CN109608801A - 一种有机玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机玻璃的制备方法，属于有机玻璃制备技术领域。本发明采用聚氨酯作为弹性体来增韧有机玻璃，有机玻璃在受到冲击时，增韧剂弹性体粒子既作为应力集中中心诱发大量银纹和剪切带，又可以控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性裂纹，发生在银纹前沿的应力场可以诱发剪切带的生成，而剪切带同时可减缓银纹的生长，在此变化过程中，银纹与剪切带的发展消耗了大量的能量，从而显著提高了有机玻璃的冲击强度；本发明采用超细氧化铝来增韧有机玻璃，小粒径的无机粒子表面缺陷少，非配对原子多，比表面积大，与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，粒子与基体间的界面粘结可以承受更大的荷载，从而达到既增强又增韧的目的。

Description

一种有机玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机玻璃的制备方法，属于有机玻璃制备技术领域。
背景技术
通常所说的有机玻璃是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板材，是由甲基丙烯酸甲酯单体（MMA）聚合而成。甲基丙烯酸甲酯聚合或共聚合的产物，一般都是热塑性塑料。甲基丙烯酸甲酯可通过本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合等聚合方法得到不同性能和用途的产物。有机玻璃具有许多优良的性能：聚甲基丙烯酸甲酯是高透明无定型的热塑性塑料，在塑料中透光性最佳，透射率高达92%-93%，可透过可见光99%，紫外光73%。相对密度也较小，为1.188-1.22，仅为硅玻璃的1/2，抗碎裂性能好，为硅玻璃的7-18倍，机械强度和韧性大于硅玻璃10倍以上。它具有突出的耐候性和耐老化性，在低温和较高温度下，冲击强度不变，有良好的电绝缘性能，可耐电弧，尚有生物相容性，属于医用功能高分子材料。有良好的热塑加工性能，易于加工成型，化学性能稳定，能耐一般化学腐蚀，对低浓度的酸、碱作用较小，其边角废料经热裂解为甲基丙烯酸甲酯单体，可回收再用于聚合。由于有机玻璃具有其它材料不具备的众多优点，因而在建筑、汽车制造业、科学仪器、日常文教用品和航天航空等方面都有广泛的应用。近年来兴起的亚克力，玻璃纤维增强洁具系列、大幅面多彩灯箱广告牌、样品展示台架等产品，都大大地拓宽了有机玻璃板材的应用领域。
有机玻璃以其优异的透光性和优越的经济技术性能被广泛应用在建筑、工业设备和产品的透明部位。但同其它透明塑料材料相比，有机玻璃也具有一些劣势，有机玻璃的硬度低，不耐刮擦，在运输及使用过程中表面极易被擦伤，造成表面起雾，使材料的透明度下降，装饰效果劣化，而且冲击强度低，属于硬而脆的塑料，影响了有机玻璃在更广泛领域的应用。所以对PMMA增韧改性是一项很有实际意义的工作。
为了提高PMMA的韧性，研究者们采用了多种方法，如共聚增韧、共混增韧、采用互穿聚合物网络结构（IPN）增韧、定向拉伸、纤维增强增韧等。而现有的这些PMMA增韧改性方法或多或少存在些不足之处。如单纯掺入橡胶弹性体会影响光学性能，透光率下降，雾度增加；无机纳米粒子极易团聚，不易分散于聚合物中，使聚合物与纳米粒子间常发生严重的相分离；采用聚合物互穿网络结构改性，有机玻璃板材的透光率受合成因素的影响比较大，如引发剂的种类和掺量、反应时间等都可能影响有机玻璃的性能；若采用定向拉伸，则需要大型的设备，对设备要求很高；增强纤维与树脂基体的非理想界面结合、折射率不匹配、存在孔隙等问题均会显著影响材料的透光效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有有机玻璃冲击强度低问题，提供了一种有机玻璃的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
按重量份数计，分别称取1～10份废有机玻璃、10～20份甲基丙烯酸甲酯、1～5份聚氨酯弹性体、1～5份硅丙乳液、0.2～0.6份超细氧化铝、1～10份乙酸乙酯、0.6～0.8份引发剂，将甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合均匀，得混合物A，加入废有机玻璃，搅拌处理，得混合物B，加入聚氨酯弹性体、硅丙乳液、超细氧化铝和乙酸乙酯，保温搅拌后，快速冷却，并倒入玻璃模具中静置20～30min，得坯料A，将坯料A聚合处理，得坯料B，高温处理，冷却至室温，脱模，即得有机玻璃。
所述的引发剂为偶氮二异丁腈和过氧化二苯甲酰按质量比1∶2混合。
所述的废有机玻璃过80～100目筛。
所述的搅拌处理为在搅拌速度为200～300r/min下搅拌30～40min。
所述的保温搅拌为在温度为70～80℃，转速为100～300r/min下搅拌2～4h。
所述的聚合处理为置于40～50℃的烘箱中聚合1～2天后，升温至60～80℃下反应6～8h。
所述的高温处理为在温度为100～110℃下高温处理1～2h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明采用聚氨酯作为弹性体来增韧有机玻璃，有机玻璃在受到冲击时，增韧剂弹性体粒子既作为应力集中中心诱发大量银纹和剪切带，又可以控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性裂纹，发生在银纹前沿的应力场可以诱发剪切带的生成，而剪切带同时可减缓银纹的生长，在此变化过程中，银纹与剪切带的发展消耗了大量的能量，从而显著提高了有机玻璃的冲击强度；
（2）本发明利用硅丙乳液进行改性，硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液，结合了有机硅耐高温性、耐候性、耐化学品性，疏水、表面能低不易污染性和丙烯酸类树脂的高保色性、柔韧性、附着性，使得制备的有机玻璃具有较好的耐候性；
（3）本发明采用超细氧化铝来增韧有机玻璃，小粒径的无机粒子表面缺陷少，非配对原子多，比表面积大，与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，粒子与基体间的界面粘结可以承受更大的荷载，从而达到既增强又增韧的目的。
具体实施方式
按重量份数计，分别称取1～10份废有机玻璃、10～20份甲基丙烯酸甲酯、1～5份聚氨酯弹性体、1～5份硅丙乳液、0.2～0.6份超细氧化铝、1～10份乙酸乙酯、0.6～0.8份引发剂，将甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合均匀，得混合物A，加入废有机玻璃，在搅拌速度为200～300r/min下搅拌30～40min，得混合物B，加入聚氨酯弹性体、硅丙乳液、超细氧化铝和乙酸乙酯，在温度为70～80℃，转速为100～300r/min下搅拌2～4h后，快速冷却，并倒入玻璃模具中静置20～30min，得坯料A，将坯料A置于40～50℃的烘箱中聚合1～2天后，升温至60～80℃下反应6～8h，得坯料B，在温度为100～110℃下高温处理1～2h，冷却至室温，脱模，即得有机玻璃。
实例1
按重量份数计，分别称取1份废有机玻璃、10份甲基丙烯酸甲酯、1份聚氨酯弹性体、1份硅丙乳液、0.2份超细氧化铝、1份乙酸乙酯、0.6份引发剂，将甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合均匀，得混合物A，加入废有机玻璃，在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，得混合物B，加入聚氨酯弹性体、硅丙乳液、超细氧化铝和乙酸乙酯，在温度为70℃，转速为100r/min下搅拌2h后，快速冷却，并倒入玻璃模具中静置20min，得坯料A，将坯料A置于40℃的烘箱中聚合1天后，升温至60℃下反应6h，得坯料B，在温度为100℃下高温处理1h，冷却至室温，脱模，即得有机玻璃。
实例2
按重量份数计，分别称取5份废有机玻璃、15份甲基丙烯酸甲酯、3份聚氨酯弹性体、3份硅丙乳液、0.4份超细氧化铝、5份乙酸乙酯、0.7份引发剂，将甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合均匀，得混合物A，加入废有机玻璃，在搅拌速度为250r/min下搅拌35min，得混合物B，加入聚氨酯弹性体、硅丙乳液、超细氧化铝和乙酸乙酯，在温度为75℃，转速为200r/min下搅拌3h后，快速冷却，并倒入玻璃模具中静置25min，得坯料A，将坯料A置于45℃的烘箱中聚合1天后，升温至70℃下反应7h，得坯料B，在温度为105℃下高温处理1h，冷却至室温，脱模，即得有机玻璃。
实例3
按重量份数计，分别称取10份废有机玻璃、20份甲基丙烯酸甲酯、5份聚氨酯弹性体、5份硅丙乳液、0.6份超细氧化铝、10份乙酸乙酯、0.8份引发剂，将甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合均匀，得混合物A，加入废有机玻璃，在搅拌速度为300r/min下搅拌40min，得混合物B，加入聚氨酯弹性体、硅丙乳液、超细氧化铝和乙酸乙酯，在温度为80℃，转速为300r/min下搅拌4h后，快速冷却，并倒入玻璃模具中静置30min，得坯料A，将坯料A置于50℃的烘箱中聚合2天后，升温至80℃下反应8h，得坯料B，在温度为110℃下高温处理2h，冷却至室温，脱模，即得有机玻璃。
对照例：东莞某公司生产的有机玻璃。
将实例及对照例制备得到的有机玻璃进行检测，具体检测如下：
将有机玻璃共混材料分别按照150527-2（1996）、150178·2（1999）和150179-2（1999）标准进行拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度的测试。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
拉伸强度/MPa 80.6 79.9 79.6 72.2
弯曲强度/MPa 137.65 135.42 132.71 78.61
缺口冲击强度/KJ/m<sup>2</sup> 20.1 19.7 19.9 11.4
由表1可知，本发明制备的有机玻璃具有良好的冲击强度。

Claims (7)

1.一种有机玻璃的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
按重量份数计，分别称取1～10份废有机玻璃、10～20份甲基丙烯酸甲酯、1～5份聚氨酯弹性体、1～5份硅丙乳液、0.2～0.6份超细氧化铝、1～10份乙酸乙酯、0.6～0.8份引发剂，将甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合均匀，得混合物A，加入废有机玻璃，搅拌处理，得混合物B，加入聚氨酯弹性体、硅丙乳液、超细氧化铝和乙酸乙酯，保温搅拌后，快速冷却，并倒入玻璃模具中静置20～30min，得坯料A，将坯料A聚合处理，得坯料B，高温处理，冷却至室温，脱模，即得有机玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种有机玻璃的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈和过氧化二苯甲酰按质量比1∶2混合。
3.根据权利要求1所述的一种有机玻璃的制备方法，其特征在于：所述的废有机玻璃过80～100目筛。
4.根据权利要求1所述的一种有机玻璃的制备方法，其特征在于：所述的搅拌处理为在搅拌速度为200～300r/min下搅拌30～40min。
5.根据权利要求1所述的一种有机玻璃的制备方法，其特征在于：所述的保温搅拌为在温度为70～80℃，转速为100～300r/min下搅拌2～4h。
6.根据权利要求1所述的一种有机玻璃的制备方法，其特征在于：所述的聚合处理为置于40～50℃的烘箱中聚合1～2天后，升温至60～80℃下反应6～8h。
7.根据权利要求1所述的一种有机玻璃的制备方法，其特征在于：所述的高温处理为在温度为100～110℃下高温处理1～2h。
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