CN102942769A - 一种制备copna树脂-聚苯乙烯复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的制备方法，属于化学工程技术及复合材料领域。它是以富芳烃物质为原料，多元醛或多元醇为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，合成COPNA树脂为基质，聚苯乙烯为增强组分，制备高强度COPNA树脂基聚苯乙烯复合材料。通过该方法可以获得具有较高机械强度的COPNA树脂基聚苯乙烯复合材料。本发明所使用的原料价格低廉、制备工艺简单，所获得的COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料可使用在化工、建筑材料等领域，为COPNA树脂或聚苯乙烯的高附加值利用开辟了新途径。

Description

一种制备COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备COPNA树脂（多环多核缩合芳烃树脂）-聚苯乙烯复合材料的方法，尤其是以催化油浆、煤焦油或石油渣油为原料，采用聚苯乙烯为增强材料制备高强度COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法。
背景技术：
在我国催化裂化油浆、煤焦油和石油渣油的利用途径非常有限，主要用作道路沥青、建筑沥青或用作低价燃料油使用。这不仅降低了此类物质的使用价值，也不符合绿色经济发展的要求。采用催化裂化油浆、煤焦油或石油渣油与交联剂制备COPNA树脂（多环多核缩合芳烃树脂）然后与聚苯乙烯复合的技术可以得到具有更好耐热性和机械加工成型性能的COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料，可使COPNA树脂具有广泛的应用前景。
目前利用高分子材料与其他材料进行复合的技术有很多。例如，利用塑料与橡胶复合制备复合材料，主要采用EPDM,EVA和SBS等一些橡胶或热塑性弹性体对塑料进行改性,以改进塑料的缺口冲击韧性,但热稳定性、刚性不够理想。还有利用加入无机填料和玻璃纤维提高聚丙烯的刚性和模量的技术。但由于两相界面结合力差,聚丙烯的韧性有所降低。这些材料的共同缺点是熔体黏度大、成型加工困难,特别是大型制品容易产生应力开裂、耐化学药品性差,而且价格较高。这些不足使这类材料的应用受到了一定限制。
聚苯乙烯（PS）是较常见的高分子材料之一，具有优良的电绝缘性能、流动性、和刚性，其密度小、无毒、耐腐蚀、力学均衡性好、价格低廉。但其缺口敏感性特别显著,缺口冲击强度较低,尤其在低温时更为突出。而COPNA树脂硬度较高，但韧性较差。如果利用聚苯乙烯对COPNA树脂进行复合，可相互弥补各自的缺陷，大大提高COPNA树脂和聚苯乙烯的使用价值。另一方面，随着PS的使用范围日益扩大，其废弃物数量也在不断增加，已造成越来越严重的环境污染问题。如能将废旧PS应用到COPNA树脂的改性中，则为废物利用提供了新的途径。另外，COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料与上述传统的增韧材料相比,对PS的增韧改性效果则更为显著，成本较低。因此具有广阔的应用前景和巨大的市场价值,其主要潜在的应用领域包括输水、输油管道，防腐、防水密封材料，建筑、机械、汽车、电子、电器等行业。但至今未见有利用聚苯乙烯对COPNA树脂进行复合这方面研究的报道。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法。
本发明解决其技术问题按如下步骤进行：
步骤（1）.COPNA树脂的制备：以富含芳烃的催化裂化油浆、煤焦油或石油渣油为原料，采用多元醇或多元醛为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为80℃~160℃范围内，常压下，进行合成反应10分钟~3小时，得到COPNA树脂。
步骤（2）.聚苯乙烯的溶解：在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯混合的重量比为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
步骤（3）.COPNA树脂与聚苯乙烯混合：在步骤(1)得到的COPNA树脂中，加入聚苯乙烯甲苯溶液，COPNA树脂与聚苯乙烯甲苯溶液混合的重量比为9∶1~1∶1；在80～160℃温度下，搅拌1～3小时，得到所需的COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
本发明的有益效果是：以富含芳烃的催化裂化油浆、煤焦油或石油渣油为原料，采用交联剂合成COPNA树脂，然后使用聚苯乙烯为增强材料，制备高强度COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。该方法可从廉价的原料中获得高性能的新型复合材料，为催化裂化油浆、煤焦油或石油渣油等的高附加值利用提供了新途径。本发明与塑料-环氧树脂复合技术相比可降低成本40%以上，COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的强度与COPNA树脂相比可提高25%以上，具有明显的技术优势和显著经济效益。
具体实施方式：
下面将结合实施例来详述本发明。
实施例1
以催化裂化油浆为原料，采用对苯二甲醛为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为80℃、常压下，进行COPNA树脂合成反应。在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯的混合比例（重量比）为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
在合成的COPNA树脂中加入聚苯乙烯甲苯溶液，混合条件为重量比COPNA树脂∶聚苯乙烯甲苯溶液=1∶1，在80℃条件下，搅拌1小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
所得复合材料的拉伸强度达到48.65MPa，弯曲强度达到11.24MPa，450℃以下机械强度无明显变化。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水密封材料等。
实施例2
以煤焦油为原料，采用对苯二甲醇为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为100℃、常压下，进行COPNA树脂合成反应。在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯的混合比例（重量比）为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
在合成的COPNA树脂中加入聚苯乙烯甲苯溶液，混合条件为COPNA树脂∶聚苯乙烯甲苯溶液(重量比)=2∶1；在100℃条件下，搅拌时间2小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
所得复合材料的拉伸强度达到41.08MPa，弯曲强度达到12.63MPa，450℃以下机械强度无明显变化。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水密封材料等。
实施例3
以石油渣油为原料，采用对苯二甲醇为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为100℃、常压下，进行COPNA树脂合成反应。在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯的混合比例（重量比）为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
在合成的COPNA树脂中加入聚苯乙烯甲苯溶液，混合条件为COPNA树脂∶聚苯乙烯甲苯溶液(重量比)=4∶1，在100℃条件下，搅拌时间3小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
所得复合材料的拉伸强度达到34.12MPa，弯曲强度达到13.44MPa，450℃以下机械强度无明显变化。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水密封材料等。
实施例4
以催化裂化油浆为原料，采用多聚甲醛为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为80℃、常压下，进行COPNA树脂合成反应。在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯的混合比例（重量比）为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
在合成的COPNA树脂中加入聚苯乙烯甲苯溶液，混合条件为COPNA树脂∶聚苯乙烯甲苯溶液(重量比)=6∶1，在80℃条件下，搅拌时间2小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
所得复合材料的拉伸强度达到30.22MPa，弯曲强度达到15.25MPa，450℃以下机械强度无明显变化。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水密封材料等。
实施例5
以煤焦油为原料，采用对苯二甲醛为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为100℃、常压下，进行COPNA树脂合成反应。在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯的混合比例（重量比）为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
在合成的COPNA树脂中加入聚苯乙烯甲苯溶液，混合条件为COPNA树脂∶聚苯乙烯甲苯溶液(重量比)=8∶1，在100℃条件下，搅拌时间3小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
所得复合材料的拉伸强度达到25.08MPa，弯曲强度达到17.33MPa，450℃以下机械强度无明显变化。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水密封材料等。
实施例6
以石油渣油为原料，采用多聚甲醛为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为100℃、常压下，进行COPNA树脂合成反应。在常温、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯的混合比例（重量比）为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液。
在合成的COPNA树脂中加入聚苯乙烯甲苯溶液，混合条件为COPNA树脂∶聚苯乙烯甲苯溶液(重量比)=9∶1，在100℃条件下，搅拌时间3小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
所得复合材料的拉伸强度达到21.12MPa，弯曲强度达到18.84MPa，450℃以下机械强度无明显变化。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水密封材料等。
COPNA树脂苯乙烯复合材料具有高模量、高强度、耐高温等优异性能。该复合材料应用广阔，可作为新型增强材料或结构材料应用于建筑、机械、车辆设备等多个领域。本发明提供了一种COPNA树脂与聚苯乙烯制备复合材料的方法，该方法过程简单，生产成本低廉，为催化裂化油浆、煤焦油或石油渣油资源的利用提供了新的途径。

Claims (4)

1.一种制备COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法，其特征是以COPNA树脂和聚苯乙烯为原料，按如下步骤进行：
步骤(1)．COPNA树脂的制备：以富芳烃物质为原料，多元醛或多元醇为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂，在温度为80℃~160℃范围内、常压下，进行合成反应10分钟~3小时，得到COPNA树脂；
步骤(2)．聚苯乙烯的溶解：在常温下、常压下，将聚苯乙烯溶解于甲苯中，聚苯乙烯与甲苯混合的重量比为1∶3，搅拌10分钟，得到聚苯乙烯甲苯溶液；
步骤(3)．COPNA树脂与聚苯乙烯复合：在步骤(1)所得的COPNA树脂中，加入聚苯乙烯甲苯溶液，COPNA树脂与聚苯乙烯甲苯溶液混合的重量比为9∶1~1∶1；在80～160℃温度下，搅拌1～3小时，得到COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法，其特征是所述的富芳烃物质为催化油浆、煤焦油、石油渣油或以上述物质为原料经过处理后得到的富含芳烃物质。
3.根据权利要求1所述的制备COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法，其特征是所述的多元醇为对苯二甲醇。
4.根据权利要求1所述的制备COPNA树脂-聚苯乙烯复合材料的方法，其特征是所述的多元醛为对苯二甲醛或多聚甲醛。
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