CN114230956B - 一种聚苯乙烯组合物及其制备方法与应用 - Google Patents

一种聚苯乙烯组合物及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯组合物及其制备方法与应用，涉及改性塑料领域。本发明提供了一种聚苯乙烯组合物，包括以下重量份的组分：高抗冲聚苯乙烯34‑52份、聚苯醚30‑35份、多聚磷酸盐10‑15份、聚乙烯2.5‑5份、氯化聚乙烯1.8‑3.5份、无机矿物类填料0.8‑1.6份。本发明通过聚苯醚、多聚磷酸盐、氯化聚乙烯等组分的协同，共同提供了一种高冲击强度、高氧指数的聚苯乙烯组合物。

Description

一种聚苯乙烯组合物及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及改性塑料领域，尤其是一种聚苯乙烯组合物及其制备方法与应用。
背景技术
HIPS树脂(高抗冲聚苯乙烯树脂)具有流动性高、尺寸稳定性好、抗冲击等优点，广泛应用在电视、打印机、包装材料等领域。然而HIPS材料也有不足之处，材料的悬臂梁缺口冲击强度比中冲击ABS材料的悬臂梁缺口冲击强度低，容易出现打螺钉开裂问题。
烟雾报警器广泛地应用在居民楼、办公楼、仓库等关乎人身安全和财务安全的场合。烟雾报警器材料需要进行跌落测试：跌落测试表征材料的抗外应力冲击性能，需要保持制件的完整，不发生损坏；此外，为满足火灾等极端环境下的使用安全性，材料需要具备难燃性能，一般烟雾报警器对阻燃材料氧指数要求需要达到28及以上。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种聚苯乙烯组合物及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种聚苯乙烯组合物，包括以下重量份的组分：高抗冲聚苯乙烯34-52份、聚苯醚30-35份、多聚磷酸盐10-15份、聚乙烯2.5-5份、氯化聚乙烯1.8-3.5份、无机矿物类填料0.8-1.6份。
本发明通过聚苯醚、多聚磷酸盐、聚乙烯、氯化聚乙烯、无机矿物类填料的协同，共同提供了一种高冲击强度、高氧指数的聚苯乙烯组合物。多磷酸盐在高温下捕捉聚合物降解产生的氢自由基，形成多磷酸，具备脱水作用，多磷酸可与聚苯醚协效，促进聚苯醚脱水成碳，协效提升了阻燃效果；此外，无机矿物类填料在材料固相具备隔氧作用，氯化聚乙烯高温分解产生氯化氢，具有气相隔氧效果，两者协效强化了复合物的隔氧效应，实现了材料的高氧指数效果，满足烟雾报警器行业对材料的氧指数要求。
本发明通过高抗冲聚苯乙烯、聚苯醚及聚乙烯、氯化聚乙烯的协同增韧，共同提高了聚苯乙烯组合物的悬臂梁缺口冲击强度。聚苯乙烯与聚苯醚为热力学相容体系，通过采用高分子量规格的聚苯醚，微观分子链延长，分子间作用力增加，受外应力冲击吸能能力增加。聚乙烯具备高延展性，且分子结构与聚氯乙烯相似，可改善氯化聚乙烯在界面的分散，协调提升聚苯乙烯组合物的悬臂梁缺口冲击强度。
优选地，所述无机矿物类填料为滑石粉、蒙脱土、硫酸钡中的至少一种；进一步优选地，所述无机矿物类填料的目数为1500-3000目。本申请发明人经过大量创造性试验探究后发现，无机矿物类填料粒径过小，燃烧隔热隔氧效果差；粒径过大，影响材料界面结合强度，材料强度变差。
优选地，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的至少一种；进一步优选地，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯。本申请发明人试验中发现，线性低密度聚乙烯分子链结构简单，在热加工过程中容易在体系中更好的分散，线性结构可充分发挥PE材料的延展性，吸能能力提升，增大聚苯乙烯组合物的悬臂梁缺口冲击强度。
优选地，所述氯化聚乙烯的氯含量为34-40wt％。本申请发明人试验中发现，氯化聚乙烯高温分解产生氯化氢，具有气相阻燃效果，氯含量高，气相阻燃效果更好。
优选地，所述聚苯醚的重均分子量为30000-60000。本申请发明人试验中发现，聚苯醚的重均分子量优选有助于实现复合材料的高冲击强度。
优选地，所述高抗冲聚苯乙烯的悬臂梁缺口冲击强度为10-15kJ/m2。高抗冲聚苯乙烯悬臂梁缺口冲击强度的优选保障体系高韧性的实现，悬臂梁缺口冲击强度低则制备得到的复合材料冲击强度也降低。
优选地，所述多聚磷酸盐为三聚磷酸钠，三聚磷酸钾，三聚磷酸硅中的至少一种。
优选地，所述聚苯乙烯组合物还包括0.3-0.6重量份的抗氧剂和0.3-0.6重量份的润滑剂；进一步优选地，所述抗氧剂为苯酚类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种，所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂中的至少一种。
此外，本发明提供了所述的聚苯乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：按配比称量各组分，将各组分混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到所述的聚苯乙烯组合物。
优选地，熔融挤出的加工条件如下：一区温度130-150℃，二区温度230-250℃，三区温度240-260℃，四区温度240-260℃，五区温度240-260℃，六区温度240-260℃，七区温度230-250℃，八区温度225-245℃，九区温度225-245℃，主机转速300-500转/分钟。
优选地，本发明提供了所述的聚苯乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将聚乙烯、氯化聚乙烯、无机矿物类填料混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到预混物；(2)按配比称量各组分，将各组分混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到所述的聚苯乙烯组合物。
优选地，所述步骤(1)中，挤出加工温度为180-200℃；所述步骤(2)中：熔融挤出的加工条件如下：一区温度130-150℃，二区温度230-250℃，三区温度240-260℃，四区温度240-260℃，五区温度240-260℃，六区温度240-260℃，七区温度230-250℃，八区温度225-245℃，九区温度225-245℃，主机转速300-500转/分钟。
本发明聚乙烯、氯化聚乙烯、无机矿物类填料先混合，制备得到预混物；三种组分先制备，在体系中的分散更好；本发明相比一步法的制备方法，在材料的体相分散更均匀，有助于高氧指数效果的实现。
进一步地，本发明提供了所述的聚苯乙烯组合物在烟雾报警器、电控盒材料中的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过聚苯醚、多聚磷酸盐、预混物等组分的协同，共同提供了一种具有高冲击强度、高氧指数的聚苯乙烯组合物。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。现对实施例及对比例所用原料做如下说明，但不限于这些材料，本发明实施例和对比例所用抗氧剂和润滑剂相同：
高抗冲聚苯乙烯
高抗冲聚苯乙烯1，聚丁二烯含量21％，厂家雅仕德，型号MA5210；
高抗冲聚苯乙烯2，聚丁二烯含量23％，厂家台化，型号HP9450；
高抗冲聚苯乙烯3，聚丁二烯含量16％，厂家台化，型号MP6500；
聚苯醚
聚苯醚1，重均分子量30000-37000，厂家蓝星，型号LXR40；
聚苯醚2，重均分子量49000-57000，厂家蓝星，型号LXR50；
聚苯醚3，重均分子量22000-28000，厂家蓝星，型号LXR35；
多聚磷酸盐
多聚磷酸盐1-三聚磷酸钠，市售；
多聚磷酸盐2-三聚磷酸钾，市售；
多聚磷酸盐3-三聚磷酸铝，市售；
聚乙烯
线性低密度聚乙烯，厂家吉林石化，型号LLDPE 7042；
低密度聚乙烯，厂家中石油大庆，型号2426H；
高密度聚乙烯，厂家中石油大庆，型号5000S；
氯化聚乙烯
氯化聚乙烯1，氯含量为35％，厂家亚星化学，型号WEIPREN 3000；
氯化聚乙烯2，氯含量为40％，厂家亚星化学，型号WEIPREN 140B；
氯化聚乙烯3，氯含量为25％，厂家亚星化学，型号6025M；
氯化聚乙烯4，氯含量为61％，厂家高信化学，型号HCPE-L；
无机矿物类填料
无机矿物类填料1-硫酸钡，目数为1500目，市售；
无机矿物类填料2-滑石粉，目数3000目，市售；
无机矿物类填料3碳酸钙，目数为3000目，市售；
无机矿物类填料4-硫酸钡，目数为4000目，市售；
无机矿物类填料5-硫酸钡，目数为500目，市售；
抗氧剂：抗氧剂1：苯酚类抗氧剂1076(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)，市售；抗氧剂2：硫醚类抗氧剂412S(3-(十二烷硫基)丙酸-2,2-双[[3-(十二烷硫基)-丙酰氧基]甲基]-1,3-丙二醇酯)，市售；
润滑剂：酰胺类润滑剂，市售；
实施例1-22及对比例1-6
实施例1-22及对比例1-6的聚苯乙烯组合物的组分及重量份选择如表1、表2、表3所示，其中，实施例1-21及对比例1-6的聚苯乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚乙烯、氯化聚乙烯、无机矿物类填料混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到预混物；挤出加工温度为180-200℃；(2)按配比称量各组分，将各组分混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到所述的聚苯乙烯组合物；其中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度130-150℃，二区温度230-250℃，三区温度240-260℃，四区温度240-260℃，五区温度240-260℃，六区温度240-260℃，七区温度230-250℃，八区温度225-245℃，九区温度225-245℃，主机转速300-500转/分钟。
本发明实施例22的组分及重量份选择与实施例1完全相同，仅聚苯乙烯组合物的制备方法不同，包括如下步骤：
按配比称量各组分，将各组分混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到所述的聚苯乙烯组合物；其中，熔融挤出的加工条件如下：一区温度130-150℃，二区温度230-250℃，三区温度240-260℃，四区温度240-260℃，五区温度240-260℃，六区温度240-260℃，七区温度230-250℃，八区温度225-245℃，九区温度225-245℃，主机转速300-500转/分钟。
表1
表2
表3
性能测试
将实施例1-22及对比例1-6制备的聚苯乙烯组合物进行相关性能测试，具体测试方法如下：
(1)悬臂梁缺口冲击强度，按照标准ISO180-2019方法进行测试，测试温度23℃；(满足要求的聚苯乙烯组合物的悬臂梁缺口冲击强度≥15kJ/m2)；
(2)氧指数，按照标准ISO 4589-2-2017方法进行测试，测试温度23℃；(满足要求的聚苯乙烯组合物的氧指数≥28)；
(3)装配评估，注塑成型为含有内径1.6mm，外径4mm的螺丝柱的模拟件，后对螺丝柱采用5N的力打螺钉，评估螺丝柱打螺钉是否开裂；
测试结果如表4、表5所示；
表4
表5
由表4和表5可知，本发明实施例通过聚苯醚、多聚磷酸盐、预混物的协同，共同提供了一种高冲击强度、高氧指数的聚苯乙烯组合物。对比例1-4不含本发明的特定组分，悬臂梁缺口冲击强度、氧指数有不同程度的降低，且注塑成型后对螺丝柱采用5N的力打螺钉，部分出现开裂现象。对比例5-6组分选择不在本发明保护范围内，从最终制备得到的聚苯乙烯组合物的性能来看，悬臂梁缺口冲击强度、氧指数有不同程度的降低，且注塑成型后对螺丝柱采用5N的力打螺钉，部分出现开裂现象。
由实施例1-3对比可知，高抗冲聚苯乙烯的的悬臂梁缺口冲击强度为10-15kJ/m2，可以保障体系高冲击强度；由实施例4-5对比可知，聚苯醚重均分子量为30000-60000时，有助于实现复合材料的高冲击强度，高氧指数。
由实施例1、6-7对比可知，所述多聚磷酸盐为三聚磷酸钠，三聚磷酸钾，三聚磷酸硅中的至少一种时，制备得到的聚苯乙烯组合物的悬臂梁缺口冲击强度、氧指数均较好。
实施例1、8-9对比可知，聚乙烯的种类选择影响聚苯乙烯组合物的最终性能，当选择线性低密度聚乙烯时，聚苯乙烯组合物的悬臂梁缺口冲击强度更大。实施例1、10-12对比可知，氯化聚乙烯的氯含量为34-40wt％时，氧指数较高，悬臂梁缺口冲击强度较大，阻燃效果好，韧性好。氯化聚乙烯的氯含量较低时，氧指数较低；氯化聚乙烯的氯含量较高时，悬臂梁缺口冲击强度变小。
实施例1、13、15-16对比可知，无机矿物类填料的目数为1500-3000目，所述无机矿物类填料为滑石粉、蒙脱土、硫酸钡中的至少一种时，制备得到的聚苯乙烯组合物的氧指数较高，悬臂梁缺口冲击强度较大。当无机矿物类填料的目数变小时，材料悬臂梁缺口冲击强度有所降低；无机矿物类填料的目数变大时，氧指数有所降低。
实施例1、14对比可知，所述无机矿物类填料为滑石粉、蒙脱土、硫酸钡中的至少一种时，制备得到的聚苯乙烯组合物的氧指数较高，悬臂梁缺口冲击强度较大。由于实施例14中无机矿物类填料碳酸钙，和体系的相容性差，制备得到的聚苯乙烯组合物的氧指数、悬臂梁缺口冲击强度均较低。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (11)

1.一种聚苯乙烯组合物，其特征在于，包括以下重量份的组分：高抗冲聚苯乙烯34-52份、聚苯醚30-35份、多聚磷酸盐10-15份、聚乙烯2.5-5份、氯化聚乙烯1.8-3.5份、无机矿物类填料0.8-1.6份；
所述无机矿物类填料为滑石粉、蒙脱土、硫酸钡中的至少一种。
2.如权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述无机矿物类填料的目数为1500-3000目。
3.如权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的至少一种。
4.如权利要求3所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯。
5.如权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述氯化聚乙烯的氯含量为34-40wt％。
6.如权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述聚苯醚的重均分子量为30000-60000。
7.如权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述高抗冲聚苯乙烯的聚丁二烯含量为20-23wt％。
8.如权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述多聚磷酸盐为三聚磷酸钠，三聚磷酸钾，三聚磷酸硅中的至少一种。
9.如权利要求1-8任一项所述的聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按配比称量各组分，将各组分混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到所述的聚苯乙烯组合物。
10.如权利要求1-8任一项所述的聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将聚乙烯、氯化聚乙烯、无机矿物类填料混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到预混物；
(2)按配比称量各组分，将各组分混合均匀，熔融、挤出、造粒后得到所述的聚苯乙烯组合物。
11.如权利要求1-8任一项所述的聚苯乙烯组合物在烟雾报警器、电控盒材料中的应用。
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