CN104312112B - 一种聚酯聚乙烯合金塑料管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料加工领域，特别涉及聚酯聚乙烯合金塑料管材及其制备方法，聚酯聚乙烯合金塑料管材主要以PET、PE、相容剂以及抗氧剂为原料制成；相容剂为马来酸酐接枝PE或马来酸酐接枝POE，抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076；很好的解决了PET和PE不相容的问题，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材具有力学性能较高，能够满足工程预埋管、穿线管等诸多领域；并且在制备过程中不需要对PET进行干燥，节省大量人力物力。该制备方法简单易行，且制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材力学性能较高；此外，本发明使用连续挤出，即把熔融的混合物制成管材，既能减小材料性能下降，也能减小二次加热的能量。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，具体而言，涉及一种聚酯聚乙烯合金塑料管材及其制备方法。
背景技术
PET塑料在包装领域中具有广泛的应用，无论是包装膜、卷材、还是啤酒瓶，都使用PET塑料。但是当这些材料被废弃时，面临着如何处理的问题。
在底特律举办的SPE全球塑料环境年会(GPEC)上，推出了由聚乙烯及回收的PET制成的合金材料，令人瞩目。
目前，EremaNorthAmerica公司与欧洲的3家生产商进行合作，使用Erema公司的Vacurema连续性固化反应器，在真空状态下对PET进行加热和干燥，以恢复其特性粘度，然后用带结晶干燥器的排气式双螺杆挤出机挤出造粒。
已被西班牙的SPBernerPlasonSL公司收购的SpalexS.A.公司曾在挤出机里，用5层和7层PE保护膜碎片与PET卷材制作合金材料。他们将这种混合物挤压成单丝，做成刷子毛。据说，这种单丝的性能可与尼龙相媲美，但价格要比尼龙低廉得多。由于共挤膜碎片中含有大量的EVA粘结层，正好可以作为PET和LDPE的相容剂。
比利时的InnovaPackagiySystemN.V.(I.P.S.)公司先将回收的PET卷材与HDPE(75/25)及各种助剂在挤出机中进行混合制得合金材料，然后将这种合金材料模制成灰黑色运输用托盘。I.P.S.公司所使用的PET/PE合金模制生产线包括Ereman的Vacurema装置、结晶干燥器、挤出机以及注塑机。在这条生产线上，PET从固化器流出时的温度为392°F，然后再进入温度为450°F(PET的加工温度)的挤出机中，同时，把PE和相容剂加到挤出机内，最后将熔融物料送入注射机中，成型出塑料托盘。这种塑料托盘的价格与用木材制得的产品差不多。该公司的PET/PE托盘每件售出价格为6～8欧元，而木制托盘的价格为5欧元。
英国的DellevePlastics公司生产出了合格的PET/HDPE双壁波纹管材，该材料由PET/HDPE合金和一种相容剂及冲击改性剂制作而成。PET/HDPE合金技术使DellevePlastics公司能够充分利用其内部的残次品再循环材料。但是，生产PET/HDPE双壁波纹管材的关键技术是奥地利Erema开发了固态增粘技术—Erema的T-DD技术，该技术成功地将挤出机及其敏感的喂料进料区进行防护，使产品的质量不受下列因素影响：水分及水分波动、原料密度比率的差异、非常大的喂料量、喂入料的温度不均性等，而Erema的T-DD设备非常昂贵，维护费用高。
国内很多科研院所和企业也做了大量的工作。比如，福建师范大学张华集教授(张华集等。rPET/mLLDPE/MAH-g-POE复合材料的制备及性能研究，工程塑料应用，2010年,第38卷,第12期，P4-P7)，以回收聚对苯二甲酸乙二酯(rPET)瓶料为基体材料，茂金属线性低密度聚乙烯(mLLDPE)为增韧材料，马来酸酐接枝(乙烯/辛烯)共聚物(MAH-g-POE)为增容剂，制得rPET/mLLDPE/MAH-g-POE复合材料。未添加MAH-g-POE时,rPET/mLLDPE复合材料的拉伸强度为32.60MPa，断裂伸长率为15.67％,随着MAH-g-POE含量的增加，rPET/mLLDPE/MAH-g-POE复合材料的拉伸强度下降,而断裂伸长率则大幅度上升。当MAH-g-POE的质量分数为5％时,其断裂伸长率达到峰值，为112.17％。
上海宝利纳材料科技有限公司申报的“基于回收瓶片的PET合金塑料的后续开发及市场化”项目于2009年6月获得2009年度全国科技型中小企业技术创新资金立项。根据资料介绍，该公司研制的PET/PE合金有很多牌号，拉伸强度最大为45MPa，断裂伸长率最大为103％。但材料加工需要在107℃、4个小时的干燥处理。
此外，还有很多机构把主要精力放在PET/PE合金相容剂的研究上，这些机构的很多科研成果属于探索阶段，使用的PE也大都是原包料(非再生)，没有工业化产品，当然也没有加工管道产品。
综上，现有技术显示，很多机构只是做PET/PE合金的研究或者PET和PE相容剂的研究等；并且这些研究，都需要对PET进行干燥处理，而制得的材料的力学性能一般，比如断裂伸长率等。而力学性能是衡量材料的好坏重要依据，这与制备PET/PE合金的相容剂和制备工艺直接相关，这说明现有技术没有很好的解决相容剂和制备工艺。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种聚酯聚乙烯合金塑料管材，所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材主要以PET、PE、相容剂以及抗氧剂为原料制成，特别选用马来酸酐接枝PE或马来酸酐接枝POE作为相容剂，抗氧剂1010或抗氧剂1076作为抗氧剂，很好的解决了PET和PE不相容的问题，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材具有力学性能较高，并且不需要对PET进行干燥，节省大量人力物力。
本发明的第二目的在于提供一种所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材的制备方法，该方法是将所有的原料一起混匀后制成熔融的混合物，然后制成管材，方法简单易行，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材具有力学性能较高；并且使用连续挤出，即把熔融的混合物制成管材，既能减小材料性能下降，也能减小二次加热的能量。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种聚酯聚乙烯合金塑料管材，主要以PET、PE、相容剂以及抗氧剂为原料制成；
其中，所述PET与所述PE的重量比为5～1：1，所述相容剂的添加量为所述PET与所述PE总重量的3％～10％，所述抗氧剂的添加量为所述PET与所述PE总重量的1％～3％；
所述相容剂为马来酸酐接枝PE或马来酸酐接枝POE，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。
由于回收的PET粘度下降太多，不适合直接加工产品；而降级使用后，产品附加值极低；现有的做PET/PE合金的研究或者PET和PE相容剂的研究等，在PET/PE合金的制备过程中都需要对PET进行干燥处理，并且制得的材料的力学性能如断裂伸长率等一般。针对于此，本发明提供的聚酯聚乙烯合金塑料管材主要以PET、PE、相容剂以及抗氧剂为原料制成，特别选用马来酸酐接枝PE或马来酸酐接枝POE作为相容剂，抗氧剂1010或抗氧剂1076作为抗氧剂，很好的解决了PET和PE不相容的问题，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材具有力学性能较高，能够满足工程预埋管、穿线管等诸多领域；并且在制备过程中不需要对PET进行干燥，节省大量人力物力。
优选地，所述PET与所述PE的重量比为4～2：1。该配比的PET与PE制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材的力学性能更优。
为了使得到的聚酯聚乙烯合金塑料管材的力学性能更优，优选地，所述相容剂的添加量为所述PET与所述PE总重量的5％～8％。
经验证，相容剂选用马来酸酐接枝POE时，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材的力学性能更优，优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝POE
进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1076。经验证，抗氧剂选用抗氧剂1076时，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材的力学性能更优。
优选地，所述PET为PET瓶片，所述PET瓶片是将回收的PET瓶经粉碎，清洗，烘干而得。选用回收的PET瓶作为原料，既能降低生产成本，又能将废弃的材料进行回收利用，解决PET瓶回收问题，减小塑料对环境的破坏，减轻环境的压力。
优选地，所述PE是将回收的PE材料经粉碎、清洗而成。选用回收的PE材料作为原料，既能降低生产成本，又能将废弃的材料进行回收利用，解决PT材料的回收问题，减轻环境的压力。
本发明还提供了上述聚酯聚乙烯合金塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将PET、PE、相容剂以及抗氧剂一起搅拌混合3～8min，搅拌的速度为180-250r/min，温度为22-28℃；
(b)、将混合完成的原料制成熔融的混合物；
(c)、把熔融的混合物制成管材。
相对于现有的方法，如EremaNorthAmerica公司与欧洲的3家生产商进行合作的制备回收的PET的方法，SpalexS.A.公司提供的使用PE保护膜碎片与PET卷材制作合金材料的方法，比利时的InnovaPackagiySystemN.V.(I.P.S.)公司提供的使用回收的PET卷材与HDPE的制备合金材料的方法，英国的DellevePlastics公司制备PET/HDPE双壁波纹管材的方法，本发明提供的聚酯聚乙烯合金塑料管材的制备方法，简单易行，且制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材力学性能较高；此外，本发明使用连续挤出，即把熔融的混合物制成管材，既能减小材料性能下降，也能减小二次加热的能量。
经验证，采用同向双螺杆挤出机将各原料成分融合的更好，且更为均一。优选地，在步骤(b)中，采用同向双螺杆挤出机将混合完成的原料制成熔融的混合物。
进一步地，在步骤(b)中，所述同向双螺杆挤出机的料筒温度分别为160℃～200℃、200℃～230℃、200℃～260℃、230℃～280℃、230℃～290℃,模头温度为220℃～280℃。这样将各原料经逐渐加温，使各成分融合的更好，且更为均一。
优选地，在步骤(c)中，把熔融的混合物流入管材挤出机料斗以制得管材；
其中，料筒温度分别为180℃～230℃、200℃～250℃、200℃～280℃,模头温度为200℃～270℃。
通常管材加工使用的是颗粒材料，但考虑到PET水解和老化，本发明使用连续挤出，即把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得管材。直接将熔融的混合物制备管材，既能减小材料性能下降，也能减小二次加热的能量。此外，经验证，使用该料筒的温度，能逐渐的将熔融的材料再次升温，使混合后材料融合的更好，制得的管材的性能更优越。
优选地，在步骤(c)中，管材制备中的牵引速度为0.1m/min～1.0m/min。以该牵引速度制得的管材力学性能更优异。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的聚酯聚乙烯合金塑料管材主要以PET、PE、相容剂以及抗氧剂为原料制成，特别选用马来酸酐接枝PE或马来酸酐接枝POE作为相容剂，抗氧剂1010或抗氧剂1076作为抗氧剂，很好的解决了PET和PE不相容的问题，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材具有力学性能较高；
(2)不需要对PET进行干燥处理，而且制得聚酯聚乙烯合金塑料管材的力学性能较高，当PET与PE的重量比为4～2：1时，得到的聚酯聚乙烯合金塑料管材的拉伸强度均在30MPa以上，冲击强度在30KJ/m2以上，断裂伸长率大于150％；
(3)本发明提供的聚酯聚乙烯合金塑料管材的制备方法，该方法是将所有的原料一起混匀后制成熔融的混合物，然后制成管材，方法简单易行，制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材具有力学性能较高；
(4)本发明使用连续挤出，即把熔融的混合物制成管材，既能减小材料性能下降，也能减小二次加热的能量；
(5)本发明加工的聚酯聚乙烯合金塑料管材，不仅可以应用于排水管，也可以应用于双层共挤给水管。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例1
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为1：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的10％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的3％；其中，相容剂为马来酸酐接枝PE，抗氧剂为抗氧剂1076；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合8min，搅拌的速度为180r/min，温度为22℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中，料筒温度分别为200℃、230℃、260℃、280℃、290℃,模头温度为280℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为230℃、250℃、280℃,模头温度为270℃，牵引速度0.1m/min。
实施例2
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为2：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的8％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的2％；其中，相容剂为马来酸酐接枝POE，抗氧剂为抗氧剂1010；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合5min，搅拌的速度为200r/min，温度为25℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中料筒温度分别为180℃、210℃、230℃、260℃、270℃,模头温度为240℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为210℃、230℃、250℃,模头温度为240℃，牵引速度0.5m/min。
实施例3
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为2：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的8％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的2％；其中，相容剂为马来酸酐接枝POE，抗氧剂为抗氧剂1076；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合5min，搅拌的速度为200r/min，温度为25℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中料筒温度分别为180℃、210℃、230℃、260℃、270℃,模头温度为240℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为210℃、230℃、250℃,模头温度为240℃，牵引速度0.5m/min。
实施例4
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为4：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的5％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的2％；其中，相容剂为马来酸酐接枝PE，抗氧剂为抗氧剂1010；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合5min，搅拌的速度为200r/min，温度为24℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中，料筒温度分别为170℃、210℃、230℃、250℃、260℃,模头温度为240℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为200℃、230℃、250℃,模头温度为230℃，牵引速度0.4m/min。
实施例5
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为4：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的5％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的2％；其中，相容剂为马来酸酐接枝POE，抗氧剂为抗氧剂1010；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合5min，搅拌的速度为200r/min，温度为24℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中，料筒温度分别为170℃、210℃、230℃、250℃、260℃,模头温度为240℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为200℃、230℃、250℃,模头温度为230℃，牵引速度0.4m/min。
实施例6
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为4：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的5％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的2％；其中，相容剂为马来酸酐接枝POE，抗氧剂为抗氧剂1076；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合5min，搅拌的速度为200r/min，温度为24℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中，料筒温度分别为170℃、210℃、230℃、250℃、260℃,模头温度为240℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为200℃、230℃、250℃,模头温度为230℃，牵引速度0.4m/min。
实施例7
PET瓶片制备：将回收的PET瓶采用张家港联冠环保科技有限公司的PET清洗生产线，粉碎，清洗，烘干，得到PET瓶片；
PE制备：将回收的PET瓶盖(材质为PE)、PE薄膜、PE中空桶等粉碎、清洗；
配方选择：PET与PE的重量比为5：1，相容剂的添加量为PET与PE总重量的3％，抗氧剂的添加量为PET与PE总重量的1％；其中，相容剂为马来酸酐接枝POE，抗氧剂为抗氧剂1076；
将PET、PE、相容剂以及抗氧剂放在高速搅拌机内，一起搅拌混合3min，搅拌的速度为250r/min，温度为28℃；
再将混合料置于同向双螺杆挤出机中熔融挤出,其中料筒温度分别为160℃、200℃、200℃、230℃、230℃,模头温度为220℃；
把熔融的混合物流入管材挤出机料斗制得聚酯聚乙烯合金塑料管材，其中料筒温度分别为180℃、200℃、200℃,模头温度为200℃，牵引速度1.0m/min。
将实施例1-7制得的聚酯聚乙烯合金塑料管材进行性能测试，得到的结果如表1所示，其中，管材测试标准为：
(1)拉伸强度和断裂伸长率：GB/T8804.3-2003热塑性塑料管材拉伸性能测定第3部分：聚烯烃管材
(2)冲击强度：GB/T1043.1-2008塑料简支梁冲击性能的测定
表1各实施例制得的管材参数的测定
从表1可以看出，本发明提供的聚酯聚乙烯合金塑料管材，与现有的PET合金塑料相比，其断裂伸长率有了较大的提升，拉伸强度和冲击强度的性能较好，得到的聚酯聚乙烯合金塑料管材的力学性能整体上有很大的提高。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (6)
1.一种聚酯聚乙烯合金塑料管材，其特征在于，主要以PET、PE、相容剂以及抗氧剂为原料制成；
其中，所述PET与所述PE的重量比为5～1：1，所述相容剂的添加量为所述PET与所述PE总重量的5％～8％，所述抗氧剂的添加量为所述PET与所述PE总重量的1％～3％；
所述相容剂为马来酸酐接枝PE或马来酸酐接枝POE，所述抗氧剂为抗氧剂1076；
所述聚酯聚乙烯合金塑料管材通过以下方法制备：
(a)、将PET、PE、相容剂以及抗氧剂一起搅拌混合3～8min，搅拌的速度为180-250r/min，温度为22-28℃；
(b)、将混合完成的原料制成熔融的混合物；
(c)、把熔融的混合物制成管材；
在步骤(b)中，采用同向双螺杆挤出机将混合完成的原料制成熔融的混合物；
在步骤(b)中，所述同向双螺杆挤出机的料筒温度分别为160℃～200℃、200℃～230℃、200℃～260℃、230℃～280℃、230℃～290℃,模头温度为220℃～280℃；
在步骤(c)中，把熔融的混合物流入管材挤出机料斗以制得管材；
其中，料筒温度分别为180℃～230℃、200℃～250℃、200℃～280℃,模头温度为200℃～270℃。
2.根据权利要求1所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝POE。
3.根据权利要求1-2任一项所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材，其特征在于，所述PET为PET瓶片，所述PET瓶片是将回收的PET瓶经粉碎，清洗，烘干而得。
4.根据权利要求1-2任一项所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材，其特征在于，所述PE是将回收的PE材料经粉碎、清洗而成。
5.权利要求1-4任一项所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、将PET、PE、相容剂以及抗氧剂一起搅拌混合3～8min，搅拌的速度为180-250r/min，温度为22-28℃；
(b)、将混合完成的原料制成熔融的混合物；
(c)、把熔融的混合物制成管材；
在步骤(b)中，采用同向双螺杆挤出机将混合完成的原料制成熔融的混合物；
在步骤(b)中，所述同向双螺杆挤出机的料筒温度分别为160℃～200℃、200℃～230℃、200℃～260℃、230℃～280℃、230℃～290℃,模头温度为220℃～280℃；
在步骤(c)中，把熔融的混合物流入管材挤出机料斗以制得管材；
其中，料筒温度分别为180℃～230℃、200℃～250℃、200℃～280℃,模头温度为200℃～270℃。
6.根据权利要求5所述的聚酯聚乙烯合金塑料管材的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，管材制备中的牵引速度为0.1m/min～1.0m/min。
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