CN106479073A - 一种抗静电耐磨高性能ps复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗静电耐磨高性能PS复合材料及其制备方法，由以下重量份的组份制成：PS为60份‑80份；改性纳米ZrO2为20份‑30份；抗静电剂为10份‑16份；相容剂为0.1份‑0.5份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.1份‑0.3份。本技术方案的纳米ZrO2经过聚丙烯酸丁酯(PBA)的接枝，可以在纳米ZrO2表面形成PBA的有机包覆层，产生了强大的立体防护作用，阻止了纳米ZrO2的团聚，能够均匀地分散于PS基体中，提高PS复合材料的力学性能。

Description

一种抗静电耐磨高性能PS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种抗静电耐磨高性能PS复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(PS)作为常见的热塑性塑料，应用十分广泛。但是随着科技的发展，在一些特定的领域，人们对PS材料的性能要求，尤其是耐磨性、抗静电性能和力学性能要求越来越高，这大大限制了PS复合材料在这些特殊领域上的应用。
用聚丙烯酸丁酯(PBA)接枝纳米二氧化锆(ZrO2)，再对PS进行改性，从而提高PS复合材料的耐磨性、抗静电性能和物理性能，该方法至今尚未见于报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗静电耐磨高性能PS复合材料及其制备方法，以提高PS复合材料的耐磨性、抗静电性能及物理性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗静电耐磨高性能PS复合材料，由以下重量份的组份制成：
所述的改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠；
(2)将过硫酸钾、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸丁酯及纳米ZrO2混合后，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
所述纳米ZrO2直径为40-80nm。
所述丙烯酸丁酯、所述纳米ZrO2、所述过硫酸钾、所述硫酸铝及所述十二烷基苯磺酸钠的质量比为10-30：30-40：0.3-0.7：1-3：0.1-0.3。
所述抗静电剂为抗静电剂Atmer 163或抗静电剂Atmer 190。
所述相容剂为MAH-SEBS。
所述抗氧剂为的三(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]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种的混合。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
上述任一项所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取60份-80份的PS、20份-30份改性纳米ZrO2、0.1份-0.5份MAH-SEBS、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
优选地，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～180℃，二区温度190～230℃，三区温度190～230℃，四区温度190～230℃，五区温度190～230℃，六区温度190～230℃，机头温度190～230℃,螺杆转速200～280r/min。
本发明的有益效果是：
本技术方案的纳米ZrO2经过聚丙烯酸丁酯(PBA)的接枝，可以在纳米ZrO2表面形成PBA的有机包覆层，产生了强大的立体防护作用，阻止了纳米ZrO2的团聚，能够均匀地分散于PS基体中，提高PS复合材料的力学性能。
本技术方案中MAH-SEBS的存在增强了PS和纳米ZrO2的界面粘结，纳米ZrO2在PS基体中的分散性良好，这更有利于促进PS基体的异相成核，加快了PS基体的结晶速率，增强PS复合材料的力学性能。
.纳米ZrO2的加入还使得PS基体的硬度提高，对PS复合材料的耐磨性能有显著提高。
抗静电剂的加入使PS复合材料的抗静电性能得到了很大的提高，其表面电阻率降到108Ω左右。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种抗静电耐磨高性能PS复合材料，由以下重量份的组份制成：
所述改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
优选地，所述纳米ZrO2直径为40-80nm。
更优选地，步骤(1)中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为(10-30)：(30-40)：(0.3-0.7)：(1-3)：(0.1-0.3)。
所述抗静电剂为抗静电剂Atmer 163或Atmer 190。
所述相容剂为SEBS接枝马来酸酐(MAH-SEBS)。
所述抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称Irganox168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称Irganox1010)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Irganox1330)中的一种或几种的混合。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
上述任一项的耐磨高性能PS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取60份-80份的PS、20份-30份改性纳米ZrO2、0.1份-0.5份MAH-SEBS、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
优选地，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～180℃，二区温度190～230℃，三区温度190～230℃，四区温度190～230℃，五区温度190～230℃，六区温度190～230℃，机头温度190～230℃,螺杆转速200～280r/min。
本发明的各实施例中所用的原料如下：
PS(型号SKH-127)，韩国SK；BA，国药集团化学试剂有限公司；MAH-SEBS,美国壳牌化学公司；纳米ZrO2，合肥工业大学陶瓷研发中心；十二烷基苯磺酸钠，济南凯信化工；KPS,济南丰乐化工；硫酸铝，淄博中魁化工；硬脂酸钙，湖北中料化工；硬质酸钠，湖北兴银河化工；硬脂酸钾，郑州邦诺化工；抗静电剂(型号Atmer163、Atmer190)，英国禾大；抗氧剂(型号Irganox168、Irganox1010、Irganox1330)，瑞士汽巴精化。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
首先制备改性纳米ZrO2
制备例1
改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠；其中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为10：30：0.3：1：0.1；纳米ZrO2直径为40-80nm。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
制备例2
改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠；其中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为10：40：0.7：3：0.3；纳米ZrO2直径为40-80nm。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
制备例3
改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠；其中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为30：40：0.7：3：0.3；纳米ZrO2直径为40-80nm。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
制备例4
改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠；其中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为30：30：0.3：1：0.1；纳米ZrO2直径为40-80nm。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
制备例5
改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠；其中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为20：35：0.4：2：0.2；纳米ZrO2直径为40-80nm。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
实施例1
(1)称取60份PS、20份改性纳米ZrO2、10份抗静电剂Atmer163、0.1份MAH-SEBS、0.1份Irganox168、0.1份硬脂酸钙混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度140℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度190℃，五区温度190℃，六区温度190℃，机头温度190℃；螺杆转速200r/min。
实施例2
(1)称取80份PS、30份改性纳米ZrO2、16份抗静电剂Atmer190、0.5份MAH-SEBS、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1330、0.2份Irganox1010、0.1份硬脂酸钙、0.1份硬质酸钠、0.1份硬脂酸钾混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P2。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度180℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃；螺杆转速280r/min。
实施例3
(1)称取70份PS、25份改性纳米ZrO2、13份抗静电剂Atmer190、0.3份MAH-SEBS、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1010、0.1份硬脂酸钙、0.1份硬脂酸钾混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P3。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度160℃，二区温度210℃，三区温度210℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度210℃；螺杆转速240r/min。
实施例4
(1)称取75份PS、23份改性纳米ZrO2、10份抗静电剂Atmer163、0.4份MAH-SEBS、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P4。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度155℃，二区温度220℃，三区温度220℃，四区温度220℃，五区温度220℃，六区温度220℃，机头温度220℃；螺杆转速250r/min。
实施例5
(1)称取73份PS、21份改性纳米ZrO2、7份抗静电剂Atmer190、7份抗静电剂Atmer163、0.3份MAH-SEBS、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P5。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度175℃，二区温度225℃，三区温度225℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度225℃，机头温度225℃；螺杆转速255r/min。
对比例1
(1)称取65份PS、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料D1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度175℃，二区温度225℃，三区温度225℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度225℃，机头温度225℃；螺杆转速255r/min。
性能测试：
将上述实施例1-5及对比例1制备的PS复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
从上表可以看出，从表中还可以看出实施例1-5的力学性能、抗静电性能、耐摩擦性能都要好于对比例1。这大大扩展了PS复合材料的应用领域，具有非常重要的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，由以下重量份的组份制成：
所述的改性纳米ZrO2，其制备方法如下：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠；
(2)将过硫酸钾、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸丁酯及纳米ZrO2混合后，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得改性纳米ZrO2。
2.根据权利要求1所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，所述纳米ZrO2直径为40-80nm。
3.根据权利要求1所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，所述丙烯酸丁酯、所述纳米ZrO2、所述过硫酸钾、所述硫酸铝及所述十二烷基苯磺酸钠的质量比为10-30：30-40：0.3-0.7：1-3：0.1-0.3。
4.根据权利要求1所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为抗静电剂Atmer 163或抗静电剂Atmer 190。
5.根据权利要求1所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，所述相容剂为MAH-SEBS。
6.根据权利要求1所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为的三(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]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求1所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
8.上述权利要求1至7中任一项所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取60份-80份的PS、20份-30份改性纳米ZrO2、0.1份-0.5份MAH-SEBS、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
9.根据权利要求8所述的抗静电耐磨高性能PS复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～180℃，二区温度190～230℃，三区温度190～230℃，四区温度190～230℃，五区温度190～230℃，六区温度190～230℃，机头温度190～230℃,螺杆转速200～280r/min。
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