CN112646099B - 一种β-蒎烯-异丁烯-茚共聚树脂的制备方法及其在聚丙烯增韧改性中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料改性技术领域,具体涉及一种β‑蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂的制备方法及其在聚丙烯增韧改性中的应用。本发明制备方法包括:S1、将β‑蒎烯、主引发剂、路易斯酸共引发剂、亲核试剂、同离子盐和溶剂互溶,并进行反应;S2、在步骤S1所得的反应体系中加入异丁烯继续反应;S3、在步骤S2所得的反应体系中加入茚继续反应;S4、在步骤S3所得的反应体系中加入甲醇终止反应,经后处理得β‑蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂。通过β‑蒎烯—异丁烯—茚活性阳离子可控聚合形成三元(硬段‑软段‑硬段)嵌段共聚树脂,可实现对树脂韧性和刚性可控调节,不仅拓宽乙烯裂解副产物茚的应用范围,而且将其用于聚丙烯改性时,既可以增强又可以增韧,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域,具体涉及一种β-蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂的制备方法及其在聚丙烯增韧改性中的应用。
背景技术
聚丙烯(PP)由于其优异的使用潜能,广泛应用于注塑成型、薄膜薄片、单丝、纤维、中空成型、挤出成型等制品,普及工农业及生活日用品的各个方面。但是PP有个很明显的缺点就是韧性较差,对缺口十分敏感,这在很大程度上限制了其在工程领域的应用空间。中国专利CN111875889A、CN111793280A、 CN111635484A等记载通过有机小分子和聚合物改性聚丙烯,改性后的聚丙烯抗拉强度和缺口冲击强度虽有改善,但仍不能满足对抗拉伸性能和韧性要求比较高的工程材料的需求。
活性阳离子可控聚合技术可以有效控制聚合物的分子量(链长),聚合过程链引发速度大于链增长速度,得到窄分子量分布、链末端带特殊官能团的聚合物,允许从分子层面对聚合物精确设计,避免了传统聚合体系中由于发生链转移、链终止等导致活性链失活的副反应,是研究聚合物结构-性质-性能之间的关系和聚合物分子设计最强有力手段之一。茚是非常重要的工业原料,主要来源于石油裂解副产物,大多用于合成茚-古马隆石油树脂,附加值较低。由于其特殊的分子结构,可以用于活性阳离子可控聚合,但茚均聚物由于刚性较强,柔性不足,应用范围较窄。
鉴于上述问题,发明人经过大量验证,发现通过β-蒎烯—异丁烯—茚共聚形成三元(硬段-软段-硬段)嵌段共聚树脂,可实现对树脂韧性和刚性可控调节,且将该三元嵌段共聚树脂用于PP 增韧改性时表现突出。目前尚未见现有技术中有关于上述研究的报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题,提供一种β-蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂的制备方法,该制备方法通过活性阳离子可控聚合实现β-蒎烯(硬段)—异丁烯(软段)—茚(硬段)共聚树脂合成,树脂硬段可以提高拉伸性能,软段可以提高韧性,通过软硬段比例的调节实现控制材料宏观机械性能的目的。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现:一种β-蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
S1、将β-蒎烯、主引发剂、路易斯酸共引发剂、亲核试剂、同离子盐和溶剂互溶,并进行反应;
S2、在步骤S1所得的反应体系中加入异丁烯继续反应;
S3、在步骤S2所得的反应体系中加入茚继续反应;
S4、在步骤S3所得的反应体系中加入甲醇终止反应,经后处理得β-蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂。
通过反应体系中引发剂、路易斯酸共引发剂、亲核试剂、同离子盐的共同作用,抑制聚合过程的链转移和链终止,使每一步反应完成后体系中活性中心碳正离子能够继续保持稳定性,继续加入反应物以后,聚合反应可以继续进行,实现聚合过程的可控。
作为优选,所述步骤S1中β-蒎烯、主引发剂、路易斯酸共引发剂、亲核试剂、同离子盐和溶剂的占物料总质量百分比分别为 4-10%、0.1-0.5%、0.5-1%、0.2-0.5%、0.6-1%、72-89.6%。
作为优选,所述步骤S1中主引发剂为2-(氯乙基)苯、2- 氯-2,4,4-三甲基戊烷、2-氯-2-丙基苯、异丙基甲醚中的至少一种。
作为优选,所述步骤S1中路易斯酸共引发剂为TiCl4(四氯化钛)、BCl3(三氯化硼)、SnCl4(四氯化锡)和Ti(OiPr)4(四异丙氧基钛)中的至少一种。
作为优选,所述步骤S1中亲核试剂为二甲基亚砜、三乙胺、二甲基乙酰胺中的至少一种。
作为优选,所述步骤S1中同离子盐为季磷盐或季铵盐中的至少一种。
进一步优选,所述步骤S1中同离子盐为四丁基氯化铵、四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四氟硼酸二叔丁基甲基膦鎓盐中的至少一种。
作为优选,所述步骤S1中溶剂为一氯甲烷、二氯甲烷、环己烷、己烷中的至少一种。
作为优选,所述步骤S1中反应的温度为-(30-80℃),反应时间为1-3h。
作为优选,所述步骤S2中异丁烯的添加量占物料总质量的 1-5%,反应时间为0.5-3h。
作为优选,所述步骤S3中茚的添加量占物料总质量的 4-10%,反应时间为0.5-3h。
作为优选,所述步骤S4中后处理具体为:减压蒸馏反应液,除去未反应的轻组分,用1%-10%氢氧化钾溶液洗至中性,分层,将下层油相在35-45℃下减压烘干,得到共聚树脂。
本发明的另一个目的是提供一种β-蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂在聚丙烯增韧改性中的应用,将β-蒎烯—异丁烯—茚共聚树脂与聚丙烯于120-140℃共混。
本发明的有益效果如下:
本发明通过活性阳离子可控聚合实现β-蒎烯(硬段)—异丁烯(软段)—茚(硬段)共聚树脂合成,其硬段可以提高拉伸性能,软段可以提高韧性,通过中软硬段比例的调节实现控制材料宏观机械性能的目的,不仅拓宽乙烯裂解副产物茚的应用范围,而且将其用于聚丙烯改性时,既可以增强又可以增韧,具有良好的应用前景。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例,并说明对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明,本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料,实施例中所采用的方法,均为本领域的常规方法。
实施例1
将占物料总质量4%的β-蒎烯、0.5%的异丙基甲醚、0.5%的三氯化硼、0.2%的三乙胺、0.6%的四丁基溴化铵、84.2%的一氯甲烷全部互溶,在-30℃,反应1h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量5%的异丁烯继续反应0.5h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量5%的茚继续反应 0.5h;
在上述所得的反应体系的加入甲醇终止反应,减压蒸馏反应液,除去未反应的轻组分,蒸馏釜底液用氢氧化钾溶液洗至中性质,分层,将下层油相在35℃下减压烘干,得到三元嵌段共聚树脂;树脂数均分子量为3452,分子量分布为1.27。
实施例2
将占物料总质量6%的β-蒎烯、0.3%的2-(氯乙基)苯、0.8%的四氯化钛、0.3%的二甲基亚砜、0.6%的四丁基氯化铵、81%的环己烷全部互溶,在-40℃,反应2h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量3%的异丁烯继续反应1h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量8%的茚继续反 1h;
在上述所得的反应体系的加入甲醇终止反应,减压蒸馏反应液,除去未反应的轻组分,蒸馏釜底液用氢氧化钾溶液洗至中性质,分层,将下层油相在40℃下减压烘干,得到三元嵌段共聚树脂;树脂数均分子量为4215,分子量分布为1.24。
实施例3
将占物料总质量8%的β-蒎烯、0.1%的2-氯-2,4,4-三甲基戊烷、 0.6%的三氯化硼、0.3%的二甲基乙酰胺、1%的四氟硼酸二叔丁基甲基膦鎓盐、85%二氯甲烷全部互溶,在-50℃,反应2h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量1%的异丁烯继续反应2h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量4%的茚继续反应 2h;
在上述所得的反应体系的加入甲醇终止反应,减压蒸馏反应液,除去未反应的轻组分,蒸馏釜底液用氢氧化钾溶液洗至中性质,分层,将下层油相在40℃下减压烘干,得到三元嵌段共聚树脂;树脂数均分子量为5237,分子量分布为1.27。
实施例4
将占物料总质量5%的β-蒎烯、0.4%的2-氯-2-丙基苯、0.8%的四异丙氧基钛、0.4%的二甲基亚砜、0.7%的四丁基碘化铵、80.7%的二氯甲烷全部互溶,在-70℃,反应1h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量2%的异丁烯继续反应3h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量10%的茚继续反应3h;
在上述所得的反应体系的加入甲醇终止反应,减压蒸馏反应液,除去未反应的轻组分,蒸馏釜底液用氢氧化钾溶液洗至中性质,分层,将下层油相在40℃下减压烘干,得到三元嵌段共聚树脂;树脂数均分子量为4573,分子量分布为1.23。
实施例5
将占物料总质量10%的β-蒎烯、0.5%的2-(氯乙基)苯、1%的四氯化钛、0.5%的三乙胺、1%的四丁基氯化铵、72%己烷全部互溶,在-80℃,反应3h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量5%的异丁烯继续反应1h;
在上述所得的反应体系中加入占物料总质量10%的茚继续反应1h;
在上述所得的反应体系的加入甲醇终止反应,减压蒸馏反应液,除去未反应的轻组分,蒸馏釜底液用氢氧化钾溶液洗至中性质,分层,将下层油相在45℃下减压烘干,得到三元嵌段共聚树脂;树脂数均分子量为,分子量分布为1.24。
应用例1
取1g实施例1中制备得到的β-蒎烯—异丁烯—茚三元嵌段共聚树脂与50g聚丙烯在120℃下共混,制得改性聚丙烯。
应用例2
取1g实施例2中制备得到的β-蒎烯—异丁烯—茚三元嵌段共聚树脂与50g聚丙烯在125℃下共混,制得改性聚丙烯。
应用例3
取1g实施例3中制备得到的β-蒎烯—异丁烯—茚三元嵌段共聚树脂与50g聚丙烯在130℃下共混,制得改性聚丙烯。
应用例4
取1g实施例4中制备得到的β-蒎烯—异丁烯—茚三元嵌段共聚树脂与50g聚丙烯在135℃下共混,制得改性聚丙烯。
应用例5
取1g实施例5中制备得到的β-蒎烯—异丁烯—茚三元嵌段共聚树脂与50g聚丙烯在140℃下共混,制得改性聚丙烯。
对比例1
聚丙烯本体。
对比例2
采用聚合物改性,具体为取1g高密度聚乙烯与50g聚丙烯在 120℃下共混,制得改性聚丙烯。
对比例3
采用有机小分子改性,具体为取1g对苯二酚与50g聚丙烯在 120℃下共混,制得改性聚丙烯。
本发明各项技术指标检测方法是:
(1)拉伸强度按GB/T 1040-2008测试;
(2)缺口冲击强度按GB/T 1043-2008测试。
本发明应用例1-5及对比例1-3的中所得聚丙烯的性能测试结果如表1所示:
表1:应用例1-5及对比例1-3的中所得聚丙烯的性能测试结果
从表1可以看出,采用聚合物和有机小分子对聚丙烯进行改性,其改性后的聚丙烯拉伸强度和缺口冲击强度改善不明显,而采用本发明制得的三元嵌段共聚树脂对聚丙烯进行改性,拉伸强度和缺口冲击强度都有提升,尤其是缺口冲击强度大幅度提升,
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案,同样都在本发明要求保护的范围内,并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明,则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例,但是对本领域熟练技术人员来说,只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (2)
1.一种β-蒎烯-异丁烯-茚共聚树脂的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括以下步骤:
S1、将β-蒎烯、主引发剂、路易斯酸共引发剂、亲核试剂、同离子盐和溶剂互溶,并进行反应;
S2、在步骤S1所得的反应体系中加入异丁烯继续反应;
S3、在步骤S2所得的反应体系中加入茚继续反应;
S4、在步骤S3所得的反应体系中加入甲醇终止反应,经后处理得β-蒎烯-异丁烯-茚共聚树脂;
所述步骤S1中β-蒎烯、主引发剂、路易斯酸共引发剂、亲核试剂、同离子盐和溶剂占物料总质量百分比分别为4-10%、0.1-0.5%、0.5-1%、0.2-0.5%、0.6-1%、72-89.6%,主引发剂为2-(氯乙基)苯、2-氯-2,4,4-三甲基戊烷、2-氯-2-丙基苯、异丙基甲醚中的至少一种,路易斯酸共引发剂为四氯化钛、三氯化硼、四氯化锡和四异丙氧基钛中的至少一种,亲核试剂为二甲基亚砜、三乙胺、二甲基乙酰胺中的至少一种,溶剂为一氯甲烷、二氯甲烷、环己烷、己烷中的至少一种,同离子盐为四丁基氯化铵、四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四氟硼酸二叔丁基甲基膦鎓盐;
所述步骤S1中反应的温度为-80℃~-30℃,反应时间为1-3h;
所述步骤S2中异丁烯的添加量占物料总质量的1-5%,反应时间为0.5-3h;
所述步骤S3中茚的添加量占物料总质量的4-10%,反应时间为0.5-3h。
2.一种β-蒎烯-异丁烯-茚共聚树脂在聚丙烯增韧改性中的应用,其特征在于,将权利要求1所述的制备方法制得的β-蒎烯-异丁烯-茚共聚树脂与聚丙烯在120-140℃共混。
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GR01 | Patent grant | ||
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