专利名称：一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料加工领域，涉及以炭黑改性的回收塑料制备导电塑料，尤 其涉及以回收苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯或聚丙烯为基体的环保型导电塑料及 其制备方法。
背景技术：
近年来中国塑料的消费一直保持两位数的增长速度，至2000年全世界塑料总产 量已超过11000万吨，并且每年还已8%左右的增长速度继续增加，2005年我国塑料制品需 求量达到2500吨。大量塑料制品方便了人类的生产与生活，同时也将会产生越来越多的聚 合物废料，全球废弃高分子材料的数量已达到4000万吨，引发严重的“白色污染”问题。我 国每年大约有1400万吨废旧塑料没有得到回收利用，回收利用率只有25%，直接资源浪费 高达280亿元/年。因此充分利用废旧塑料和减少环境污染将会日益受到重视。塑料性能优异、加工方便、用途广泛，具有良好的绝缘性，使它成为诸如雷达等高 频设备必不可少的材料，但绝缘特性好也相应地引入了静电积聚的问题。由于大多数塑料 具有较低的表面电导率，因而不能将电荷迅速释放掉，这样在塑料制品的使用过程中，静电 电荷又带来了各种麻烦，甚至导致严重的危险，例如使塑料制品表面出现严重的积垢，静电 吸尘后会影响唱片的放音质量，塑料地板因静电而使人感到“电击”现象，塑料膜，包装袋之 间因静电黏着而影响正常生产，静电荷大量积累而产生放电火花，甚至可以引燃空气与尘 埃或有机溶剂混合物成为许多破坏性爆炸事故的成因。因此，对于在有引火或爆炸危险的 环境中使用塑料制品应采用抗静电处理以提高其导电性。目前主要使用抗静电剂、添加导 电填料制备聚烯烃类、聚氯乙烯、ABS等抗静电塑料。早期的抗静电材料通常使用金属及其复合材料，虽然这类材料具有较好的屏蔽效 能，但是其弹性低、密度大、易腐蚀、难以调节、成本高、再生能力差。而导电高分子材料具有 质量轻、易成型、生产效率高、成本低及电导率容易调节等优点。20年世纪80年代以来，导 电塑料逐渐代替金属在计算机和一些电子设备外壳材料上开始应用。以回收塑料为基体的 导电塑料也必将凭借其优良的性价比和强大的环保作用立足于市场。目前，导电性高分子材料在IC托盘、载带、集装箱、传送设备与医疗设备外壳、公 共活动场所以及化工生产厂房用地板的抗静电，手机、电脑、电视机、微波炉、洗衣机等电器 电子产品的电磁屏蔽，自控面状发热及吸波(隐身)等许多军需民用领域上有着广泛的应 用。预研结果表明导电性高分子材料的强韧性、导电性及粒子的脱落性等主要取决于导电 性粒子的填充量与基体聚合物之间的相互作用。当炭黑等导电粒子的含量增加到一个临界 值之后，复合体系的电阻率才突然下降，但力学性能、特别是韧性也会同时急剧下降。因此， 炭黑填充复合体系的导电性和韧性是一对基本矛盾。导电性高分子材料的开发就是如何使 二者更好的有机统一起来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以回收塑料为基体，导电炭黑改性的环保型导电塑料 的制备方法。本发明所述一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，原料组成按重量比包 括塑料基体80 90%，导电炭黑7 18%，2 5%分散剂和0. 2% 偶联剂；包括以 下步骤(1)将偶联剂和分散剂雾化后加入导电炭黑，在80°C 110°C下混合均勻，得到处 理好的炭黑；混合时间为10 30分钟；(2)在高速搅拌下将处理好的炭黑与塑料基体混合均勻，混合时间为5 20分钟； 并挤出造粒；所述的塑料基体可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯的回收 料中的一种，或者两种以上的任意混合物。所述的回收聚对苯二甲酸乙二醇酯可以是PET瓶、PET打包带或PET薄膜回收料。所述的回收聚碳酸酯可以是PC光盘或PC片材回收料。所述的回收聚乙烯可以是PE瓶或PE薄膜回收料。所述的回收聚丙烯可以是PP包装箱、PP编织袋或PP薄膜回收料。所述的分散剂白色矿物油(即白油)，其分子量为250 450，闪点为80°C 120°C ；或分子量为1000 4000的聚乙烯蜡。分散油作为树脂的流动助剂，也是炭黑的分 散助剂。白色矿物油可以选用3#(闪点90°C )或5#(闪点为110°C )。所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。所述的导电炭黑的粒径为20 30纳米，比表面积为1000 1100m2/g。在步骤(2)中，还可将质量百分比0.2% 抗氧剂，与处理好的导电炭黑一同 加入塑料基体中，混合均勻后挤出，抗氧剂可以选用四〔β _(3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基) 丙酸〕季戊四醇酯(即抗氧剂1010)或三(2，4一二叔丁基苯基)亚磷酸酯(即抗氧剂168)， 或者两者的混合物。挤出造粒的温度为100 250°C，螺杆转速为400 500rpm，压力为3 5MPa。挤出造粒过程中，脱挥时的真空泵压力为0. 8 IMPa。在挤出过程中，通过适当增加真空泵压力(压力维持在0. 8 IMPa)、提高螺杆转 速(转速为400 500rpm)等来促进物料中分散油的脱挥，分散油可以回收利用。本发明的制备方法可获得易于加工成型、分散效果良好的导电塑料材料，使回收 塑料保持了通用工程塑料的机械性能，也赋予了废弃的非导电塑料较好的导电性能。所得 到的导电塑料可用作中、高压电缆中使用的半导电屏蔽材料；或者煤矿、油船、油田、粉尘及 可燃气体等场合中使用的电器产品的外壳及结构件；也可用于生产过程中使用的防静电周 转箱、IC及LCD托盘等。本发明有利于解决日益严重的白色污染。制备过程中的分散油还 可以回收利用，节约成本。
具体实施例方式力学性能测试拉伸强度按GB/T 1040-1992标准进行测试，样条类型为I型，样条尺寸(mm)170 (长度)X20 (宽度)X4(厚度)，拉伸速度为50mm/min ；弯曲强度和弯曲模量按GB/ T 9341-2000标准进行测试，样条尺寸(mm) :80 (长度)X 10 (端部厚度)X 4 (厚度)，弯 曲速度为20mm/min ；缺口冲击强度按GB/T 1043-1993标准测试，样条尺寸(mm) :80(长 度)X 10(端部厚度)X4(厚度)，缺口类型为A类。电学性能测试表面电阻率按GB/T1410-2006标准进行测试，试样类型为圆盘，试样尺寸(mm) 100(直径)X3(厚度)。所使用的导电炭黑粒径为20 30纳米，比表面积为1000 1100m2/g。将PP包装箱、PP编织袋和/或PP薄膜的回收料粉碎后得到的回收PP粒子；将PC 光盘和/或PC片材回收料粉碎后得到的回收PC粒子；将PE瓶和/或PE薄膜回收料粉碎 后得到回收PE粒子；将PET瓶、PET打包带和/或PET薄膜回收料粉碎后得到的回收PET 粒子。实施例1取回收PP粒子25Kg，导电炭黑4Kg，分散剂(3#白油，分子量250 450，闪点 90°C)lKg，正钛酸四丁酯(钛酸酯偶联剂)0. 15Kg，抗氧剂1680. IKg ；回收PP粒子于107°C 真空干燥2小时，炭黑于105°C真空干燥5小时；将导电炭黑放入高速混合机中，再用雾化器以雾化方式将钛酸酯偶联剂和分散油 加入高速混合机，100°c下高速搅拌；混合15分钟；在高速搅拌的条件下加入回收PP粒子 高速搅拌10分钟混合均勻，将混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、注塑。分散剂经 脱挥可回收利用。采用TSE-65D同向双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机一区温度为100°C，二区温度 为100°C，三区温度为120°C，四区温度为150°C，五区温度为150°C，六区温度为180°C，七区 温度为180°C，八区温度为190°C，九区温度为200°C，十区温度为200°C，机头温度为190°C ； 螺杆转速为400rpm ；挤出压力为4MPa ；脱挥时的真空泵压力为0. 8MPa。注塑温度为190 205°C，注塑压力为70 lOOMPa。其性能结果如表1所示表1实施例1配方的力学性能和导电性能 实施例2取回收PE粒子26Kg，导电炭黑3Kg，分散剂(3#白油，分子量250 450，闪点 90°C )lKg，季胺盐钛酸酯(钛酸酯偶联剂)0. 15Kg，抗氧剂10100. IKg ；回收PP于107°C真 空干燥2小时，导电炭黑于105°C真空干燥5小时；将导电炭黑放入高速混合机中，再用雾化器以雾化方式将钛酸酯偶联剂和分散油 加入高速混合机，100°C下高速搅拌；混合20分钟；在高速搅拌的条件下再加入回收PE粒 子高速搅拌10分钟混合均勻，将混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、注塑。分散剂 经脱挥可回收利用。采用TSE-65D同向双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机一区温度为90°C，二区温度
5为90°C，三区温度为90°C，四区温度为100°C，五区温度为100°C，六区温度为130°C，七区温 度为130°C，八区温度为145°C，九区温度为150°C，十区温度为160°C，机头温度为160°C ； 螺杆转速为400rpm ；挤出压力为4MPa ；脱挥时的真空泵压力为0. 9MPa。注塑温度为150 180°C，注塑压力为70 lOOMPa。其性能结果如表2所示
表2实施例2配方的力学性能和导电性能 实施例3取回收PE粒子10.8Kg，回收PP粒子16.2Kg，导电炭黑2.4Kg，分散剂(分子量为 1000 4000的聚乙烯蜡)0. 6Kg，钛酸四异丙酯(钛酸酯偶联剂)0. lKg，抗氧剂168和抗氧 剂1010各0. 05Kg ；回收PE、PP粒子于100°C真空干燥2小时，导电炭黑于105°C真空干燥 5小时；将导电炭黑放入高速混合机中，再用雾化器以雾化方式将钛酸酯偶联剂和分散油 加入高速混合机，100°c下高速搅拌；混合30分钟；在高速搅拌的条件下加入回收PE粒子， 高速搅拌15分钟混合均勻，将混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、注塑。采用TSE-65D同向双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机一区温度为100°C，二区温度 为100°C，三区温度为120°C，四区温度为150°C，五区温度为150°C，六区温度为180°C，七区 温度为180°C，八区温度为190°C，九区温度为200°C，十区温度为200°C，机头温度为190°C ； 螺杆转速为400rpm ；挤出压力为4MPa ；脱挥时的真空泵压力为1. OMPa0注塑温度为180 220°C，注塑压力为70 lOOMPa。其性能结果如表3所示表3实施例3配方的力学性能和导电性能 实施例4取回收PET粒子25Kg，导电炭黑4Kg，分散剂(5#白油，分子量250 450，闪点 IlO0OlKg, Υ_(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)0· 15Kg，抗氧剂1010 0. IKg ；回收PET粒子于107°C真空干燥2小时，导电炭黑于105°C真空干燥5小时；将导电炭黑放入高速混合机中，再用雾化器以雾化方式将钛酸酯偶联剂和分散油 加入高速混合机，100°c下高速搅拌，混合10分钟；在高速搅拌的条件下加入回收PET粒子 高速搅拌10分钟混合均勻，将混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、注塑。分散剂经 脱挥可回收利用。采用TSE-65D同向双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机一区温度为100°C，二区温度 为100°C，三区温度为150°C，四区温度为150°C，五区温度为180°C，六区温度为180°C，七区 温度为220°C，八区温度为230°C，九区温度为240°C，十区温度为250°C，机头温度为245°C ； 螺杆转速为450rpm ；挤出压力为4MPa ；脱挥时的真空泵压力为0. 8MPa。注塑温度为220 255°C，注塑压力为70 lOOMPa。其性能结果如表4所示
表4实施例4配方的力学性能和导电性能 实施例5取回收PET粒子15Kg，回收PC粒子lOKg，导电炭黑4Kg，分散剂(5#白油，分子量 250 450，闪点110°C)lKg，乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷(硅烷偶联剂)0. 15Kg，抗 氧剂1010 0. IKg ；回收PET、PC粒子于107°C真空干燥2小时，导电炭黑于105°C真空干燥 5小时；将导电炭黑放入高速混合机中，再用雾化器以雾化方式将钛酸酯偶联剂和分散油 加入高速混合机，100°c下高速搅拌；混合15分钟；在高速搅拌的条件下加入回收PET粒子 高速搅拌10分钟混合均勻，将混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、注塑。分散剂经 脱挥可回收利用。采用TSE-65D同向双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机一区温度为100°C，二区温度 为100°C，三区温度为150°C，四区温度为150°C，五区温度为180°C，六区温度为200°C，七区 温度为220°C，八区温度为230°C，九区温度为240°C，十区温度为250°C，机头温度为245°C ； 螺杆转速为400rpm ；挤出压力为5MPa ；脱挥时的真空泵压力为0. 8MPa。注塑温度为220 255°C，注塑压力为70 lOOMPa。其性能结果如表5所示表5实施例5配方的力学性能和导电性能
权利要求
一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，原料组成按重量比包括塑料基体80％～90％，导电炭黑7～18％，1.5％～5％分散剂和0.2％～1％偶联剂；包括以下步骤(1)将偶联剂和分散剂雾化后加入导电炭黑，在80℃～110℃下混合均匀，得到处理好的炭黑；混合时间为10～30分钟；(2)在高速搅拌下将处理好的炭黑与塑料基体混合均匀，混合时间为5～20分钟；并挤出造粒；所述的塑料基体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯的回收料中的一种，或者两种以上的任意混合物。
2.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，所 述的导电炭黑的粒径为20 30纳米，比表面积为1000 1100m2/g。
3.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，所 述的分散剂为白色矿物油或聚乙烯蜡；白色矿物油的分子量为，闪点为80 120°C;聚乙烯 蜡的分子量为1000 4000。
4.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，所 述的偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
5.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，挤 出造粒过程中，温度为100 250°C，螺杆转速为400 500rpm，压力为3 5MPa。
6.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，步 骤(2)中还加入质量百分比0. 2% 抗氧剂。
7.权利要求6所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，所 述的抗氧剂为四〔β _(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、三(2，4_ 二叔丁基 苯基)亚磷酸酯或两者的混合物。
8.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，挤 出造粒的压力为3 5MPa，温度为100 250°C。
9.权利要求1所述的一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法，其特征在于，步 骤(2)中，挤出造粒过程中，脱挥时的真空泵压力为0.8 IMPa。全文摘要
本发明涉及高分子材料加工领域，公开了一种以回收塑料为基体的导电塑料的制备方法。其技术方案为，原料组成按重量比包括塑料基体80％～90％，导电炭黑7％～18％，1.5％～5％分散剂和0.2％～1％偶联剂；包括以下步骤(1)将偶联剂和分散剂雾化后，在80℃～110℃下与导电炭黑混合均匀，得到处理好的炭黑；(2)在高速搅拌下将处理好的炭黑与塑料基体混合均匀；并挤出造粒；所述的塑料基体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯的回收料中的一种，或者两种以上的任意混合物。本方法获得易于加工成型、分散效果良好的导电塑料，使回收塑料保持了通用工程塑料的机械性能，也赋予了废弃的非导电塑料较好的导电性能。
文档编号B29C47/92GK101905495SQ20091005238
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月2日 优先权日2009年6月2日
发明者吴驰飞, 张玥, 张靓, 许海燕 申请人:上海华理环友橡塑材料有限公司