本發(fā)明屬于再生聚苯乙烯材料技術領域，具體涉及一種納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚苯乙烯是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應合成的聚合物，通常為非晶態(tài)無規(guī)聚合物，無毒無臭無色透明，具有高于100℃玻璃轉化溫度，具有優(yōu)良的絕熱、絕緣和透明性，加工性和耐化學腐蝕性好，但是脆，低溫易開裂。聚苯乙烯包括普通聚苯乙烯、發(fā)泡聚苯乙烯和高抗沖聚苯乙烯及間規(guī)聚苯乙烯，其中發(fā)泡聚苯乙烯具有密度小、很強的抗氧化性及抗腐蝕性,在防熱、防冷、防潮、防震、防氧化、防噪聲等方面有廣泛的應用，但是發(fā)泡聚苯乙烯多屬于一次性使用商品，使用過程短，用完成廢品垃圾，且難以腐化，直接堆放處理對環(huán)境造成很大的影響，因此回收發(fā)泡聚苯乙烯材料再利用，不僅可以減輕環(huán)境污染，而且可以資源再利用，實現(xiàn)發(fā)泡聚苯乙烯材料的高效循環(huán)使用。
溶劑法再生是將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料溶于溶劑中，通過過濾、擠壓并與溶劑分離回收聚苯乙烯樹脂。中國專利cn101701073b公開的廢舊聚苯乙烯功能化重塑的方法，將聚苯乙烯泡沫去除表面污物后粉碎成體積小于1cm3的塊料，加入到三氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、苯或者甲苯溶液中溶脹，再置于水中攪拌加熱，再分離曬干得到白色聚苯乙烯顆粒，最后經(jīng)物理發(fā)泡劑處理得到可發(fā)性聚苯乙烯顆粒。該重塑方法所用試劑無毒，制備過程無副產(chǎn)物，因此工藝簡單，成本低廉，產(chǎn)品純度高。中國專利cn105566670a公開的基于廢聚苯乙烯材料制備梯度阻燃可發(fā)泡聚苯乙烯珠粒的水相懸浮造粒法及其產(chǎn)品，將聚乙烯吡咯萬通、納米氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸鋅、聚磷酸銨、水滑石、隔熱劑和疏水修飾劑混合制備形成親油性無機阻燃隔熱劑，然后與有機阻燃劑混合得到無機-有機梯度協(xié)同阻燃隔熱體系，再與廢聚苯乙烯材料形成有機相，將有機相加入到水相中，混合均勻后，蒸出有機溶劑得到固化的梯度阻燃聚苯乙烯珠粒，再浸漬發(fā)泡劑，水蒸汽加壓預成型得到產(chǎn)品。由上述現(xiàn)有技術可知，目前溶劑法回收廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料無需經(jīng)歷高溫過程，避免了分子鏈的降解，但是聚苯乙烯的溶解度可難以控制，因此制備的再生聚苯乙烯發(fā)泡材料的性能可控性差，而且溶劑法回收方法的效率低，難以滿足工業(yè)化的快速需要。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料及其制備方法，將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料粉碎至0.2-0.5cm3，先后經(jīng)等離子體處理、檸檬烯蒸汽處理和濃硫酸磺化處理得到磺化再生聚苯乙烯粒子，將磺化再生聚苯乙烯粒子與含吸附石墨烯的凹凸棒土的氯化鈣水溶液處理后，再表面聚合聚苯乙烯材料，形成納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。本發(fā)明制備的復合材料以再生聚苯乙烯材料作為主要原料，附著納米材料改性和聚苯乙烯，得到的復合材料具有殼核結構，且納米材料均勻滲透其中，使復合材料具有阻燃增韌的特性。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：
一種納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料，所述納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料包括再生聚苯乙烯粒子和納米材料，所述納米材料為吸附石墨烯的凹凸棒土，所述再生聚苯乙烯粒子的原料為廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料經(jīng)等離子活化處理后經(jīng)檸檬烯蒸汽處理得到。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述再生聚苯乙烯粒子還經(jīng)過濃硫酸磺化預處理。
本發(fā)明還提供一種納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于密封環(huán)境中，接通等離子體電源，產(chǎn)生等離子體處理，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料；
(2)將步驟(1)制備的等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含助劑的檸檬烯蒸汽，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體經(jīng)濃硫酸改性，得到磺化再生聚苯乙烯粒子；
(3)將步驟(2)制備的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到含納米材料的氯化鈣水溶液中，滴加苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入引發(fā)劑，加熱至130-140℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，密封環(huán)境的濕度為15-20％，溫度為25-30℃。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，等離子體電源的電壓為4800-6000v，等離子體處理的時間為1-5min。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，含助劑的檸檬烯溶液中檸檬烯的質量分數(shù)為15-20％，助劑為聚乙烯醇。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，蒸汽處理的時間為10-30min。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，含納米材料的氯化鈣水溶液中納米材料為吸附石墨烯的凹凸棒土，納米材料的質量分數(shù)為5-10％，氯化鈣的質量分數(shù)為30-40％。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，凹凸棒土的表面經(jīng)十六烷基三甲基溴化銨改性處理。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，磺化再生聚苯乙烯粒子與苯乙烯單體的質量比為100:5-10。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明制備的納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料的主要原料為廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料，將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料粉碎至0.2-0.5cm3，廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料小，有利于之后回收處理，然后先經(jīng)等離子體處理使聚苯乙烯降解，再利用檸檬烯蒸汽處理使之溶解，最后經(jīng)濃硫酸磺化處理得到磺化再生聚苯乙烯粒子，因此，再生聚苯乙烯粒子的過程高效簡單，可大批量處理，且表面活化，有利于之后的復合改性工藝。
(2)本發(fā)明制備的納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料包括磺化再生聚苯乙烯粒子和吸附石墨烯的凹凸棒土，磺化再生聚苯乙烯粒子浸漬于含吸附石墨烯的凹凸棒土的氯化鈣水溶液處理后，氯化鈣溶液會對再生聚苯乙烯離子表面進行溶脹處理，使吸附石墨烯的凹凸棒土更容易滲入和吸附到再生聚苯乙烯粒子的表面，且凹凸棒土具有很強的吸附功能，不僅可以牢牢的吸附石墨烯，而且可以吸附聚苯乙烯材料，提高聚苯乙烯內部大分子之間的結合力，且石墨烯的存在也可以顯著提高再生聚苯乙烯離子的機械性能，最后再加入苯乙烯單體及其引發(fā)劑，使再生聚苯乙烯粒子的表面聚合聚苯乙烯材料，將納米材料牢牢的包覆與聚苯乙烯粒子中，使復合材料具有殼核結構，在賦予復合材料阻燃增韌特性的基礎上，提高聚苯乙烯顆粒的使用壽命。
(3)本發(fā)明制備的納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料中再生聚苯乙烯粒子的回收方法高效，再處理工藝簡單，可控性強，制備的再生聚苯乙烯復合材料力學性能優(yōu)異，還具有一定的阻燃性能和耐用性能，顯著提高再生聚苯乙烯復合材料的綜合性能，提高了再生聚苯乙烯復合材料的功能性能和適用領域。
具體實施方式
下面將結合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例1：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于濕度為15％，溫度為25℃的密封環(huán)境中，接通電壓為4800v的等離子體電源，產(chǎn)生等離子體，處理1min，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料。
(2)將等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含聚乙烯醇的15wt％的檸檬烯蒸汽，蒸汽處理10min，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體在70℃下經(jīng)濃硫酸改性30min，得到磺化再生聚苯乙烯粒子。
(3)按重量份計，將1份的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到50份的含5wt％的納米材料的30wt％氯化鈣水溶液中，其中納米材料為吸附石墨烯的十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土，滴加0.05份的苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入0.001份的甲烷引發(fā)劑，加熱至130℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
實施例2：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于濕度為20％，溫度為30℃的密封環(huán)境中，接通電壓為6000v的等離子體電源，產(chǎn)生等離子體，處理5min，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料。
(2)將等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含聚乙烯醇的20wt％的檸檬烯蒸汽，蒸汽處理30min，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體在90℃下經(jīng)濃硫酸改性30min，得到磺化再生聚苯乙烯粒子。
(3)按重量份計，將1份的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到50份的含10wt％的納米材料的40wt％氯化鈣水溶液中，其中納米材料為吸附石墨烯的十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土，滴加0.1份的苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入0.003份的甲烷引發(fā)劑，加熱至140℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
實施例3：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于濕度為18％，溫度為26℃d密封環(huán)境中，接通電壓為5000v的等離子體電源，產(chǎn)生等離子體，處理2min，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料。
(2)將等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含聚乙烯醇的20wt％的檸檬烯蒸汽，蒸汽處理10min，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體在80℃下經(jīng)濃硫酸改性30min，得到磺化再生聚苯乙烯粒子。
(3)按重量份計，將1份的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到50份的含6wt％的納米材料的35wt％氯化鈣水溶液中，其中納米材料為吸附石墨烯的十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土，滴加0.07份的苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入0.002份的甲烷引發(fā)劑，加熱至135℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
實施例4：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于濕度為20％，溫度為25℃的密封環(huán)境中，接通電壓為5500v的等離子體電源，產(chǎn)生等離子體，處理3min，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料。
(2)將等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含聚乙烯醇的19wt％的檸檬烯蒸汽，蒸汽處理15min，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體在75℃下經(jīng)濃硫酸改性30min，得到磺化再生聚苯乙烯粒子。
(3)按重量份計，將1份的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到50份的含7wt％的納米材料的35wt％氯化鈣水溶液中，其中納米材料為吸附石墨烯的十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土，滴加0.09份的苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入0.001份的甲烷引發(fā)劑，加熱至140℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
實施例5：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于濕度為15％，溫度為26℃的密封環(huán)境中，接通電壓為5500v的等離子體電源，產(chǎn)生等離子體，處理3min，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料。
(2)將等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含聚乙烯醇的17wt％的檸檬烯蒸汽，蒸汽處理25min，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體在80℃下經(jīng)濃硫酸改性30min，得到磺化再生聚苯乙烯粒子。
(3)按重量份計，將1份的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到50份的含7wt％的納米材料的30wt％氯化鈣水溶液中，其中納米材料為吸附石墨烯的十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土，滴加0.06份的苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入0.003份的甲烷引發(fā)劑，加熱至130℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
實施例6：
(1)將廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料去除表面的雜質后，切碎至聚苯乙烯顆粒的粒徑至0.2-0.5cm3，轉移置于濕度為17％，溫度為28℃的密封環(huán)境中，接通電壓為6000v的等離子體電源，產(chǎn)生等離子體，處理2.5min，得到等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料。
(2)將等離子體預處理的廢舊聚苯乙烯發(fā)泡材料置于蒸汽室中，在室溫下，通入含聚乙烯醇的15wt％的檸檬烯蒸汽，蒸汽處理25min，得到透明聚苯乙烯溶體，再將透明聚苯乙烯溶體在75℃下經(jīng)濃硫酸改性30min，得到磺化再生聚苯乙烯粒子。
(3)按重量份計，將1份的磺化再生聚苯乙烯粒子加入到50份的含8wt％的納米材料的40wt％氯化鈣水溶液中，其中納米材料為吸附石墨烯的十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土，滴加0.09份的苯乙烯單體，攪拌均勻，再加入0.003份的甲烷引發(fā)劑，加熱至130℃攪拌，取出，烘干，得到納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料。
經(jīng)檢測，實施例1-6制備的納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料以及現(xiàn)有技術的再生聚苯乙烯材料和標準聚苯乙烯材料的力學性能和阻燃性能的結果如下所示：
由上表可見，本發(fā)明制備的納米材料改性的阻燃增韌再生聚苯乙烯復合材料與現(xiàn)有技術的再生聚苯乙烯材料和標準聚苯乙烯材料材料相比，力學性能顯著提高，還具有優(yōu)異的阻燃性能。
上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。