专利名称：复合材料混合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料混合物及其制备方法，尤其涉及一种用于制备排水管的复合材料混合物及其制备方法。
背景技术：
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乙烯(PE)作为主要的包装材料，大量用于制造薄膜、塑料容器等，80%的聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)包装制品在一年内被废弃。据相关信息，2008年到2012年我国估算将有2000亿元投向污水处理管网的完善。 2010年计划污水再生利用的中水量要达到30%，需要专门铺设输送管道。建筑物内也需增加污水回用的中水管网设计。污水管网中的水泥管逐渐被塑料管道所取代，所以塑料排污管道每年所占的份额较大。以目前高密度聚乙烯(HDPE)排污管的生产形式，都是以原材料、回收料和增强助剂的混合，其成本较高，在现有的激烈市场竞争下，各企业把产品的质量降到了最低，从而导致大部分产品不符合国家标准，这样恶性循环对国家对社会造成巨大损失。另一方面，我国塑料包装薄膜行业经过20多年的发展，已形成一定规模，塑料包装业现位居第一包装，并且塑料包装行业每年按5%的速度在发展，塑料包装行业在包装市场中占有重要地位，以国民经济的建设起了积极作用。根据中国塑料加工工业协会资料显示，塑料包装行业中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜占20%的销售量，以2009年的生产量为例308.4万吨。因聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜上的油漆及助剂影响，它的再生利用率比较低，大部分采用填埋、焚烧、较少用于拉丝。由于大量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜和聚乙烯(PE)包装材料被浪费掉，这对环境的可持续发展是不利的，为了可持续发展战略实抓循环经济，也为了降低高密度聚乙烯(HDPE)排污管的成本，现有技术尝试将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与聚乙烯(PE)，尤其是和高密度聚乙烯(HDPE)混合使用，这样可以既充分利用了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜，有利于环境的可持续发展，又降低了高密度聚乙烯(HDPE)排污管的生产成本，但是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与HDPE本身是不相容的，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的三维溶解度参数为 5d = 9. 54(y/cm3)l/2, δ ρ、= 1. 7 (y/cm3) 1/2、5h = 4. 2(J/cm)，而聚乙烯(PE)的三维溶解度参数为 5d = 8. 61 (y/cm3) 1/2, δρ = 0、5h = 0。根据计算，Spet-Spe = 4.63 (y/cm3) 1/2，这个值相当大。从聚合物的相容性理论可知，PET和HDPE两者在热力学上显然是不相容的。因此，目前并不能找到很好的办法将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与聚乙烯(PE)
混合ο
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种制备排水管用的复合材料混合
4物，通过将废旧的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜和聚乙烯(PE)包装材料共混，制成聚合物合金，从而提高废旧材料的力学性能，达到排水管性能要求，进而解决现在排水管道高成本低质量的现实情况，并且也可以解决现在废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜及废聚乙烯(PE)包装材料的再利用，从而获得良好的使用价值和社会价值。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备排水管用复合材料混合物，其特征在于包含聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增粘剂、抗冲击改性剂和相容剂。其中，所述复合材料混合物进一步优选仅由聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、抗冲击改性剂、增粘剂和相容剂构成。其中，所述复合材料中各成分的重量份数比为，所述聚乙烯优选为60-80重量份， 所述聚对苯二甲酸乙二醇酯优选为20-40重量份、所述增粘剂优选为0. 1-0. 5重量份、所述抗冲击改性剂优选为4-8重量份，所述相容剂优选为5-10重量。其中，所述复合材料混合物的拉伸强度为至少为36Mpa，断裂伸长率为至少为 300%，冲击强度至少为65Kj/m2。其中，所述增粘剂可以为ADR_4370(BASF公司生产)，所述抗冲击改性剂可以是热塑性弹性体，并进一步可以是SEBS rei9MX(Kraton公司生产)，所述相容剂可以为 fusabond E MBIOOD/Elvaloy PTW(美国杜邦生产)。其中，所述聚乙烯可以是回收的聚乙烯(PE)包装材料，优选为高密度聚乙烯 (HDPE)，更进一步优选回收的高密度聚乙烯(HDPE)包装材料，更进一步优选高密度聚乙烯 (HDPE)吹塑级回收料、高密度聚乙烯(HDPE)注塑级回收料。其中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可以是回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)印刷膜。其中，所述复合材料混合物还可以包含其他助剂，如增强剂=CaCO3、滑石粉等，润滑剂如石蜡，黑色母等，本发明还提供了一种制备上述复合材料混合物的方法，其特征在于第一步，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯投入造粒机中，在造粒机机内形成聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒；第二步，将所述聚乙烯投入破碎机中，经破碎机破碎后形成聚乙烯颗粒；第三步，将第一步中制成的所述聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒、第二步制备的所述聚乙烯颗粒、所述增粘剂、所述相容剂、所述抗冲击改性剂以及必要的其他助剂按比例投入混炼机中，在混炼机中搅拌获得混合物；第四步，将第三步中搅拌后获得的混合物在双螺杆设备中挤出造粒，制备复合材料混合物产品。其中，所述第一步中的制备聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒步骤进一步包含如下两
止
少，第一步，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯在所述造粒机中高速搅拌，经所述造粒机的转刀刃和固定刀刃的剪切作用形成碎片，在搅拌过程中所述碎片逐渐变成半塑化状态，并相互粘连；第二步，将水喷淋到第一步中的粘连的聚对苯二甲酸乙二醇酯，防止粘连的聚对苯二甲酸乙二醇酯结块，在所述造粒机的转刀刃和固定刀刃的破碎作用下切碎成聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒。所述第二步中制备的聚乙烯颗粒步骤进一步包含如下两步，第一步，所述聚乙烯先清洗，确保聚乙烯干净不影响其改性料的性能；第二步，将清洗干净后的聚乙烯切割成大小均勻的块，然后放入上述的破碎机中， 将其破碎成颗粒。其中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可以是回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)印刷膜。其中，所述聚乙烯可以是回收的聚乙烯(PE)包装材料，优选为高密度聚乙烯 (HDPE)，更进一步优选回收的高密度聚乙烯(HDPE)包装材料，更进一步优选高密度聚乙烯 (HDPE)吹塑级回收料、高密度聚乙烯(HDPE)注塑级回收料。其中，所述第三步的混炼过程中，混炼机的混炼温度优选是80-100°C，搅拌速度优选为735-765r/min、搅拌时间优选是10_30min。其中，所述第四步中，双螺杆设备的温度优选为1区100-110°C、2区175_185°C、 3 区 195-205 °C、4 区 210-225 °C、5 区 230-240 °C、6 区 240-250 °C、7 区 250-265 °C、8 区 250-260 °C、9区260-265 °C、机头250-260 °C，熔体压力最高设定14Mpa ；螺杆转速 400-450rpm ；喂料转速27_35rpm ；切粒机转速270-3lOrpm。 其中，所述造粒机优选化纤型高速造粒机。制备聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒具体工艺如下将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 投入化纤型高速造粒机的机器锅体内后，搅拌过程中，在高速造粒机的高速旋转的转刀刃和固定刀刃的剪切作用，使聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)很快被切成碎片，切碎后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在化纤型高速造粒机的转刀盘的离心力作用下沿锅体内壁面流动，同时受下浆作用物料上下翻动，由四周向锅体中心方向运动，由于在高速下聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)碎片本身之间的摩擦以及与化纤型高速造粒机的锅壁和刀片的摩擦产生了大量摩擦热，使聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)碎片温度迅速上升达到半塑化状态，互相粘连成小块，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)碎片将要结块前，将预先准备的水全部喷淋入物料中，冷水遇到热的物料，迅速气化，带走物料表面热量，这样使物料表面急剧冷却防止结块，然后经转刀刃和定刀刃间的破碎作用使之切碎成为大小不齐不规则的颗粒。本发明还进一步提供了一种采用上述的复合材料混合物制备排水管的方法，其特征在于第一步，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯投入造粒机中，在造粒机内形成聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒；第二步，将所述聚乙烯投入破碎机中，经破碎机破碎后形成聚乙烯颗粒；第三步，将第一步中制成的所述聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒、第二步制备的所述聚乙烯颗粒、所述增粘剂、所述相容剂、所述抗冲击改性剂以及必要的其他助剂按比例投入混炼机中，在混炼机中搅拌获得混合物；第四步，将第三步中搅拌后获得的混合物在双螺杆设备中挤出造粒，制备复合材料混合物产品；第五步，将第四步中制备的复合材料混合物产品在塑料挤塑成型机挤出成型，获得排水管产品。
本发明还提供了上述复合材料混合物在排水管中的应用。本发明还提供了采用上述复合材料混合物制备的排水管，特别是采用上述复合材料制备的用于排水排污的高密度聚乙烯(HDPE)缠绕管、波纹管、增强钢带波纹管等。聚乙烯(PE)具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性，其不吸湿并具有良好的防水蒸汽性，可用于包装用途，作为聚乙烯(PE)的一种，高密度聚乙烯(HDPE)是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，原态高密度聚乙烯(HDPE)的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状，高密度聚乙烯(HDPE)具有良好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适合用于电线电缆，具有中等级或高等级的分子量的高密度聚乙烯(HDPE)具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120°C，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。本发明通过对这两种本身并不相容的物质，采用新的相溶剂和抗冲击改性剂，解决了界面不相容问题，从而对聚乙烯(PE)包装材料和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜发生了改性，使形成的复合材料混合物的力学性能远远大于聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的要求，使由复合材料混合物形成的排水管的性能超过聚乙烯(PE)排水管和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)排水管的5倍，比如，直径75mm的单壁PET/PE管显示 5678Pa的平均初始刚度，可以和直径为IOOmm的HDPE管相媲美，超过了刚度为20001 的限制，由复合材料混合物形成的排水管与同米重的HDPE排水管的环刚度至少提高40%、环柔性均通过、成本降低30%，聚乙烯(PE)包装材料和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷膜的回收利用属于循环经济，不会对环境造成额外的负担，具有较好的经济和社会效益，所形成的复合材料混合物同时具有聚乙烯(PE)材料和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料本身的特点和优点，使生产出的产品更加具有稳定性，耐用性和经济性，加入相应的助剂研制出的排水管道专用料比原来的生产配方，成本低，产品的环刚度提高40%。
图1为本发明实施例复合材料混合物在正偏光显微镜下的照片；图2为本发明实施例复合材料混合物在扫描电镜下的照片。
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明所采用的主要设备如下化纤型高速造粒机HR-450，平阳县宏瑞塑料机械厂制造；破碎机SWP^O，青岛德意利塑料机械有限公司制造；高速混合机300L，南京橡塑厂制造；双螺杆挤出设备SHJ-65L/D40，南京橡塑厂制造；塑料摆锤冲击试验机，深圳新三思检测仪器有限公司制造；
电子万能试验机，深圳新三思检测仪器有限公司制造；偏光显微镜，OLYMPUS BH-2型，日本；差示扫描量热仪，DSC-7型，美国PE公司制造；扫描电镜，HITACHI S-520型，日本；塑料注塑成型机HXE，宁波海雄机械有限公司制造；环刚度试验机XHG-I A，承德市金建检测仪器有限公司制造；转矩流变仪HAAKE Polylab 0S，德国哈克。实施例1将120kg聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷单膜投入化纤型高速造粒机HR-450 的机器锅体内后，搅拌过程中，在高速造粒机的高速旋转的转刀刃和固定刀刃的剪切作用， 使聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷单膜很快被切成碎片，切碎后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷单膜在化纤型高速造粒机的转刀盘的离心力作用下沿锅体内壁面流动，同时受下浆作用物料上下翻动，由四周向锅体中心方向运动，由于在高速下聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷单膜的碎片本身之间的摩擦以及与化纤型高速造粒机的锅壁和刀片的摩擦产生了大量摩擦热，使聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷单膜碎片温度迅速上升达到半塑化状态，互相粘连成小块，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)印刷单膜碎片将要结块前，将预先准备的水全部喷淋入物料中，冷水遇到热的物料，迅速气化，带走物料表面热量，这样使物料表面急剧冷却防止结块，然后经转刀刃和定刀刃间的破碎作用使之切碎成为大小不齐不规则的120kg聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒1。实施例2将200kg高密度聚乙烯(HDPE)吹塑级回料通过水枪人工清洗干净后放入破碎机中，物料在破碎机中通过破碎机的三个动刀和两个定刀快速旋转，把HDPE吹塑级回料切割机不同大小的小块，然后通过破碎机下面的筛子将破碎后的料块过滤出来得到大小相同的颗粒200kg。实施例3将实施例1制备的20kg聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒1、实施例2制备的60kg高密度聚乙烯(HDPE)吹塑级回料颗粒1、相容剂fusabond E MBIOOD/Elvaloy PTW(美国杜邦生产Mkg、抗冲击改性剂SEBS FG1924X(Kraton公司生产)4kg、增粘剂 PR-4370 (BASF公司生产)0. 3kg放在高速混炼机300L中搅拌，其中锅机温度80°C、搅拌速度735r/min、搅拌时间lOmin，制得混合物1。实施例4将实施例3制备的混合物放入双螺杆挤出设备SHJ-65L/D40，进行挤出造粒，其中双螺杆设备的温度优选为1区110°C、2区185°C、3区205°C、4区225°C、5区2!35°C、6区 245°C、7区255°C、8区250°C、9区260°C、机头255°C，熔体压力最高设定14Mpa ；螺杆转速 450rpm ；喂料转速27rpm ；切粒机转速278rpm，经挤出造粒，获得复合材料混合物1。实施例5将实施例4制备的复合材料混合物1在塑料注塑成型机HEX挤出成型，获得排水管产品1。实施例6
将实施例2中的高密度聚乙烯(HDPE)吹塑级回料替换为高密度聚乙烯(HDPE)注塑级回料200kg，进行实施例2中的制备过程，获得190kg高密度聚乙烯(HDPE)注塑级回料颗粒2。实施例7将实施例1制备的40kg聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒1、实施例6制备的80kg高密度聚乙烯(HDPE)注塑级回料颗粒2、相容剂fusabond EMBIOOD/Elvaloy PTW(美国杜邦生产)10kg、抗冲击改性剂SEBS FG1924X (Kraton公司生产)8kg、增粘剂 PR-4370 (BASF公司生产)0. 5kg放在高速混炼机300L中搅拌，其中锅机温度80°C、搅拌速度735r/min、搅拌时间lOmin，制得混合物2。实施例8采用与实施例4相同的方式获得复合材料混合物2。实施例9采用与实施例5相同的方式获得排水管产品2。效果对比1.表1显示了用专用料生产的波纹管与原单纯HDPE管料生产的波纹管性能对比表 权利要求
1.一种制备排水管用复合材料混合物，其特征在于包含聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、抗冲击改性剂、增粘剂和相容剂。
2.如权利要求1所述的复合材料混合物，其特征在于所述复合材料混合物仅由聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、抗冲击改性剂、增粘剂和相容剂混合而成。
3.如权利要求1或2所述的复合材料混合物，其特征在于所述复合材料中各成分的重量份数比为所述聚乙烯为60-80重量份，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯为20-40重量份、所述增粘剂为0. 1-0. 5重量份、所述抗冲击改性剂为4-8重量份，所述相容剂为5-10重量份。
4.如权利要求1至3任一项所述的复合材料混合物，其特征在于所述复合材料混合物的拉伸强度至少为36Mpa，断裂伸长率至少为300%，冲击强度至少为65Kj/m2。
5.如权利要求1至4任一项所述的复合材料混合物，其特征在于所述抗冲击改性剂是SEBS FG19MX，所述相容剂是fusabond E MBIOOD/Elvaloy PTW，所述增粘剂是 ADR-4370。
6.一种制备权利要求1至5任一项所述的复合材料混合物的方法，其特征在于第一步，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯投入造粒机中，在造粒机内形成聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒；第二步，将所述聚乙烯投入破碎机中，在破碎机内经破碎形成聚乙烯颗粒； 第三步，将第一步中制成的所述聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒、第二步制备的所述聚乙烯颗粒、所述相容剂、所述增粘剂、所述抗冲击改性剂以及必要的其他助剂按比例投入混炼机中，在混炼机中搅拌获得混合物；第四步，将第三步中搅拌后获得的混合物在双螺杆设备中挤出造粒，制备复合材料混合物产品。
7.如权利要求6所述的复合材料混合物的制备方法，其特征在于所述第一步中的制备聚对苯二甲酸乙二醇酯泡粒步骤包含如下两步，第一步，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯在所述造粒机中搅拌，经所述造粒机的转刀刃和固定刀刃的剪切作用形成碎片，在搅拌过程中所述碎片逐渐变成半塑化状态，并相互粘连；第二步，将水喷淋到第一步中的粘连的聚对苯二甲酸乙二醇酯，防止粘连的聚对苯二甲酸乙二醇酯结块，在所述造粒机的转刀刃和固定刀刃的破碎作用下切碎成聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒。所述第二步中制备的聚乙烯颗粒步骤进一步包含如下两步， 第一步，所述聚乙烯先清洗，确保聚乙烯干净不影响其改性料的性能； 第二步，将清洗干净后的聚乙烯切割成大小均勻的块，然后放入所述的破碎机中，在所述造粒机的转刀刃和固定刀刃的破碎作用下切碎成聚乙烯颗粒。
8.一种采用权利要求1至5任一项所述的复合材料混合物制备排水管的方法，其特征在于第一步，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯投入造粒机中，在造粒机内形成聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒；第二步，将所述聚乙烯投入造粒机中，在造粒机内形成聚乙烯颗粒； 第三步，将第一步中制成的所述聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒、第二步制备的所述聚乙烯颗粒、所述相容剂、所述增粘剂、所述抗冲击改性剂以及必要的其他助剂按比例投入混炼机中，在混炼机中搅拌获得混合物；第四步，将第三步中搅拌后获得的混合物在双螺杆设备中挤出造粒，制备复合材料混合物产品；第五步，将第四步中制备的复合材料混合物产品在塑料注塑成型机挤出成型，获得排水管产品。
9.如权利要求1至5所述的复合材料混合物在排水管中的应用。
10.采用权利要求1至5任一项所述的复合材料混合物制备的排水管。
全文摘要
本发明提供了一种制备排水管用复合材料混合物，其包含聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、抗冲击改性剂增粘剂和相容剂。所述复合材料混合物中各成分的重量份数比为，聚乙烯60-80重量份，聚对苯二甲酸乙二醇酯20-40重量份、增粘剂0.1-0.5重量份，抗冲击改性剂4-8重量份，相容剂5-10重量份。本发明通过对这两种本身并不相容的聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，采用新的相溶剂，解决了界面不相容问题，使形成的复合材料混合物的力学性能远远大于聚乙烯PE和聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的要求，比HDPE管道料的拉伸强度提高40％、弯曲模量提高200％，冲击性能不变，研制出的排水管专用材料比原来的生产配方，成本低，产品的环刚度提高40％。
文档编号C08L23/06GK102153800SQ201110042319
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者杨立君, 田鸣, 程伍季, 铉颖 申请人:青岛致远帕克塑料有限公司