CN105037987A - 聚苯乙烯树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂45～65份，氯醚橡胶10～14份，钙铬榴石粉5～9份，阻燃剂5～8份，光稳定剂2～5份，抗静电剂1～2份，增塑剂2～7份，润滑剂2～3份，热稳定剂1～3份，相容剂2～5份，成核剂0.4～0.5份。本发明还公开了该聚苯乙烯树脂基复合材料的制备方法。本发明提供的聚苯乙烯树脂基复合材料的耐寒性、耐高温氧化性、韧性均较好。
Description
技术领域：
本发明涉及复合材料，特别是涉及聚苯乙烯树脂基复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚苯乙烯树脂(Polystyrene，缩写为PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，是一种无色透明的热塑性塑料。聚苯乙烯包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯(EPS)，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)及间规聚苯乙烯(SPS)。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90％以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好。聚苯乙烯可广泛用于轻工市场，日用装璜，照明指示和包装等方面；在电气方面更是良好的绝缘材料和隔热保温材料，可以制作各种仪表外壳、灯罩、光学化学仪器零件、透明薄膜、电容器介质层等；还可用于粉类和乳液类化妆品，用于粉饼有很好的压缩性，可改善粉的黏附性能，赋予皮肤光泽和润滑感，是代替滑石粉和二氧化硅的高级填充剂。
公开号为CN103232644A、公开日为2013.08.07、申请人为上海锦湖日丽塑料有限公司的中国专利申请公开了“聚苯乙烯复合材料及其制备方法”，按重量份计，包括以下组分：聚苯乙烯100份；金属氧化物100-170份；金属氮化物15-23份；增韧剂7-10份；偶联剂5-6份；抗氧剂3-4份；加工助剂5-8份。该发明所提供的聚苯乙烯复合材料制备工艺简单，适合连续工业化生产；同时制备的聚苯乙烯复合材料颗粒相对现有的聚苯乙烯复合材料，其导热性有很大的提高，具有良好的导热系数，同时机械性能良好，具有较好的应用前景。该复合材料虽然解决了普通聚苯乙烯树脂所存在的导热性不佳的问题，但还存在耐寒性(脆化温度较高，在低温环境下性能下降比较严重)、耐高温氧化性(虽然热变形温度较高，但在高温环境下容易被氧化导致开裂)较差以及性脆易裂、韧性不佳的问题。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供聚苯乙烯树脂基复合材料，其耐寒性、耐高温氧化性、韧性均较好。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂45～65份，氯醚橡胶10～14份，钙铬榴石粉5～9份，阻燃剂5～8份，光稳定剂2～5份，抗静电剂1～2份，增塑剂2～7份，润滑剂2～3份，热稳定剂1～3份，相容剂2～5份，成核剂0.4～0.5份。
优选地，本发明所述阻燃剂为MRP。
优选地，本发明所述光稳定剂为UV-326。
优选地，本发明所述抗静电剂为季铵盐型阳离子抗静电剂。
优选地，本发明所述增塑剂为甘油。
优选地，本发明所述润滑剂为PE蜡。
优选地，本发明所述热稳定剂为稀土稳定剂。
优选地，本发明所述相容剂为聚烯烃弹性体。
优选地，本发明所述成核剂为有机磷酸酯类成核剂。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述聚苯乙烯树脂基复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
聚苯乙烯树脂基复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)将CTMAB溶于水中分散均匀制得质量分数为10％的CTMAB水溶液，将钙铬榴石粉碎后加入CTMAB水溶液中，50℃下恒温搅拌30分钟，置于超声振荡器中超声振荡2小时，静置1小时后过滤、洗涤、干燥后得到钙铬榴石粉；
(2)将钛酸酯偶联剂溶于无水乙醇中分散均匀制得质量分数为12％的偶联剂溶液，将步骤(1)所得钙铬榴石粉加入偶联剂溶液中，温度为80℃、搅拌速度为900rpm下搅拌15分钟，出料、抽滤、洗涤、干燥后得到改性钙铬榴石粉；
(3)将其余组份加入高速搅拌机1200rpm转速下搅拌12分钟，将步骤(2)所得改性钙铬榴石粉加入高速搅拌机继续搅拌8分钟，得到混合料；
(4)将混合料加入长径比为40的双螺杆挤出机，温度为190-260℃、螺杆转速为300-400rpm下熔融挤出，得到聚苯乙烯树脂基复合材料。
由上可见，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)钙铬榴石是石榴石的一种，其化学式为Ca3Cr2(SiO4)3，其中Cr为正3价，添加于聚苯乙烯树脂基体后在高温氧化氛围中Cr可被氧化成正6价，可大大降低氧化作用对聚苯乙烯树脂基体的破坏，不过钙铬榴石属于无机矿物，与聚苯乙烯树脂基体的相容性较差，因此本发明先对其进行超细纯化处理，将其表面的杂质去除，同时CTMAB在其表面发生了化学键合引入了羟基，再通过钛酸酯偶联剂进行了表面改性，钛酸酯偶联剂与钙铬榴石上引入的羟基反应，同时还能与聚苯乙烯树脂通过化学反应结合在一起，起到了桥梁嫁接作用，使得钙铬榴石和聚苯乙烯树脂产生很好地界面结合，二者之间的相容性得到很大改善，从而大大提高了复合材料的耐高温氧化性；钙铬榴石的力学性能很好，是一种刚性粒子，与聚苯乙烯树脂结合后可作为应力集中点，有效吸收外界冲击能量，大大降低聚苯乙烯基体受到的外力冲击所产生的破坏，因此大大提高了复合材料的抗冲击强度和韧性。
2)氯醚橡胶是侧基上含有氯的聚醚型橡胶，具有很好的耐寒性和耐氧化性，在相容剂的相容作用下，其与聚苯乙烯树脂基体形成界面很好的相容共混，可显著降低复合材料的脆化温度，提高复合材料的耐寒性，还可进一步提高复合材料的耐高温氧化性。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂45份，氯醚橡胶14份，钙铬榴石粉5.5份，MRP6.5份，UV-3263份，季铵盐型阳离子抗静电剂1.4份，甘油3份，PE蜡2.5份，稀土稳定剂1.5份，聚烯烃弹性体5份，有机磷酸酯类成核剂0.4份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将CTMAB溶于水中分散均匀制得质量分数为10％的CTMAB水溶液，将钙铬榴石粉碎后加入CTMAB水溶液中，50℃下恒温搅拌30分钟，置于超声振荡器中超声振荡2小时，静置1小时后过滤、洗涤、干燥后得到钙铬榴石粉；
(2)将钛酸酯偶联剂溶于无水乙醇中分散均匀制得质量分数为12％的偶联剂溶液，将步骤(1)所得钙铬榴石粉加入偶联剂溶液中，温度为80℃、搅拌速度为900rpm下搅拌15分钟，出料、抽滤、洗涤、干燥后得到改性钙铬榴石粉；
(3)将其余组份加入高速搅拌机1200rpm转速下搅拌12分钟，将步骤(2)所得改性钙铬榴石粉加入高速搅拌机继续搅拌8分钟，得到混合料；
(4)将混合料加入长径比为40的双螺杆挤出机，温度为190-260℃、螺杆转速为300-400rpm下熔融挤出，得到聚苯乙烯树脂基复合材料。
实施例2
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂55份，氯醚橡胶10份，钙铬榴石粉7份，MRP5份，UV-3262.5份，季铵盐型阳离子抗静电剂1.6份，甘油5份，PE蜡2.1份，稀土稳定剂2.5份，聚烯烃弹性体4份，有机磷酸酯类成核剂0.4份。
其制备方法同实施例1。
实施例3
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂65份，氯醚橡胶12份，钙铬榴石粉6份，MRP5.5份，UV-3264.5份，季铵盐型阳离子抗静电剂1.5份，甘油7份，PE蜡2.8份，稀土稳定剂2份，聚烯烃弹性体2.5份，有机磷酸酯类成核剂0.5份。
其制备方法同实施例1。
实施例4
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂48份，氯醚橡胶11份，钙铬榴石粉5份，MRP8份，UV-3262份，季铵盐型阳离子抗静电剂2份，甘油2份，PE蜡2.4份，稀土稳定剂1份，聚烯烃弹性体2份，有机磷酸酯类成核剂0.5份。
其制备方法同实施例1。
实施例5
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂50份，氯醚橡胶13份，钙铬榴石粉9份，MRP7份，UV-3264份，季铵盐型阳离子抗静电剂1.2份，甘油4份，PE蜡3份，稀土稳定剂3份，聚烯烃弹性体3.5份，有机磷酸酯类成核剂0.5份。
其制备方法同实施例1。
实施例6
聚苯乙烯树脂基复合材料，其重量份组成为：聚苯乙烯树脂60份，氯醚橡胶10.5份，钙铬榴石粉8份，MRP6份，UV-3265份，季铵盐型阳离子抗静电剂1份，甘油6份，PE蜡2.7份，稀土稳定剂2.4份，聚烯烃弹性体3份，有机磷酸酯类成核剂0.4份。
其制备方法同实施例1。
经测试，实施例1-6以及对比例的耐寒性、耐高温氧化性、韧性如下表所示，其中，
对比例为公开号为CN103232644A的中国专利，
耐寒性按照GB/T5470-2008测试待测物的脆化温度；
耐高温氧化性通过热分析仪测试待测物在1000℃的空气中的残炭率；
韧性按照ASTMD256测试待测物的悬臂梁冲击强度。
由上表可见，本发明的各项指标均好于对比例，耐寒性、耐高温氧化性、韧性均较好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：其重量份组成为：聚苯乙烯树脂45～65份，氯醚橡胶10～14份，钙铬榴石粉5～9份，阻燃剂5～8份，光稳定剂2～5份，抗静电剂1～2份，增塑剂2～7份，润滑剂2～3份，热稳定剂1～3份，相容剂2～5份，成核剂0.4～0.5份。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为MRP。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述光稳定剂为UV-326。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述抗静电剂为季铵盐型阳离子抗静电剂。
5.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述增塑剂为甘油。
6.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述润滑剂为PE蜡。
7.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为稀土稳定剂。
8.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述相容剂为聚烯烃弹性体。
9.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述成核剂为有机磷酸酯类成核剂。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的聚苯乙烯树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)将CTMAB溶于水中分散均匀制得质量分数为10％的CTMAB水溶液，将钙铬榴石粉碎后加入CTMAB水溶液中，50℃下恒温搅拌30分钟，置于超声振荡器中超声振荡2小时，静置1小时后过滤、洗涤、干燥后得到钙铬榴石粉；
(2)将钛酸酯偶联剂溶于无水乙醇中分散均匀制得质量分数为12％的偶联剂溶液，将步骤(1)所得钙铬榴石粉加入偶联剂溶液中，温度为80℃、搅拌速度为900rpm下搅拌15分钟，出料、抽滤、洗涤、干燥后得到改性钙铬榴石粉；
(3)将其余组份加入高速搅拌机1200rpm转速下搅拌12分钟，将步骤(2)所得改性钙铬榴石粉加入高速搅拌机继续搅拌8分钟，得到混合料；
(4)将混合料加入长径比为40的双螺杆挤出机，温度为190-260℃、螺杆转速为300-400rpm下熔融挤出，得到聚苯乙烯树脂基复合材料。
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