发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃型再生塑料及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):将甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至140~150℃,保温反应2~3h,继续升温至190~200℃,反应3~4h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂;
步骤(2):将多羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,70~80℃下搅拌1~1.5h,再加入扩链剂,继续反应1~2h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,45~50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体;
所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为1:3;
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
本申请实施例中,步骤(3)中,各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯90~100份、高密度聚乙烯5~10份、硬脂酸钙1~2份、炭黑1~2份、马来酸酐接枝聚乙烯8~12份、抗氧剂2~3份、聚氨酯弹性体6~8份。
本申请实施例中,步骤(2)中,各组分用量为:以质量份计,多羟基聚丁二烯10~12份、环氧化端羟基聚丁二烯15~20份、聚氧化丙烯二醇30~40份、二苯基甲烷二异氰酸酯40~45份、二月桂酸二丁基锡1~3份、扩链剂3~8份。
本申请实施例中,步骤(1)中,所述甲基膦酸二甲酯、三羟乙基异氰尿酸酯的摩尔比为1:(1~1.1);所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%~0.6wt%。
本申请实施例中,所述多羟基聚丁二烯的制备步骤为:取端羟基聚丁二烯,115~120℃下真空脱水,降温至40~45℃,加入异戊烯醇、过氧化二苯甲酰和石油醚,搅拌均匀,氮气环境下升温至反应回流,继续反应3~4h,得到多羟基聚丁二烯。
本申请实施例中,所述端羟基聚丁二烯、异戊烯醇的质量比为100:(1~2);所述过氧化二苯甲酰的用量为端羟基聚丁二烯的0.05wt%~0.06wt%;所述端羟基聚丁二烯、石油醚质量比为1:1。
本申请实施例中,环氧化端羟基聚丁二烯的制备步骤为:取端羟基聚丁二烯、冰乙酸、甲苯和磺酸催化剂,搅拌均匀,加热升温至50~55℃,加入过氧化氢,继续反应6~7h,反应结束后静置分层,洗涤有机层至中性,旋蒸2~3h,得到环氧化端羟基聚丁二烯。过氧化氢为过氧化氢水溶液,质量分数为30%。
本申请实施例中,所述过氧化氢、冰乙酸、端羟基聚丁二烯的质量比为(2~2.1):(0.9~1):1,所述甲苯的用量为端羟基聚丁二烯的140wt%~150wt%。
本申请实施例中,所述磺酸催化剂为732型阳离子交换树脂,所述磺酸催化剂的用量为端羟基聚丁二烯的15wt%~20wt%。
本申请实施例中,根据以上任意一项所述的一种阻燃型再生塑料的制备方法制备的再生塑料。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:
本发明公开了一种阻燃型再生塑料及其制备方法,再生塑料的具体组分为再生高密度聚乙烯90~100份、高密度聚乙烯5~10份、硬脂酸钙1~2份、炭黑1~2份、马来酸酐接枝聚乙烯8~12份、抗氧剂2~3份、聚氨酯弹性体6~8份,采用再生高密度聚乙烯为主料,加入高密度聚乙烯,以马来酸酐接枝聚乙烯为相容剂,以聚氨酯弹性体为增韧剂,并在聚氨酯弹性体中引入阻燃成分,制得拉伸强度高、阻燃性能优异的再生聚乙烯塑料,该再生塑料能够广泛应用至多个领域,优异的力学性能使其具有较高的实用性。
在方案中,本申请先以端羟基聚丁二烯、异戊烯醇为原料,在过氧化二苯甲酰引发作用下将异戊烯醇接枝至端羟基聚丁二烯链段上,从而实现含有多个羟基的多羟基聚丁二烯,利用多羟基聚丁二烯为聚氨酯弹性体提供羟基,从而提高聚氨酯弹性体的交联密度;与此同时,方案还利用端羟基聚丁二烯、冰乙酸、甲苯和磺酸催化剂制备得到环氧化端羟基聚丁二烯,并限定了“所述过氧化氢、冰乙酸、端羟基聚丁二烯的质量比为(2~2.1):(0.9~1):1”;环氧化端羟基聚丁二烯的引入能够提高聚氨酯弹性体的热稳定性,耐热老化性能得到提升。方案将多羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯和聚氧化丙烯二醇复配,并与二苯基甲烷二异氰酸酯反应生成聚氨酯弹性体,以实现对再生聚乙烯的优异增韧。
本发明在聚氨酯弹性体制备时以1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配作为扩链剂,阻燃交联剂以甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯以摩尔比为1:(1~1.1)反应制得,通过磷氮协同实现阻燃效果,且将阻燃性与聚氨酯弹性体相互关联,在聚乙烯制备时无需添加其他阻燃剂,在提高产品阻燃性能的同时大大简化工艺,降低成本。
本发明公开了一种阻燃型再生塑料及其制备方法,方案制备了一种力学性能高、阻燃性能优异的再生聚乙烯塑料,且热老化后,依旧能保持较优异的力学性能,实用性较高。
具体实施方式
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,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
需要说明的是,本发明所有涉及的原料的购买厂家没有任何特殊的限制,示例性地包括:端羟基聚丁二烯:数均分子量为1500g/mol,羟值为1.5mmol/g,由洛阳黎明化工研究院提供;磺酸催化剂为732型强酸性阳离子交换树脂,由中国国药集团上海化学试剂公司提供;聚氧化丙烯二醇(N210):Mn=1000,烟台万华聚氨酯股份有限公司提供;再生高密度聚乙烯为塑料瓶盖、牛奶瓶盖回收,切断清洗烘干后获得,熔融指数(MFI,190℃/5Kg)为5.8g/10min,雄县天海塑料制品厂提供;高密度聚乙烯2200J,由中国石油天然气股份有限公司提供;马来酸酐接枝聚乙烯:MV206,MAH接枝率为1%,上海日之升新技术发展有限公司提供。过氧化氢为过氧化氢水溶液,质量分数为30%。抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例1:一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):阻燃交联剂的制备步骤为:将0.2mol甲基膦酸二甲酯和0.2mol三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至140℃,保温反应3h,继续升温至190℃,反应3h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂。所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%。
步骤(2):将多羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,70℃下搅拌1.5h,再加入扩链剂,继续反应1h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体。
各组分用量为:以质量份计,多羟基聚丁二烯12份、环氧化端羟基聚丁二烯20份、聚氧化丙烯二醇40份、二苯基甲烷二异氰酸酯45份、二月桂酸二丁基锡2份、扩链剂8份。所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为1:3。
其中:所述多羟基聚丁二烯的制备步骤为:取100g端羟基聚丁二烯,120℃下真空脱水,降温至40℃,加入2g异戊烯醇、0.05g过氧化二苯甲酰和100g石油醚,搅拌均匀,氮气环境下升温至反应回流,继续反应4h,得到多羟基聚丁二烯。
环氧化端羟基聚丁二烯的制备步骤为:取30g端羟基聚丁二烯、28.5g冰乙酸、45g甲苯和4.5g磺酸催化剂,搅拌均匀,加热升温至50℃,加入60g过氧化氢,继续反应7h,反应结束后静置分层,洗涤有机层至中性,旋蒸2h,得到环氧化端羟基聚丁二烯。
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯95份、高密度聚乙烯10份、硬脂酸钙2份、炭黑2份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、抗氧剂3份、聚氨酯弹性体7份。
实施例2:一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):阻燃交联剂的制备步骤为:将0.2mol甲基膦酸二甲酯和0.2mol三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至145℃,保温反应2.5h,继续升温至190℃,反应3.5h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂。所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%。
步骤(2):将多羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,75℃下搅拌1.5h,再加入扩链剂,继续反应1.5h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体。
各组分用量为:以质量份计,多羟基聚丁二烯12份、环氧化端羟基聚丁二烯20份、聚氧化丙烯二醇40份、二苯基甲烷二异氰酸酯45份、二月桂酸二丁基锡2份、扩链剂8份。所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为1:3。
其中:所述多羟基聚丁二烯的制备步骤为:取100g端羟基聚丁二烯,120℃下真空脱水,降温至45℃,加入2g异戊烯醇、0.05g过氧化二苯甲酰和100g石油醚,搅拌均匀,氮气环境下升温至反应回流,继续反应3.5h,得到多羟基聚丁二烯。
环氧化端羟基聚丁二烯的制备步骤为:取30g端羟基聚丁二烯、28.5g冰乙酸、45g甲苯和4.5g磺酸催化剂,搅拌均匀,加热升温至55℃,加入60g过氧化氢,继续反应6.5h,反应结束后静置分层,洗涤有机层至中性,旋蒸2h,得到环氧化端羟基聚丁二烯。
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯95份、高密度聚乙烯10份、硬脂酸钙2份、炭黑2份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、抗氧剂3份、聚氨酯弹性体7.5份。
实施例3:一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):阻燃交联剂的制备步骤为:将0.2mol甲基膦酸二甲酯和0.2mol三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至150℃,保温反应2h,继续升温至190℃,反应4h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂。所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%。
步骤(2):将多羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,80℃下搅拌1h,再加入扩链剂,继续反应2h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体。
各组分用量为:以质量份计,多羟基聚丁二烯12份、环氧化端羟基聚丁二烯20份、聚氧化丙烯二醇40份、二苯基甲烷二异氰酸酯45份、二月桂酸二丁基锡2份、扩链剂8份。所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为1:3。
其中:所述多羟基聚丁二烯的制备步骤为:取100g端羟基聚丁二烯,120℃下真空脱水,降温至45℃,加入2g异戊烯醇、0.05g过氧化二苯甲酰和100g石油醚,搅拌均匀,氮气环境下升温至反应回流,继续反应4h,得到多羟基聚丁二烯。
环氧化端羟基聚丁二烯的制备步骤为:取30g端羟基聚丁二烯、28.5g冰乙酸、45g甲苯和4.5g磺酸催化剂,搅拌均匀,加热升温至55℃,加入60g过氧化氢,继续反应6h,反应结束后静置分层,洗涤有机层至中性,旋蒸2h,得到环氧化端羟基聚丁二烯。
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯95份、高密度聚乙烯10份、硬脂酸钙2份、炭黑2份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、抗氧剂3份、聚氨酯弹性体8份。
对比例1:一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):阻燃交联剂的制备步骤为:将0.2mol甲基膦酸二甲酯和0.2mol三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至150℃,保温反应2h,继续升温至190℃,反应4h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂。所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%。
步骤(2):将多羟基聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,80℃下搅拌1h,再加入扩链剂,继续反应2h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体。
各组分用量为:以质量份计,多羟基聚丁二烯12份、端羟基聚丁二烯20份、聚氧化丙烯二醇40份、二苯基甲烷二异氰酸酯45份、二月桂酸二丁基锡2份、扩链剂8份。所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为1:3。
其中:所述多羟基聚丁二烯的制备步骤为:取100g端羟基聚丁二烯,120℃下真空脱水,降温至45℃,加入2g异戊烯醇、0.05g过氧化二苯甲酰和100g石油醚,搅拌均匀,氮气环境下升温至反应回流,继续反应4h,得到多羟基聚丁二烯。
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯95份、高密度聚乙烯10份、硬脂酸钙2份、炭黑2份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、抗氧剂3份、聚氨酯弹性体8份。
以实施例3为对照,对比例1中并未引入环氧化端羟基聚丁二烯,以端羟基聚丁二烯替换,其余工艺不变。
对比例2:一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):阻燃交联剂的制备步骤为:将0.2mol甲基膦酸二甲酯和0.2mol三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至150℃,保温反应2h,继续升温至190℃,反应4h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂。所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%。
步骤(2):将多羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,80℃下搅拌1h,再加入扩链剂,继续反应2h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体。
各组分用量为:以质量份计,多羟基聚丁二烯12份、环氧化端羟基聚丁二烯20份、聚氧化丙烯二醇40份、二苯基甲烷二异氰酸酯45份、二月桂酸二丁基锡2份、扩链剂8份。所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为3:1。
其中:所述多羟基聚丁二烯的制备步骤为:取100g端羟基聚丁二烯,120℃下真空脱水,降温至45℃,加入2g异戊烯醇、0.05g过氧化二苯甲酰和100g石油醚,搅拌均匀,氮气环境下升温至反应回流,继续反应4h,得到多羟基聚丁二烯。
环氧化端羟基聚丁二烯的制备步骤为:取30g端羟基聚丁二烯、28.5g冰乙酸、45g甲苯和4.5g磺酸催化剂,搅拌均匀,加热升温至55℃,加入60g过氧化氢,继续反应6h,反应结束后静置分层,洗涤有机层至中性,旋蒸2h,得到环氧化端羟基聚丁二烯。
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯95份、高密度聚乙烯10份、硬脂酸钙2份、炭黑2份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、抗氧剂3份、聚氨酯弹性体8份。
以实施例3为对照,对比例2中调整阻燃交联剂与1,4-丁二醇的用量,其余工艺不变。
对比例3:一种阻燃型再生塑料的制备方法,制备方法具体为:
步骤(1):阻燃交联剂的制备步骤为:将0.2mol甲基膦酸二甲酯和0.2mol三羟乙基异氰尿酸酯混合,搅拌均匀,加入钛酸四丁酯,加热升温至150℃,保温反应2h,继续升温至190℃,反应4h,反应结束后无水乙醇洗涤,真空干燥,得到阻燃交联剂。所述钛酸四丁酯的用量为甲基膦酸二甲酯和三羟乙基异氰尿酸酯总量的0.5wt%。
步骤(2):将端羟基聚丁二烯、聚氧化丙烯二醇和四氢呋喃混合,氮气环境下加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,80℃下搅拌1h,再加入扩链剂,继续反应2h,反应结束后旋蒸除去溶剂,再浇注至模具中,50℃下真空固化,得到聚氨酯弹性体。
各组分用量为:以质量份计,端羟基聚丁二烯32份、聚氧化丙烯二醇40份、二苯基甲烷二异氰酸酯45份、二月桂酸二丁基锡2份、扩链剂8份。所述扩链剂为1,4-丁二醇和阻燃交联剂复配,所述1,4-丁二醇和阻燃交联剂的质量比为1:3。
步骤(3):取再生高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬脂酸钙、炭黑、马来酸酐接枝聚乙烯和抗氧剂混合,加入聚氨酯弹性体,搅拌均匀,熔融挤出,得到阻燃型再生塑料。
各组分用量为:以质量份计,再生高密度聚乙烯95份、高密度聚乙烯10份、硬脂酸钙2份、炭黑2份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、抗氧剂3份、聚氨酯弹性体8份。
以实施例3为对照,对比例3中仅采用端羟基聚丁二烯,其余工艺不变。
检测实验:
1、取实施例1~3、对比例1~3制备的再生塑料,注塑成型,制得哑铃状样品,注塑温度为180℃;参照GB/T1040-2006公开的方法测试拉伸强度,拉伸速率为50mm/min,标距为25mm。
2、取实施例1~3、对比例1~3制备的再生塑料,注塑压制成片状,注塑温度为180℃,样条厚度为1mm,规格为5型,120℃下热老化240h,重新测试拉伸强度,记录拉伸强度变化率。
3、参照GB/T2406.2-2009公开的方法,测试样品的极限氧指数,样品尺寸为50mm×150mm×1mm。
结论:对比例1在实施例3基础上中并未引入环氧化端羟基聚丁二烯,而是以端羟基聚丁二烯替换,因而与实施例3相比,产品的拉伸强度下降,热老化后拉伸强度变化率更大,但其阻燃性能基本没有下降;对比例2在实施例3基础上调整阻燃交联剂与1,4-丁二醇的用量,其拉伸强度存在下降,但下降幅度明显低于对比例1;且热老化性能也优于对比例1,同时,对比例2的产品阻燃性能下降;对比例3中在实施例3基础上仅采用端羟基聚丁二烯设置方案,产品的拉伸强度最差,且热老化后拉伸强度变化率最大,但该产品的阻燃性能较优异。
本发明公开了一种阻燃型再生塑料及其制备方法,方案制备了一种力学性能高、阻燃性能优异的再生聚乙烯塑料,且热老化后,依旧能保持较优异的力学性能,实用性较高。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。