CN110951176B - 一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法 - Google Patents

一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及改性材料技术领域，具体地涉及一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法。该材料由以下组分按重量份制备而成：聚苯乙烯60‑80份，表面处理木质素纤维5‑10份，聚乳酸10‑20份，相容剂5‑10份，抗氧剂0.5份。本发明制备的可降解聚苯乙烯树脂，通过向聚苯乙烯基体中引入表面处理的木质素纤维和聚乳酸这两种生物可降解组分，使得最终的基体材料具有部分降解的效能，减少了该类材料大量应用所造成的污染；本发明所使用的木质素纤维的表面处理方法，可以有效的提高木质素纤维与基体材料的相容性，与传统的填料（滑石粉、碳酸钙、云母等）相比，在达到相同材料性能的前提下，本发明的材料密度要明显低于使用传统填料的产品。

Description

一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性材料技术领域，具体地，本发明涉及一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯是由苯乙烯单体聚合而成的线型结构的塑料材料。聚苯乙烯材料具有舒适的触感，良好的外观。广泛应用于光学仪器、化工部门及日用品方面，用来制作茶盘、糖缸、皂盒、烟盒、尺子、梳子等。由于具有一定的透气性，当制成薄膜制品时，又可做良好的食品包装材料。但聚苯乙烯材料同时又存在脆性大、软化温度低、易产生龟裂等缺点，严重影响了它的使用。为消除它的缺点，出现了改性聚苯乙烯；通常的方法是将苯乙烯单体与其它单体进行共聚合，或将聚苯乙烯与其它聚合体、共聚体混溶，以提高聚苯乙烯材料的韧性。
木质纤维素是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质。木质素纤维具有优良的保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能，同时韧性和分散性极佳，而且无毒、无味、无污染、无放射性，因此被广泛用于混凝土砂浆、石膏制品、木浆海棉、沥青道路等领域，对防止涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和施工的合易性、增加强度、增强对表面的附着力等有良好的效果。然而木质纤维素应用于改性塑料领域里，首先要解决的问题就是其与塑料基体的相容性。
发明内容
本发明提供了一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种可降解聚苯乙烯树脂，其由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001812257260000011
进一步方案，所述聚苯乙烯为透明聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯。
所述表面处理木质素纤维为自制材料，其处理方法如下：
向500mL三口烧瓶中加入100mL脱水四氢呋喃和10-30g木质素纤维，通氮气保护，在冰水浴条件下搅拌并冷却均匀。向三口烧瓶中逐滴加入5-15g的2-溴代异丁酰溴，然后在室温下不断搅拌12h。反应完成后过滤，将过滤得到的木质素纤维以10-15wt％的碳酸钠溶液洗涤2次，然后再以去离子水洗至中性并在60℃下干燥24h。
将5g上述干燥后的产物加入500mL三口烧瓶中，并加入100mL甲苯、50g纯化后的苯乙烯和0.002g引发剂偶氮二异丁腈。在氮气保护下，90℃加热搅拌8h。冷却至室温后将烧瓶中的液体逐滴滴加到甲醇中并析出沉淀，收集沉淀并干燥，即得到表面处理的木质素纤维。
所述相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯二元嵌段共聚物，或苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯二元嵌段共聚物。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八醇酯(1076)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少三种。
本发明另一个目的是提供上述一种可降解聚苯乙烯树脂的制备方法，将聚苯乙烯60-80份，表面处理木质素纤维5-10份，聚乳酸10-20份，相容剂5-10份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是180-190℃、180-190℃、185-195℃、185-195℃、190-200℃、190-200℃、200-210℃、210-220℃、210-220℃、220-230℃。
本发明的复合树脂有着如下优势：
本发明制备的可降解聚苯乙烯树脂，通过向聚苯乙烯基体中引入表面处理的木质素纤维和聚乳酸这两种生物可降解组分，使得最终的基体材料具有部分降解的效能，减少了该类材料大量应用所造成的污染；
本发明所使用的木质素纤维的表面处理方法，可以有效的提高木质素纤维与基体材料的相容性，与传统的填料(滑石粉、碳酸钙、云母等)相比，在达到相同材料性能的前提下，本发明的材料密度要明显低于使用传统填料的产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例(本发明包含但不局限于下述实施例)来对本发明作进一步说明。
实施例中所述聚苯乙烯为透明聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯。
实施例中所述表面处理木质素纤维为自制材料，其处理方法如下：
向500mL三口烧瓶中加入100mL脱水四氢呋喃和10-30g木质素纤维，通氮气保护，在冰水浴条件下搅拌并冷却均匀。向三口烧瓶中逐滴加入5-15g的2-溴代异丁酰溴，然后在室温下不断搅拌12h。反应完成后过滤，将过滤得到的木质素纤维以10-15wt％的碳酸钠溶液洗涤2次，然后再以去离子水洗至中性并在60℃下干燥24h。
将5g上述干燥后的产物加入500mL三口烧瓶中，并加入100mL甲苯、50g纯化后的苯乙烯和0.002g引发剂偶氮二异丁腈。在氮气保护下，90℃加热搅拌8h。冷却至室温后将烧瓶中的液体逐滴滴加到甲醇中并析出沉淀，收集沉淀并干燥，即得到表面处理的木质素纤维。
实施例中所述相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯二元嵌段共聚物，或苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯二元嵌段共聚物。
实施例中所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八醇酯(1076)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少三种。
实施例1
将聚苯乙烯60份，表面处理木质素纤维10份，聚乳酸20份，相容剂10份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是190℃、190℃、195℃、195℃、200℃、200℃、210℃、220℃、220℃、230℃。制备的材料性能如表1。
实施例2
将聚苯乙烯70份，表面处理木质素纤维7份，聚乳酸15份，相容剂8份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合10min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是185℃、185℃、190℃、190℃、195℃、195℃、205℃、215℃、215℃、225℃。制备的材料性能如表1。
实施例3
将聚苯乙烯80份，表面处理木质素纤维5份，聚乳酸10份，相容剂5份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合5min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是180℃、180℃、185℃、185℃、190℃、190℃、200℃、210℃、210℃、220℃。制备的材料性能如表1。
表1
测试项目/单位 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3
熔指/g/10min ISO 1133 7.4 6.6 6.1
拉伸强度/Mpa ISO 527 43 39 30
弯曲强度/Mpa ISO 178 55 49 42
弯曲模量/Mpa ISO 178 3984 3116 2430
Izod缺口冲击强度/KJ/㎡ ISO 180 28.0 19.5 16.3
密度/g/cm<sup>3</sup> ISO 1183 1.112 1.057 1.018
1000h堆肥质量损失率/％ -- 22.0 18.9 11.6
对比例1
将聚苯乙烯60份，滑石粉(市售)10份，聚乳酸20份，相容剂10份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是190℃、190℃、195℃、195℃、200℃、200℃、210℃、220℃、220℃、230℃。测试结果见表2。
对比例2
将聚苯乙烯60份，未处理的木质素纤维10份，聚乳酸20份，相容剂10份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是190℃、190℃、195℃、195℃、200℃、200℃、210℃、220℃、220℃、230℃。测试结果见表2。
对比例3
将聚苯乙烯80份，表面处理木质素纤维10份，相容剂10份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到聚苯乙烯树脂；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是190℃、190℃、195℃、195℃、200℃、200℃、210℃、220℃、220℃、230℃。测试结果见表2。
对比例4
将聚苯乙烯70份，表面处理木质素纤维10份，聚乳酸20份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到高抗冲物理微发泡聚丙烯组合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是190℃、190℃、195℃、195℃、200℃、200℃、210℃、220℃、220℃、230℃。测试结果见表2。
表2
Figure BDA0001812257260000051
通过表1、表2数据可以看出，本发明制备的可降解聚苯乙烯树脂，通过向基体树脂中加入表面处理的木质素纤维来提高材料的力学性能，可以看到在相同的添加量情况下，添加表面处理木质素纤维的材料性能明显优于添加滑石粉的材料，且具有可降解的性能，而聚乳酸的加入使得材料的降解性能更加优异，同时比较实施例1和对比例2可以看出，对木质素纤维进行表面处理可以对材料的整体性能起到很明显的改善，而具有增韧效能的相容剂的加入也对材料的性能起到至关重要的作用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可降解聚苯乙烯树脂，其特征在于,由以下组分按重量份制备而成：
聚苯乙烯 60-80份，
表面处理木质素纤维 5-10份，
聚乳酸 10-20份，
相容剂 5-10份，
抗氧剂 0.5份；
所述表面处理木质素纤维由以下处理方法得到：
向500mL三口烧瓶中加入100mL脱水四氢呋喃和10-30g木质素纤维，通氮气保护，在冰水浴条件下搅拌并冷却均匀；向三口烧瓶中逐滴加入5-15g的2-溴代异丁酰溴，然后在室温下不断搅拌12h；反应完成后过滤，将过滤得到的木质素纤维以10-15wt%的碳酸钠溶液洗涤2次，然后再以去离子水洗至中性并在60℃下干燥24h；将5g上述干燥后的产物加入500mL三口烧瓶中，并加入100mL甲苯、50g纯化后的苯乙烯和0.002g引发剂偶氮二异丁腈；在氮气保护下，90℃加热搅拌8h；冷却至室温后将烧瓶中的液体逐滴滴加到甲醇中并析出沉淀，收集沉淀并干燥，即得到表面处理的木质素纤维。
2.根据权利要求1所述的一种可降解聚苯乙烯树脂，其特征在于：所述聚苯乙烯为透明聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种可降解聚苯乙烯树脂，其特征在于：所述相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯二元嵌段共聚物，或苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯二元嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的一种可降解聚苯乙烯树脂，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八醇酯、三-(2，4- 二叔丁基苯基) 亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少三种。
5.一种权利要求1~4任一项所述的可降解聚苯乙烯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚苯乙烯60-80份，表面处理木质素纤维5-10份，聚乳酸10-20份，相容剂5-10份，抗氧剂0.5份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解聚苯乙烯树脂。
6.根据权利要求5所述的可降解聚苯乙烯树脂的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是180-190℃、180-190℃、185-195℃、185-195℃、190-200℃、190-200℃、200-210℃、210-220℃、210-220℃、220-230℃。
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