一种废HIPS基再生合金材料及其制备方法

摘要

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。

权利要求

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；

~

所述烷基化反应催化剂为无水氯化铝；

所述共催化剂为苯乙烯；

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；

所述废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；

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℃。

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.权利要求1‑3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。

说明书

一种废HIPS基再生合金材料及其制备方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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：

[0009] 废HIPS：55～70

[0010] PP：30～45

[0011] 烷基化反应催化剂：0.1～0.4

[0012] 共催化剂：0.1～0.3

[0013] HIPS基大分子扩链剂：2～8。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 优选的，所述PP为PP(聚丙烯)新料。

[0017] 优选的，所述烷基化反应催化剂为无水氯化铝。

[0018] 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。

[0019] 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)。

[0020] 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。

[0021] 在该废HIPS基再生合金材料的制备方法中：

[0022] 优选的，所述双螺杆挤出机的加工温区为175～235℃。

[0023] 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℃。

[0024] 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。

[0025] 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。

[0026] 本发明具有以下优点：

[0027] (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；

[0028] (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；

[0029] (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

[0030] 以下采用的原料，如无特殊说明，均为市售产品。

[0031] 实施例1

[0032] 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：

[0033] 废HIPS：55

[0034] PP：45

[0035] 烷基化反应催化剂：0.4

[0036] 共催化剂：0.3

[0037] HIPS基大分子扩链剂：6。

[0038] 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)。

[0039] 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。

[0040] 双螺杆挤出机的加工八区温度依次为：180℃，180℃，185℃，185℃，235℃，235℃，230℃，230℃。

[0041] 实施例2

[0042] 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：

[0043] 废HIPS：70

[0044] PP：30

[0045] 烷基化反应催化剂：0.2

[0046] 共催化剂：0.1

[0047] HIPS基大分子扩链剂：8。

[0048] 上述成分同实施例1。

[0049] 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。

[0050] 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℃。

[0051] 实施例3

[0052] 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：

[0053] 废HIPS：60

[0054] PP：40

[0055] 烷基化反应催化剂：0.3

[0056] 共催化剂：0.2

[0057] HIPS基大分子扩链剂：6。

[0058] 上述成分同实施例1。

[0059] 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。

[0060] 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℃。

[0061] 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。

[0062] 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

[0063]

[0064]

[0065] 上述表1中：

[0066] 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；

[0067] 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；

[0068] 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。

[0069] 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℃。

[0070] 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℃。

[0071] 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。

[0072] 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。

[0073] 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。

[0074] 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。

[0075] 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。

[0076] 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。

[0077] 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。