CN103160024B

CN103160024B - 利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法

Info

Publication number: CN103160024B
Application number: CN201310001777.5A
Authority: CN
Inventors: 杨文清; 邓国平; 赵忠明; 李文红; 邓华利
Original assignee: DONGJIANG ENVIRONMENTAL Co Ltd
Current assignee: Qingyuan Dongjiang Environmental Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-05
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2033-01-05
Also published as: CN103160024A

Abstract

本发明涉及一种利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，包括如下步骤：A．将废聚氨酯泡沫塑料破碎，筛网去杂物；B．高速搅拌，加入解联剂解联；C．加入聚丙烯、非金属粉、马来酸酐-聚丙烯接枝剂和助剂高速搅拌，所述助剂包括邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钠、硬脂酸锌和液体石蜡；D．加入到螺杆机进行挤出造粒；E．挤入固定的模具中成型。本发明的有益效果在于：废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉可得到100%的回收再利用，节约了工业废物处理费用；制备的复合材料可用于制作再生垫板、环保塑料等，变废为宝。

Description

利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法

技术领域本发明涉及复合材料的制备，涉及利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法。

背景技术近年来，聚氨酯泡沫材料的广泛应用，其中有一大部分应用于家电方面，例如冰箱、空调、热水器及其其它产品的保温材料（聚氨酯泡沫）。进入21世纪后，国内的冰箱、空调等已经进入报废高峰期，在不久的将来，大量废聚氨酯泡沫塑料将不断产生。当前，废弃印刷电路板在提取有经济利用价值的贵重金属后产生的玻璃纤维树脂粉末（非金属粉）主要由电路板基板增强材料和树脂粉末组成，其成分复杂，回收利用价值相对较低。由于聚氨酯泡沫和非金属粉的化学性质稳定，填埋或堆放处理不但浪费大量土地资源且难以降解；若采用焚烧处理，容易产生有毒气体（氟氯昂、二噁英等），造成二次污染。常用的物理回收是聚氨酯经粉碎后，作为填料重新回用到新聚氨酯制备中，或者添加胶粘剂等助剂压实成型后回收利用，往往存在反应不充分，结合不紧密等缺点而造成性能上的明显降低；化学回收是采用添加降解剂使其解聚为原反应物或其它的低聚物后加以利用，由于成本高，且产物往往需后续提纯处理，存在二次污染等问题。所以，如何将废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉进行简单而有效的回收利用成为了相关行业所面临的一个重要难题。

发明内容本发明的目的是提供一种利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，该方法工艺简单，能使聚氨酯泡沫和非金属粉两种废弃物资源变废为宝，得到最大限度的综合利用。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，包括如下步骤：

A．将废聚氨酯泡沫塑料采用机械破碎，筛网除去杂物；

B．将破碎除杂后的废聚氨酯泡沫塑料放入高速搅拌机中，加入解联剂解联，使之形成具有反应活性的聚合物；

C．加入聚丙烯、非金属粉、马来酸酐-聚丙烯接枝剂和助剂进行高速搅拌，与解联的聚氨酯充分搅拌混合均匀。所述助剂包括邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钠、硬脂酸锌和液体石蜡；混合均匀物料的各成分按重量百分比为：废聚氨酯泡沫塑料15%~25%，聚丙烯40%~60%，非金属粉15%~25%，解联剂4.5%~7.5%，马来酸酐-聚丙烯接枝剂2%~3%，助剂2%~4.5%；

D．将混合好的物料，加入到螺杆机进行挤出造粒；

E．将挤出的复合材料颗粒通过注塑成型机挤入固定的模具中成型。

所述步骤A中的废聚氨酯泡沫塑料是指从家电拆卸下的保温材料，经过机械粉碎，尺寸大小为2.0~5.0 mm。

所述步骤B中，解联剂是重量百分比为1:1的二乙二醇和三乙醇胺，用量为废聚氨酯泡沫塑料的30 %，搅拌时间10 分钟，温度约为60~80 ℃。

所述步骤C中，非金属粉是指废电路板回收贵重金属后产生的破碎粉末，尺寸大小为0.1~0.2 mm；马来酸酐-聚丙烯接枝剂的接枝率为0.8%；各种助剂占物料的重量百分比分别为：邻苯二甲酸二辛酯0~2%、硬脂酸钠0.5%、硬脂酸锌1%、液体石蜡1%；搅拌时间10分钟，温度约为80~90℃。

所述步骤D中，螺杆机挤出时，温度范围控制在150~160 ℃，样条经空气冷却后用切割机切成颗粒状，冷却至室温。

所述步骤E中，注塑机注塑温度控制在150~160 ℃，模具温度控制在50~60 ℃。

同现有技术相比较，本发明利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料方法的有益效果在于：废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉可得到100%的回收再利用，节约了废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉的工业废物处理费用（填埋或焚烧）；同时制备的复合材料（复合板材）可用于制作再生垫板、环保塑料等，变废为宝。

附图说明

图1是本发明制备复合材料的工艺流程图。

具体实施方式以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

本发明一种利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，如图1所示，包括如下步骤：

A．将废聚氨酯泡沫塑料采用机械破碎，筛网除去杂物；该步骤A中，废聚氨酯泡沫塑料是指从废旧家电拆卸下的保温材料，经过机械粉碎，尺寸大小为2.0~5.0 mm；

B．将破碎除杂后的废聚氨酯泡沫塑料放入高速搅拌机中，加入解联剂解联，使之形成具有反应活性的聚合物；该步骤中，解联剂是重量百分比为1:1的二乙二醇和三乙醇胺，用量为废聚氨酯泡沫塑料的30 %，搅拌时间10 分钟，温度约为60~80 ℃；

C．加入聚丙烯、非金属粉、马来酸酐-聚丙烯接枝剂和助剂进行高速搅拌，与解联的聚氨酯充分搅拌混合均匀；该步骤中，非金属粉是指废电路板回收贵重金属后产生的破碎粉末，尺寸大小为0.1~0.2 mm；马来酸酐-聚丙烯接枝剂的接枝率为0.8%；助剂包括硬脂酸钠、硬脂酸锌、液体石蜡和邻苯二甲酸二辛酯，其中，邻苯二甲酸二辛酯不是必需；搅拌时间10分钟，温度约为80~90℃；混合均匀物料的各成分按重量百分比为：废聚氨酯泡沫塑料15%~25%，聚丙烯40%~60%，非金属粉15%~25%，解联剂4.5%~7.5%，马来酸酐-聚丙烯接枝剂2%~3%，助剂2%~4.5%（邻苯二甲酸二辛酯0~2%、硬脂酸钠0.5%、硬脂酸锌1%、液体石蜡1%）；

D．将混合好的物料，加入到螺杆机挤出造粒；该步骤中，螺杆机挤出时，温度范围控制在150~160 ℃，样条经空气冷却后用切割机切成颗粒状，冷却至室温；

E．步骤D中挤出的复合材料颗粒通过注塑成型机挤入固定的模具中成型，该步骤中，注塑机注塑温度控制在150~160 ℃，模具温度控制在50~60 ℃。

表1为本发明各种原料的重量百分比配比。

表1:

实施例一：

本发明利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法实施例一，原料配比（重量比）表2，工艺步骤如下：

表2 实施例一的原料配比

原料	用量（g）
		废聚氨酯泡沫塑料（RPU）	1070
聚丙烯（PP）	2860
		非金属粉	1070
二乙二醇（DEG）：三乙醇胺（TEA）	321
		邻苯二甲酸二辛酯	0
马来酸酐-聚丙烯接枝剂	143
		硬脂酸锌	25
硬质酸钠	50
		液体石蜡	50

1. 按照表2中的原料配比，称取经破碎除杂后的废聚氨酯泡沫塑料1070 g，置于高速混合机内，投加解联剂321 g（二乙二醇+三乙醇胺）；其中高速混合机的工艺参数为：解联时间10 min，温度约为80 ℃，转速为1500 rpm；

2. 按照表2中的原料配比，称取聚丙烯(2860 g)、非金属粉(1070 g)、马来酸酐-聚丙烯接枝剂(143 g)、硬脂酸锌(25 g)、硬脂酸钠(50 g)和液体石蜡(50 g)等，加入到解联完成的聚氨酯中，利用高速混合机进行搅拌，搅拌速率为1500 rpm，搅拌时间10 min，使之充分混合均匀，控制温度约为90 ℃；

3. 将混合好的物料，加入螺杆机中，加热挤出料条，空气冷却后用切割机切成颗粒状，其中螺杆机的转速为30-45 rpm，挤出温度范围为150-160 ℃，冷却至室温；

4. 将挤出的物料颗粒加入到注塑成型机中，注塑机注塑温度为150-160 ℃，注塑速率为60 mm/s，模具温度60 ℃，保温10s后取出冷却至室温后进行强度（拉伸、弯曲和冲击）测试。

经检测，得到的复合板材的密度为1029.5 kg/m3，缺口冲击强度3.2 kJ/m²，拉伸强度为15.4 MPa和拉伸模量为2330 MPa，弯曲强度27.6 MPa和弯曲模量1498 MPa。

实施例二：

本发明利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法实施例二，原料配比（重量比）表3，工艺步骤如下：

表3 实施例二的原料配比

原料	用量（g）
		废聚氨酯泡沫塑料（RPU）	750
聚丙烯（PP）	3000
		非金属粉	1250
二乙二醇（DEG）：三乙醇胺（TEA）	225
		邻苯二甲酸二辛酯	50
马来酸酐-聚丙烯接枝剂	150
		硬脂酸锌	25
硬质酸钠	50
		液体石蜡	50

1. 按照表3中的原料配比，称取经破碎除杂后的废聚氨酯泡沫塑料750 g，置于高速混合机内，投加解联剂225 g（二乙二醇+三乙醇胺）；其中高速混合机的工艺参数为：解联时间10 min，温度约为80 ℃，转速为1500 rpm；

2. 按照表3中的原料配比，称取聚丙烯(3000 g)、非金属粉(1250 g)、马来酸酐-聚丙烯接枝剂(150 g)、硬脂酸锌(25 g)、邻苯二甲酸二辛酯（50 g）、硬脂酸钠(50 g)和液体石蜡(50 g)等，加入到解联完成的聚氨酯中，利用高速混合机进行搅拌，搅拌速率为1500 rpm，搅拌时间10 min，使之充分混合均匀，控制温度约为90 ℃；

3. 将混合好的物料，加入螺杆挤出机中，加热挤出料条，空气冷却后用切割机切成颗粒状，其中螺杆挤出机的转速为30-45 rpm，挤出温度范围为150~155 ℃，冷却至室温；

4. 将挤出的物料颗粒加入到注塑成型机中，注塑机温度为150-160 ℃，注塑速率为60 mm/s，模具温度60 ℃，保温10s后取出冷却至室温后进行强度（拉伸、弯曲和冲击）测试。

经检测，得到的复合板材的密度为1016.5 kg/m3，缺口冲击强度4.0 kJ/m²，拉伸强度为12.2 MPa和拉伸模量为1554 MPa，弯曲强度25.2 MPa和弯曲模量1322 MPa。

性能对比与成本分析：

表4 所得复合板材性能对比

从表4可以看出，填充废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉后，复合材料的密度增加，与水的密度接近；冲击强度明显下降；拉伸强度和弯曲强度、拉伸模量也有一定程度的降低；弯曲模量有所提高。

表5 原材料的消耗情况

由表4可知，利用上述方法，以废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉替代一部分聚丙烯制备的复合材料，力学性能方面有一定程度的降低。但从原材料消耗成本来看，见表5所示，生产1 kg该复合材料的成本得到了降低，解联剂（二乙二醇和三乙醇胺）约需0.65元/kg；助剂等（包括马来酸酐-聚丙烯接枝剂、硬脂酸锌、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钠和液体石蜡）约需1.05元/kg。因此，与生产纯聚丙烯板材相比，原料成本只需7.5~9.04元/kg，节约了2.66~4.22元/kg。实例一中，废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉填充了42.8%，扣除添加的助剂等，相当于节约了原料成本28.3%；实例二中，废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉填充了40.0%，扣除添加的助剂等，相当于节约了原料成本25.5%。

因此，利用上述方法，废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉可得到100%的回收再利用，节约了废聚氨酯塑料和非金属粉的工业废物处理费用（填埋或焚烧）；同时制备的复合板材可用于制作冲击性能要求不高的器具，如社区垃圾桶、工业或交通运输中使用的托盘等再生垫板、环保塑料等，变废为宝，创造经济价值。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A．将废聚氨酯泡沫塑料采用机械破碎，筛网除去杂物；

C．加入聚丙烯、非金属粉、马来酸酐-聚丙烯接枝剂和助剂进行高速搅拌，与解联的聚氨酯充分搅拌混合均匀；所述助剂包括邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钠、硬脂酸锌和液体石蜡；混合均匀物料的各成分按重量百分比为：废聚氨酯泡沫塑料15%~25%，聚丙烯40%~60%，非金属粉15%~25%，解联剂4.5%~7.5%，马来酸酐-聚丙烯接枝剂2%~3%，助剂2%~4.5%；

D．将混合好的物料，加入到螺杆机进行挤出造粒；

2.根据权利要求1所述的利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，其特征在于：所述步骤A中的废聚氨酯泡沫塑料是指从废旧家电拆卸下的保温材料，经过机械粉碎，尺寸大小为2.0~5.0 mm。

3.根据权利要求1所述的利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，其特征在于：所述步骤B中，解联剂是重量百分比为1:1的二乙二醇和三乙醇胺，用量为废聚氨酯泡沫塑料的30 %，搅拌时间10 分钟，温度为60~80 ℃。

4.根据权利要求1所述的利用废聚氨酯泡沫塑料和非金属粉制备复合材料的方法，其特征在于：所述步骤C中，非金属粉是指废电路板回收贵重金属后产生的破碎粉末，尺寸大小为0.1~0.2 mm；马来酸酐-聚丙烯接枝剂的接枝率为0.8%；各种助剂占物料的重量百分比分别为：邻苯二甲酸二辛酯0~2%、硬脂酸钠0.5%、硬脂酸锌1%、液体石蜡1%；搅拌时间10分钟，温度为80~90℃。

5.根据权利要求1所述的制备复合材料的方法，其特征在于：所述步骤D中，螺杆机挤出时，温度范围控制在150~160 ℃，样条经空气冷却后用切割机切成颗粒状，冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的制备复合材料的方法，其特征在于：所述步骤E中，注塑机注塑温度控制在150~160 ℃，模具温度控制在50~60℃。