CN109485779A - 一种高强度耐水亚克力板材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐水亚克力板材。所述高强度耐水亚克力板材由甲基丙烯酸甲酯、纳米粒子、甲基丙烯酸3‑(三甲氧基硅基)丙酯、共聚单体、交联剂、偶氮二异丁腈、增韧剂制备而成。与现有技术相比，本发明的高强度耐水亚克力板材本具有木材和塑料的双重特性，其物理机械性能优良，表明光滑，耐水性强，可应用在建筑、家装等行业。

Description

一种高强度耐水亚克力板材
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种高强度耐水亚克力板材。
背景技术
亚克力板具有质轻、价廉、易于成型等优点，主要用于雕刻、装饰以及工艺品制作等。亚克力板的成型方法有浇铸、射出成型、机械加工、热成型等。本发明主要研究的是通过浇铸的方法制备亚克力板材。
在建筑方面，亚克力板主要应用于采光体、屋顶、棚顶、楼梯和室内墙壁护板等方面。亚克力板在高速公路和高级道路的照明灯罩和汽车灯具方面的应用也相当快。随着大城市饭店、宾馆和高级住宅的兴建，采光体发展迅速，亚克力板制成的采光体具有整体结构强度高、自重轻、透光率高和安全性能好等特点，与无机玻璃采光装置相比，具有很大的优越性。
在卫生洁具方面，亚克力板可制作浴缸、洗脸盆、化妆台等产品。亚克力是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好的新型材料。与传统的陶瓷材料相比，亚克力除了无与伦比的高光亮度外，还有下列优点：韧性好，不易破损；修复性强，只要用软泡沫蘸点牙膏就可以将洁具擦拭一新；质地柔和，冬季没有冰凉刺骨之感；色彩鲜艳，可满足不同品位的个性追求。用亚克力制作台盆、浴缸、坐便器，不仅款式精美，经久耐用，而且具有环保作用，其辐射线与人体自身骨骼的辐射程度相差无几。亚克力洁具最早出现于美国，2008年后已占据整个国际市场的70％以上。
综合来讲，亚克力板具有以下特点：
1、无可比拟的户外耐候性。面板涂覆高浓度紫外线吸收剂，金属底座喷涂进口汽车漆，可保长久耐侯，不褪色，使用年限长达5～8年。
2、表面光泽高，光滑平整，透光率高达93％，透光极佳，光线柔和。
3、有透明、半透明、乳白等多种颜色和各种不同表面效果。
4、加工性能优良。
5、绿色环保。废旧料可以被彻底回收，再生利用简便易行。
6、优异的表面硬度和抗划伤性能。
7、良好的耐化学品性能，优于大多数其它塑料材料。
8、容易清洁、维护。
9、耐燃性。不自燃并具自熄性。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高强度耐水亚克力板材。本发明的得到的高强度耐水亚克力板材具有木材和塑料的双重特性，其物理机械性能优良，表明光滑，耐水性强，可应用在建筑、家装等行业。
具体技术方案如下：
一种高强度耐水亚克力板材，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯、共聚单体、交联剂、偶氮二异丁腈。
其中一种技术方案，所述的高强度耐水亚克力板材，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯、纳米粒子、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯、共聚单体、交联剂、偶氮二异丁腈。
另一技术方案，所述的高强度耐水亚克力板材，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯、纳米粒子、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯、共聚单体、交联剂、偶氮二异丁腈、增韧剂。
优选的，所述的高强度耐水亚克力板材由以下按重量份计的原料制备而成：甲基丙烯酸甲酯60～90份、纳米粒子0.5～8份、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯0.05～2份、共聚单体6～90份、交联剂2～4份、偶氮二异丁腈0.3～0.7份、增韧剂0.06～6份。
可选的，所述纳米粒子为纳米膨润土、纳米蒙脱石、纳米高岭石中的一种或几种的混合物。此外优选，所述纳米粒子为纳米膨润土。
所述共聚单体包括含环状基团单体和含活泼氢单体的至少一种。可选的，所述含环状基团单体为甲基丙烯酸异冰片酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、甲基丙烯酸全氟辛酰氧丙基酯中的一种或几种的混合物；可选的，所述含活泼氢单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。进一步优选的，所述共聚单体由甲基丙烯酸异冰片酯和甲基丙烯酸按照摩尔比(1～2):1组成。
所述增韧剂为核壳结构粒子；可选的，所述增韧剂为聚氯乙烯核壳结构粒子和/或丙烯酸酯核壳结构粒子；进一步优选，所述核壳结构粒子由聚氯乙烯核壳结构粒子和丙烯酸酯核壳结构粒子以重量比1:(2-4)混合均匀得到。
可选的，所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、丁二醇二丙烯酯、三烯丙基异氰脲酸酯中一种。
通过在亚克力板材中同时引入含环状基团单体和含活泼氢单体，亚克力板材的无论机械性能还是表面硬度都有所提高，其原因是甲基丙烯酸甲酯与含环状基团单体共聚，在主链上引入刚性侧基，降低分子链柔性，提高有机玻璃的机械性能和表面硬度；进一步引入含活泼氢原子的单体，形成分子间氢键，在存在交联剂的基础上，将聚合物由线型结构改为体型结构，进一步提高亚克力板材的综合性能。
本发明所述亚克力板材具有木材和塑料的双重特性，其物理机械性能优良，表明光滑，耐水性强，可应用在建筑、家装等行业。
具体实施方式
实施例中原料介绍如下：
甲基丙烯酸甲酯，CAS号：80-62-6。
交联剂，具体采用二甲基丙烯酸乙二醇酯，CAS号：97-90-5。
偶氮二异丁腈，CAS号：78-67-1。
甲基丙烯酸异冰片酯，CAS号：7534-94-3。
纳米膨润土，石家庄昇平矿产品有限公司提供，粒径500nm。
甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，CAS号：2530-85-0。
甲基丙烯酸，CAS号：79-41-4。
聚氯乙烯核壳结构粒子，参考专利申请号200510015287.6的实施例一制备得到。
丙烯酸酯核壳结构粒子，参考专利申请号200610012075.7的实施例一制备得到。
实施例1
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯、3.370重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.419重量份偶氮二异丁腈混合均匀后，倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例2
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：85重量份将甲基丙烯酸甲酯、33.348重量份甲基丙烯酸异冰片酯、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例3
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯和4.25重量份纳米膨润土混合均匀后，加入0.85重量份甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，在氮气气氛中于40℃以80转/分钟搅拌24小时，得到；然后向甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入33.348重量份甲基丙烯酸异冰片酯、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例4
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯和4.25重量份纳米膨润土混合均匀后，加入0.85重量份甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，在氮气气氛中于40℃以80转/分钟搅拌24小时，得到甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液；向甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入33.348重量份甲基丙烯酸异冰片酯、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，加入1.279重量份聚氯乙烯核壳结构粒子，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例5
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯和4.25重量份纳米膨润土混合均匀后，加入0.85重量份甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，在氮气气氛中于40℃以80转/分钟搅拌24小时，得到甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液；向甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入12.914重量份甲基丙烯酸、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，加入1.075重量份聚氯乙烯核壳结构粒子，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例6
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯和4.25重量份纳米膨润土混合均匀后，加入0.85重量份甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，在氮气气氛中于40℃以80转/分钟搅拌24小时，得到甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液；向甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入22.232重量份甲基丙烯酸异冰片酯、4.305重量份甲基丙烯酸、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，加入1.211重量份聚氯乙烯核壳结构粒子，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例7
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯和4.25重量份纳米膨润土混合均匀后，加入0.85重量份甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，在氮气气氛中于40℃以80转/分钟搅拌24小时，得到甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液；向甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入22.232重量份甲基丙烯酸异冰片酯、4.305重量份甲基丙烯酸、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，加入1.211重量份丙烯酸酯核壳结构粒子，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。
实施例8
高强度耐水亚克力板材的制备工艺，包括以下步骤：将85重量份甲基丙烯酸甲酯和4.25重量份纳米膨润土混合均匀后，加入0.85重量份甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯，在氮气气氛中于40℃以80转/分钟搅拌24小时，得到甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液；向甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯改性纳米膨润土的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入22.232重量份甲基丙烯酸异冰片酯、4.305重量份甲基丙烯酸、3.964重量份二甲基丙烯酸乙二醇酯和0.493重量份偶氮二异丁腈混合均匀，接着倒入反应釜中，通入氮气10分钟；随后以80转/分钟搅拌加热至70℃，于70℃预聚合1小时后，停止加热；将预聚合后的反应液迅速放入冰水浴中冷却至40℃，加入1.211重量份核壳结构粒子，灌入玻璃模具中，静置30分钟，使用聚氯乙烯胶条将玻璃模具密封；接着将密封后的玻璃模具于60℃放置10小时，80℃放置2小时，100℃放置2小时，120℃放置2小时，自然冷却至26℃，开启玻璃模具，得到所述高强度耐水亚克力板材。所述核壳结构粒子由聚氯乙烯核壳结构粒子和丙烯酸酯核壳结构粒子以重量比1:1混合均匀得到。
测试例1
对实施例1～8高强度耐水亚克力板材的机械性能进行测定。
拉伸强度按照GB/T1040-92标准测试，在Zwick/Roll万能试验机上进行。
冲击强度按照GB/T1843-1996标准测试，在CEAST 6967型摆锤冲击仪上进行。
每个实施例取10个样品，取其平均值作为测试结果。
具体测试结果见表1。
表1机械性能测试表
测试例2
对实施例1～8高强度耐水亚克力板材的表面硬度按照GB/T2411-1989测定。
每个实施例取10个样品，取其平均值作为测试结果。
具体测试结果见表2。
表2表面硬度测试表
测试例3
对实施例1～6高强度耐水亚克力板材的吸湿性进行测定：将亚克力板材置于烘箱中于80℃干燥至恒重，室温下将其浸泡于去离子水中，24小时后称重，由浸泡前后的质量差计算亚克力板材的吸湿性。
计算公式如下：吸湿率(％)＝(浸泡后的质量-浸泡前的质量)/浸泡前的质量×100％。
每个实施例取10个样品，取其平均值作为测试结果。
具体测试结果见表3。
表3吸湿性能测试表
从上述实验数据可以看出，实施例3通过在纳米膨润土与甲基丙烯酸甲酯之间引入增强它们相容性的相容剂，在起到一定内部增塑作用同时，改善亚克力板材的耐水性和表面硬度。实施例6通过在亚克力板材中同时引入含环状基团单体和含活泼氢单体，亚克力板材的无论机械性能还是表面硬度都有所提高，其原因是甲基丙烯酸甲酯与含环状基团单体共聚，在主链上引入刚性侧基，降低分子链柔性，提高有机玻璃的机械性能和表面硬度；进一步引入含活泼氢原子的单体，形成分子间氢键，在存在交联剂的基础上，将聚合物由线型结构改为体型结构，进一步提高亚克力板材的综合性能。实施例4中引入核壳结构粒子，其增韧机理为：核壳结构粒子均匀分布在甲基丙烯酸甲酯的连续相中，在受到冲击作用时产生变形，引发产生大量微裂纹，这些微裂纹由核壳结构粒子向基体树脂甲基丙烯酸甲酯辐射，并在破坏的过程中吸收大量的冲击能，使得能量得以耗散。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高强度耐水亚克力板材，其特征在于，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯、共聚单体、交联剂、偶氮二异丁腈。
2.如权利1所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯、纳米粒子、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯、共聚单体、交联剂、偶氮二异丁腈。
3.如权利1或2所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述高强度耐水亚克力板材的原料中还包括增韧剂。
4.如权利3所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于，由以下按重量份计的原料制备而成：甲基丙烯酸甲酯60～90份、纳米粒子0.5～8份、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯0.05～2份、共聚单体6～90份、交联剂2～4份、偶氮二异丁腈0.3～0.7份、增韧剂0.06～6份。
5.如权利要求2或4所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述纳米粒子为纳米膨润土、纳米蒙脱石、纳米高岭石中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1或2或4所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述共聚单体包括含环状基团单体和含活泼氢单体的至少一种。
7.如权利要求6所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述含环状基团单体为甲基丙烯酸异冰片酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、甲基丙烯酸全氟辛酰氧丙基酯中的一种或几种的混合物；所述含活泼氢单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。
8.如权利要求4所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述增韧剂为核壳结构粒子。
9.如权利要求8所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述增韧剂为聚氯乙烯核壳结构粒子和/或丙烯酸酯核壳结构粒子。
10.如权利要求1或2或4所述的高强度耐水亚克力板材，其特征在于：所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、丁二醇二丙烯酯、三烯丙基异氰脲酸酯中一种。
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