CN109021155A - 一种苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苯乙烯‑马来酸酐‑氮苯基马来酰亚胺三元共聚物及其制备方法。其特征在于该三元共聚物按重量百分比由以下组分组成：苯乙烯50‑90份，马来酸酐1‑20份，氮苯基马来酰亚胺10‑30份，玻璃化转变温度150‑200℃，采用本体聚合的方式制备，将部分苯乙烯加入反应釜，再将溶解有马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺的苯乙烯溶液滴入反应釜，反应釜温度为90‑140℃，压力为常压，反应到一定程度后高温真空脱挥得到该三元共聚物。与现有技术相比，本发明的制备方法工艺简单、无废水、生产过程环保、制备的产品纯净度高，适合作为低气味、低散发车用ABS、家电ABS的耐热剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种苯乙烯系树脂耐热剂合成领域，具体涉及一种苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物的制备方法。
背景技术
ABS(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)兼具韧性和刚性，广泛应用于汽车、家电、电子电器等领域。然而，ABS的长期使用温度仅为80℃，不能满足汽车、家电越来越高的耐热要求。故而，提高ABS的耐热性，显得很有必要。
目前，提高ABS耐热性最经济、规模最大的方式是通过ABS与聚合物型耐热剂共混造粒的方式提高ABS耐热性。目前的耐热剂大多为含有NPMI的共聚物，最常用的合成方式包括以下三种：(1)通过溶液法将苯乙烯马来酸酐共聚物酰亚胺化制备ABS耐热剂苯乙烯-氮苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物，但该方法存在制备的流程复杂，固含量最高只能达到35％、生产效率较低，制备过程产生大量溶剂等安全与环保问题，很难实现工业化生产。(2)通过溶液法将苯乙烯、NPMI或马来酸酐直接制备成ABS耐热剂苯乙烯-NPMI二元共聚物或者苯乙烯-NPMI-马来酸酐三元共聚物，该方法同样存在生产过程溶剂使用量过大等环保问题。(3)通过悬浮聚合的方式直接将苯乙烯、NPMI制备成ABS耐热剂苯乙烯-NPMI二元共聚物，这也是目前最常用的工业化生产方式，但是该方法存在产品纯净度较差、制程中产生大量废水、产品粉末状存放时容易吸水等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物，包括如下重量份数的各组分：
苯乙烯 50-90份
马来酸酐 1-20份
氮苯基马来酰亚胺 10-30份。
一种苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物的制备方法，方法如下：称取50-90份的苯乙烯、1-20份的马来酸酐、10-30份的氮苯基马来酰亚胺；将一部分苯乙烯、0-0.5份的分子量调节剂加入反应釜，反应釜的温度为90-140℃，压力为常压；将马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺按比例溶解于剩余的苯乙烯和0-30份的溶剂中配成混合溶液，再将混合溶液滴入反应釜中；当聚合反应的转化率达到40-70％时，将所得到的含有聚合物的溶液注入真空脱挥器中，在200-250℃、4-30KPa的条件下真空脱挥未反应单体，制得苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物。
作为上述方案的优选，所述未反应单体通过冷凝器回收使用。
作为上述方案的优选，所述分子量调节剂为十二烷基硫醇，所述溶剂为乙苯。
本发明的工作原理是：苯乙烯、马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺(NPMI)在高温条件下，热引发进行自由基聚合得到三元共聚物。该共聚物的分子量与单体比例、分子量调节剂含量和反应温度相关，熔融指数随分子量和刚性基团(马来酸酐和NPMI)含量的变化而变化，玻璃化转变温度和刚性基团的含量正相关。作为ABS的耐热剂，其玻璃化转变温度的高低决定其耐热效率的高低，玻璃化转变温度越高，同等添加量ABS的耐热性提高越多，但其流动性会有所下降。这主要是因为刚性基团增多，分子链刚性增强，分子链运动困难，从而玻璃化转变温度大幅上升，适合作为ABS树脂的耐热剂。
1、本发明的有益效果是：本发明的制备方法采用本体聚合方式，工艺流程短，后处理简单，生产无废水，生产过程污染低；
2、本发明制备的三元共聚物纯净度高，无其他杂质，残留单体低，满足目前国家对材料环保性能的要求；
3、该三元共聚物玻璃化转变温度高，对ABS耐热性提升明显，同时能较好的保持ABS的流动性。
附图说明
图1是三元共聚物A的红外光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
首先将20份苯乙烯、0.1份十二烷基硫醇加入反应釜，反应釜的温度为115℃，压力为常压。将4份马来酸酐、10份氮苯基马来酰亚胺按比例溶解于64份苯乙烯和30份乙苯中配成混合溶液，再将混合溶液滴入反应釜中。当聚合反应的转化率达到40％时，将所得到的含有聚合物的溶液注入真空脱挥器中，在250℃、30KPa的条件下真空脱挥，制得苯乙烯、马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺三元共聚物A。再将共聚物A和ABS(上海高桥8391)按20:80的比例混合造粒，得到耐热ABS1。共聚物A和ABS1的性能分别见表1和表2，共聚物A的红外光谱图见图1。
实施例2
首先将10份苯乙烯、0.5份十二烷基硫醇加入反应釜，反应釜的温度为140℃，压力为常压。将7份马来酸酐、7份氮苯基马来酰亚胺按比例溶解于76份苯乙烯中配成混合溶液，再将混合溶液滴入反应釜中。当聚合反应的转化率达到70％时，将所得到的含有聚合物的溶液注入真空脱挥器中，在220℃、10KPa的条件下真空脱挥，制得苯乙烯、马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺三元共聚物B。再将共聚物B和ABS(上海高桥8391)按20:80的比例混合造粒，得到耐热ABS2。共聚物B和ABS2的性能分别见表1和表2。
实施例3
首先将10份苯乙烯加入反应釜，反应釜的温度为90℃，压力为常压。将1份马来酸酐、15份氮苯基马来酰亚胺按比例溶解于74份苯乙烯和10份乙苯中配成混合溶液，再将混合溶液滴入反应釜中。当聚合反应的转化率达到50％时，将所得到的含有聚合物的溶液注入真空脱挥器中，在200℃、4KPa的条件下真空脱挥，制得苯乙烯、马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺三元共聚物C。再将共聚物C和ABS(上海高桥8391)按20:80的比例混合造粒，得到耐热ABS3。共聚物C和ABS3的性能分别见表1和表2.
实施例4
首先将10份苯乙烯、0.2份十二烷基硫醇加入反应釜，反应釜的温度为120℃，压力为常压。将4份马来酸酐、10份氮苯基马来酰亚胺按比例溶解于74份苯乙烯和20份乙苯中配成混合溶液，再将混合溶液滴入反应釜中。当聚合反应的转化率达到40％时，将所得到的含有聚合物的溶液注入真空脱挥器中，在250℃、4KPa的条件下真空脱挥，制得苯乙烯、马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺三元共聚物D。再将共聚物D和ABS(上海高桥8391)按20:80的比例混合造粒，得到耐热ABS4。共聚物D和ABS4的性能分别见表1和表2.
以上案例的性能测试标准如下：
重均分子量及其分布由凝胶色谱仪(GPC)测试，溶剂为四氢呋喃；
熔融指数测试标准为ASTM D1238；共聚物测试条件为200℃*5kg，PC/ABS合金的测试测试条件为260℃*5kg，单位为g/10min；
色差测试：照明为D65，观测角度为CIE10°；
有机挥发性物质含量(TVOC)测试标准为VDA277，单位为ppm；
拉伸强度测试标准为ASTM D638，测试条件为50mm/min，单位为MPa；
弯曲强度测试标准为ASTM D790，测试条件为2mm*min，单位为MPa；
弯曲模量测试标准为ASTM D790，测试条件为2mm*min，单位为MPa；
冲击强度测试标准为ASTM D256，测试缺口为3.2mm，单位为J/m；
维卡软化温度测试标准为ASTM D1525，单位为℃。
通过图1的红外图谱可知，在758cm-1、701cm-1出的吸收峰为苯环C-H的弯曲振动吸收峰，表明分子结构中存在苯环；1857cm-1、1780cm-1出的强吸收峰为酸酐的特征吸收峰，1220cm-1出的吸收峰进一步说明马来酸酐在分子链中呈五元环的结构，这表明分子链中存在马来酸酐；1724cm-1处的强吸收峰为酰亚胺五元环上羰基的特征吸收峰，1397cm-1处的吸收峰为C-N-C的特征吸收峰，进一步证明分子结构中含有马来酰亚胺。综合分析可知，该方法能成功合成苯乙烯、马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺的三元共聚物。
表1实施例所得三元共聚物性能汇总
表2实施例所得耐热ABS性能汇总
通过表1可知，氮苯基马来酰亚胺和马来酸酐的含量影响共聚物的玻璃化转变温度，含量越高，玻璃化转变温度越高，氮苯基马来酰亚胺对耐热性的贡献比马来酸酐更明显。分子量调节剂对产品流动性影响较大，这主要是因为分子量的差异带来的。同时，本发明制备方法所制备的三元共聚物残留单体特别少，可挥发有机物含量特别低，表明该三元共聚物特别适合作为车用、家电用低散发、低气味的ABS耐热剂。
通过表2可知，本发明实施例制备的三元共聚物适合作为ABS的耐热剂，可以明显提高ABS的耐热性，且对ABS流动性影响不明显。同时，三元共聚物对ABS的刚性有帮助，但由于引入大量刚性基团，该三元共聚物会对ABS的韧性产生负面影响。
以上详细描述了本实发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：
苯乙烯 50-90份
马来酸酐 1-20份
氮苯基马来酰亚胺 10-30份 。
2.一种如权利要求1所述的苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物的制备方法，其特征在于，方法如下：称取50-90份的苯乙烯、1-20份的马来酸酐、10-30份的氮苯基马来酰亚胺；将一部分苯乙烯、0-0.5份的分子量调节剂加入反应釜，反应釜的温度为90-140℃，压力为常压；将马来酸酐、氮苯基马来酰亚胺按比例溶解于剩余的苯乙烯和0-30份的溶剂中配成混合溶液，再将混合溶液滴入反应釜中；当聚合反应的转化率达到40-70%时，将所得到的含有聚合物的溶液注入真空脱挥器中，在200-250℃、4-30KPa的条件下真空脱挥未反应单体，制得苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物。
3.如权利要求2所述的苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物的制备方法，其特征在于，所述未反应单体通过冷凝器回收使用。
4.如权利要求2所述的苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物，其特征在于，所述分子量调节剂为十二烷基硫醇。
5.如权利要求2所述的苯乙烯-马来酸酐-氮苯基马来酰亚胺三元共聚物，其特征在于，所述溶剂为乙苯。
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