的关键问题。因此,本发明旨在通过创新的材料组分设计和优化的制备工艺,开发出一种性能优越的改性再生聚苯塑料材料,以克服现有技术的缺陷。


技术实现思路

1、本发明提出了一种新型高性能再生聚苯塑料建筑墙体材料以及制备方法,所述材料包含以下质量比组分:废弃聚苯塑料颗粒:35-45份,2-羟基-3-羧基苯甲酸乙酯基丙基醚:3.5-6份,4-氨基-5-磷酸酯基-2-苯基吡啶:2-4份,玻璃纤维1-12份,或包含以下组分:废弃聚苯塑料颗粒:60-100份,2,4-二羟基苯甲酸-3-丁烯基醚酯:2-6份,4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸-2-丙烯酰胺基乙酯:1-4份,纳米二氧化钛:2-6份,抗氧剂:0.1-0.5份,润滑剂:0.3-0.8份。

2、进一步的,所述增韧剂为2,4-二羟基苯甲酸-3-丁烯基醚酯,该有机化合物中的羟基与再生聚苯塑料颗粒表面形成氢键作用,增强界面亲和力,丁烯基醚酯基团具有良好的柔韧性和弹性,能够显著提高再生聚苯塑料的韧性。

3、进一步的,所述增强剂为1-4份,化学名称为4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸-2-丙烯酰胺基乙酯,氨基可以与再生聚苯塑料颗粒发生化学反应,形成共价键结合,增强界面结合力,丙烯酰胺基乙酯基团能够在材料中形成交联网络结构,提高材料的强度和刚性,苯磺酸基团可以改善材料的耐热性和化学稳定性。

4、进一步的,所述改性再生聚苯塑料材料的制备方法,包括以下步骤:

5、步骤一:原料预处理,将回收的废弃聚苯塑料进行分类,去除杂质,用清洗剂进行清洗,去除表面的污垢和附着物,清洗后的聚苯塑料粉碎备用;将纳米二氧化钛在干燥箱中进行干燥处理,以去除其表面吸附的水分,提高与聚合物基体的相容性;

6、步骤二:有机化合物a的合成:在反应釜中,按照2,4-二羟基苯甲酸:3-丁烯基氯甲酸酯1:1.2比例加入原料和催化剂三乙胺,在氮气保护下,升温至60摄氏度,进行酯化反应,通过减压蒸馏除去未反应的原料和副产物,然后用乙醇进行重结晶,得到纯净的2,4-二羟基苯甲酸-3-丁烯基醚酯(有机化合物a);

7、有机化合物b的合成:在另一个反应装置中,将4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸和2-丙烯酰氯乙酯在溶剂二氯甲烷中混合,加入缚酸剂碳酸钠,在冰浴条件下,进行酰化反应,反应完成后,通过过滤、洗涤、干燥等工艺得到4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸-2-丙烯酰胺基乙酯(有机化合物b);

8、将合成好的有机化合物a和b按照质量比2:1混合,并加入适量的分散剂,在高速搅拌机中搅拌,形成有机化合物混合溶液,备用;

9、步骤三:材料混合与成型,将预处理后的再生聚苯塑料颗粒、抗氧剂、润滑剂以及纳米二氧化钛加入到高速混合机中混合均匀,然后将步骤二制备的有机化合物混合溶液缓慢加入到高速混合机中,混合均匀,将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型挤出的物料经过冷却、切粒,得到改性再生聚苯塑料材料颗粒。

10、进一步的,所述有机化合物a中,2,4-二羟基苯甲酸与3-丁烯基氯甲酸酯的摩尔比在1:1-1:1.5之间调整,以适应不同的反应条件和产品对韧性的要求。

11、进一步的,所述有机化合物b的合成中,缚酸剂碳酸钠的用量在4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸质量的1-1.5倍之间变化,以控制酰化反应的进程和产物质量。

12、进一步的,所述润滑剂硬脂酸钙的用量在再生聚苯塑料颗粒质量的0.3%-1%之间变动,以适应不同的加工工艺和设备要求,确保材料在加工过程中的流动性和成型性良好,同时避免过多润滑剂对材料性能产生负面影响。

13、进一步的,步骤二中有机化合物a的合成反应温度可在55-70摄氏度之间变动,反应时间可在6-10小时之间调整,根据原料的活性和反应设备的性能,优化反应条件,提高反应效率和产物纯度。

14、进一步的,步骤三中材料混合时,高速混合机的混合温度可在90-110摄氏度之间选择,搅拌速度可在500-800转/分钟之间调整,混合时间分别在25-35分钟之间变化,根据材料的特性和设备的性能,优化混合工艺参数,确保各组分充分混合。

15、进一步的,挤出机的螺杆转速可在160-220转/分钟之间调整,挤出温度从进料口到机头可依次在160-180摄氏度、180-200摄氏度、200-220摄氏度、220-240摄氏度、200-220摄氏度之间变动,根据材料的熔体粘度和成型要求,合理调整挤出机参数,保证材料的挤出成型质量和生产效率。

16、发明有益技术效果:

17、采用有机化合物作为增韧剂和增强剂,它们具有独特的分子结构,能分别通过氢键作用和化学反应显著提高再生聚苯塑料的韧性和强度,同时改善耐热性与化学稳定性,克服了传统改性剂的局限性。选用纳米二氧化钛作为增强填料,不仅提高了材料的力学性能,还凭借其紫外线屏蔽性能提升了耐候性,利用纳米尺寸效应改善了流变和加工性能,为材料性能提升开辟了新途径。对有机化合物的合成过程进行精确控制,包括原料摩尔比、反应温度、时间、催化剂和缚酸剂的选择及用量等,确保了化合物的高纯度和性能稳定性,为后续材料的高性能奠定了基础。在材料混合阶段,通过严格控制各组分的添加顺序、混合温度、搅拌速度和时间,以及挤出机的螺杆转速和温度分布,实现了各组分的均匀分散和良好的成型效果,保证了产品质量的稳定性和一致性。通过对废弃聚苯塑料的回收再利用,减少了资源浪费和环境污染,符合可持续发展的理念,降低了生产成本,同时为废弃塑料的处理提供了有效的解决方案。成功实现了再生聚苯塑料在强度、韧性、耐热性和耐候性等多方面性能的协同提升,使其能够满足更广泛的应用需求,突破了传统再生聚苯塑料性能单一或综合性能不佳的瓶颈,拓展了其在高端领域的应用可能性。


技术特征:

1.一种改性再生聚苯塑料材料,其特征在于,包含以下质量比组分:废弃聚苯塑料颗粒:60-100份,2,4-二羟基苯甲酸-3-丁烯基醚酯:2-6份,4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸-2-丙烯酰胺基乙酯:1-4份,纳米二氧化钛:2-6份,受阻酚类抗氧剂1010:0.1-0.5份,润滑剂硬脂酸钙:0.3-0.8份。

2.权利要求1所述改性再生聚苯塑料材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的改性再生聚苯塑料材料制备方法,其特征在于,所述有机化合物b的合成中,缚酸剂碳酸钠的用量在4-氨基-3,5-二甲基苯磺酸质量的1-1.5倍。

4.根据权利要求2所述的改性再生聚苯塑料材料制备方法,其特征在于,所述润滑剂硬脂酸钙的用量在再生聚苯塑料颗粒质量的0.3%-1%。

5.根据权利要求2所述的改性再生聚苯塑料材料制备方法,其特征在于,所述步骤二中有机化合物a的合成反应温度在55-70摄氏度,反应时间在6-10小时。

6.根据权利要求2所述的改性再生聚苯塑料材料制备方法,其特征在于,所述步骤三中材料混合时,高速混合机的混合温度在90-110摄氏度,搅拌速度在500-800转/分钟,混合时间分别在25-35分钟。


技术总结
本发明涉及材料技术领域,一种改性再生聚苯塑料材料以及制备方法,包含以下组分:废弃聚苯塑料颗粒:60‑100份,2,4‑二羟基苯甲酸‑3‑丁烯基醚酯:2‑6份,4‑氨基‑3,5‑二甲基苯磺酸‑2‑丙烯酰胺基乙酯:1‑4份,纳米二氧化钛:2‑6份,抗氧剂:0.1‑0.5份,润滑剂:0.3‑0.8份,采用新型有机化合物作为增韧剂和增强剂,它们具有独特的分子结构,能分别通过氢键作用和化学反应显著提高再生聚苯塑料的韧性和强度,同时改善耐热性与化学稳定性,克服了传统改性剂的局限性,相比传统再生聚苯塑料材料有明显优势。

技术研发人员:李崀,李仁燕,宛继峰
受保护的技术使用者:湖南众科新材料有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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