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CN108384096B - 一种用于制备pe波纹管的改性再生专用料及其制备方法 - Google Patents

一种用于制备pe波纹管的改性再生专用料及其制备方法 Download PDF

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CN108384096B CN201810224955.3A CN201810224955A CN108384096B CN 108384096 B CN108384096 B CN 108384096B CN 201810224955 A CN201810224955 A CN 201810224955A CN 108384096 B CN108384096 B CN 108384096B
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Abstract

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料及其制备方法。所述再生专用料包括以下组分：HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土和黑色母；本申请提供的PE波纹管‑管材用改性再生专用料实现了废旧聚乙烯的再生利用，该再生专用料性能高、品质好、添加剂少、能最大程度利用废旧聚乙烯；并且制备方法简单、易控。

Description

一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯(polyethylene)简称PE，是以乙烯为单体，经多种工艺方法生产的一类具有多重结构和性能的通用热塑性树脂，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的腐蚀，是塑料工业中产量最大、用途最广、消费量最大的一类物质。正因如此，产生的废旧聚乙烯的数量也是非常巨大的，聚乙烯由于分子结构等原因，在自然环境中很难降解，对环境造成非常严重的污染，而对于废旧聚乙烯的回收途径主要有：掩埋、焚烧和再生利用。其中，掩埋和焚烧会产生造成土壤结构破坏、土壤板结、产生有毒有害气体等二次污染，还会造成资源的极大浪费，再生利用则在很大程度上保护环境、节约能源。
目前，关于废旧聚乙烯的回收利用，有许多研究，再生利用包括直接再生利用和改性再生利用，直接利用是指将废旧聚乙烯经过清洗、破碎等工艺后，混入一定量的助剂，进行塑化加工成型，或者通过造粒后加工成制品。如中国专利CN103029230B提供了一种管道专用HDPE再生专用料的制备方法，该方法将不同种类的HDPE回收料通过搅拌机预混获得预混料，并加入硫化剂，充分混合后，加热到190度使预混料完全塑化，在添加成核剂切粒成型。但是，废旧塑料过使用后，发生了一定程度的老化，即降解或交联，同时由于加工助剂的迁移，都会导致废旧塑料的力学性能及其他性能比较低。所以直接再生利用的产品性能及档次较低，应用面也窄，因此改性再生利用是废旧塑料回收利用的最好途径。改性再生利用是通过物理改性或化学改性使力学性能、使用性能达到应用要求，可以将集中聚合物在相容剂的作用下混合，使其结构和分子间作用力发生变化，即合金化，从而使得再生材料兼有很多优良的性能。如中国专利申请CN106046537A公开了一种再生HDPE相容改性再生PP排水波纹管专用料，该专用料包括：PP管材再生专用料、HDPE管材再生专用料、增刚母料、相容改性剂和加工助剂；通过分别将废旧的PP管材和废旧的HDPE管材分拣、破碎、清洗、脱水、脱灰后挤出造粒制备得PP管材再生专用料和HDPE管材再生专用料，然后按配方称取所述各组分原料通过高混搅拌机混合均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出并造粒。但是对于改性过程中使用较多的相容改性剂或者加工助剂，它们在使用过程中会有一定程度的迁移，也会降低材料的性能。现有技术中制备的再生专用料往往存在着力学性能不如新料，并且很难单独用再生专用料或大量再生专用料生产品质高的产品，缺少合适的改性剂等问题，而且再生专用料制备过程中的加入的添加剂较多，制备工艺大多采用简单的混合熔融制粒，因此产品的品质如色泽、均匀度、光滑度、灰度、拉伸强度、熔体流动速率等都不太理想。因此研究出高性能、高品质、添加剂少、能最大程度利用废旧聚乙烯的再生专用料是非常必须的，研究出能够使得再生专用料品质、性能高的制备工艺具有重大的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料及其制备方法。该再生专用料性能高、品质好、添加剂少、能最大程度利用废旧聚乙烯；并且制备方法简单、易控。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料，包括以下组分：HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土和黑色母。
进一步，按重量份数计，包括：HDPE吹塑级低融指粉碎料10-20份，HDPE管材级低融指粉碎料12-30份，HDPE吹塑级中融指粉碎料28-70份，LDPE薄膜级高融指颗粒2-10份，HDPE管材级超低融指粉碎料2-8份，蒙脱土5-8份，黑色母1-2份。
进一步，上述HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.2-0.5g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.3-0.8g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为1.8-2.3g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为2.7-3.4g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率小于0.1g/10min。
进一步，上述蒙脱土为有机改性蒙脱土。
更进一步，上述有机改性蒙脱土的有机改性剂选自表面活性剂和聚合物单体中的一种。
优选地，有机改性蒙脱土为甜菜碱改性蒙脱土。
进一步，上述黑色母的炭黑含量为30-45％。
进一步，PE波纹管-管材用改性再生专用料的熔体流动速率为1.1-1.8g/10min，断裂伸长率＞300％，拉伸强度>18.5MPa。
本申请还提供一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)将蒙脱土和初级再生颗粒充分混合，加入造粒机，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
进一步，步骤(3)中，造粒温度为170-220℃。
进一步，步骤(5)中，造粒温度为180-240℃。
本申请技术方案采用不同熔体流动速率的回收料和填充剂进行合理的搭配的特定的生产工艺，制备出的高性能、高品质、添加剂少、能最大程度利用废旧聚乙烯的PE波纹管再生专用料。熔体流动速率不同的聚乙烯在共混时往往存在混合不均的问题，本申请通过大量研究将不同熔体流动速率的高密度聚乙烯和低密度聚乙烯进行特定的搭配恰好避免了熔体流动速率的差异导致的混合不均匀的问题，使废旧料的优劣互补，协同作用达到更好的效果；将黑色母和蒙脱土作为填充剂，是因为黑色母的炭黑在再生专用料体系中可以起到抗老化和和补强增韧的双重作用，但是增加的效果不大，而且黑色母与废料的相容性是非常重要且不容易解决的问题，因此本申请只加入了极少量的黑色母用作为颜料调节再生专用料的整体颜色；蒙脱土虽然也是一种聚乙烯改性剂，但是在回收料中添加蒙脱土制备再生专用料的研究非常少，而且成功率低，蒙脱土作为填充剂可以提高聚乙烯的物性，如拉伸、弯曲强度、抗冲击、热变形温度，本申请研究发现，单独加入蒙脱土可以增加再生专用料的光降解稳定性增加，但是拉伸性能的改变不大，单独加入黑色母，拉伸强度和断裂伸长率都有一定的增加，然而，当蒙脱土和黑色母共同加入时，发现再生专用料的抗老化性能、拉伸强度和断裂伸长率明显升高。除此之外，本申请采用分次加入和两次成型的造粒工艺，这样可以在非常大的程度上保证不同组分之间的混合均匀度，从而保证了再生专用料的质量问题，避免了出现再生专用料熔体流动速率忽高忽低对的问题。本申请的原料选取、组分含量、混合方法、反应温度等，都是经过长期复杂的实验得到的，是上述众多因素的协同作用共同支撑起本发明的有益效果。
综上，本申请具有如下优点：
(1)无大量助剂加入，避免了使用一段时间后加工助剂的游离迁移导致的性能降低的情况；
(2)将共混改性和填充改性结合，即降低了再生成本，又提高了再生专用料的强度；
(3)采用分次加入和两次成型的造粒工艺，保证了再生专用料的均匀度；
(4)本申请制备得到的再生专用料抗老化性能好，拉伸强度和断裂伸长率有显著提高。
(5)原料成本低，来源广，制备工艺简单，操作安全，既能实现废弃物的回收利用，又可以得到高性能、高品质、添加剂少的再生专用料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步阐述。这些实施例仅是出于解释说明的目的，而不限制本发明的范围和实质。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明的保护范围。
熔体流动速率(MFR)：按GB/T3682-2000进行试验，在XNR-400C型熔体流动速度仪上测试。测试温度为190℃，负载2.16kg。
拉伸强度：按GB/T1040.2-2006标准进行试验，在QJ-210A电子万能材料试验机上测试。
断裂伸长率：按GB/T1040.2-2006标准进行试验，在QJ-210A电子万能材料试验机上测试。
实施例1
一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料：HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土，黑色母；
其中，HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.4g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.5g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为1.9g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为3.1g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率0.08g/10min；蒙脱土为甜菜碱改性蒙脱土，黑色母的炭黑含量为42％。
制备方法：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融，造粒温度为180℃；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)将蒙脱土和初级再生颗粒充分混合，加入造粒机，造粒温度为200℃，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
当制备工艺相同时，组分含量的多少对于再生专用料性能的影响，如表1所示。
表1 组分含量的多少对于再生专用料性能的影响
Figure BDA0001601063600000051
Figure BDA0001601063600000061
实施例2
一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料：HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土，黑色母；
HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.4g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.5g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为1.9g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为3.1g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率0.08g/10min；蒙脱土为甜菜碱改性蒙脱土，黑色母的炭黑含量为42％。
制备方法同实施例1。
考察蒙脱土和黑色母含量对于再生专用料抗氧化性能的影响。
实验组1：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土8份，黑色母2份；
对照组1：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土0份，黑色母2份；
对照组2：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土8份，黑色母0份；
对照组3：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土2份，黑色母2份；
对照组4：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土0份，黑色母0份；
抗氧化实验在氙灯老化箱中进行。
表2 蒙脱土和黑色母含量对于再生专用料抗氧化性能的影响
Figure BDA0001601063600000071
实施例3
一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土8份，黑色母2份；
其中，HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.4g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.5g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为1.9g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为3.1g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率0.08g/10min；蒙脱土为甜菜碱改性蒙脱土，黑色母的炭黑含量为42％。
制备方法1：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融，造粒温度为180℃；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)将蒙脱土和初级再生颗粒充分混合，加入造粒机，造粒温度为200℃，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
对比方法1：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融，造粒温度为180℃；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
对比方法2
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融，造粒温度为180℃；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)初级再生颗粒，加入造粒机，造粒温度为200℃，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
表3 制备方法对再生专用料性能的影响
拉伸强度MPa 断裂伸长率％
制备方法1 20.12 432
对比方法1 18.66 395
对比方法2 19.58 415
实施例4
一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土8份，黑色母2份；
其中，HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.2g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.4g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为2.0g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为3.4g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率0.05g/10min；蒙脱土为甜菜碱改性蒙脱土，黑色母的炭黑含量为38％。
制备方法：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融，造粒温度为170℃；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)将蒙脱土和初级再生颗粒充分混合，加入造粒机，造粒温度为220℃，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
其成品表征：MFR1.43g/10min，断裂伸长率398％，拉伸强度20.30MPa。
实施例5
一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料：按重量份，HDPE吹塑级低融指粉碎料18份，HDPE管材级低融指粉碎料18份，HDPE吹塑级中融指粉碎料38份，LDPE薄膜级高融指颗粒8份，HDPE管材级超低融指粉碎料8份，蒙脱土8份，黑色母2份；
其中，HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.5g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.8g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为1.8g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为2.7g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率0.09g/10min；蒙脱土为甜菜碱改性蒙脱土，黑色母的炭黑含量为45％。
制备方法：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融，造粒温度为200℃；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)将蒙脱土和初级再生颗粒充分混合，加入造粒机，造粒温度为180℃，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得PE波纹管-管材用改性再生专用料。
其成品表征：MFR1.55g/10min，断裂伸长率461％，拉伸强度21.33MPa。
本申请的技术方案，各个环节衔接紧密，搭配合理，缺一不可，这种特定的组合构成的制造方法，产生了明显的协同增效作用。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于制备PE波纹管的改性再生专用料，其特征在于由以下组分组成：HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料，蒙脱土和黑色母；
所述HDPE吹塑级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.2-0.5g/10min；HDPE管材级低融指粉碎料的熔体流动速率为0.3-0.8g/10min；HDPE吹塑级中融指粉碎料的熔体流动速率为1.8-2.3g/10min；LDPE薄膜级高融指颗粒的熔体流动速率为2.7-3.4g/10min；HDPE管材级超低融指粉碎料的熔体流动速率小于0.1g/10min。
2.根据权利要求1所述的再生专用料，其特征在于，按重量份数计，包括：HDPE吹塑级低融指粉碎料10-20份，HDPE管材级低融指粉碎料12-30份，HDPE吹塑级中融指粉碎料28-70份，LDPE薄膜级高融指颗粒2-10份，HDPE管材级超低融指粉碎料2-8份，蒙脱土5-8份，黑色母1-2份。
3.根据权利要求1所述的再生专用料，其特征在于，所述蒙脱土为有机改性蒙脱土。
4.根据权利要求3所述的再生专用料，其特征在于，所述有机改性蒙脱土的有机改性剂选自表面活性剂和聚合物单体中的一种。
5.根据权利要求1所述的再生专用料，其特征在于，所述黑色母的炭黑含量为30-45％。
6.根据权利要求1所述的再生专用料，其特征在于，所述PE波纹管-管材用改性再生专用料的熔体流动速率为1.1-1.8g/10min，断裂伸长率＞300％，拉伸强度>18.5MPa。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的再生专用料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将HDPE吹塑级低融指粉碎料，HDPE管材级低融指粉碎料，HDPE吹塑级中融指粉碎料，LDPE薄膜级高融指颗粒，HDPE管材级超低融指粉碎料和黑色母投入搅拌机进行充分混合；
(3)造粒机预热好后，用喂料机将好的原料投入造粒机器进行加热熔融；
(4)熔融料经螺杆挤出，经过热切机切出成颗粒，得的初级再生颗粒；
(5)将蒙脱土和初级再生颗粒充分混合，加入造粒机，熔融挤出后，经过热切机切出成颗粒，即得制备PE波纹管的改性再生专用料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，造粒温度为170-220℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，造粒温度为180-240℃。
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