CN105623134B - 一种催化增容ps/poe复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化增容PS/POE的复合材料,其是通过下述方法制备而成：（1）干燥；（2）将无水氯化铝加入到乙烯‑辛烯无规共聚物中，得混合物A；（3）将苯乙烯单体、抗氧剂加入到聚苯乙烯中，得混合物B；（4）将混合物A与B一起混合得混合物C；（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒得PS/POE的复合材料。氯化铝、苯乙烯、正庚烷和抗氧化剂共同营造的一个Lewis催化剂反应体系，把PS上面的苯环和乙烯‑辛烯无规共聚物中的自由基发生耦合反应，生成PS‑g‑POE的接枝共聚物，提高了复合材料的机械性能。

Description

一种催化增容PS/POE复合材料
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种催化增容PS/POE复合材料。
背景技术
聚苯乙烯（PS）是一种常用的工程塑料，加工流动性好，耐化学腐蚀性好等；但其物理性能偏低，易出现应力开裂，这大大限制了聚苯乙烯在工业上的应用。
目前已有采用乙烯-辛烯无规共聚物（POE）来增韧PS，但PS和POE 都不具有反应的官能团，而一般体系界面反应就是通过自由基进行，自由基的产生很大程度上都是因为聚合物的分子链发生了断链反应形成，因此聚合物在反应共混的过程中不可避免要存在很大程度上的降解。所以需要加入催化剂进行反应，但不管是PS 和POE，在AlCl3 的催化作用下，都会发生一定程度的降解，其中尤以PS 的降解最为严重。因此，为了解决这个问题，本发明提出一种路易斯酸（Lewis）催化剂反应增容PS/POE复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种路易斯酸（Lewis）催化剂反应增容PS/POE复合材料，该复合材料的制备方法简单易行，且使得制得的复合材料具有良好的力学性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，一种催化增容PS/POE的复合材料，包括以下步骤：
（1）先将20-50份乙烯-辛烯无规共聚物和50-80份聚苯乙烯分别在80-100℃下干燥烘干6-8小时；
（2）将无水氯化铝（AlCl3）加入到乙烯-辛烯无规共聚物中，得混合物A；
（3）将苯乙烯单体、抗氧剂加入到聚苯乙烯中，得混合物B；
（4）将混合物A与B一起混合得混合物C；
（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒得PS/POE的复合材料。
进一步，所述步骤（1）中乙烯-辛烯无规共聚物中的辛烯含量为25%。
所述步骤（2）中混合物A中加入0.1-0.5份正庚烷抑制AlCl3的水解，所述无水氯化铝的加入量为0.1-0.5份。
所述步骤（3）中加入的苯乙烯单体的重量份为0.1-0.5份，抗氧剂的重量份为0.1-0.5份。
所述步骤（3）中的抗氧剂为三(2,4-二叔丁基 )亚磷酸苯酯 （简称168）、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯 （简称1010）和 1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯（简称1330）中的至少一种。
所述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度70～100℃，二区温度120～220℃，三区温度130～230℃，四区温度140～230℃，五区温度140～230℃，六区温度140～240℃，机头温度130～200℃；螺杆转速120～300r/min。
本发明的有益效果有：
1、本发明利用AlCl3 、苯乙烯单体形成能吸收电子云的分子或原子团的Lewis酸作为共混体系烷基化反应的催化剂，尽管PS和POE 都不具有反应的官能团，但是PS上面的苯环可以作为活性位点，其并和聚烯烃乙烯-辛烯无规共聚物中的自由基发生耦合反应，在lewis 酸的催化作用下，可以通过自由基反应把聚烯烃断链后的自由基接枝到苯环上面，从而生成PS-g-POE 的接枝共聚物，达到增容的效果。
2、本发明加入的苯乙烯单体的作用主要有两个方面：一个是苯乙烯单体很容易产生自由基，通过耦合终止达到稳定大分子自由基的作用；另一方面，苯乙烯单体还会在热的作用下发生自聚反应，从而补偿体系由于断链造成的分子量的下降。
3、本发明制得的复合材料的物理性能较PS有很大程度的提高，从而大大扩展了材料的应用范围，具有非常现实的意义；可用于制造日常生活中的一次性餐具、汽车部件、包装材料、玩具、建筑材料、电器和家庭用品等。
4、为了避免AlCl3的水解，通过加入正庚烷来抑制其水解。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述。
本发明的一种Lewis催化剂反应制备增容PS/POE复合材料，其主要是通过乙烯-辛烯无规共聚物（POE）来增韧聚苯乙烯（PS），其中PS 的重量份为50-80份、乙烯-辛烯无规共聚物（POE）的重量份为20-50份，然后加入氯化铝（AlCl3）0.1-0.5份、苯乙烯0.1-0.5份、正庚烷0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份共同营造的一个Lewis催化剂反应体系，把PS上面的苯环和乙烯-辛烯无规共聚物中的自由基发生耦合反应，生成PS-g-POE 的接枝共聚物。
实施例1
（1）称取聚苯乙烯（PS）80份、乙烯-辛烯无规共聚物（POE）50份、氯化铝（AlCl3）0.5份、苯乙烯0.5份、正庚烷0.5份、抗氧剂1010 0.5份，先将POE、PS在100℃干燥烘干8h。
（2）将无水 AlCl3加入到 POE中进行混合，并加入正庚烷抑制AlCl3的水解，得混合物A；
（3）将苯乙烯单体、抗氧剂加入到PS中进行混合得混合物B；
（4）将混合物A与混合物B进行混合均匀得混合物C；
（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度70℃，二区温度120℃，三区温度130℃，四区温度140℃，五区温度140℃，六区温度140℃，机头温度130℃；螺杆转速120r/min。
实施例2
（1）称取聚苯乙烯（PS）50份、乙烯-辛烯无规共聚物（POE）20份、氯化铝（AlCl3）0.1份、苯乙烯0.1份、正庚烷0.1份、抗氧剂1010 0.05份，抗氧剂168 0.05份，将POE、PS在80℃干燥烘干6h。
（2）将无水 AlCl3加入到 POE中进行混合，并加入正庚烷抑制AlCl3的水解，得混合物A；
（3）将苯乙烯单体、抗氧剂加入到PS中进行混合得混合物B；
（4）将混合物A与混合物B进行混合均匀得混合物C；
（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒。双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度100℃，二区温度220℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度240℃，机头温度200℃；螺杆转速300r/min。
实验例3
（1）称取聚苯乙烯（PS）65份、乙烯-辛烯无规共聚物（POE）35份、氯化铝（AlCl3）0.3份、正庚烷0.3份、抗氧剂1010 0.15份，抗氧剂1330 0.15份，将POE、PS在90℃干燥烘干7h。
（2）将无水 AlCl3加入到 POE中进行混合，并加入正庚烷抑制AlCl3的水解，得混合物A；
（3）将苯乙烯单体、抗氧剂加入到PS中进行混合得混合物B；
（4）将混合物A与混合物B进行混合均匀得混合物C；
（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒。双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度85℃，二区温度170℃，三区温度180℃，四区温度185℃，五区温度185℃，六区温度190℃，机头温度165℃；螺杆转速210r/min。
实验例4
(1)称取聚苯乙烯（PS）75份、乙烯-辛烯无规共聚物（POE）45份、氯化铝（AlCl3）0.4份、正庚烷0.2份、抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂1330 0.1份，将POE、PS在85℃干燥烘干7h。
（2）将无水 AlCl3加入到 POE中进行混合，并加入正庚烷抑制AlCl3的水解，得混合物A；
（3）将苯乙烯单体、抗氧剂加入到PS中进行混合得混合物B；
（4）将混合物A与混合物B进行混合均匀得混合物C；
（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒。双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度90℃，二区温度180℃，三区温度190℃，四区温度220℃，五区温度210℃，六区温度220℃，机头温度185℃；螺杆转速200r/min。
对比例1
（1）称取聚苯乙烯70份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂1330 0.1份。
（2）将聚苯乙烯和抗氧剂投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度110℃，二区温度160℃，三区温度190℃，四区温度190℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度185℃；螺杆转速290r/min。
对比例2
(1)称取聚苯乙烯（PS）73份、乙烯-辛烯无规共聚物（POE）45份、氯化铝（AlCl3）0.4份、抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂1330 0.1份，将POE、PS在85℃干燥烘干7h。
（2）将聚苯乙烯、乙烯-辛烯无规共聚物、氯化铝和抗氧剂投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度120℃，二区温度170℃，三区温度195℃，四区温度190℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度185℃；螺杆转速290r/min。
性能测试：
将上述实施例1-4及对比例1-2制备的复合材料用注塑机制成样条, 根据标准ISO527-1:2012，ISO 178:2010和ISO 180:2010分别对其进行拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度测试，测试数据如下表：
测试项目 单位 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
拉伸强度 MPa 50 43 47 42 25 27
弯曲强度 MPa 1880 1920 1980 2020 1450 1380
悬臂梁缺口冲击强度 kJ/m<sup>2</sup> 14.5 13.8 13 14 8 7
从实施例和对比例1的对比可以看出本发明制得的PS/POE的复合材料较对比例中PS的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度都得到了不少程度的提高。这大大扩展PS/POE的复合材料的应用领域。另外从实施例和对比例2的物理性能的数据可以看出，仅以AlCl3作为催化剂时，不管是PS 和还是POE，其在AlCl3 的催化作用下都会发生一定程度的降解，使制备的复合材料的性能发生下降。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (3)

1.一种催化增容PS/POE复合材料，其特征在于：其是通过以下方法制备而成:
（1）先将20-50份乙烯-辛烯无规共聚物和50-80份聚苯乙烯分别在80-100℃下干燥烘干6-8小时；
（2）将0.1-0.5份无水氯化铝加入到乙烯-辛烯无规共聚物中进行混合，得混合物A；所述混合物A中加入0.1-0.5份正庚烷抑制氯化铝的水解；
（3）将0.1-0.5份苯乙烯单体、0.1-0.5份抗氧剂加入到聚苯乙烯中进行混合，得混合物B；
（4）将混合物A与B一起混合得混合物C；
（5）将混合物C投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融、挤出、造粒得PS/POE的复合材料；所述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度70～100℃，二区温度120～220℃，三区温度130～230℃，四区温度140～230℃，五区温度140～230℃，六区温度140～240℃，机头温度130～200℃；螺杆转速120～300r/min；
所述无水氯化铝、正庚烷和苯乙烯单体的重量比为1：1：1。
2.根据权利要求1所述的催化增容PS/POE复合材料，其特征在于：所述步骤（1）中乙烯-辛烯无规共聚物中的辛烯含量为25%。
3.根据权利要求1所述的催化增容PS/POE复合材料，其特征在于：所述步骤（3）中的抗氧剂为三(2,4-二叔丁基 )亚磷酸苯酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和 1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯中的至少一种。
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