一种可实现轻量化的低成本、低气味、可降解的天然纤维增强
聚碳酸酯再生料及其制备方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及聚碳酸酯再生料的
回收利用技术领域,具体公开了一种可以实现轻量化的低成本、低气味的天然纤维增强可降解聚碳酸酯再生料及其制备方法。该改性材料的特点在于解决资源浪费问题的同时,赋予材料
密度低、低气味、高性能、可降解特性,为
汽车轻量化和环保发展提供新的途径。
背景技术
[0002] 聚碳酸酯是一种具有优良的综合性能的塑料,分子主链上的苯环使其具有很好的
力学性能、刚性、耐热性,而醚键又使其分子链具有一定的柔顺性,是一种刚而韧的工程塑料,广泛应用于
电子、汽车、家电等领域。随着电子电器更新换代速度日益加快,不可避免的会产生大量的聚碳酸酯回收料。
[0003] 目前对于回收料的处理主要有以下几种方法:
[0004] (1)焚烧或填埋方式,焚烧会产生大量有害气体,从而造成环境污染,而填埋聚碳酸酯,难以降解,造成
土壤污染,目前这种方式已逐渐被淘汰;
[0005] (2)对回收料进行简单抽粒,但是在二次加工过程中会造成玻纤增强聚碳酸酯中的聚碳酸酯受
热分解,玻纤剪切变细,导致性能严重下降,虽然解决了环境污染问题,但无法充分发挥其经济价值,而且造成严重资源浪费。
[0006] 同时聚碳酸酯再生料已经循环利用,导致再生料一般具有较难闻的气味。目前改善聚碳酸酯再生料气味方法主要是使用遮蔽性或
吸附型。
[0007] 遮蔽型改善效果取决于改善剂的保存时间、是否暴露于受热或湿润环境,还有成型件是否进行严密的阻隔于空气等
包装因素,并不能从根本上消除回收材料中难闻的气味。吸附型主要是
物理吸附,受吸附剂
比表面积大小等影响,吸附效果有限。
[0008] 总之,添加添加剂降低聚碳酸酯再生料气味效果有限,且对聚碳酸酯降解等任何改善,成本较高,更无法实现聚碳酸酯轻量化。
发明内容
[0009] 针对
现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是提供实现轻量化的低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯再生料及其制备方法,其特点是选用天然纤维和发泡剂母粒同时使用,一方面提高改善聚碳酸酯再生料的气味,利用发泡剂母粒在高温下分解,促进熔体
粘度降低,有效降低注塑
温度,减少难闻气味物质产生减少,同时分解产生的CO2和
水蒸气能否稀释气体浓度。另一方面天然纤维加入能够提高聚碳酸酯再生料的强度,其自身的可降解特性使得天然纤维增强的聚碳酸酯再生料易于降解,解决聚碳酸酯再生料的应用问题,提升聚碳酸酯再生料的附加值。其制备方法简单方便,生产效率高,加工成本低,易于实现批量化生产。
[0010] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0011] 一种实现轻量化的低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯再生料及其制备方法,由以下重量百分比的原料组成:
[0012] 聚碳酸酯再生料:50-99wt%
[0013] 天然纤维0-50wt%;
[0014] 发泡剂母粒0.1-5wt%;
[0016] 进一步的,所述聚碳酸酯再生料的原材料灰分≤20%,5000~30000。
[0017] 进一步的,所述天然纤维为苎麻纤维、黄麻纤维、竹纤维中一种或几种,所述天然纤维的长径比为30~100。进一步的,所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂,其中主抗氧剂选自受阻酚和硫酯类抗氧剂的组合物,辅抗氧剂选自
亚磷酸酯抗氧剂中一种。
[0018] 所述的发泡剂母粒由以下重量百分比的原料组成:
[0021] 无机盐改性剂0.01-20wt%;
[0022] 聚乙烯10-99wt%;
[0023] 其他助剂0.01-2wt%。
[0024] 所述的酸化
碳纳米管为高锰酸
钾酸化多臂碳纳米管,碳纳米管纯度≥95%,直径8-40nm,长度﹤30μm。
[0025] 所述的无机盐改性剂为
柠檬酸钠、
硬脂酸钠等其中一种或两种混合物。
[0026] 所述的发泡剂母粒的制备方法,步骤如下:
[0027] (1)称取如上重量百分比酸化碳纳米管、碳酸氢钠、
无机酸盐改性剂、和其他助剂加入高速
搅拌机中搅拌15~30min;
[0028] (2)将上述高速搅拌机中的材料和如上重量百分比的聚乙烯
树脂加入到单螺杆
挤出机的主
喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,
挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、
造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0029] 进一步的,一种可实现轻量化的低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯再生料的制备方法,其步骤如下:
[0030] (1)先按如上重量百分比称取PC再生料和抗氧剂,混合均匀,得到混合原料,然后再称取如上重量百分比发泡剂母粒和天然纤维;
[0031] (2)将上述混合的原料干燥后,置于
啮合同向双
螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯
复合材料。
[0032] 将上述聚碳酸酯复合材料采用
注塑成型的方法,在二次开模条件下或者欠注注射条件下制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0033] 本发明的有益效果是:使用天然纤维和发泡剂母粒同时使用,一方面少量发泡剂母粒在高温下分解产生的气体能够降低
聚合物熔体粘度,有助于降低注塑温度,减少难闻气味物质产生减少,同时分解产生的CO2和水蒸气能否稀释气体浓度,解决聚碳酸酯再生料的气味和散发问题,同时发泡后材料用量降低,有助于轻量化的实现。另一方面天然纤维加入能够提高回收聚碳酸酯的强度,其自身的可降解特性使得天然纤维增强的聚碳酸酯材料易于降解,解决聚碳酸酯再生料的应用问题,提升聚碳酸酯再生料的附加值。其制备方法简单方便,生产效率高,材料和加工成本低,易于实现批量化生产。
具体实施方式
[0034] 本发明可通过下面优选方案获得进一步的阐述,但这些
实施例仅在于举例说明,不对本发明的范围做出界定。
[0035] 在实施例和对比例的复合材料配方中,所用聚碳酸酯再生料由上海奥赛尔公司提供的PCR 1570A型号树脂;酸化碳纳米管有碳纳米管高锰酸钾酸化获得,纯度≥95%,直径8-40nm,长度﹤30μm;碳酸氢钠由潍坊洁佳新材料有限公司提供,粒径:1600目;无机盐改性剂为柠檬酸钠,由吴江市黎里东阳助剂厂提供;聚乙烯由茂名石化提供,牌号为2520D;天然纤维为黄麻纤维,长径比50;其他助剂为抗氧剂,抗氧剂由BASF公司及英国ICE公司提供,商品牌号为Irganox 1010、Irganox 168和Negonox DSTP。
[0036] 实施例1
[0037] 先按如下重量百分比称取酸化碳纳米管20wt%,碳酸氢钠:30wt%,柠檬酸钠:15wt%,其他助剂:1wt%;投入高速混合机中混合15~30min。待混合均匀后,将混合物和
34wt%的聚乙烯置于啮合同向
单螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0038] 按如下重量百分比称取PC再生料89wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料,然后再称取重量百分比发泡剂母粒0.5wt%和天然纤维10wt%混合;
[0039] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向
双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒混合料从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯复合材料。
[0040] 将上述聚碳酸酯复合材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0041] 产品性能测试:
[0042] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0043] 实施例2
[0044] 先按如下重量百分比称取酸化碳纳米管20wt%,碳酸氢钠:30wt%,柠檬酸钠:15wt%,其他助剂:1wt%;投入高速混合机中混合15~30min。待混合均匀后,将混合物和
34wt%的聚乙烯置于啮合同向单螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0045] 按如下重量百分比称取PC再生料88.5wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料,然后再称取重量百分比发泡剂母粒1.0wt%和天然纤维10wt%混合;
[0046] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒混合料从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯复合材料。
[0047] 将上述聚碳酸酯复合材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0048] 产品性能测试:
[0049] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0050] 实施例3
[0051] 先按如下重量百分比称取酸化碳纳米管20wt%,碳酸氢钠:30wt%,柠檬酸钠:15wt%,其他助剂:1wt%;投入高速混合机中混合15~30min。待混合均匀后,将混合物和
34wt%的聚乙烯置于啮合同向单螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0052] 按如下重量百分比称取PC再生料87.5wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料,然后再称取如下重量百分比发泡剂母粒2.0wt%和天然纤维10wt%混合;
[0053] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒混合料从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯复合材料。
[0054] 将上述聚碳酸酯复合材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0055] 产品性能测试:
[0056] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0057] 实施例4
[0058] 先按如下重量百分比称取酸化碳纳米管20wt%,碳酸氢钠:30wt%,柠檬酸钠:15wt%,其他助剂:1wt%;投入高速混合机中混合15~30min。待混合均匀后,将混合物和
34wt%的聚乙烯置于啮合同向单螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0059] 按如下重量百分比称取PC再生料79.0wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料,然后再称取重量百分比发泡剂母粒0.5wt%和天然纤维20wt%混合;
[0060] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒混合料从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯复合材料。
[0061] 将上述聚碳酸酯复合材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0062] 产品性能测试:
[0063] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0064] 实施例5
[0065] 先按如下重量百分比称取酸化碳纳米管20wt%,碳酸氢钠:30wt%,柠檬酸钠:15wt%,其他助剂:1wt%;投入高速混合机中混合15~30min。待混合均匀后,将混合物和
34wt%的聚乙烯置于啮合同向单螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0066] 按如下重量百分比称取PC再生料78.0wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料,然后再称取重量百分比发泡剂母粒1.0wt%和天然纤维20wt%混合;
[0067] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒混合料从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯复合材料。
[0068] 将上述聚碳酸酯复合材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0069] 产品性能测试:
[0070] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0071] 实施例6
[0072] 先按如下重量百分比称取酸化碳纳米管20wt%,碳酸氢钠:30wt%,柠檬酸钠:15wt%,其他助剂:1wt%;投入高速混合机中混合15~30min。待混合均匀后,将混合物和
34wt%的聚乙烯置于啮合同向单螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为30mm,长径比L/D为25,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:70℃、90℃、100℃、100℃,主机转速为40转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒处理,制得发泡剂母粒。
[0073] 按如下重量百分比称取PC再生料77.5wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料,然后再称取重量百分比发泡剂母粒2.0wt%和天然纤维20wt%混合;
[0074] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维和发泡剂母粒混合料从熔融段加料口加入到挤出机中,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得天然纤维增强聚碳酸酯复合材料。
[0075] 将上述聚碳酸酯复合材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0076] 产品性能测试:
[0077] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0078] 对比例1
[0079] 按如下重量百分比称取PC再生料99.5wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料;
[0080] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得聚碳酸酯材料。
[0081] 将上述聚碳酸酯材料采用注塑成型的方法,即可制备得到聚碳酸酯制品。
[0082] 产品性能测试:
[0083] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0084] 对比例2
[0085] 按如下重量百分比称取PC再生料99.0wt%,抗氧剂0.5wt%,混合均匀,得到混合原料;然后再称取如下重量百分比发泡剂母粒0.5wt%混合;
[0086] 将上述混合的PC再生料原料干燥后,置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中,经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内,将天然纤维从熔融段加料口加入到挤出机中挤出机螺杆直径为35mm,长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、250℃、260℃、260℃,主机转速为250转/分钟,经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理,制得聚碳酸酯材料。
[0087] 将上述聚碳酸酯材料采用注塑成型的方法,其中模具厚度2.0mm,注塑过程中定模板后退0.5mm,即可制备得到低成本、低气味、可降解的天然纤维增强聚碳酸酯制品。
[0088] 产品性能测试:
[0089] 拉伸性能:按ISO527-2标准进行,测试速率为50mm/min。弯曲性能:按IS178标准进行,跨距为64mm,测试速度为2mm/min。冲击性能:按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行,样条缺口为A型。密度:按ISO1183-1标准测试。气味:按照大众PV3900标准进行测试,具体结果见表1。
[0090] 表1 PC复合材料基本力学性能物理性能:
[0091]
[0092] 从表1所示的各实施例及对比例的基本物理性能测试可知:采用本发明中所述天然纤维和发泡剂母粒同时加入体系中,较常规聚碳酸酯再生料体系,复合材料气味得到很大改善,尤其是加入较高的发泡剂母粒体系(2wt%发泡剂母粒),可以达到汽车内饰气味要求3.5水平。加入发泡剂后通过注塑发泡工艺,大大降低制品密度,减少材料用量。使用发泡剂后制件的注塑温度降低,能耗节省。加入天然纤维可以大大提高聚碳酸酯再生料的刚性和韧性,如20wt%的天然纤维弯曲模量接近于聚碳酸酯再生料的1.5倍,同时由于天然纤维可降解特性,大大提高复合材料的可降解特性。这对于拓宽聚碳酸酯再生料应用,提升聚碳酸酯再生料附加值具有非常大的优势。
[0093] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围内。因此,本发明的保护范围应该以
权利要求所界定的保护范围为准。