CN114685740A - 一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,包括如下步骤:一、将溶剂、活化剂和苯乙烯类单体加入到反应釜中,混合均匀后升温至45~55℃,加入引发剂,搅拌状态下进行反应,反应3~10min;二、在温度55~60℃时,加入部分丁二烯单体进行反应,控制反应温度低于95℃,到达最高温度后,再反应2~5min;三、加入剩余丁二烯单体继续进行反应,控制反应温度低于105℃,到达最高温度后,再反应2~5min;四、加入偶联剂,搅拌状态下继续反应20~30min;然后出料,对胶液进行后处理,得到苯乙烯类热塑性弹性体。与现有技术相比,本申请能提高产品的伸长率。
Description
技术领域
本发明属于高聚物合成技术领域,具体涉及一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法。
背景技术
苯乙烯类热塑性弹性体(以下简称SBCs)在高温下能塑化成型,常温下又显示橡胶弹性特征。苯乙烯类热塑性弹性体按嵌段成分分为苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯嵌段共聚物(以下简称SBS)、苯乙烯-b-异戊二烯-b-苯乙烯嵌段共聚物(以下简称SIS)以及相应的加氢产物。其中,SBS和SIS的应用领域涉及粘合剂(包括密封胶、涂料等)、聚合物改性、沥青改性、鞋材以及其它特殊应用等。
SBS由于具有较佳的弹性和耐高温性能,主要用在沥青和塑料改性等领域。其中,SBS改性沥青的针入度、软化点、延度等指标,相较于基质沥青,均有较大的提高,而且在抗高温变形、抗低温开裂和抗疲劳开裂等方面也有明显的改善。
现有的苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法一般为三步法,如专利号为ZL02114148.7的发明专利《一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法》(授权公告号为CN1165556C)公开的方案,其在聚合釜中加入计量好的溶剂环己烷、苯乙烯类单体、活化剂四氢呋喃等,搅拌均匀,升温至40℃~50℃,加入计量好的引发剂烷基锂,开始第一段反应,生成PS-Li+活性中心;待单体反应完后,在温度50℃~60℃时,加入计量好的共轭二烯烃类单体,进行第二段反应,生成PSB-Li+活性中心,控制最高温度小于110℃;待第二段单体反应完全后,进行偶联反应,反应30min左右,出料,加入单体总量0.5%的防老剂264于胶液中,搅拌均匀,胶液经凝聚、干燥,制得产品。
现有的三步法中也有在上述专利的第二段单体反应完全后,加入苯乙烯类单体进行反应,然后出料,对胶液进行后处理制得产品。
我国目前使用的防水材料主要是沥青基防水材料,包括热熔型SBS防水卷材和自粘聚合物防水卷材。热熔型SBS防水卷材一般使用热熔法施工,自粘聚合物防水卷材可以在常温下自行粘结在基层上。自粘聚合物防水卷材对施工基面要求低,施工自由度高,不需要动用明火,节能环保,其市场占有率越来越高。
自粘聚合物防水卷材通常会加入一定量的SIS取代部分SBS,以提高其黏性和剥离强度。但相比于常规的SBS,SIS的耐高温性较差,且成本较高。因此,寻求一种高弹性、低硬度的SBS产品,来替代部分常规SBS,一直是自粘聚合物防水卷材行业的研究热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状,提供一种能提高伸长率的苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,从而满足自粘聚合物防水卷材的更高要求。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
一、将溶剂、活化剂和苯乙烯类单体加入到反应釜中,混合均匀后升温至45~55℃,加入引发剂,搅拌状态下进行反应,反应3~10min;
二、在温度55~60℃时,加入部分丁二烯单体进行反应,控制反应温度低于95℃,到达最高温度后,再反应2~5min;【注:加入部分丁二烯单体进行反应为放热反应,反应至最高温度(低于95℃,此时反应体系的温度基本不再上升)后,再反应2~5min,能使得丁二烯单体反应完全】
三、加入剩余丁二烯单体继续进行反应,控制反应温度低于105℃,到达最高温度后,再反应2~5min;【注:加入剩余丁二烯单体进行反应为放热反应,反应至最高温度(低于105℃,此时反应体系的温度基本不再上升)后,再反应2~5min,能使得丁二烯单体反应完全】
四、加入偶联剂,搅拌状态下继续反应20~30min;然后出料,对胶液进行后处理,得到苯乙烯类热塑性弹性体;
上述溶剂为环烷烃或直链烷烃,溶剂与反应体系中各单体之和的重量比为200/40~300/40;
上述活化剂在反应体系中的浓度为30~300ppm;
上述引发剂在反应体系中的含量为10~100ppm,偶联剂与引发剂的摩尔比为1/20~1/4;
苯乙烯类单体与所有的丁二烯单体的质量比为15/85~30/70;
步骤二中的部分丁二烯单体与步骤三中的剩余丁二烯单体的质量比为1/1~5/1。
优选地,所述溶剂为环己烷或正己烷。
所述活化剂优选为醚或胺类物质。
进一步优选地,所述活化剂为四氢呋喃、乙醚或四甲基乙二胺。
在上述方案中,所述引发剂优选为烷基锂。烷基锂优选为正丁基锂或叔丁基锂。
所述苯乙烯类单体优选为苯乙烯或α-甲基苯乙烯。
所述偶联剂优选为二甲基二氯硅烷、1,2-二溴乙烷或苯甲酸酯类。
在上述方案中,优选地,步骤四出料后,向胶液中加入中文名称为2,6-二叔丁基对甲基苯酚的防老剂BHT、中文名称为亚磷酸三壬基苯酯的防老剂TNP,防老剂BHT和防老剂TNP的添加量均为反应体系中单体总量的0.3~0.6wt%,搅拌均匀,胶液经凝聚、干燥,制得苯乙烯类热塑性弹性体产品。
优选地,步骤四中出料后,控制胶液的固含量为11~17wt%。
最后,步骤四中得到的苯乙烯类热塑性弹性体的熔融指数大于0且小于0.1,偶联率为10~50%,数均分子量为20.0~30.0万。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明在聚合釜中加入计量好的溶剂、活化剂和苯乙烯类单体,搅拌均匀,升温至引发温度,加入引发剂,开始第一步反应,生成PS-Li+活性中心;在苯乙烯单体未完全反应完时,加入部分丁二烯单体,进行第二步反应,合成聚丁二烯嵌段、无规B/S嵌段和聚苯乙烯嵌段,生成PS-B-(B/S)-S-Li+活性中心;接着加入剩余的丁二烯单体,进行第三步反应,生成PS-B-(B/S)-S-B-Li+活性中心;最后加入一定量的偶联剂,进行第四步反应,部分活性种偶联生成[SB(B/S)SB]2。总的反应过程如下:
BuLi+S…→SLi+Bd…→SB(B/S)SLi+Bd…→SB(B/S)SBLi+RX2…→[SB(B/S)SB]2本发明所制备的苯乙烯类热塑性弹性体以苯乙烯类单体为硬段,丁二烯为软段,醚或胺类物质为活化剂,丁基锂为引发剂。聚合物中间部分含B/S无规结构,产品的苯乙烯结合量低、熔融指数低、偶联率低、力学性能优异,可更好地满足自粘聚合物防水卷材的更高要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1:
一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,具体如下:
在5L反应釜中加入环己烷2.5Kg、苯乙烯80g和四氢呋喃0.3g,温度为45~55℃时,加入引发剂正丁基锂5.5mmol,反应5min。加入计量好的丁二烯240g,控制最高温度小于95℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。加入计量好的丁二烯80g,控制最高温度小于105℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。最后加入二氯二甲基硅烷0.6mmol,反应25min。出料,加入防老剂BHT 1.6g和TNP 2.0g,搅拌均匀,经凝聚、干燥后,得到苯乙烯类热塑性弹性体SBS产品。
经凝胶渗透色谱测试,产品的数均分子量为28.0万,偶联率为22%。
实施例2:
一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,具体如下:
在5L反应釜中加入环己烷2.5Kg、苯乙烯80g和四氢呋喃0.3g,温度为45~55℃时,加入引发剂正丁基锂5.5mmol,反应5min。加入计量好的丁二烯240g,控制最高温度小于95℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。加入计量好的丁二烯80g,控制最高温度小于105℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。最后加入二氯二甲基硅烷1.1mmol,反应25min。出料,加入防老剂BHT1.6g和TNPP2.0g,搅拌均匀,经凝聚、干燥后,得到苯乙烯类热塑性弹性体SBS产品。
经凝胶渗透色谱测试,产品的数均分子量为27.5万,偶联率为40%。
实施例3:
一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,具体如下:
在5L反应釜中加入环己烷2.5Kg、苯乙烯100g和四氢呋喃0.3g,温度为45~55℃时,加入引发剂正丁基锂5.5mmol,反应5min。加入计量好的丁二烯230g,控制最高温度小于95℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。加入计量好的丁二烯70g,控制最高温度小于105℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。最后加入二氯二甲基硅烷0.6mmol,反应25min。出料,加入防老剂BHT1.6g和TNPP2.0g,搅拌均匀,经凝聚、干燥后,得到苯乙烯类热塑性弹性体SBS产品。
经凝胶渗透色谱测试,产品的数均分子量为24.5万,偶联率为22%。
对比例1:
在5L反应釜中加入环己烷2.5Kg、苯乙烯95g和四氢呋喃0.3g,温度为45~55℃时,加入引发剂正丁基锂6.5mmol,反应25min。加入计量好的丁二烯285g,控制最高温度小于105℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。最后加入苯乙烯95g,反应25min。出料,加入防老剂BHT2.85g和TNPP2.34g,搅拌均匀,经凝聚、干燥后,得到苯乙烯类热塑性弹性体SBS产品。本对比例的产品即为宁波金海晨光化学股份有限公司制备的型号为JH-7401的热塑性弹性体SBS。
经凝胶渗透色谱测试,产品的数均分子量7.5万,偶联率100%。
对比例2:
在5L反应釜中加入环己烷2.5Kg、苯乙烯66g和四氢呋喃0.3g,温度为45~55℃时,加入引发剂正丁基锂4.0mmol,反应25min。加入计量好的丁二烯308g,控制最高温度小于105℃,反应温度到达最高点后,再反应3min。最后加入苯乙烯66g,反应25min。出料,加入防老剂BHT2.64g和TNPP2.20g,搅拌均匀,经凝聚、干燥后,得到苯乙烯类热塑性弹性体SBS产品。本对比例的产品即为宁波金海晨光化学股份有限公司制备的型号为JH-7302的热塑性弹性体SBS。
经凝胶渗透色谱测试,产品的数均分子量11.0万,偶联率100%。
测试实施例1、2、3以及对比例1、2产品的拉伸强度、拉断伸长率、硬度和熔融指数,结果如下表1所示。
表1
由表1可知,实施例中SBS产品与市面上SBS产品明显不同:本申请制得的产品的分子量高、偶联率低,拉伸强度低、硬度低、熔融指数低,但拉断伸长率远远高于市面上SBS产品。可以预期,对于一些对拉伸强度要求低,但弹性要求高的应用领域,该产品将表现出优异的应用性能。
目前,市面上的自粘聚合物防水卷材通常用对比例2类SBS产品进行沥青改性。本专利在自粘聚合物改性沥青防水卷材中,用实施例1和3的SBS产品代替部分常规SBS,考察其对卷材剥离性能的影响,结果见下表2。
表2
由表2可知,用实施例1和3的SBS产品代替部分JH-7302后,自粘聚合物改性沥青防水卷材的持粘性和剥离强度明显增加,耐热性和低温柔性不受影响。表明,实施例产品可明显改善自粘聚合物防水卷材的粘结性能。
实施例4:
一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,具体步骤如下:
一、将溶剂正己烷、活化剂乙醚和苯乙烯类单体(α-甲基苯乙烯)加入到反应釜中,混合均匀后升温至45℃,加入引发剂叔丁基锂,搅拌状态下进行反应,反应3min;
二、在温度55℃时,加入部分丁二烯单体进行反应,控制反应温度低于95℃,到达最高温度后,再反应2min;
三、加入剩余丁二烯单体继续进行反应,控制反应温度低于105℃,到达最高温度后,再反应2min;
四、加入偶联剂1,2-二溴乙烷,搅拌状态下继续反应20min;然后出料,出料后,向胶液中加入中文名称为2,6-二叔丁基对甲基苯酚的防老剂BHT、中文名称为亚磷酸三壬基苯酯的防老剂TNP,防老剂BHT和防老剂TNP的添加量均为反应体系中单体总量的0.3wt%,搅拌均匀,胶液经凝聚、干燥,制得苯乙烯类热塑性弹性体产品;
溶剂与反应体系中各单体之和的重量比为200/40;
活化剂在反应体系中的浓度为30ppm;
引发剂在反应体系中的含量为10ppm,偶联剂与引发剂的摩尔比为1/20;
苯乙烯类单体与所有的丁二烯单体的质量比为30/70;
步骤二中的部分丁二烯单体与步骤三中的剩余丁二烯单体的质量比为1/1。
实施例5:
一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,具体步骤如下:
一、将溶剂正己烷、活化剂四甲基乙二胺和苯乙烯类单体(α-甲基苯乙烯)加入到反应釜中,混合均匀后升温至55℃,加入引发剂叔丁基锂,搅拌状态下进行反应,反应10min;
二、在温度60℃时,加入部分丁二烯单体进行反应,控制反应温度低于95℃,到达最高温度后,再反应5min;
三、加入剩余丁二烯单体继续进行反应,控制反应温度低于105℃,到达最高温度后,再反应5min;
四、加入偶联剂苯甲酸酯类,搅拌状态下继续反应30min;然后出料,出料后,向胶液中加入中文名称为2,6-二叔丁基对甲基苯酚的防老剂BHT、中文名称为亚磷酸三壬基苯酯的防老剂TNP,防老剂BHT和防老剂TNP的添加量均为反应体系中单体总量的0.6wt%,搅拌均匀,胶液经凝聚、干燥,制得苯乙烯类热塑性弹性体产品;
溶剂与反应体系中各单体之和的重量比为300/40;
活化剂在反应体系中的浓度为300ppm;
引发剂在反应体系中的含量为100ppm,偶联剂与引发剂的摩尔比为1/4;苯乙烯类单体与所有的丁二烯单体的质量比为15/85;
步骤二中的部分丁二烯单体与步骤三中的剩余丁二烯单体的质量比为5/1。
Claims (10)
1.一种苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
一、将溶剂、活化剂和苯乙烯类单体加入到反应釜中,混合均匀后升温至45~55℃,加入引发剂,搅拌状态下进行反应,反应3~10min;
二、在温度55~60℃时,加入部分丁二烯单体进行反应,控制反应温度低于95℃,到达最高温度后,再反应2~5min;
三、加入剩余丁二烯单体继续进行反应,控制反应温度低于105℃,到达最高温度后,再反应2~5min;
四、加入偶联剂,搅拌状态下继续反应20~30min;然后出料,对胶液进行后处理,得到苯乙烯类热塑性弹性体;
上述溶剂为环烷烃或直链烷烃,溶剂与反应体系中各单体之和的重量比为200/40~300/40;
上述活化剂在反应体系中的浓度为30~300ppm;
上述引发剂在反应体系中的含量为10~100ppm,偶联剂与引发剂的摩尔比为1/20~1/4;
苯乙烯类单体与所有的丁二烯单体的质量比为15/85~30/70;
步骤二中的部分丁二烯单体与步骤三中的剩余丁二烯单体的质量比为1/1~5/1。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述溶剂为环己烷或正己烷。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述活化剂为醚或胺类物质。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述活化剂为四氢呋喃、乙醚或四甲基乙二胺。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述引发剂为烷基锂。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述苯乙烯类单体为苯乙烯或α-甲基苯乙烯。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述偶联剂为二甲基二氯硅烷、1,2-二溴乙烷或苯甲酸酯类。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤四出料后,向胶液中加入中文名称为2,6-二叔丁基对甲基苯酚的防老剂BHT、中文名称为亚磷酸三壬基苯酯的防老剂TNP,防老剂BHT和防老剂TNP的添加量均为反应体系中单体总量的0.3~0.6wt%,搅拌均匀,胶液经凝聚、干燥,制得苯乙烯类热塑性弹性体产品。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤四中出料后,控制胶液的固含量为11~17wt%。
10.根据权利要求1~9中任一权项所述的制备方法,其特征在于:步骤四中得到的苯乙烯类热塑性弹性体的熔融指数小于0.1,偶联率为10~50%,数均分子量为20.0~30.0万。
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