CN106496910A - 一种hips复合材料及其的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HIPS复合材料及其的制备方法，所述HIPS复合材料包括如下重量份的组分：HIPS树脂55‑85份，改性石墨烯3‑5份，阻燃剂12‑17份；增韧剂5‑8份，玻璃纤维2‑3.5份，二氧化硅1.5‑2.5份，抗氧剂1‑1.5份，氢氧化铝1.5‑2.5份，光亮剂0.5‑1.5份，交联剂0.2‑0.5份，增塑剂0.5‑1份。本发明解决了现有技术中HIPS材料的不足，本发明得到的HIPS复合材料延展性好、韧性好、强度高、抗撕裂，氧指数高，阻燃性能好。

Description

一种HIPS复合材料及其的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种HIPS复合材料及其的制备方法。
背景技术
传统HIPS材料(即高抗冲聚苯乙烯，high impact polystyrene)是采用本体聚合法将作为增韧剂的橡胶与苯乙烯单体进行热聚合(或自由基聚合)而得到。HIPS最大的优点是冲击强度很高，比ABS高4倍以上。电绝缘性优良，HIPS易着色，容易印刷。HIPS的抗冲击强度虽然很高，但它的延展伸长率小于ABS。HIPS对模具有较大的腐蚀性，缩短模具的使用寿命，因此有必要予以改进。
HIPS材料的阻燃性能和烟雾密度是影响其广泛应用的一个重要因素，因此，人们的解决方法通常是在HIPS材料中添加阻燃剂来改善其存在的不足，阻燃性能和成本较高的问题无法解决，理论上和试验的效果较好，但无法实现规模化生产投放市场，以至于阻燃HIPS材料的阻燃效果不能满足市场的竞争需要，因此需要研究一种满足市场需要的配方技术，实现工业化生产。
石墨烯作为近年来发现的二维碳素晶体，具有突出和优异的导热性能、力学性能和电学性能，其纳米结构也十分独特，石墨烯具有较大的比表面积，少量的加入量就可以对聚合物基体性能产生显著的影响，然而石墨烯表面又呈惰性状态，与其他介质的界面相容性较差，且石墨烯层与层之间有较强的范德华力，相互间容易产生聚集，石墨烯增强聚合物复合材料性能的提高依赖于界面结合强度的提高，控制界面结合强度的最关键因素是对石墨烯进行表面处理，增加石墨烯表面有效功能团，通过表面处理方法引入不同的官能团，从而有效提高石墨烯与聚合物的界面结合。
发明内容
本发明提供了一种HIPS复合材料及其的制备方法，解决了现有技术中HIPS材料的不足，本发明得到的HIPS复合材料延展性好、韧性好、强度高、抗撕裂，氧指数高，阻燃性能好。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种HIPS复合材料，所述HIPS复合材料包括如下重量份的组分：
优选的，所述HIPS树脂为丁二烯-异戊二烯共聚物，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内。
优选的，所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)、双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)或二者的混合物。
优选的，所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。
优选的，所述的交联剂选自偏铝酸钠、焦锑酸钾、硫酸铝中的一种或几种；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、葵二酸二丁酯中的一种或几种。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备HIPS复合材料的方法，该方法包括如下步骤：
(1)制备HIPS树脂
在苯类溶剂中，将丁二烯和异戊二烯进行聚合反应，得到丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液；其中，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的含量为35wt％以上；
将苯乙烯和所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液进行聚合反应，得到HIPS树脂；
(2)按照如下重量份配料
(3)将上述所有配料在105-115℃下搅拌100-120分钟，搅拌速度为500-600r/min，使其混合均匀；
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，其中挤出机一到六区温度及机头温度分别为160℃、165℃、175℃、180℃、195℃、200℃，机头温度为200℃，螺杆转速80-100r/min，制得HIPS复合材料。
优选的，在步骤(2)之前还包括改性石墨烯的制备步骤：将石墨烯加到高混机中，加入石墨烯重量0.5-1％的十二烷基苯磺酸钾和石墨烯重量1-1.5％的硅烷偶联剂KH-560，在70-75℃高速混合6-8分钟进行表面预处理。
优选的，所述石墨烯粒径为100-200nm，碳含量大于99％，厚度为0.4-1.2纳米，层数2-3层。
优选的，所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)、双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)或二者的混合物；优选的，所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。
优选的，所述的交联剂选自偏铝酸钠、焦锑酸钾、硫酸铝中的一种或几种；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、葵二酸二丁酯中的一种或几种。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：(1)原料中的HIPS树脂具有特定的分子量且呈双峰分布的、以及以丁二烯的聚合链段封端的丁二烯-异戊二烯共聚物作为增韧剂，能够获得具有更高抗冲性能；(2)改性石墨烯的加入，增加HIPS复合材料界面相容性，提升了复合材料的力学性能，降低了对制造设备的腐蚀性；(3)采用连续玻纤增强，具备优异的刚性和冲击韧性；(4)阻燃剂和抗氧化剂的配合使用，提升了材料的阻燃性能；(5)所采用的配料均具有较低的毒性，制备工艺优化，更加环保；(6)最终所得产品延展性好、韧性好、强度高、抗撕裂。
具体实施方式
实施例一
在苯类溶剂中，将丁二烯和异戊二烯进行聚合反应，得到丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液；其中，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的含量为35wt％以上；将苯乙烯和所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液进行聚合反应，得到HIPS树脂。
将石墨烯加到高混机中，加入石墨烯重量0.5％的十二烷基苯磺酸钾和石墨烯重量1％的硅烷偶联剂KH-560，在70℃高速混合6分钟进行表面预处理，得到改性石墨烯。优选的，所述石墨烯粒径为100-200nm，碳含量大于99％，厚度为0.4纳米，层数2层。
按照如下重量份配料：
所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)、双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)或二者的混合物；优选的，所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。所述的交联剂选自偏铝酸钠、焦锑酸钾、硫酸铝中的一种或几种；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、葵二酸二丁酯中的一种或几种。
将上述所有配料在105℃下搅拌100分钟，搅拌速度为500r/min，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，其中挤出机一到六区温度及机头温度分别为160℃、165℃、175℃、180℃、195℃、200℃，机头温度为200℃，螺杆转速80r/min，制得HIPS复合材料。
实施例二
在苯类溶剂中，将丁二烯和异戊二烯进行聚合反应，得到丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液；其中，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的含量为35wt％以上；将苯乙烯和所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液进行聚合反应，得到HIPS树脂。
将石墨烯加到高混机中，加入石墨烯重量0.7％的十二烷基苯磺酸钾和石墨烯重量1.2％的硅烷偶联剂KH-560，在70℃高速混合7分钟进行表面预处理，得到改性石墨烯。优选的，所述石墨烯粒径为100-200nm，碳含量大于99％，厚度为1纳米，层数2层。
按照如下重量份配料：
所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)、双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)或二者的混合物；优选的，所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。所述的交联剂为焦锑酸钾；所述增塑剂己二酸二辛脂。
将上述所有配料在110℃下搅拌110分钟，搅拌速度为550r/min，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，其中挤出机一到六区温度及机头温度分别为160℃、165℃、175℃、180℃、195℃、200℃，机头温度为200℃，螺杆转速90r/min，制得HIPS复合材料。
实施例三
在苯类溶剂中，将丁二烯和异戊二烯进行聚合反应，得到丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液；其中，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的含量为35wt％以上；将苯乙烯和所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液进行聚合反应，得到HIPS树脂。
将石墨烯加到高混机中，加入石墨烯重量0.5-1％的十二烷基苯磺酸钾和石墨烯重量1.5％的硅烷偶联剂KH-560，在75℃高速混合8分钟进行表面预处理，得到改性石墨烯。所述石墨烯粒径为100-200nm，碳含量大于99％，厚度为1.2纳米，层数3层。
按照如下重量份配料：
所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)和双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)的混合物；所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。所述的交联剂选自硫酸铝；所述增塑剂选自葵二酸二丁酯。
将上述所有配料在115℃下搅拌120分钟，搅拌速度为600r/min，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，其中挤出机一到六区温度及机头温度分别为160℃、165℃、175℃、180℃、195℃、200℃，机头温度为200℃，螺杆转速100r/min，制得HIPS复合材料。
经测试，本发明各实例中HIPS复合材料的各技术指标如下：
上述技术指标均采用国家标准进行测试获得，由上表可知，本发明得到的产品弯曲性能强，抗冲击性能好，阻燃性优越。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种HIPS复合材料，所述HIPS复合材料包括如下重量份的组分：
HIPS树脂 55-85份
改性石墨烯 3-5份
阻燃剂 12-17份
增韧剂 5-8份
玻璃纤维 2-3.5份
二氧化硅 1.5-2.5份
抗氧剂 1-1.5份
氢氧化铝 1.5-2.5份
光亮剂 0.5-1.5份
交联剂 0.2-0.5份
增塑剂 0.5-1份。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述HIPS树脂为丁二烯-异戊二烯共聚物，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内。
3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)、双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)或二者的混合物。
4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。
5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的交联剂选自偏铝酸钠、焦锑酸钾、硫酸铝中的一种或几种；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、葵二酸二丁酯中的一种或几种。
6.一种制备HIPS复合材料的方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备HIPS树脂
在苯类溶剂中，将丁二烯和异戊二烯进行聚合反应，得到丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液；其中，所述丁二烯-异戊二烯共聚物以丁二烯的聚合链段封端；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的分子量呈双峰分布，双峰数均分子量分别在150000-250000的范围内和350000-460000的范围内；所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液中的丁二烯-异戊二烯共聚物的含量为35wt％以上；
将苯乙烯和所述丁二烯-异戊二烯共聚物的聚合溶液进行聚合反应，得到HIPS树脂；
（2）按照如下重量份配料
上述HIPS树脂 55-85份
改性石墨烯 3-5份
阻燃剂 12-17份
增韧剂 5-8份
玻璃纤维 2-3.5份
二氧化硅 1.5-2.5份
抗氧剂 1-1.5份
氢氧化铝 1.5-2.5份
光亮剂 0.5-1.5份
交联剂 0.2-0.5份
增塑剂 0.5-1份；
（3）将上述所有配料在105-115℃下搅拌100-120分钟，搅拌速度为500-600r/min，使其混合均匀；
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，其中挤出机一到六区温度及机头温度分别为160℃、165℃、175℃、180℃、195℃、200℃，机头温度为200℃，螺杆转速80-100r/min，制得HIPS复合材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤（2）之前还包括改性石墨烯的制备步骤：将石墨烯加到高混机中，加入石墨烯重量0.5-1％的十二烷基苯磺酸钾和石墨烯重量1-1.5％的硅烷偶联剂KH-560，在70-75℃高速混合6-8分钟进行表面预处理。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粒径为100-200nm，碳含量大于99％，厚度为0.4-1.2纳米，层数2-3层。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂选自N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)、双(2,4—二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗S-9228)或二者的混合物；所述阻燃剂采用无卤多聚芳基磷酸酯，所述光亮剂采用聚乙二醇，所述增韧剂采用聚乙烯醇缩丁醛。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的交联剂选自偏铝酸钠、焦锑酸钾、硫酸铝中的一种或几种；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、葵二酸二丁酯中的一种或几种。
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