CN114426647B - 一种高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的生产工艺，通过以苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶为原料，采用预热、第一预聚、第二预聚、第一聚合和第二聚合的反应工艺，并控制聚合时的搅拌速度，制得了抗冲强度高且光泽度高的聚苯乙烯材料。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的生产工艺。
背景技术
聚苯乙烯(PS)具有优异的电绝缘性、着色性、加工流动性，良好的耐水、光、化学药品腐蚀性，较好的刚性和一定的力学性能，广泛应用于仪器包装、建筑、医药、汽车、家电等行业，是五大通用塑料之一。但PS较脆，耐环境应力开裂及耐溶剂性较差，负荷变形温度、冲击强度较低，使其应用范围受限。现有技术中，已知可以通过使加入的橡胶态颗粒分散于整个聚苯乙烯树脂中大大改进聚苯乙烯的冲击强度。
但是，在聚苯乙烯冲击强度提高的同时，产品的光泽大大下降，其中橡胶态颗粒尺寸和橡胶颗粒浓度是造成两者矛盾的主要原因。
CN101613440B中公开了一种高抗冲高光泽的制备方法，但是由于CN101613440B选择的是普通的增韧橡胶，制备选用的预聚合反应釜和主反应器都只有一个，限制了橡胶颗粒的分散，因此材料在光泽度的改善并不明显。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的生产工艺种，通过选择合适的增韧橡胶以及选择合适的制备工艺控制好橡胶的颗粒形态，能够既保证产品的冲击强度，又提高了产品的光泽度。
本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的高光泽度抗冲聚苯乙烯材料。
本发明的目的之三在于提供一种与上述目的相对应的高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的应用。
为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：
一种高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的生产工艺，包括：
S1.对包含苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶的原料物料进行预热处理，得到第一混合物料；
S2.使所述第一混合物料进行第一预聚反应，得到第二混合物料；
S3.使所述第二混合物料进行第二预聚反应，得到第三混合物料；
S4.使所述第三混合物料进行第一聚合反应，得到第四混合物料；
S5.使所述第四混合物料进行第二聚合反应，得到包含聚苯乙烯材料的第五混合物料；以及
任选地，S6.对所述第五混合物料进行脱挥发分处理，得到所述聚苯乙烯材料。
本申请的发明人经研究发现，采用包含苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶的原料物料，并结合特定的生产工艺，能够制得抗冲强度高且光泽度高的聚苯乙烯材料。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述原料物料中，所述苯乙烯的含量为70wt％～98wt％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述原料物料中，所述乙苯的含量为2wt％～20wt％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述原料物料中，所述引发剂的含量为100ppm～500ppm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述原料物料中，所述增韧橡胶的含量为1wt％～15wt％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述引发剂为过氧化二异丙苯。
根据本发明，在本发明的体系中，与其他类型的引发剂相比，采用过氧化二异丙苯作为引发剂能够获得最优的引发效果。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述增韧橡胶为高顺式聚丁二烯和丁苯橡胶的混合物。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述增韧橡胶中，所述高顺式聚丁二烯的含量为94wt％～96wt％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述增韧橡胶中，所述丁苯橡胶的含量为4wt％～6wt％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述高顺式聚丁二烯的顺式含量不低于96mol％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述丁苯橡胶中，衍生自苯乙烯的结构单元的含量为70mol％～80mol％。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述预热处理的温度为60℃～95℃，优选为75℃～85℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述预热处理的时间为1min～45min，优选为15min～20min。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述第一预聚反应的温度为80℃～90℃，优选为82℃～88℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一预聚反应的时间为1min～60min，优选为10min～15min。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一预聚反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为150r/min～200r/min。
根据本发明，在本发明的制备方法下，在进行第一预聚反应时，当搅拌的速度在上述范围内时，有利于提高最终制得的产品的性能，例如光泽度和抗冲击性。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S3中，所述第二预聚反应的温度为90℃～100℃，优选为92℃～98℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S3中，所述第二预聚反应的时间为1min～60min，优选为10min～15min。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S3中，所述第二预聚反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为50r/min～100r/min。
根据本发明，在本发明的制备方法下，在进行第二预聚反应时，当搅拌的速度在上述范围内时，有利于提高最终制得的产品的性能，例如光泽度和抗冲击性。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S4中，所述第一聚合反应的温度为120℃～130℃，优选为122℃～128℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一聚合反应的时间为10min～90min，优选为45min～60min。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一聚合反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为50r/min～80r/min。
根据本发明，在本发明的制备方法下，在进行第一聚合反应时，当搅拌的速度在上述范围内时，有利于提高最终制得的产品的性能，例如光泽度和抗冲击性。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S5中，所述第二聚合反应的温度为130℃～140℃，优选为132℃～138℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S5中，所述第二聚合反应的时间为10min～90min，优选为45min～60min。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S5中，所述第二聚合反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为30r/min～50r/min。
根据本发明，在本发明的制备方法下，在进行第二聚合反应时，当搅拌的速度在上述范围内时，有利于提高最终制得的产品的性能，例如光泽度和抗冲击性。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S6中，所述脱挥发份处理的压力为-20KPa～0KPa，优选为-15KPa～-8KPa。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S6中，所述脱挥发份处理的温度为220℃～240℃，优选为225℃～235℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S6中，所述脱挥发份处理的时间为10min～90min，优选为60min～75min。
为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案如下：
一种根据上述的制备方法制得的聚苯乙烯材料。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚苯乙烯材料的光泽度在70％以上，优选为70％～80％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚苯乙烯材料的悬臂梁冲击强度在15KJ/m2以上，优选为15KJ/m2～25KJ/m2。
为实现上述目的之三，本发明采取的技术方案如下：
一种根据上述的制备方法制得的聚苯乙烯材料或上述的聚苯乙烯材料在塑料的制备领域中的应用。
本发明的有益效果至少在于以下几个方面：
(1)本发明提供的一种高光泽抗冲聚苯乙烯材料，具有高的光泽度和冲击强度。
(2)选择衍生自苯乙烯的结构单元的含量为70mol％～80mol％的、本身具有很好的透明性丁苯树脂，不仅能够改善聚苯乙烯的冲击强度，也能很好的改善材料的光泽度。
(3)选择具有两个预聚反应器和两个主反应器的制备工艺可以控制好橡胶颗粒的分布，不仅可以提高材料的光泽度，还可以改善冲击强度。
(4)加入一定量的引发剂能够增加材料的交联率，能提高材料的光泽度和冲击强度。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
在下述实施方式中：
悬臂梁冲击强度参考标准ISO180测定；
光泽度参考标准ASTM D2457测定；
维卡软化点参考标准ISO306测定。
在下述实施方式中，若无特殊说明，采用的引发剂为过氧化二异丙苯，采用的增韧橡胶为95％的高顺式聚丁二烯和5％的丁苯橡胶的混合物，其中，高顺式聚丁二烯中顺式含量为97mol％，丁苯橡胶中衍生自苯乙烯的结构单元的含量为75mol％，衍生自丁二烯的结构单元的含量为25mol％。
实施例1
步骤一：将包括苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶的原料物料(其中，乙苯的含量为7％，引发剂的含量为300ppm，增韧橡胶的含量为8％，余量为苯乙烯)以12t/h的流量通入预加热器，控制预加热器的温度为80℃以及原料物料在预加热器中的停留时间为18min左右，从预加热器的出口处得到第一混合物料。
步骤二：将步骤一得到的第一混合物料通入到第一预聚合反应器，控制第一预聚合反应器的温度为85℃、搅拌速度为185r/min以及第一混合物料在第一预聚合反应器中的停留时间为12min左右，从第一预聚合反应器的出口处得到第二混合物料。
步骤三：将步骤二得到的第二混合物料通入到第二预聚合反应器，控制第二预聚合反应器的温度为95℃、搅拌速度为90r/min以及第二混合物料在第二预聚合反应器中的停留时间为12min左右，从第二预聚合反应器的出口处得到第三混合物料。
步骤四：将步骤三得到的第三混合物料通入到第一反应器，控制第一反应器的温度为125℃、搅拌速度为70r/min以及第三混合物料在第一反应器中的停留时间为50min左右，从第一反应器的出口处得到第四混合物料。
步骤五：将步骤四得到的第四混合物料通入到第二反应器，控制第二反应器的温度为135℃、搅拌速度为40r/min以及第四混合物料在第二反应器中的停留时间为50min左右，从第二反应器的出口处得到第五混合物料。
步骤六：将步骤五得到的第五混合物料通入到脱恢器以脱除未反应的原料后进行挤出切粒，得到高光泽度抗冲聚苯乙烯材料，其中，控制脱恢器的压力为-10KPa，温度为230℃，第五混合物料在脱恢器中的停留时间为65min左右。
对制得的高光泽度抗冲聚苯乙烯材料进行测试，其悬臂梁冲击强度、光泽度和维卡软化点列于表1中。
实施例2
步骤一：将包括苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶的原料物料(其中，乙苯的含量为5％，引发剂的含量为300ppm，增韧橡胶的含量为10％，余量为苯乙烯)以12t/h的流量通入预加热器，控制预加热器的温度为82℃以及原料物料在预加热器中的停留时间为18min左右，从预加热器的出口处得到第一混合物料。
步骤二：将步骤一得到的第一混合物料通入到第一预聚合反应器，控制第一预聚合反应器的温度为83℃、搅拌速度为180r/min以及第一混合物料在第一预聚合反应器中的停留时间为13min左右，从第一预聚合反应器的出口处得到第二混合物料。
步骤三：将步骤二得到的第二混合物料通入到第二预聚合反应器，控制第二预聚合反应器的温度为95℃、搅拌速度为88r/min以及第二混合物料在第二预聚合反应器中的停留时间为12min左右，从第二预聚合反应器的出口处得到第三混合物料。
步骤四：将步骤三得到的第三混合物料通入到第一反应器，控制第一反应器的温度为126℃、搅拌速度为65r/min以及第三混合物料在第一反应器中的停留时间为48min左右，从第一反应器的出口处得到第四混合物料。
步骤五：将步骤四得到的第四混合物料通入到第二反应器，控制第二反应器的温度为135℃、搅拌速度为35r/min以及第四混合物料在第二反应器中的停留时间为52min左右，从第二反应器的出口处得到第五混合物料。
步骤六：将步骤五得到的第五混合物料通入到脱恢器以脱除未反应的原料后进行挤出切粒，得到高光泽度抗冲聚苯乙烯材料，其中，控制脱恢器的压力为-11KPa，温度为228℃，第五混合物料在脱恢器中的停留时间为65min左右。
对制得的高光泽度抗冲聚苯乙烯材料进行测试，其悬臂梁冲击强度、光泽度和维卡软化点列于表1中。
实施例3
步骤一：将包括苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶的原料物料(其中，乙苯的含量为8％，引发剂的含量为300ppm，增韧橡胶的含量为7％，余量为苯乙烯)以12t/h的流量通入预加热器，控制预加热器的温度为86℃以及原料物料在预加热器中的停留时间为16min左右，从预加热器的出口处得到第一混合物料。
步骤二：将步骤一得到的第一混合物料通入到第一预聚合反应器，控制第一预聚合反应器的温度为84℃、搅拌速度为180r/min以及第一混合物料在第一预聚合反应器中的停留时间为12min左右，从第一预聚合反应器的出口处得到第二混合物料。
步骤三：将步骤二得到的第二混合物料通入到第二预聚合反应器，控制第二预聚合反应器的温度为96℃、搅拌速度为85r/min以及第二混合物料在第二预聚合反应器中的停留时间为12min左右，从第二预聚合反应器的出口处得到第三混合物料。
步骤四：将步骤三得到的第三混合物料通入到第一反应器，控制第一反应器的温度为127℃、搅拌速度为67r/min以及第三混合物料在第一反应器中的停留时间为50min左右，从第一反应器的出口处得到第四混合物料。
步骤五：将步骤四得到的第四混合物料通入到第二反应器，控制第二反应器的温度为136℃、搅拌速度为38r/min以及第四混合物料在第二反应器中的停留时间为50min左右，从第二反应器的出口处得到第五混合物料。
步骤六：将步骤五得到的第五混合物料通入到脱恢器以脱除未反应的原料后进行挤出切粒，得到高光泽度抗冲聚苯乙烯材料，其中，控制脱恢器的压力为-10KPa，温度为232℃，第五混合物料在脱恢器中的停留时间为65min左右。
对制得的高光泽度抗冲聚苯乙烯材料进行测试，其悬臂梁冲击强度、光泽度和维卡软化点列于表1中。
实施例4
实施例4设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于采用的增韧橡胶由100％的高顺式聚丁二烯(高顺式聚丁二烯的种类与实施例1中的一致)组成。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
实施例5
实施例5设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于采用的增韧橡胶由100％的丁苯橡胶(丁苯橡胶的种类与实施例1中的一致)组成。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
实施例6
实施例6设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于采用的增韧橡胶由90％的高顺式聚丁二烯(高顺式聚丁二烯的种类与实施例1中的一致)和10％的丁苯橡胶(丁苯橡胶的种类与实施例1中的一致)组成。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
实施例7
实施例7设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于采用的增韧橡胶由98％的高顺式聚丁二烯(高顺式聚丁二烯的种类与实施例1中的一致)和2％的丁苯橡胶(丁苯橡胶的种类与实施例1中的一致)组成。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
实施例8
实施例8设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于采用的增韧橡胶中，丁苯橡胶中衍生自苯乙烯的结构单元的含量为50mol％。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
对比例1
对比例1为CN101613440A中的实施例1。
对比例2
对比例2设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于对比例2没有进行实施例1中的步骤三，即对比例2仅经过了一次预聚和两次聚合。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
对比例3
对比例3设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于对比例3没有进行实施例1中的步骤三和步骤五，即对比例3仅经过了一次预聚和一次聚合。
对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表1中。
表1
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (17)
1.一种高光泽度抗冲聚苯乙烯材料的生产工艺，包括：
S1. 对包含苯乙烯、乙苯、引发剂和增韧橡胶的原料物料进行预热处理，得到第一混合物料；
S2. 使所述第一混合物料进行第一预聚反应，得到第二混合物料；
S3. 使所述第二混合物料进行第二预聚反应，得到第三混合物料；
S4. 使所述第三混合物料进行第一聚合反应，得到第四混合物料；
S5. 使所述第四混合物料进行第二聚合反应，得到包含聚苯乙烯材料的第五混合物料；以及
S6. 对所述第五混合物料进行脱挥发分处理，得到所述聚苯乙烯材料；
所述增韧橡胶为高顺式聚丁二烯和丁苯橡胶的混合物；所述增韧橡胶中，所述高顺式聚丁二烯的含量为94wt%~96wt%；所述丁苯橡胶的含量为4wt%~6wt%；
所述高顺式聚丁二烯的顺式含量不低于96mol%；所述丁苯橡胶中，衍生自苯乙烯的结构单元的含量为70mol%~80mol%。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述原料物料中，所述苯乙烯的含量为70wt%~98wt%；所述乙苯的含量为2wt%~20wt%；所述引发剂的含量为100ppm~500ppm；所述增韧橡胶的含量为1wt%~15wt%。
3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的生产工艺，其特征在于，步骤S1中，所述预热处理的温度为60℃~95℃；和/或所述预热处理的时间为1min ~45min。
5. 根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述预热处理的温度为75℃~85℃；和/或所述预热处理的时间为15min ~20min。
6. 根据权利要求1-3中任一项所述的生产工艺，其特征在于，步骤S2中，所述第一预聚反应的温度为80℃~90℃；和/或所述第一预聚反应的时间为1min ~60min。
7. 根据权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，所述第一预聚反应的温度为82℃~88℃；和/或所述第一预聚反应的时间为10min ~15min；和/或所述第一预聚反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为150r/min~200r/min。
8. 根据权利要求1-3中任一项所述的生产工艺，其特征在于，步骤S3中，所述第二预聚反应的温度为90℃~100℃；和/或所述第二预聚反应的时间为1min ~60min。
9. 根据权利要求8所述的生产工艺，其特征在于，所述第二预聚反应的温度为92℃~98℃；和/或所述第二预聚反应的时间为10min ~15min；和/或所述第二预聚反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为50r/min~100r/min。
10. 根据权利要求1-3中任一项所述的生产工艺，其特征在于，步骤S4中，所述第一聚合反应的温度为120℃~130℃；和/或所述第一聚合反应的时间为10min ~90min。
11. 根据权利要求10所述的生产工艺，其特征在于，所述第一聚合反应的温度为122℃~128℃；和/或所述第一聚合反应的时间为45min ~60min；和/或所述第一聚合反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为50r/min~80r/min。
12. 根据权利要求1-3中任一项所述的生产工艺，其特征在于，步骤S5中，所述第二聚合反应的温度为130℃~140℃；和/或所述第二聚合反应的时间为10min ~90min。
13. 根据权利要求12所述的生产工艺，其特征在于，所述第二聚合反应的温度为132℃~138℃；和/或所述第二聚合反应的时间为45min ~60min；和/或所述第二聚合反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为30r/min~50r/min。
14. 根据权利要求1-3中任一项所述的生产工艺，其特征在于，步骤S6中，所述脱挥发份处理的压力为-20KPa~0KPa；和/或所述脱挥发份处理的温度为220℃~240℃；和/或所述脱挥发份处理的时间为10min ~90min。
15. 根据权利要求14所述的生产工艺，其特征在于，所述脱挥发份处理的压力为-15KPa~-8KPa；和/或所述脱挥发份处理的温度为225℃~235℃；和/或所述脱挥发份处理的时间为60min ~75min。
16.一种根据权利要求1-15中任一项所述的生产工艺制得的聚苯乙烯材料，所述聚苯乙烯材料的光泽度在70%以上；悬臂梁冲击强度在15KJ/m2以上。
17.根据权利要求16所述的聚苯乙烯材料，所述聚苯乙烯材料的光泽度在为70%~80%；悬臂梁冲击强度为15KJ/m2~25KJ/m2。
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