CN109161079B - 一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PE/PS/SEBS‑g‑MAH复合材料，所述复合材料所含原料及各原料的重量份数为：PE 30‑80份，PS 20‑70份，SEBS‑g‑MAH 1‑15份，石墨烯0.1‑0.9份。本发明复合材料具有优异的性能，还可采用超临界CO2进行釜式发泡，制成发泡材料，应用于包装材料、汽车材料等领域。

Description

一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种发泡PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料的制备方法。
背景技术
聚合物共混是制备新材料的常用方法，但大多数聚合物在热力学上是不相容的，如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等，简单共混使得各组分之间相界面作用力差，产生明显的相分离，而聚合物之间的相容性以及相形态将直接影响到产品的性能及应用。PE是一种热塑性树脂，PE具有良好的耐化学稳定性以及优异的成型加工性能，并且PE的用途十分广泛，主要用于主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，也可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。但PE存在耐环境应力开裂性较差，耐热老化性较差以及刚性较低等缺点，这些缺点也限制了PE的部分用途。PS中大体积苯环的无规排列赋予了材料高的透明度以及电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。但PS的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水。发泡材料中的闭孔指泡孔是独立的，均匀的分布在发泡体中，互不连通，泡孔完整不破碎。但PE与PS这两种材料之间的化学结构、结晶行为等的差别导致这两种聚合物间的相容性极差。
目前提高PE、PS之间相容的方法主要有三种：1、引入无机纳米粒子增容：中国发明专利，一种聚乙烯/聚苯乙烯/有机改性蒙脱土复合材料及其制备方法，CN201711039498.2，通过改性蒙脱土作为聚乙烯、聚苯乙烯的相容剂，制备PE/PS复合材料，但加入的蒙脱土含量大，蒙脱土易发生团聚现象，产生应力集中点，影响复合材料的性能；2、引入嵌段共聚物，如文献：Polymer Bulletin,2016,73(10):1-21，该方法制备工艺复杂，对设备要求较高，在工业中无法进行大批量的生产；3、制备PE-g-PS接枝共聚物作为PE/PS合金的相容剂，如中国发明专利，一种聚苯乙烯/聚乙烯合金及其专用相容剂与制备方法，CN101230119A，该方法改善了PE、PS之间的相容性，减小了界面张力，但制备接枝共聚物方法复杂，成本较高，不利于工业生产。
因此，需要进一步的探索工艺简单、低成本、性能优异的PE/PS复合材料的制备方法，并开拓其应用领域具有重要的意义，尤其是发泡材料领域。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料制备方法。本发明制备方法简单，成本较低，所制备的复合材料具有优异的性能，还可采用超临界CO2进行釜式发泡，制成发泡材料，应用于包装材料、汽车材料等领域。
本发明的技术方案如下：
一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料，所述复合材料所含原料及各原料的重量份数为：
Figure BDA0001763243890000021
所述复合材料所含原料及各原料的重量份数为：
Figure BDA0001763243890000022
所述PE为LDPE、HDPE、LLDPE中的一种或多种。
所述PE为LLDPE，熔融指数为1.2-2.5g/10min。
所述PS为GPPS，数均分子量50000-200000。
所述PS数均分子量为100000-150000，熔融指数为2-6.5g/10min。
所述SEBS-g-MAH的熔融指数为1-3g/10min，MAH接枝量为1.4-2.3％。
所述石墨烯，经过传统的Hummers法进行改性，得到改性石墨烯。
一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将30-80份PE、20-70份PS、1-15份SEBS-g-MAH、0.1-0.9份石墨烯高速混合均匀，经双螺杆挤出机混炼、挤出、拉丝、切粒，制备成PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料微粒；
(2)将步骤(1)制得的复合材料微粒投入反应釜，然后进行加热加压，使PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料微粒在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到一定倍率的PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料发泡材料；
所述的加热温度为110℃-150℃；加压压力为2.2-2.8MPa。
本发明有益的技术效果在于：
本发明采用SEBS-g-MAH作为PE、PS的相容剂，增加了两相界面之间的作用力，极大的改善了PE、PS之间的相容性，同时改性石墨烯在高温下与马来酸酐基团发生反应，从而增大了石墨烯之间的层间距，使得PE、PS分子插层进入层间中，产生了嵌段共聚物的作用，与SEBS-g-MAH协同增效PE/PS之间的相容性，降低了PS相的尺寸，使PS相均布分布在PE基体中，显著提高了PE/PS共混物的性能；
本发明采用超临界CO2釜式发泡的方法进行发泡，混合体系中SEBS-g-MAH与石墨烯协同增容，增加了复合物的粘度，且在发泡过程中石墨烯可成为气核点，有利于泡孔形成，减少了发泡材料中破孔、并孔情况的发生，为复合材料的发泡工艺提供了良好发泡条件；
SEBS-g-MAH/石墨烯在泄压的过程中可影响PE的结晶，从而有利于发泡，使得泡孔均匀分布，泡孔壁厚降低，闭孔率增加，进一步增强了发泡材料的强度，赋予了发泡材料的一定的耐磨性，同时耐黄变性；
本发明所涉及的工艺成本较低，可提高生产效率，且在整个过程中不存在交联反应，产物完全可回收再利用，绿色环保，符合工业化生产的需要，可广泛应用于汽车材料，包装材料，鞋底发泡材料等领域。
附图说明
图1是实施例4-9中不同含量SEBS-g-MAH复合发泡材料冲击性能图。
图2是实施例4-9中不同含量SEBS-g-MAH复合发泡材料的断裂伸长率以及拉伸强度图。
图3是实施例4-9中不同含量SEBS-g-MAH复合发泡材料的拉伸断面的SEM图。
图4是实施例9的发泡PE/PS/SEBS-g-MAH复合发泡材料的扫面电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将30-80份PE、20-70份PS、1-15份SEBS-g-MAH、0.1-0.9份石墨烯高速混合均匀，经双螺杆挤出机混炼、挤出、拉丝、切粒，制备成PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料微粒；
(2)将步骤(1)制得的复合材料微粒投入反应釜，然后进行加热加压，使PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料微粒在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到一定倍率的PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料发泡材料；所述的加热温度为110℃-150℃；加压压力为2.2-2.8MPa。
所述PE为LDPE、HDPE、LLDPE中的一种或多种。
所述PE为LLDPE，熔融指数为1.2-2.5g/10min。
所述PS为GPPS，数均分子量50000-200000。
所述PS数均分子量为100000-150000，熔融指数为2-6.5g/10min。
所述SEBS-g-MAH的熔融指数为1-3g/10min，MAH接枝量为1.4-2.3％。
所述石墨烯，经过传统的Hummers法进行改性，得到改性石墨烯。
采用上述方法，完成实施例1-13，各实施例中主要材料的用量(重量份数)分别如表1-3所示；
表1
LDPE PS SEBS-g-MAH 改性石墨烯
实施例1 80 20 1 0.1
实施例2 70 30 5 0.5
实施例3 20 80 9 0.9
表2
Figure BDA0001763243890000041
Figure BDA0001763243890000051
表3
HDPE PS SEBS-g-MAH 改性石墨烯
实施例11 20 80 1 0.1
实施例12 30 70 5 0.5
实施例13 80 20 9 0.9
实施例1-13制备的PE/PS/SEBS-g-MAH复合发泡材料的性能数据如表4、图1和图2所示，图1为冲击性能图，由图1可以看出，随着SEBS-g-MAH质量分数的增加，复合材料的冲击强度增加，当SEBS-g-MAH的质量分数超过5％时，复合材料的冲击强度显著增加。SEBS-g-MAH的质量分数为9％时，复合材料的冲击强度达到了35.39KJ/m2，比未添加SEBS-g-MAH的LLDPE/PS共混物的冲击强度(5.24KJ/m2)提高了近7倍，极大改善了LLDPE/PS复合材料的冲击性能。这归因于复合材料中MAH基团和石墨烯中的羧基基团赋予材料强大的极性，使得冲击强度得到极大的改善。图2是断裂伸长率以及拉伸强度图，从图2可以得出，当添加3％SEBS-g-MAH后，复合材料的拉伸强度，断裂伸长率明显增加，当质量分数超过3％后，材料的拉伸强度略微下降，而断裂伸长率增加幅度较缓慢。这是因为LLDPE/PS时典型的不相容体系，LLDPE与PS两相之间的相界面作用力弱，因此，简单共混制备的LLDPE/PS共混物的拉伸强度和断裂伸长率较低。
表4
Figure BDA0001763243890000052
Figure BDA0001763243890000061
由表4数据可以看出，SEBS-g-MAH的加入可以提高PE、PS之间的相容性，性能得到了极大的改善，且石墨烯的加入进一步提高了PEPS之间的相容性，提高了发泡PE/PS复合材料的闭孔率。在实施例4-10中，加入了不同量的SEBS-g-MAH，除了相容性、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度有一定程度提高以外，发泡PE/PS复合材料的闭孔率明显提高，说明石墨烯的加入确实可以起到提高发泡PE/PS复合材料闭孔率的作用。
实施例9所得发泡材料的扫面电镜图如图4所示，从图4出可以看出，复合材料能够成功的发泡，并且泡孔形态完好，泡孔尺寸均匀，泡孔尺寸在70μm左右，闭孔率在95％左右，这是由于SEBS-g-MAH和石墨烯的存在，提高了泡沫材料的闭孔率。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料，其特征在于，所述复合材料所含原料及各原料的重量份数为：
PE 30-80份
PS 20-70份
SEBS-g-MAH 1-15 份
石墨烯 0.1-0.9 份；
所述SEBS-g-MAH的熔融指数为1-3 g/10min，MAH接枝量为1.4-2.3%；
所述PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将30-80份PE、20-70份PS、1-15份SEBS-g-MAH、0.1-0.9份石墨烯高速混合均匀，经双螺杆挤出机混炼、挤出、拉丝、切粒，制备成PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料微粒；
（2）将步骤（1）制得的复合材料微粒投入反应釜，然后进行加热加压，使PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料微粒在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到一定倍率的PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料发泡材料；所述的加热温度为110℃-150℃；加压压力为2.2-2.8 MPa；
所述PE为LLDPE，熔融指数为1.2-2.5g/10min；所述PS为GPPS，数均分子量50000-200000；
所述石墨烯，经过传统的Hummers法进行改性，得到改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述的PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料，其特征在于，所述复合材料所含原料及各原料的重量份数为：
PE 50-70份
PS 30-50份
SEBS-g-MAH 1-9 份
石墨烯 0.1-0.9 份。
3.根据权利要求1所述的PE/PS/SEBS-g-MAH复合材料，其特征在于，所述PS数均分子量为100000-150000，熔融指数为2-6.5 g/10min。
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