一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201710777464.7 | 申请日 | 2017-09-01 | 公开(公告)号 | CN107513229A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 重庆卡美伦科技有限公司合川分公司; | 发明人 | 张占华; 关雪松; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，涉及材料技术领域。一种环保聚苯乙烯复合板材，主要由按重量份数计的以下原料制成：聚苯乙烯50～100份， 生物 降解 材料50～100份， 光敏剂 10～25份，发泡剂5～15份，添加剂20～50份。添加剂包括无机添加剂、有机添加剂中的一种或两种。有机添加剂包括乙烯-甲基 丙烯酸 共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或两种。无机添加剂包括TiO2、 硅 基 氧 化物、A12O3中的一种或多种。在光敏剂的作用下，能够使聚苯乙烯发生光-生物降解。聚乳酸不仅能改善聚苯乙烯的 力 学性能和吸湿性，还能通过聚乳酸的降解，能够进一步破坏聚苯乙烯的大分子结构，辅助聚苯乙烯的光-生物降解。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种环保聚苯乙烯复合板材，其特征在于，主要由按重量份数计的以下原料制成： |
||||||
| 说明书全文 | 一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及材料技术领域，具体而言，涉及一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法。 背景技术[0002] 聚苯乙烯(PS)是一种性能良好、价格低廉的通用塑料。聚苯乙烯泡沫具有质轻、无毒、隔热、减震等优点，广泛用于各类包装、保温、防水、防震材料，仪表和家用电器材料，体积大，日积月累会造成严重的白色污染。大量废弃的包装材料不仅污染了环境，也造成了原材料的浪费。因此，对废聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用研究是近年来人们一直关注和不断探讨的一个重要课题。目前处理废塑料的方法大致有3种：焚烧处理，土壤深埋和回收利用。焚烧处理时，会产生大量黑烟和有毒气体；土壤深埋会占用有限的土地资源；回收利用包括溶解法、熔融再生利用或使其裂解等。但回收往往不能彻底解决废物的利用，在回收过程中会排出部分有毒气体，产生二次污染，能耗也大。近年来，常用的降解聚苯乙烯的方法是热降解。但热降解法需要很高的降解温度，而且熔融聚苯乙烯的粘度很高而热传递速率很低，会在降解过程中发生结焦炭化，进而堵塞管道。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种环保聚苯乙烯复合板材，该板材较传统聚苯乙烯板材对环境污染较小，且降解速率快。 [0004] 本发明的另一目的在于提供一种环保聚苯乙烯复合板材的制备方法，该方法简单高效，且制备出的板材综合性能优异。 [0005] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。 [0008] 本发明提出一种环保聚苯乙烯复合板材的制备方法。包括：将聚苯乙烯、生物降解材料的第一混合物与发泡剂、添加剂以及光敏剂置于模具中，并在100～120℃的温度下进行成型。 [0009] 本发明实施例提供的环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法的有益效果是： [0010] 本发明实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材，其主要由聚苯乙烯、生物降解材料、光敏剂、发泡剂、添加剂为主要原料制成。在光敏剂的作用下，在自然环境中经阳光紫外线的照射加速聚苯乙烯的老化和降解，使聚苯乙烯发生光-生物降解。通过向聚苯乙烯中添加聚乳酸，一方面能够改善聚苯乙烯的力学性能和吸湿性，另一方面通过聚乳酸的降解，能够进一步破坏聚苯乙烯的大分子结构，辅助聚苯乙烯的光-生物降解。因此，光敏剂与聚乳酸能够协同加速聚苯乙烯的生物降解。发泡剂能够在聚苯乙烯内部形成闭孔，孔内是气体，不仅减小了复合板材的密度，还提高了复合板材的保温能力。同时，在复合板材进行生物降解时，气孔有利于为微生物提供多个通道，加速聚苯乙烯的降解。添加剂能够有效加强复合板材的附着能力，进而进一步防止因复合板材的松动造成的渗水、腐蚀等情况发生。复合板材附着力的提高，能够延长复合板材的使用寿命，减少复合板材的废弃率。 [0011] 本发明实施例还提供一种环保聚苯乙烯复合板材的制备方法，包括：将聚苯乙烯、生物降解材料的第一混合物与发泡剂、添加剂以及光敏剂置于模具中，并在100～120℃的温度下进行成型。方法简单，且所得复合板材发泡程度、综合性能较好。 具体实施方式[0012] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。 [0013] 下面对本发明实施例的环保聚苯乙烯复合板材和制备方法进行具体说明。 [0014] 一种环保聚苯乙烯复合板材，主要由按重量份数计的以下原料制成： [0015] 聚苯乙烯50～100份，生物降解材料50～100份，光敏剂10～25份，发泡剂5～15份，添加剂20～50份。 [0016] 添加剂包括无机添加剂、有机添加剂中的一种或两种，有机添加剂包括乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或两种；无机添加剂包括TiO2、硅基氧化物、A12O3中的一种或多种。 [0017] 进一步，原料包括按重量份数计的如下组分：聚苯乙烯70～90份，生物降解材料60～80份，光敏剂15～20份，发泡剂8～12份，添加剂30～40份。 [0018] 乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)或乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)的气体透过性、耐环境应力开裂性随甲基丙烯酸含量增加而提高，其透明性、韧性、耐低温性、粘接性、着色性好，抗腐蚀性、防老化性优异。EMAA或EAA分子主链上存在大量羧基，分子极性强，添加于聚苯乙烯中能够提高聚苯乙烯的粘结性能。例如，当本实施例的复合板材与合金、钢材、建筑物进行粘接时，添加剂能够有效加强复合板材的附着能力，进而进一步防止因复合板材的松动造成的渗水、腐蚀等情况发生。复合板材附着力的提高，能够延长复合板材的使用寿命，减少复合板材的废弃率。 [0019] 纳米硅基氧化物(SiO2-X)为无定型白色粉末，表面存在不饱和的残键和不同键合状态的羟基，故分子式为SiO2-X，其中X在0.4～0.8之间。纳米SiO2-x可以大幅度提高塑料制品的强度、韧性、耐磨性和抗老化性能。纳米TiO2具有高紫外屏蔽性能，可以大大延缓塑料的老化速度。纳米A12O3能增强塑料的耐磨损性能。无机纳米粒子单独使用较少，一般是用作添加剂改善基体的力学性能。无机添加剂TiO2、SiO2-x、A12O3能够利用超强的表面吸附能力，以及与高分子间的分子间作用力，使聚苯乙烯在其他材料表面的附着力增大。 [0020] 聚苯乙烯(英语：Polystyrene，简称PS)为一种无色透明的热塑性塑料，是由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物。因其具有高于100摄氏度的玻璃转化温度，所以经常被用来制造各种需要承受开水温度的一次性容器或一次性泡沫饭盒等。目前其世界产量占通用塑料的第四位，由此产生大量的聚苯乙烯废弃物，引发了越来越严重的环境污染问题。聚苯乙烯很难生物降解，但可在光的照射下发生光-生物降解。其降解机理是：在光敏剂的作用下，在自然环境中经阳光紫外线的照射加速其老化和降解(使聚苯乙烯大分子链断裂，分子量下降)，其残片在自然环境下通过生物降解剂的作用进一步降解，消失至与土壤同化。 [0021] 光敏剂进一步可以包括乙酰丙酮金属化合物、二硫代氨基甲酸金属化合物、二茂铁、硬脂酸盐(硬脂酸即为十八烷酸)中的一种或多种。光敏剂只吸收光子并将能量传递给聚苯乙烯，促使其发生化学反应，而光敏剂本身则不参与化学反应，恢复到原先的状态。 [0022] 生物降解材料是指在自然界微生物或在人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下，使其化学结构发生变化，致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。生物降解材料按照来源的不同主要分为天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料以及掺混型高分子材料。本发明实施例中提供的生物降解材料主要包括天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料中的一种或多种。 [0023] 其中，化学合成高分子材料可以包括聚乳酸、聚己内酯、聚丁二醇丁二酸酯中的一种或多种。 [0024] 聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。生物降解塑料的降解机理，即生物降解塑料被细菌等微生物作用而引起降解的形式大致有三种：生物物理作用，由于微生物侵蚀后其细胞的增长而使聚合物发生机械性破坏；生物化学作用，微生物对聚合物的作用而产生新的物质；酶的直接作用，微生物侵蚀部分导致塑料分裂或氧化崩裂。 [0025] 聚乳酸(PLA)具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型。聚乳酸(PLA)薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔离气味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及卫生的疑虑，然而，聚乳酸是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。 [0026] 由于聚乳酸这类的环保生物降解材料价格相对较高，因此，目前无法完全将生物降解材料完全代替聚苯乙烯这类的通用塑料。通过向聚苯乙烯中添加聚乳酸，一方面能够改善聚苯乙烯的力学性能和吸湿性，另一方面通过聚乳酸的降解，能够进一步破坏聚苯乙烯的大分子结构，辅助聚苯乙烯的光-生物降解。因此，光敏剂与聚乳酸能够协同加速聚苯乙烯的生物降解。 [0027] 本发明实施例中，发泡剂选用物理发泡剂。物理发泡剂包括可膨胀微球、空心玻璃微珠中的一种或两种。 [0028] 当然发泡剂也可以选用化学发泡剂。化学发泡剂包括偶氮二甲酰胺、4，4’-氧代双苯磺酰肼中的一种或两种。 [0029] 化学发泡剂经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物中形成细孔；物理发泡剂是通过某一种物质的物理形态的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而在聚合物中形成细孔。发泡剂能够在基体材料内部形成闭孔，孔内是气体。众所周知，气体的导热系数非常小，这样不仅减小了复合板材的密度，还提高了复合板材的保温能力。同时，在复合板材进行生物降解时，气孔有利于为微生物提供多个通道，加速聚苯乙烯的降解。 [0030] 该环保聚苯乙烯复合板材的原料还可以进一步选用9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物5～15份，三聚氰胺5～10份。两者分别作为磷系阻燃剂和氮系阻燃剂，不仅能够提高复合板材的阻燃性能，且能够发挥磷、氮的协效阻燃，使复合板材的阻燃效果更好。 [0031] 阻燃剂的阻燃机理有多种，如：吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体使燃烧窒息等。磷系阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)在受热时能捕获自由基以终止反应，且在燃烧表面能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。 [0032] 本发明实施例还提供一种环保聚苯乙烯复合板材的制备方法，主要包括以下步骤： [0033] 在120～150℃下将聚苯乙烯、生物降解材料进行熔融共混，制得第一混合物。熔融共混能够将两者材料混合的更为均匀，有利于提高聚苯乙烯的生物降解速率。 [0034] 将第一混合物与发泡剂、添加剂以及光敏剂进行混合得第二混合物。第二混合物先在30～50℃的条件下通风熟化2～5小时后，再将第二混合物置于模具中，并在100～120℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。通风熟化能够对第二混合物进行小体积的预先发泡，以提高后续加热过程的发泡完整性、均匀性以及发泡率。 [0035] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。 [0036] 实施例1 [0037] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0038] 称取聚苯乙烯50g，聚乳酸50g，乙酰丙酮钠10g，可膨胀微球5g，乙烯-甲基丙烯酸共聚物20g。 [0039] 将聚苯乙烯、聚乳酸、可膨胀微球、乙烯-甲基丙烯酸共聚物以及乙酰丙酮钠进行混合。将混合物置于模具中，并在110℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0040] 实施例2 [0041] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0042] 称取聚苯乙烯100g，聚乳酸40g，聚己内酯60g，二茂铁10g，硬脂酸钠15g，空心玻璃微珠15g，乙烯-丙烯酸共聚物25g，TiO2 25g。 [0043] 在150℃下将聚苯乙烯、聚乳酸、聚己内酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与空心玻璃微珠、乙烯-丙烯酸共聚物、TiO2、二茂铁以及硬脂酸钠进行混合得第二混合物。将第二混合物置于模具中，并在120℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0044] 实施例3 [0045] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0046] 称取聚苯乙烯80g，聚乳酸30g，聚己内酯30g，聚丁二醇丁二酸酯20g，二茂铁5g，硬脂酸钠5g，二硫代氨基甲酸钠10g，可膨胀微球6g，空心玻璃微珠4g，硅基氧化物30g。 [0047] 在120℃下将聚苯乙烯、聚乳酸、聚己内酯、聚丁二醇丁二酸酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与可膨胀微球、空心玻璃微珠、硅基氧化物、二茂铁、硬脂酸钠以及二硫代氨基甲酸钠进行混合得第二混合物。第二混合物先在30℃的条件下通风熟化2小时后，再将第二混合物置于模具中，并在100℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0048] 实施例4 [0049] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0050] 称取聚苯乙烯90g，聚己内酯25g，聚丁二醇丁二酸酯35g，二茂铁2g，硬脂酸钠3g，二硫代氨基甲酸钠4g，乙酰丙酮钾6g，偶氮二甲酰胺8g，硅基氧化物15g，A12O3 15g。 [0051] 在140℃下将聚苯乙烯、聚己内酯、聚丁二醇丁二酸酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与偶氮二甲酰胺、硅基氧化物、A12O3、二茂铁、硬脂酸钠以及二硫代氨基甲酸钠、乙酰丙酮钾进行混合得第二混合物。第二混合物先在50℃的条件下通风熟化5小时后，再将第二混合物置于模具中，并在110℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0052] 实施例5 [0053] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0054] 称取聚苯乙烯70g，聚己内酯50g，硬脂酸钠6g，二硫代氨基甲酸钙10g，乙酰丙酮钾4g，4，4’-氧代双苯磺酰肼12g，硅基氧化物15g，A12O3 15g，TiO2 10g。 [0055] 在130℃下将聚苯乙烯、聚己内酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与4，4’-氧代双苯磺酰肼、硅基氧化物、A12O3、TiO2、硬脂酸钠、乙酰丙酮钾以及二硫代氨基甲酸钙进行混合得第二混合物。第二混合物先在40℃的条件下通风熟化3小时后，再将第二混合物置于模具中，并在105℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0056] 实施例6 [0057] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0058] 称取聚苯乙烯85g，聚己内酯70g，二硫代氨基甲酸钙10g，二茂铁8g，空心玻璃微珠8g，乙烯-甲基丙烯酸共聚物10g，乙烯-丙烯酸共聚物10g，A12O3 10g，TiO2 10g，9,10-二氢- 9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物5g。 [0059] 在130℃下将聚苯乙烯、聚己内酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与空心玻璃微珠、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、A12O3、TiO2、二硫代氨基甲酸钙、二茂铁以及9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行混合得第二混合物。第二混合物先在40℃的条件下通风熟化3小时后，再将第二混合物置于模具中，并在105℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0060] 实施例7 [0061] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0062] 称取聚苯乙烯85g，聚己内酯70g，硬脂酸钠6g，二硫代氨基甲酸钙10g，乙酰丙酮钾4g，空心玻璃微珠12g，乙烯-甲基丙烯酸共聚物10g，乙烯-丙烯酸共聚物10g，硅基氧化物 8g，TiO2 10g，三聚氰胺10g。 [0063] 在135℃下将聚苯乙烯、聚己内酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与空心玻璃微珠、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、硅基氧化物、TiO2、硬脂酸钠、二硫代氨基甲酸钙以及三聚氰胺进行混合得第二混合物。第二混合物先在35℃的条件下通风熟化4小时后，再将第二混合物置于模具中，并在115℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0064] 实施例8 [0065] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0066] 称取聚苯乙烯85g，聚己内酯70g，硬脂酸钠6g，二硫代氨基甲酸钙10g，乙酰丙酮钾4g，空心玻璃微珠8g，乙烯-甲基丙烯酸共聚物10g，乙烯-丙烯酸共聚物10g，硅基氧化物5g，A12O3 10g，TiO2 10g，三聚氰胺5g，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物15g。 [0067] 在145℃下将聚苯乙烯、聚己内酯进行熔融共混，制得第一混合物。将第一混合物与空心玻璃微珠、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、硅基氧化物、A12O3、TiO2、硬脂酸钠、二硫代氨基甲酸钙、三聚氰胺以及9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行混合得第二混合物。第二混合物先在45℃的条件下通风熟化2.5小时后，再将第二混合物置于模具中，并在108℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0068] 实施例9 [0069] 本实施例提供一种环保聚苯乙烯复合板材及其制备方法，具体如下： [0070] 称取聚苯乙烯98g，聚己内酯20g，聚乳酸20g，聚丁二醇丁二酸酯20g，硬脂酸钾3g，二硫代氨基甲酸钙6g，乙酰丙酮钠5g，二茂铁4g，空心玻璃微珠6g，可膨胀微球6g，乙烯-甲基丙烯酸共聚物7g，硅基氧化物5g，A12O3 8g，TiO2 18g，三聚氰胺8g，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物10g。 [0071] 在139℃下将聚苯乙烯、聚己内酯、聚乳酸、聚丁二醇丁二酸酯进行熔融共混，制得第一混合物。 [0072] 将第一混合物与可膨胀微球、空心玻璃微珠、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、硅基氧化物、A12O3、TiO2、硬脂酸钠、二硫代氨基甲酸钙、乙酰丙酮钠、二茂铁、三聚氰胺以及9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行混合得第二混合物。第二混合物先在38℃的条件下通风熟化3.5小时后，再将第二混合物置于模具中，并在117℃的温度下进行成型。最后冷却得到环保聚苯乙烯复合板材。 [0073] 对比例 [0074] 本对比例提供一种市购聚苯乙烯板材。 [0075] 试验例 [0076] 将实施例1～9提供的环保聚苯乙烯复合板材以及对比例提供的市购聚苯乙烯板材分别裁剪为形状、尺寸相同的产品，并依次编号1～10。每种产品准备4个，共准备4组实验样品，每组实验样品均含有1～10产品。于同一自然环境中，将3组实验样品均埋于相同深度的土壤中，另一组实验样品用于测试实验样品的原始分子量。分别在1个月、2个月、3个月后分别取出第一组、第二组、第三组实验样品。使用凝胶色谱(GPC)分析产品的分子量变化。其中，Mw代表重均分子质量，Mn代表数均分子质量。表1所示为产品分子量下降率，分子量下降率＝产品原始分子量/土埋后产品分子量。 [0077] 表1产品的分子量下降率 [0078] [0079] [0080] 10号实验样品为市购聚苯乙烯板材，1～9号实验样品分别由本发明实施例1～9提供。由表1中数据可知，本发明实施例提供的环保聚苯乙烯复合板材具有明显的可生物降解能力，1～9号实验样品的分子量下降率远高于10号实验样品。表明，本发明实施例提供的环保聚苯乙烯复合板材更符合目前对绿色环保的要求。 [0081] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈