CN107446256B - 一种增韧聚苯乙烯填充母料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增韧聚苯乙烯填充母料及其制备方法，所述填充母粒由以下重量份的原料制成：聚苯乙烯14~20份，改性膨润土80~90份，邻苯二甲酸二辛酯4~8份，费托蜡3~5份，丁基橡胶12~15份，磷酸酯偶联剂3.2~3.5份；制备方法为：（1）将高速混合机升温至180~200℃，恒温5~10min；（2）投入改性膨润土和磷酸酯偶联剂，搅拌15~20min，继续搅拌并降温至110~120℃；（3）投入邻苯二甲酸二辛酯、费托蜡和丁基橡胶，继续搅拌1~2min，随后投入聚苯乙烯，混合搅拌4~5min，放料冷却；（4）将冷却的物料挤出造粒，即得所述填充母料。本发明采用十八烷基二甲基苄基氯化铵改性膨润土，提高了改性膨润土与聚苯乙烯的相容性，使制备得到的填充母料在聚苯乙烯中易分散，提高了聚苯乙烯的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于塑料制品领域，具体涉及一种增韧聚苯乙烯填充母料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯为无毒、无臭、无色的透明颗粒，是一种似玻璃状的脆性材料，是目前广泛应用的大品种合成树脂之一。传统的聚苯乙烯制品具有极高的透明度，透光率可达到90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性及耐化学腐蚀性好，价格低廉等优点。但是传统的聚苯乙烯也存在许多不足之处，如性脆、冲击强度低、易出现应力开裂等，这些缺点大大限制了聚苯乙烯的应用范围。
目前，解决聚苯乙烯存在的上述问题，主要采用添加橡胶共混或与其他树脂共聚的方法，这些方法虽然一定程度上可提高聚苯乙烯的韧性和抗应力开裂性能，但同时大大降低了刚性，并增加了成本。
在塑料填充母料的制备中，大多采用无机纳米粉体制备填料母料，但是，由于无机粉体具有很大的表面能，使其存在很强的“凝聚力”，同时无机粉体与不同种类的有机高分子聚合物材料也存在相容性问题，很难使无机粉体在高分子聚合物中分散均匀。公开号为CN101824192A的发明专利公开了一种改性聚苯乙烯材料及其制备方法，该发明采用纳米硫酸钡与聚苯乙烯共混制成改性聚苯乙烯材料，其中对纳米硫酸钡进行了表面接枝处理，处理方法为：将纳米硫酸钡引流到反应釜中，同时将溶有表面接枝剂的正己烷溶剂以雾化的方式注入反应釜，然后保压反应7~15天，完成纳米硫酸钡的表面接枝，压力5~20MPa，超声波频率70~120KHz，超声波功率密度为2~50W/cm2，反应温度为80~110℃。该方法制得的改性聚苯乙烯与传统聚苯乙烯相比，冲击强度提高了3倍以上，弯曲模量提高了1~1.5倍，抗蠕变性也有较大幅度提高，但是该方法对硫酸钡表面接枝处理过程复杂，耗时长。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种增韧聚苯乙烯填充母料及其制备方法，解决聚苯乙烯抗冲击强度差、易碎的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种增韧聚苯乙烯填充母料，由以下重量份的原料制备而成：聚苯乙烯14~20份，改性膨润土80~90份，邻苯二甲酸二辛酯4~8份，费托蜡3~5份，丁基橡胶12~15份，磷酸酯偶联剂3.2~3.5份；
所述改性膨润土由以下方法制备得到：
将十八烷基二甲基苄基氯化铵与去离子水混合均匀，调节混合液pH至7~8，再加入膨润土搅拌反应60~70min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中所述膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.04~0.07，膨润土与去离子水的料液比为8~10g/mL，反应温度为80~85℃。
本发明以十八烷基二甲基苄基氯化铵改性膨润土，将改性后的膨润土作为无机填料，经十八烷基二甲基苄基氯化铵改性后的膨润土，可以更好的与载体树脂聚苯乙烯相容；另一方面，由于改性后的膨润土层间距增大，更有利于磷酸酯偶联剂与膨润土的接触，进而增加磷酸酯偶联剂对改性膨润土的活化效果，在上述两方面的协同作用下，大大提高了改性膨润土与载体树脂的相容性，进而改善了膨润土在载体树脂中的分散性，同时也改善了丁基橡胶与膨润土的相容性与分散性，使制备得到的填充母料在基体树脂中易分散，提高了制备的聚苯乙烯的冲击强度等力学性能。
另外，由于改性后的膨润土层间距增大，还一定程度上改善了塑料制品的透气性。
在制备改性膨润土时，控制膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比尤为关键，如果十八烷基二甲基苄基氯化铵的量太多，得到的改性膨润土的有机覆盖度会很高，则会影响磷酸酯偶联剂与改性膨润土的结合，进而影响磷酸酯偶联剂的活化效果；如果十八烷基二甲基苄基氯化铵太少，得到的改性膨润土的有机覆盖度会很低，达不到上面所述的两方面协同作用的效果。
作为优选，所述的增韧聚苯乙烯填充母料，由以下重量份的原料制备而成：聚苯乙烯16份，改性膨润土84份，邻苯二甲酸二辛酯5份，费托蜡4份，丁基橡胶14份，磷酸酯偶联剂3.4份，其中，制备改性膨润土时，膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.05。
作为优选，所述膨润土的目数为1000~2000目。
作为优选，所述膨润土为钠基膨润土。
如上所述的填充母料的制备方法，步骤如下：
（1）将高速混合机升温至180~200℃，恒温5~10min；
（2）投入改性膨润土和磷酸酯偶联剂，搅拌15~20min，继续搅拌并降温至110~120℃；
（3）投入邻苯二甲酸二辛酯、费托蜡和丁基橡胶，继续搅拌1~2min，随后投入聚苯乙烯，混合搅拌4~5min，放料冷却；
（4）将冷却后的物料挤出、造粒后，即得到所述的增韧聚苯乙烯填充母料。
本发明由于采用十八烷基二甲基苄基氯化铵改性膨润土，使得改性后的膨润土层间距增大，在180~200℃下经高速搅拌，可使磷酸酯偶联剂更好的与膨润土接触，进而增加磷酸酯偶联剂的活化效果，有利于提高填充母料与基体树脂聚苯乙烯的相容性；在上述方法中，加料顺序和步骤（1）中的温度控制尤为重要，如果先加入邻苯二甲酸二辛酯和费托蜡，则会影响磷酸酯偶联剂与膨润土的活化效果，同时，在高温下，也有利于磷酸酯偶联剂与膨润土接触，本发明在综合考虑下，步骤（1）中温度选择为180~200℃。
另一方面，在180~200℃下还有利于排除膨润土内部的空气和水分，进一步提高制得的塑料母料的透气性，使制备的塑料制品具有较好的透气性。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明以十八烷基二甲基苄基氯化铵改性膨润土，提高了改性后的膨润土与载体树脂聚苯乙烯的相容性，另一方面，由于改性后的膨润土层间距增大，有利于磷酸酯偶联剂与膨润土的接触，进而增加磷酸酯偶联剂的活化效果，在上述两方面的协同作用下，大大提高了改性膨润土与载体树脂聚苯乙烯的相容性，进而改善了膨润土在载体树脂中的分散性，同时也改善了丁基橡胶与膨润土的相容性和分散性，使制备得到的填充母料在基体树脂聚苯乙烯中不仅易分散，而且还提高了聚苯乙烯的冲击强度等力学性能。
2、本发明在180~200℃下搅拌改性膨润土，可使磷酸酯偶联剂更好的与膨润土接触，进而增加磷酸酯偶联剂的活化效果，有利于提高填充母料与基体树脂聚苯乙烯的相容性，另一方面，在180~200℃下还有利于排除膨润土内部的空气和水分，进一步提高制得的填充母料的透气性，使制备的聚苯乙烯具有较好的透气性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例中使用的磷酸酯偶联剂为DN-301，为普通市售产品，本发明实施例中制得的复合材料均按照现行国家标准进行相关的性能测试。
实施例1
本实施例填充母料由以下质量的原料制备而成：聚苯乙烯14kg，改性膨润土80kg，邻苯二甲酸二辛酯4kg，费托蜡3kg，丁基橡胶12kg，磷酸酯偶联剂2kg。
其中，改性膨润土的制备方法如下：
将十八烷基二甲基苄基氯化铵与去离子水混合均匀，用NaOH溶液调节混合液pH至7，再加入1000目钠基膨润土，搅拌反应60min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中加入的膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.04，膨润土与去离子水的料液比为8g/mL，反应温度为80~85℃。
本实施例填充母料的制备方法如下：
（1）将高速混合机升温至180℃，恒温5min；
（2）投入改性膨润土和磷酸酯偶联剂，搅拌15min，继续搅拌并降温至110℃；
（3）投入邻苯二甲酸二辛酯、费托蜡和丁基橡胶，继续搅拌1min，随后投入聚苯乙烯，混合搅拌4min，放料冷却；
（4）将冷却后的物料按常规工艺挤出、造粒后，即得到所述的塑料填充母料。
将本实施例制备的填充母料与基体树脂聚苯乙烯按15:85的添加量应用于聚苯乙烯塑料的制备，对所制备的聚苯乙烯塑料按现行相关标准进行性能检测，检测结果为：拉伸强度为59MPa，弯曲强度为154MPa，弯曲模量为4100MPa，IZOD缺口冲击强度8.6Kj/m2。
实施例2
本实施例填充母料由以下质量的原料制备而成：聚苯乙烯16kg，改性膨润土84kg，邻苯二甲酸二辛酯5kg，费托蜡4kg，丁基橡胶14kg，磷酸酯偶联剂2.2kg。
其中，改性膨润土的制备方法如下：
将十八烷基二甲基苄基氯化铵与去离子水混合均匀，用NaOH溶液调节混合液pH至8，再加入2000目钠基膨润土，搅拌反应60min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中加入的膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.05，膨润土与去离子水的料液比为9g/mL，反应温度为80~85℃。
本实施例填充母料的制备方法如下：
（1）将高速混合机升温至200℃，恒温10min；
（2）投入改性膨润土和磷酸酯偶联剂，搅拌18min，继续搅拌并降温至110℃；
（3）投入邻苯二甲酸二辛酯、费托蜡和丁基橡胶，继续搅拌2min，随后投入聚苯乙烯，混合搅拌4min，放料冷却；
（4）将冷却后的物料按常规工艺挤出、造粒后，即得到所述的塑料填充母料。
将本实施例制备的填充母料与基体树脂聚苯乙烯按20:80的添加量应用于聚苯乙烯塑料的制备，对所制备的聚苯乙烯塑料按照相关标准进行性能检测，检测结果为：拉伸强度为61MPa，弯曲强度为162MPa，弯曲模量为4200MPa，IZOD缺口冲击强度8.5Kj/m2。
实施例3
本实施例填充母料由以下质量的原料制备而成：聚苯乙烯20kg，改性膨润土90kg，邻苯二甲酸二辛酯8kg，费托蜡5kg，丁基橡胶15kg，磷酸酯偶联剂2.4kg。
其中，改性膨润土的制备方法如下：
将十八烷基二甲基苄基氯化铵与去离子水混合均匀，用NaOH溶液调节混合液pH至8，再加入2000目钠基膨润土，搅拌反应70min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中加入的膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.07，膨润土与去离子水的料液比为10g/mL，反应温度为80~85℃。
本实施例填充母料的制备方法如下：
（1）将高速混合机升温至200℃，恒温8min；
（2）投入改性膨润土和磷酸酯偶联剂，搅拌20min，继续搅拌并降温至120℃；
（3）投入邻苯二甲酸二辛酯、费托蜡和丁基橡胶，继续搅拌2min，随后投入聚苯乙烯，混合搅拌5min，放料冷却；
（4）将冷却后的物料按常规工艺挤出、造粒后，即得到所述的塑料填充母料。
将本实施例制备的填充母料与基体树脂聚苯乙烯按10:90的添加量应用于聚苯乙烯塑料的制备，对所制备的聚苯乙烯塑料按照相关标准进行性能检测，检测结果为：拉伸强度为58MPa，弯曲强度为158MPa，弯曲模量为4100MPa，IZOD缺口冲击强度7.8Kj/m2。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种增韧聚苯乙烯填充母料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：聚苯乙烯14~20份，改性膨润土80~90份，邻苯二甲酸二辛酯4~8份，费托蜡3~5份，丁基橡胶12~15份，磷酸酯偶联剂3.2~3.5份；
所述改性膨润土由以下方法制备得到：
将十八烷基二甲基苄基氯化铵与去离子水混合均匀，调节混合液pH至7~8，再加入膨润土搅拌反应60~70min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中所述膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.04~0.07，膨润土与去离子水的料液比为8~10g/mL，反应温度为80~85℃；
所述增韧聚苯乙烯填充母料的制备步骤如下：
（1）将高速混合机升温至180~200℃，恒温5~10min；
（2）投入改性膨润土和磷酸酯偶联剂，搅拌15~20min，继续搅拌并降温至110~120℃；
（3）投入邻苯二甲酸二辛酯、费托蜡和丁基橡胶，继续搅拌1~2min，随后投入聚苯乙烯，混合搅拌4~5min，放料冷却；
（4）将冷却后的物料挤出、造粒后，即得到所述的填充母料。
2.根据权利要求1所述的增韧聚苯乙烯填充母料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：聚苯乙烯16份，改性膨润土84份，邻苯二甲酸二辛酯5份，费托蜡4份，丁基橡胶14份，磷酸酯偶联剂3.4份，其中，制备改性膨润土时，膨润土与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:0.05。
3.根据权利要求1或2所述的增韧聚苯乙烯填充母料，其特征在于，所述膨润土的目数为1000~2000目。
4.根据权利要求3所述的增韧聚苯乙烯填充母料，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土。
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