CN113502024A - 一种抗冲击聚苯乙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗冲击聚苯乙烯材料，其原料包括：聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂。本案发明通过接枝改性剂和共价碳纳米管两种材料的共同混合才能使聚苯乙烯树脂改性为现有的特性使用接枝改性剂与共价碳纳米管形成复合增韧剂，使材料不但保持较大的拉伸强度和弯曲模量，具有明显的综合优势。
Description
技术领域
本发明属于树脂材料制备技术领域，具体为一种抗冲击聚苯乙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯是由单体苯乙烯经本体聚合制得，是世界上第三大塑料品种。聚苯乙烯是无色，无味，无臭，表面光滑，透明度高，吸水性小，抗水性强，导热系数和热容量低。聚苯乙烯是聚合树脂中应用最广的一种，因其具有上述优点，聚苯乙烯的薄膜、薄片、泡沫塑料均有着广泛的应用。传统的聚苯乙烯的制品具有极高的透明度，透光率可达90％以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好，价格低廉等优点。但是，普通的聚苯乙烯材料存在许多不足之处，通用聚苯乙烯质地硬而脆、机械强度不高、不耐磨、韧性较差，这些缺点都大大限制了聚苯乙烯的应用范围。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的缺陷，提供一种抗冲击聚苯乙烯材料及其制备方法。
为达以上目的，具体方案如下：
一种抗冲击聚苯乙烯材料，其原料包括：聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂。
优选地，各原料重量份数如下：聚苯乙烯50-65重量份；共价碳纳米管10-15重量份；苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物14-20重量份；接枝改性剂5-12重量份；环化油&硬脂酸盐1-5重量份；抗氧剂2-6重量份。
优选地，共价碳纳米管的制备方法为：将50-60重量份的管长为100～500微米的碳纳米管和30-50重量份的N，N-二甲(基)苯胺混合，在65-70℃的温度下缓缓加入亚硝酸铵，反应15-30min，烘干，得到共价碳纳米管。
优选地，接枝改性剂的制备方法为：将过200目筛的乙丙橡胶粉，加入到三氯甲烷中，将乙丙橡胶粉按50g：220mL的比例均匀分散到三氯甲烷中，得到乙丙橡胶分散液，然后向乙丙橡胶分散液中添加其质量0.5％的巯基酸，加热至82-88℃，以200r/min转速搅拌22-28min，再添加乙丙橡胶质量0.1-0.3％的四甲基氢氧化铵，继续加热至100-120℃，保温搅拌2-3小时，然后进行过滤，采用质量分数为85-88％的乙醇溶液进行清洗，烘干至恒重，即得接枝改性剂。
优选地，所述环化油和硬脂酸盐的重量份数比为：3-5:1。
优选地，所述硬脂酸盐为硬脂酸钾和硬脂酸钙的任一种。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
优选地，所述抗冲击聚苯乙烯材料，其制备方法为：将聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂按重量份数均匀混合后，放入烘干箱中进行干燥20-30min，所述烘干箱内温度为75-85℃，得到干燥的混合物料，再将干燥的混合物料放入反应釜中在210-230℃的温度下进行交联接枝反应15-30min，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，控制挤出温度为220-240℃，螺杆转速为200-500r/min，真空度为-0.06-0.08MPa，挤出后进行过水切粒，即得所述抗冲击聚苯乙烯材料。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
1、本发明通过接枝改性剂、共价碳纳米管的加入，使聚苯乙烯树脂在韧性和硬度方面得到极大的增强，尤其是在拉伸强度、弯曲模量以及缺口冲击强度等方面，得到明显的改善，同时断裂伸长率较低，但不影响材料的综合性能。
2、本案发明通过接枝改性剂和共价碳纳米管两种材料的共同混合才能使聚苯乙烯树脂改性为现有的特性使用接枝改性剂与共价碳纳米管形成复合增韧剂，使材料不但保持较大的拉伸强度和弯曲模量，具有明显的综合优势。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对分发明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。
第一部分：
制备接枝改性剂：将过200目筛的乙丙橡胶粉，加入到三氯甲烷中，将乙丙橡胶粉按50g：220mL的比例均匀分散到三氯甲烷中，得到乙丙橡胶分散液，然后向乙丙橡胶分散液中添加其质量0.5％的巯基酸，加热至82-88℃，以200r/min转速搅拌22-28min，再添加乙丙橡胶质量0.1-0.3％的四甲基氢氧化铵，继续加热至100-120℃，保温搅拌2-3小时，然后进行过滤，采用质量分数为85-88％的乙醇溶液进行清洗，烘干至恒重，即得接枝改性剂。
制备共价碳纳米管：将50-60重量份的管长为100～500微米的碳纳米管和30-50重量份的N，N-二甲(基)苯胺混合，在65-70℃的温度下缓缓加入亚硝酸铵，反应15-30min，烘干，得到共价碳纳米管。
实施例1：
称取如下原料：
聚苯乙烯56kg；
共价碳纳米管14kg；
苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物18kg；
接枝改性剂8kg；
环化油&硬脂酸盐2kg；
抗氧剂2kg。
将聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂按重量份数均匀混合后，放入烘干箱中进行干燥20-30min，所述烘干箱内温度为75-85℃，得到干燥的混合物料，再将干燥的混合物料放入反应釜中在210-230℃的温度下进行交联接枝反应15-30min，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，控制挤出温度为220-240℃，螺杆转速为200-500r/min，真空度为-0.06-0.08MPa，挤出后进行过水切粒，即得实施例1的抗冲击聚苯乙烯材料。
实施例2-8的配方如下表，制备方法参考实施例1：
将实施例1-8制得样品进行性能测试，
熔体强度：Rheotens拉伸流变仪，毛细管直径2mm，测试温度190℃；
缺口冲击强度：ISO 180，注塑缺口，常温下测试；
弯曲模量：ISO 178-1-2010，试验速率2mm/min；
收缩率：按照ISO294-4-2003进行测定；
拉伸强度：按照ISO527标准进行测试；
测试结果为：
通过以上数据可以看出，本发明中的聚苯乙烯树脂的溶体强度较高，可改善材料加工性能，从而使得制备的聚苯乙烯树脂材料具有更好的抗冲击性能。实施例拉伸强度基本高于70MPa，缺口冲击强度均高于120KJ/m2，弯曲模量高于70MPa，收缩率均低于0.5％；实施例1-8通过使用接枝改性剂与共价碳纳米管形成复合增韧剂，使材料不但保持较大的拉伸强度和弯曲模量，而且材料刚性增强，断裂伸长率降低，总体具有明显的综合优势。
第二部分：
制备共价碳纳米管：将50-60重量份的管长为100～500微米的碳纳米管和30-50重量份的N，N-二甲(基)苯胺混合，在65-70℃的温度下缓缓加入亚硝酸铵，反应15-30min，烘干，得到共价碳纳米管。
实施例9：
称取如下原料：
聚苯乙烯56kg；
共价碳纳米管14kg；
苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物18kg；
环化油&硬脂酸盐2kg；
抗氧剂2kg。
将聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物和抗氧剂按重量份数均匀混合后，放入烘干箱中进行干燥20-30min，所述烘干箱内温度为75-85℃，得到干燥的混合物料，再将干燥的混合物料放入反应釜中在210-230℃的温度下进行交联接枝反应15-30min，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，控制挤出温度为220-240℃，螺杆转速为200-500r/min，真空度为-0.06-0.08MPa，挤出后进行过水切粒，即得实施例9的抗冲击聚苯乙烯材料。
实施例10-16的配方如下表，制备方法参考实施例9：
将实施例9-16制得样品进行性能测试，
熔体强度：Rheotens拉伸流变仪，毛细管直径2mm，测试温度190℃；
缺口冲击强度：ISO 180，注塑缺口，常温下测试；
弯曲模量：ISO 178-1-2010，试验速率2mm/min；
收缩率：按照ISO294-4-2003进行测定；
拉伸强度：按照ISO527标准进行测试；
测试结果为：
通过以上数据可以看出，本发明中的聚苯乙烯树脂的溶体强度较高，从而使得制备的聚苯乙烯树脂材料具有更好的抗冲击性能。实施例拉伸强度基本高于36MPa，缺口冲击强度均高于900KJ/m2，弯曲模量高于50MPa，收缩率均低于0.8％；实施例9-16通过使用共价碳纳米管提高了聚苯乙烯树脂的拉伸强度和弯曲模量，但与实施例1-8相比，拉伸强度较低，收缩率提高，材料综合性能不如实施例1-8。
第三部分：
制备接枝改性剂：将过200目筛的乙丙橡胶粉，加入到三氯甲烷中，将乙丙橡胶粉按50g：220mL的比例均匀分散到三氯甲烷中，得到乙丙橡胶分散液，然后向乙丙橡胶分散液中添加其质量0.5％的巯基酸，加热至82-88℃，以200r/min转速搅拌22-28min，再添加乙丙橡胶质量0.1-0.3％的四甲基氢氧化铵，继续加热至100-120℃，保温搅拌2-3小时，然后进行过滤，采用质量分数为85-88％的乙醇溶液进行清洗，烘干至恒重，即得接枝改性剂。
实施例17：
称取如下原料：
聚苯乙烯56kg；
苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物18kg；
接枝改性剂8kg；
环化油&硬脂酸盐2kg；
抗氧剂2kg。
将聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂按重量份数均匀混合后，放入烘干箱中进行干燥20-30min，所述烘干箱内温度为75-85℃，得到干燥的混合物料，再将干燥的混合物料放入反应釜中在210-230℃的温度下进行交联接枝反应15-30min，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，控制挤出温度为220-240℃，螺杆转速为200-500r/min，真空度为-0.06-0.08MPa，挤出后进行过水切粒，即得实施例17的聚苯乙烯材料。
实施例17-24的配方如下表，制备方法参考实施例17：
将实施例17-24制得样品进行性能测试，
熔体强度：Rheotens拉伸流变仪，毛细管直径2mm，测试温度190℃；
缺口冲击强度：ISO 180，注塑缺口，常温下测试；
弯曲模量：ISO 178-1-2010，试验速率2mm/min；
收缩率：按照ISO294-4-2003进行测定；
拉伸强度：按照ISO527标准进行测试；
测试结果为：
通过以上数据可以看出，实施例17-24中的聚苯乙烯树脂的溶体强度低，制备的聚苯乙烯树脂材料冲击强度和弯曲模量较低与实施例1-8相比，拉伸强度较低，断裂伸长率较高，但材料综合性能不如实施例1-8。
第四部分：
实施例25-30，配方参考实施例1，制备方法如下：
将聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂按重量份数均匀混合后，经双螺杆挤出机加热熔融挤出造粒，控制挤出温度为220-240℃，螺杆转速为200-500r/min，真空度为-0.06-0.08MPa，挤出后进行过水切粒，即得聚苯乙烯树脂。
将实施例25-30的聚苯乙烯树脂样品进行性能测试，
熔体强度：Rheotens拉伸流变仪，毛细管直径2mm，测试温度190℃；
缺口冲击强度：ISO 180，注塑缺口，常温下测试；
弯曲模量：ISO 178-1-2010，试验速率2mm/min；
收缩率：按照ISO294-4-2003进行测定；
拉伸强度：按照ISO527标准进行测试；
测试结果为：
通过以上实施例测试数据可以看出，本发明的聚苯乙烯树脂，保持优秀的性能是需要配方，制备方法对其影响较小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种抗冲击聚苯乙烯材料，其原料包括：聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的抗冲击聚苯乙烯材料，其特征在于：各原料重量份数如下：聚苯乙烯50-65重量份；共价碳纳米管10-15重量份；苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物14-20重量份；接枝改性剂5-12重量份；环化油&硬脂酸盐1-5重量份；抗氧剂2-6重量份。
3.根据权利要求1所述的抗冲击聚苯乙烯材料，其特征在于：共价碳纳米管的制备方法为：将50-60重量份的管长为100～500微米的碳纳米管和30-50重量份的N，N-二甲(基)苯胺混合，在65-70℃的温度下缓缓加入亚硝酸铵，反应15-30min，烘干，得到共价碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的抗冲击聚苯乙烯材料，其特征在于：接枝改性剂的制备方法为：将过200目筛的乙丙橡胶粉，加入到三氯甲烷中，将乙丙橡胶粉按50g：220mL的比例均匀分散到三氯甲烷中，得到乙丙橡胶分散液，然后向乙丙橡胶分散液中添加其质量0.5％的巯基酸，加热至82-88℃，以200r/min转速搅拌22-28min，再添加乙丙橡胶质量0.1-0.3％的四甲基氢氧化铵，继续加热至100-120℃，保温搅拌2-3小时，然后进行过滤，采用质量分数为85-88％的乙醇溶液进行清洗，烘干至恒重，即得接枝改性剂。
5.根据权利要求1所述的抗冲击聚苯乙烯材料，其特征在于：所述环化油和硬脂酸盐的重量份数比为：3-5:1。
6.根据权利要求5所述的抗冲击聚苯乙烯材料，其特征在于：所述硬脂酸盐为硬脂酸钾和硬脂酸钙的任一种。
7.根据权利要求1所述的抗冲击聚苯乙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
8.一种抗冲击聚苯乙烯材料的制备方法，具体为：将聚苯乙烯、共价碳纳米管、苯乙烯接枝马来酸酐的共聚物、接枝改性剂和抗氧剂按重量份数均匀混合后，放入烘干箱中进行干燥20-30min，所述烘干箱内温度为75-85℃，得到干燥的混合物料，再将干燥的混合物料放入反应釜中在210-230℃的温度下进行交联接枝反应15-30min，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，控制挤出温度为220-240℃，螺杆转速为200-500r/min，真空度为-0.06-0.08MPa，挤出后进行过水切粒，即得所述抗冲击聚苯乙烯材料。
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