CN112759875B - 一种可降解聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可降解聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用。该可降解聚苯乙烯复合材料包括PS、PBAT、相容剂、矿粉、增韧剂和抗氧剂；可降解聚苯乙烯复合材料相容性好，在具有可降解性的情况下，不仅改善了PBAT材料的刚性，且还能保持比PS材料更好的韧性，可应用在包装材料、电子电器外壳、玩具等领域，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种可降解聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于通用塑料技术领域，具体涉及一种可降解聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用。
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，分为很脆的 GPPS和添加有橡胶的HIPS材料两种，目前聚苯乙烯材料广泛的应用在包装，电子电器外壳，玩具等领域，成为最基本，最重要的基础材料之一。
禁塑令的实施，让各行各业的应用场景都在考虑生物降解材料的可能，通过与降解塑料共混是一种简单有效的方法，很多研究开始关注石油基材料和降解塑料的复合，例如同PLA组成合金等(CN105348721A)，但PLA材料具有结晶慢，韧性差，热稳定性差等一系列缺点，限制了PS和PLA组成合金的应用。
因此，开发一种兼具降解性能和韧性的聚苯乙烯复合材料具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中聚苯乙烯复合材料难以兼顾降解性能和韧性等性能的缺陷或不足，提供一种可降解聚苯乙烯复合材料。本发明利用热塑性生物降解塑料PBAT和聚苯乙烯复配作为基体树脂，可综合两者的优缺点，得到的可降解聚苯乙烯复合材料相容性好，在具有可降解性的情况下，不仅改善了 PBAT材料的刚性，且还能保持比PS材料更好的韧性，可应用在包装材料、电子电器外壳、玩具等领域，具有广阔的市场应用前景。
本发明的另一目的在于提供上述可降解聚苯乙烯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述可降解聚苯乙烯复合材料在制备包装、电子电器外壳或玩具中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种可降解聚苯乙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：
Figure BDA0002857688610000011
Figure BDA0002857688610000021
所述相容剂为Ps接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
PBAT属于热塑性生物降解塑料，是由1,4-丁二醇、己二酸和对苯二甲酸缩聚合成得到的可堆肥降解无规共聚物的共聚物，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性和成膜性，非常适用于薄膜类制品的应用，是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一，但是其刚性很低。
本发明将聚苯乙烯和PBAT复配，并调整两者的配比关系及选用特定的相容剂，得到的复合材料可综合聚苯乙烯和PBAT的优缺点。具体地，得到的可降解聚苯乙烯复合材料相容性好，在具有可降解性的情况下，不仅改善了PBAT材料的刚性，且还能保持比HIPS材料更好的韧性，可应用在包装材料、电子电器外壳、玩具等领域，具有广阔的市场应用前景。
优选地，所述可降解聚苯乙烯复合材料包括如下重量份数的组分：
PS 53～70份；
PBAT 15～25份；
相容剂7～9份；
矿粉7～12份；
增韧剂1～2份；
抗氧剂0.1～1份。
现有常规的PS、PBAT、Ps接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物均可用于本发明中。
优选地，所述PS为HIPS，所述PS在200℃，5kg下的熔融指数为 3.0～5.0g/10min。
优选地，所述PBAT在190℃，2.16kg下的熔融指数为3.0～5.0g/10min。
优选地，所述Ps接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中，甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的接枝率为1～5％。进一步优选为5％。
本领域常规的矿粉、增韧剂和抗氧剂均可用于本发明中。
优选地，所述矿粉为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡或二氧化硅中的一种或几种；进一步优选为滑石粉。
优选地，所述增韧剂为含有GMA(环氧)官能团的增韧剂，例如乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、POE接枝GMA，EBA接枝GMA等；进一步优选为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂或亚磷酸酯类化合物抗氧剂中的一种或几种。
本发明提供的可降解聚苯乙烯复合材料还可包括本领域常规的其它功能助剂，以获得更为优异或新的性能，各功能助剂的种类及用量可根据实际需要进行选取调整。
优选地，所述其它功能助剂为银离子抗菌剂或防霉剂中的一种或几种。
上述可降解聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将PS、PBAT、相容剂、矿粉、增韧剂和抗氧剂混合均匀，熔融挤出，造粒，即得所述可降解聚苯乙烯复合材料。
上述可降解聚苯乙烯复合材料在制备电子电器外壳制品中的应用也在本发明中。
优选地，所述可降解聚苯乙烯复合材料在制备包装、电子电器外壳或玩具中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用热塑性生物降解塑料PBAT和聚苯乙烯复配作为基体树脂，可综合两者的优缺点，得到的可降解聚苯乙烯复合材料相容性好，在具有可降解性的情况下，不仅改善了PBAT材料的刚性，且还能保持比HIPS材料更好的韧性，可应用在包装材料、电子电器外壳、玩具等领域，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
PS1#，中国 台湾台化，HIPS 8250(HIPS)，在200℃，5kg测试条件下的熔融指数为4g/10min；
PS2#，上海赛科石化，GPPS 123P，在200℃，5kg测试条件下的熔融指数为9g/10min；
PBAT 1#，金发科技股份有限公司，A400，在190℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为3.8g/10min；
PBAT 2#，金发科技股份有限公司，A400 HF，在190℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为7g/10min；
相容剂1#，佳易容，PS-GMA-5，苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，其接枝率为5％；
相容剂2#，佳易容，PS-GMA-3，苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，其接枝率为3％；
相容剂3#，佳易容，CMG5805，POE接枝马来酸酐；
矿粉，滑石粉，TYY-777A，海城天源化工；
增韧剂，EBA，AX8900，法国ARKEMA；
抗氧剂，1010(主抗氧剂)，Irganox1010，瑞士Ciba公司；
抗氧剂，168(辅助抗氧剂)，Irgafos168，BASF；
其它功能助剂，银离子抗菌剂，SILVER 350，日本绿洲株式会社。
本发明各实施例及对比例的可降解聚苯乙烯复合材料通过如下过程制备得到：将PS、PBAT、相容剂、矿粉、增韧剂、抗氧剂和其它功能助剂(如有)投入高速混合机中混合3～5min，待混合均匀后，将混合物加入双螺杆挤出机中，进行熔融共混、挤出造粒。控制双螺杆挤出机的温度从加料口到模头温度为 180～220℃(在本发明的各实施例和对比例中为210℃)，双螺杆挤出机转速为 200～600rpm(在本发明的各实施例和对比例中为300rpm)，压力为2～3MPa(在本发明的各实施例和对比例中为2.5MPa)，双螺杆挤出机长径比为36:1～44:1(在本发明的各实施例和对比例中为40:1)。
本发明各实施例及对比例的可降解聚苯乙烯复合材料的性能测试方法和标准如下：
(1)拉伸强度测试：GB/T1040-2018年，《塑料拉伸性能试验方法》。
(2)弯曲模量测试：GB/T9341-2008年，《塑料弯曲性能试验方法》。
(3)折叠判断是否分层：沿着矩形板中心位置进行对折3-5次，直到样品被折断。如断口整齐，表皮无翻起，且无法用手撕起，则记为不分层；如表皮有轻微薄层可以用手撕起，则记为轻微分层；如断口为多层装，用手撕可大块撕下，则记为严重分层。
(4)生物降解性：PBAT材料是具有生物降解性的，PBAT的含量越高生物降解性越好，如果没有PBAT就不存在生物降解性,PBAT的重量分数小于10％(不包括10％)定义为“低”，10～20％定义为“中”，20％以上定义为“高”。
本实施例和对比例提供一系列的聚苯乙烯复合材料(或聚苯乙烯材料、PBAT 材料)，其配方如表2。
表2实施例1～4和对比例1～3的配方(份)
Figure BDA0002857688610000051
实施例5～9
本实施例和对比例4提供一系列聚苯乙烯复合材料，其配方如表3。
表3实施例5～9和对比例4的配方(份)
Figure BDA0002857688610000052
Figure BDA0002857688610000061
按照上述提及的方法对各实施例和对比例的聚苯乙烯复合材料的性能进行测定，结果如表4。
表4各实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0002857688610000062
注：NB代表non-break。
从表4可知，本发明各实施例提供的聚苯乙烯复合材料由于引入了可降解的 PBAT树脂，赋予其可降解性能。另外，通过特定用量的聚苯乙烯和PBAT的复配，并选用特定的相容剂，得到的复合材料相容性好，未出现分层现象，不仅改善了PBAT材料的刚性，且还能保持比PS材料更好的韧性，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度等力学性能均较佳。与单纯的聚苯乙烯体系相比(如对比例1)，具有可以使用的性能，且具有可降解性；与单纯的PBAT 相比(如对比例2)，具有更佳的刚性。而如果聚苯乙烯和PBAT的配比不合适 (如对比例4)，该体系会出现不相容，出现严重分层；如果选用的相容剂不合适(如对比例3)，体系性能很差，并会出现严重的分层现象。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
Figure FDA0003782556160000011
所述相容剂为PS 接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物；
所述PS 接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中，甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的接枝率为1～5％。
2.根据权利要求1所述可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述可降解聚苯乙烯复合材料包括如下重量份数的组分：
Figure FDA0003782556160000012
3.根据权利要求1所述可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述PS为透明PS，所述PS在200℃，5kg下的熔融指数为3.0～5.0g/10min。
4.根据权利要求1所述可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述PBAT在190℃，2.16kg下的熔融指数为3.0～5.0g/10min。
5.根据权利要求1所述可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述矿粉为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡或二氧化硅中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为含有GMA官能团的增韧剂。
7.根据权利要求1所述可降解聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为酚类抗氧剂或亚磷酸酯类化合物抗氧剂中的一种或几种。
8.权利要求1～7任一所述可降解聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将PS、PBAT、相容剂、矿粉、增韧剂和抗氧剂混合均匀，熔融挤出，造粒，即得所述可降解聚苯乙烯复合材料。
9.权利要求1～7任一所述可降解聚苯乙烯复合材料在制备包装、电子电器外壳或玩具中的应用。
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