CN111471146B - 一种高性能asa接枝共聚物及其制备方法 - Google Patents
一种高性能asa接枝共聚物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高性能ASA接枝共聚物及其制备方法,先合成具有一定交联度的有机/无机硅‑聚氨酯‑丙烯酸酯的三元共聚物;再加入去离子水、乳化剂、无机引发剂、有机过氧化引发剂、交联剂二和丙烯酸酯单体得到PBA基础乳胶,形成胶核;再用苯乙烯和丙烯腈预混单体对胶核进行包覆,形成核壳,再经过乳胶凝聚、离心分离和干燥包装等过程,制得ASA接枝共聚物。本发明中制成的ASA接枝共聚物在抗冲性、耐热性、着色性、耐候性等方面表现出改善的性质能满足大多数应用领域,同时反映制备过程为常压、温度低、能耗低、单体转化率高、产品选择性高,经济效益好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高端化工新材料技术领域,更具体的涉及一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法。
背景技术
ASA接枝共聚物是丙烯酸酯交联橡胶(PBA)颗粒接枝苯乙烯-丙烯腈(SAN)而形成核壳结构,其中纳米核与壳之间化学键结合,交联的丙烯酸酯(PBA)橡胶核具有增韧作用,SAN壳层起到增容作用,调节壳层化学组成可以使其与多种树脂基体相容性大大增强,因而ASA胶粉作为“第二相”可与其他高分子材料,如聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等树脂共混制备高性能能PC/ASA、PVC/ASA、PBT/ASA、PMMA/ASA等合金。ASA综合了聚苯乙烯树脂的高光泽度、易加工性,丙烯腈树脂的机械性能、耐腐蚀性,以及丙烯酸酯橡胶优良的抗冲击性、耐候性及相容性等优点,是目前唯一在紫外线条件下长期使用既能保持色彩又保持机械性能的特种高分子新材料,使用寿命比高端ABS增加数倍,成本与普通级ABS相当,广泛用于汽车领域、电子电气领域、户外建材及门窗建材等领域。
要想得到性能满足要求的ASA树脂,第一步中丙烯酸酯胶乳粒径的控制和第二步中接枝率的提高非常关键。控制PBA胶乳粒径,以便胶核完全被包覆,提高接枝率,使ASA树脂胶粉具有优异的耐冲击性、着色性、流动性、耐候性和耐热性等性能,成为该领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能ASA接枝共聚物及其制备方法,通过合成溶胶-凝胶二氧化硅填充的聚氨酯改性丙烯酸酯橡胶核,形成一种有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物,再接枝包覆苯乙烯-丙烯腈,得到具有高冲击、高耐热、着色性、流动性、耐候性优异的ASA接枝共聚物。
本发明提供一种高性能ASA接枝共聚物,其特征是,先合成具有一定交联度的有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物;再加入去离子水、乳化剂、无机引发剂、有机过氧化引发剂、交联剂二和丙烯酸酯单体得到PBA基础乳胶,形成胶核;再用苯乙烯和丙烯腈预混单体对胶核进行包覆,形成核壳,再经过乳胶凝聚、离心分离和干燥包装等过程,制得ASA接枝共聚物。
本发明提供一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征是,包括以下步骤:
(1)向反应器中加入聚酯多元醇、交联剂一、催化剂、羟基丙烯酸酯,在110-120℃及真空度≥-0.09mPa条件下真空脱水2-3h,后降温至60-70℃,加入脂肪族多异氰酸酯,升温至80-85℃,反应2-3h,制得丙烯酸酯改性聚氨酯;
(2)在反应器中加入去离子水、乳化剂及丙烯酸脂改性聚氨酯,进行乳化,同时滴加配置好的预乳液,升温至80-85℃,反应1-2h,得到有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物,其中,预乳液包括四烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、去离子水和乳化剂;
(3)将得到的有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物加入装有搅拌器的反应器中,并加入去离子水、乳化剂、无机引发剂,搅拌并升温至50-60℃,再加入预先配制的混合单体,升温至80-90℃,反应3-4h,得到PBA基础乳胶,其中,混合单体包括有机过氧化引发剂、交联剂二和丙烯酸酯单体;
(4)将PBA基础乳胶、去离子水、乳化剂和无机引发剂加入PBA反应釜中,搅拌并升温至50-80℃,以20-25g/h的速度滴加预先配置好的混合液,并于2-3h内滴加完毕,再升温至80-90℃,反应2-3h,得到ASA乳胶,其中,混合液包括有机过氧化引发剂、链转移剂、苯乙烯和丙烯腈;
(5)将ASA乳胶经过破乳、凝聚、洗涤、干燥后得到ASA接枝共聚物。
优选的,步骤(1)中,聚酯多元醇、交联剂一、催化剂、羟基丙烯酸酯、脂肪族多异氰酸酯的重量比为15-45:2-5:0.001-0.005:10-20:30-50。
优选的,步骤(2)中,去离子水、乳化剂及丙烯酸脂改性聚氨酯的重量比为250-350:1-5:85-95,所述四烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、去离子水和乳化剂的重量比为20-30:20-30:80-100:1-5。
优选的,步骤(3)中,有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物、去离子水、乳化剂、无机引发剂、有机过氧化引发剂、交联剂二和丙烯酸酯单体的重量比为80-100:250-350:1-5:0.5-2:0.1-1.0:2.5-4:80-90,其中有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物以固体量计。
优选的,步骤(4)中,PBA基础乳胶、去离子水、乳化剂、无机引发剂、有机过氧化引发剂、链转移剂、苯乙烯和丙烯腈的重量比为250-300:30-50:0.1-0.5:0.05-0.5:0.1-0.5:0.1-0.25:25-35:8-12,其中PBA基础乳胶以固体量计。
优选的,聚酯多元醇选用聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丙二醇酯、聚己二酸乙二酸丁二醇酯、聚ε-己内酯二醇中的一种或几种;交联剂一选用乙二醇、二甘醇、丙二醇、丁二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种;催化剂选用辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡中的一种或几种;羟基丙烯酸酯选用丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或两种;脂肪族多异氰酸酯选用六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
优选的,乳化剂选用十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种;四烷氧基硅烷选用正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种或几种。
优选的,无机引发剂选用过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种;有机过氧化引发剂选用过氧化氢异丙苯、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或几种;交联剂二选用二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸丁二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丙酯中的一种或几种;链转移剂选用正十二硫醇、叔十二硫醇、正辛硫醇中的一种或几种。
优选的,PBA基础乳胶胶核粒径为100-800nm。
本发明实施例中,提供了一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法,采用特定种子单体制备大粒径PBA胶核,预配接枝单体,确保接枝率,从而在抗冲性、耐热性、着色性、耐候性等方面表现出改善的性质,不低于国外同类产品指标,能满足大多数应用领域,同时反映制备过程为常压、温度低、能耗低、单体转化率高、产品选择性高,经济效益好等优点。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例1提供一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法,包括以下步骤:
(1)向反应器中加入30g聚ε-己内酯二醇(mw=300g/mol)、5g三羟甲基丙烷、0.001g二月桂酸二丁基锡、10g丙烯酸羟乙酯,在110℃及真空度≥-0.09mPa条件下真空脱水2h,后降温至60℃,加入44g异佛尔酮二异氰酸酯,并于1h内滴加完毕,升温至80℃,反应2h,制得丙烯酸酯改性聚氨酯;
(2)在反应器中加入300g去离子水、2g十二烷基硫酸钠及丙烯酸改性聚氨酯搅拌30min,进行乳化,同时滴加配置好的预乳液,升温至80℃,反应1h,得到有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物,其中,所述预乳液包括20g正硅酸乙酯、20gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、80g去离子水和1g十二烷基硫酸钠;
(3)将得到的87.5g有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物加入装有搅拌器的反应器中,并加入267g去离子水、0.95g十二烷基硫酸钠、1.7g过硫酸钾,搅拌并升温至50℃,再加入预先配制的混合单体,升温至80℃,反应3h,得到PBA基础乳胶,其中,混合单体包括0.56g过氧化氢异丙苯、3.52g二丙烯酸乙二醇酯和80g丙烯酸丁酯单体;
(4)向装有搅拌器的反应器中加入固体组分为60g的PBA基础乳胶、再加入40g去离子水、0.12g十二烷基硫酸钠、0.1g过硫酸钾,搅拌并升温至60℃,连续以20-25g/h的速度滴加预先配置好的混合液,并于2.5h内滴加完毕,再升温至80℃,反应2h,得到ASA乳胶,其中,所述混合液包括0.24g过氧化氢异丙苯、0.12g叔十二硫醇、30g苯乙烯和10g丙烯腈;
(5)将ASA乳胶经过破乳、凝聚、洗涤、干燥后得到ASA接枝共聚物。
得到的PBA胶核粒径为140nm,ASA胶粉粒径为200nm。
实施例2
本发明实施例2提供一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法,包括以下步骤:
(1)向反应器中加入30g聚ε-己内酯二醇(mw=300g/mol)、5g三羟甲基丙烷、0.001g二月桂酸二丁基锡、10g丙烯酸羟乙酯,在110℃及真空度≥-0.09mPa条件下真空脱水2h,后降温至60℃,加入44g异佛尔酮二异氰酸酯,并于1h内滴加完毕,升温至80℃,反应2h,制得丙烯酸酯改性聚氨酯;
(2)在反应器中加入300g去离子水、2g十二烷基硫酸钠及丙烯酸改性聚氨酯搅拌30min,进行乳化,同时滴加配置好的预乳液,升温至80℃,反应1h,得到有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物,其中,所述预乳液包括20g正硅酸乙酯、20gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、80g去离子水和1g十二烷基硫酸钠;
(3)将得到的87.5g有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物加入装有搅拌器的反应器中,并加入267g去离子水、0.80g十二烷基硫酸钠、1.7g过硫酸钾,搅拌并升温至50℃,再加入预先配制的混合单体,升温至80℃,反应3h,得到PBA基础乳胶,其中,混合单体包括0.56g过氧化氢异丙苯、3.52g二丙烯酸乙二醇酯和80g丙烯酸丁酯单体;
(4)向装有搅拌器的反应器中加入固体组分为60g的PBA基础乳胶、再加入40g去离子水、0.12g十二烷基硫酸钠、0.1g过硫酸钾,搅拌并升温至60℃,连续以20-25g/h的速度滴加预先配置好的混合液,并于2.5h内滴加完毕,再升温至80℃,反应2h,得到ASA乳胶,其中,所述混合液包括0.24g过氧化氢异丙苯、0.12g叔十二硫醇、30g苯乙烯和10g丙烯腈;
(5)将ASA乳胶经过破乳、凝聚、洗涤、干燥后得到ASA接枝共聚物。
得到的PBA胶核粒径为180nm,ASA胶粉粒径为230nm。
实施例3
本发明实施例3提供一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法,包括以下步骤:
(1)向反应器中加入30g聚ε-己内酯二醇(mw=300g/mol)、5g三羟甲基丙烷、0.001g二月桂酸二丁基锡、10g丙烯酸羟乙酯,在110℃及真空度≥-0.09mPa条件下真空脱水2h,后降温至60℃,加入44g异佛尔酮二异氰酸酯,并于1h内滴加完毕,升温至80℃,反应2h,制得丙烯酸酯改性聚氨酯;
(2)在反应器中加入300g去离子水、2g十二烷基硫酸钠及丙烯酸改性聚氨酯搅拌30min,进行乳化,同时滴加配置好的预乳液,升温至80℃,反应1h,得到有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物,其中,所述预乳液包括20g正硅酸乙酯、20gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、80g去离子水和1g十二烷基硫酸钠;
(3)将得到的87.5g有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物加入装有搅拌器的反应器中,并加入267g去离子水、0.55g十二烷基硫酸钠、1.7g过硫酸钾,搅拌并升温至50℃,再加入预先配制的混合单体,升温至80℃,反应3h,得到PBA基础乳胶,其中,混合单体包括0.56g过氧化氢异丙苯、3.52g二丙烯酸乙二醇酯和80g丙烯酸丁酯单体;
(4)向装有搅拌器的反应器中加入固体组分为60g的PBA基础乳胶、再加入40g去离子水、0.12g十二烷基硫酸钠、0.1g过硫酸钾,搅拌并升温至60℃,连续以20-25g/h的速度滴加预先配置好的混合液,并于2.5h内滴加完毕,再升温至80℃,反应2h,得到ASA乳胶,其中,所述混合液包括0.24g过氧化氢异丙苯、0.12g叔十二硫醇、30g苯乙烯和10g丙烯腈;
(5)将ASA乳胶经过破乳、凝聚、洗涤、干燥后得到ASA接枝共聚物。
得到的PBA胶核粒径为300nm,ASA胶粉粒径为400nm。
将实施例1-实施例3制备得到的ASA接枝共聚物进行性能测试:
将实施例1-实施例3制备得到的ASA接枝共聚物按以下组分进行混合,进行性能测试,结果见表1。
ASA接枝共聚物、AS树脂(牌号138H,镇江奇美公司)、润滑剂(型号TG-60,淄博新国风塑料材料有限公司)和炭黑(牌号660R,美国卡博特公司)以重量比为30:70:1:1配比在高速混合机中混合均匀,然后在同向双螺杆挤出机上挤出造粒,螺杆转速250r/min,挤出温度为210-230℃,共混物料经过干燥后进行性能测试。
表1各实施例性能测试结果
注:接枝率%=接枝单体的总重量/壳单体的总重量×100%;
缺口冲击:按ISO 180/1A标准测试,23℃。
热变形温度:按ISO 75,测试条件为1.8MPa,120℃/h。
色差L值:按ISO 7724,分光光度计测试,D65标准光源,10°的观察角,包含镜面反射。
耐候性:按照标准SAE J 2527方法,使用氙灯辐照进行老化测试,辐照能量为2500KJ/m2。通过分光测色仪测试实验前后的CIE Lab值,计算出△E,△E越小,说明耐候性越好。
由表1可知,本发明的实施例1-实施例3中制备的ASA接枝共聚物的接枝率可达80%以上,采用该接枝共聚物所制备的ASA树脂缺口冲击在8.0KJ/m2以上,L值低于27,ΔE≤2,热变形温度均在79℃,达到国外同类产品的性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)向反应器中加入聚酯多元醇、交联剂一、催化剂、羟基丙烯酸酯,在110-120℃及真空度≥-0.09mPa条件下真空脱水2-3h,后降温至60-70℃,加入脂肪族多异氰酸酯,升温至80-85℃,反应2-3h,制得丙烯酸酯改性聚氨酯;
(2)在反应器中加入去离子水、乳化剂及丙烯酸酯 改性聚氨酯,进行乳化,同时滴加配置好的预乳液,升温至80-85℃,反应1-2h,得到有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物,其中,所述预乳液由四烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、去离子水和乳化剂组成;
(3)将得到的有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物加入装有搅拌器的反应器中,并加入去离子水、乳化剂、无机引发剂,搅拌并升温至50-60℃,再加入预先配制的混合单体,升温至80-90℃,反应3-4h,得到PBA基础乳胶,其中,混合单体包括有机过氧化引发剂、交联剂二和丙烯酸酯单体;所述PBA基础乳胶胶核粒径为100-800nm;
(4)将PBA基础乳胶、去离子水、乳化剂和无机引发剂加入PBA反应釜中,搅拌并升温至50-80℃,以20-25g/h的速度滴加预先配置好的混合液,并于2-3h内滴加完毕,再升温至80-90℃,反应2-3h,得到ASA乳胶,其中,所述混合液包括有机过氧化引发剂、链转移剂、苯乙烯和丙烯腈;
(5)将ASA乳胶经过破乳、凝聚、洗涤、干燥后得到ASA接枝共聚物。
2.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述聚酯多元醇、交联剂一、催化剂、羟基丙烯酸酯、脂肪族多异氰酸酯的重量比为15-45:2-5:0.001-0.005:10-20:30-50。
3.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述去离子水、乳化剂及丙烯酸酯 改性聚氨酯的重量比为250-350:1-5:85-95,所述四烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、去离子水和乳化剂的重量比为20-30:20-30:80-100:1-5。
4.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物、去离子水、乳化剂、无机引发剂、有机过氧化引发剂、交联剂二和丙烯酸酯单体的重量比为80-100:250-350:1-5:0.5-2:0.1-1.0:2.5-4:80-90,其中有机/无机硅-聚氨酯-丙烯酸酯的三元共聚物以固体量计。
5.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述PBA基础乳胶、去离子水、乳化剂、无机引发剂、有机过氧化引发剂、链转移剂、苯乙烯和丙烯腈的重量比为250-300:30-50:0.1-0.5:0.05-0.5:0.1-0.5:0.1-0.25:25-35:8-12,其中PBA基础乳胶以固体量计。
6.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述聚酯多元醇选用聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丙二醇酯、聚己二酸乙二酸丁二醇酯、聚ε-己内酯二醇中的一种或几种;交联剂一选用乙二醇、二甘醇、丙二醇、丁二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种;催化剂选用辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡中的一种或几种;羟基丙烯酸酯选用丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或两种;脂肪族多异氰酸酯选用六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述乳化剂选用十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种;四烷氧基硅烷选用正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的高性能ASA接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述无机引发剂选用过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种;有机过氧化引发剂选用过氧化氢异丙苯、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或几种;交联剂二选用二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸丁二醇酯、二丙烯酸己二醇酯中的一种或几种;链转移剂选用正十二硫醇、叔十二硫醇、正辛硫醇中的一种或几种。
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