CN114957873A - 一种增韧聚苯乙烯材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种增韧聚苯乙烯材料及其制备方法和应用，所述增韧聚苯乙烯材料的制备原料包括特定份数的聚苯乙烯树脂、增韧母粒、丁苯透明抗冲树脂和抗氧剂的组合；所述增韧母粒的制备原料包括SBS‑g‑MAH和纳米硫酸钡的组合。所述增韧聚苯乙烯材料通过限定增韧母粒的制备原料包括SBS‑g‑MAH和纳米硫酸钡的组合，利用二者协同配合作为增韧剂，使得到的增韧聚苯乙烯材料具有成本低、韧性好以及强度高的特点，可广泛应用于小家电外壳。
Description
技术领域
本发明属于聚苯乙烯技术领域，具体涉及一种增韧聚苯乙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚苯乙烯具有透明、成型性好、刚性好、电绝缘性能好、易染色、低吸湿性和价格低廉等优点，在包装、电子、建筑、汽车、家电、仪表、日用品和玩具等行业已经得到了广泛的应用。但是，聚苯乙烯较脆，耐应力开裂及耐溶剂性能较差，热变形温度相对较低(70～98℃)，冲击强度也不高，不能像许多工程塑料那样在高载荷和高温条件下都可以使用，进而限制了其应用领域。
目前，聚苯乙烯增韧主要采用弹性体进行增韧。CN102807715A公开了一种增韧聚苯乙烯塑料的配方，包括聚苯乙烯以及添加剂，所述的添加剂为增韧剂、增塑剂、分散剂以及胶粘剂，所述的增韧剂为液体聚硫橡胶，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，分散剂为三乙基己基磷酸，粘胶剂为聚乙酸乙烯酯。在聚苯乙烯塑料中添加增韧剂，可以使聚苯乙烯塑料变得柔韧不易断裂，增加聚苯乙烯塑料的机械强度，另外，增塑剂、分散剂可以增加聚苯乙烯塑料的塑性和光泽，胶粘剂可以提高聚苯乙烯塑料的粘性，使之方便与其他产品粘合。
CN114106481A公开了一种增韧聚苯乙烯填充母料及其制备方法，该聚苯乙烯填充母粒包括如下重量份原料：改性聚苯乙烯80～100份、增塑剂1～3份、阻燃剂10～15份、抗老化剂1～3份、石墨烯8～10份；将中间体5进行处理，制得中间体6，将苯乙烯和4-乙烯基苄氯聚合，制得预改性聚苯乙烯，将预改性聚苯乙烯和中间体6反应，使得预改性聚苯乙烯上的氯原子位点与中间体6上的醇羟基反应，形成交联状高分子，制得改性聚苯乙烯，该改性聚苯乙烯分子中含有大量柔性脂肪族长链，同时交联链为双马来亚酰胺结构，该结构具有很好韧性，同时与石墨烯复配，使得制备出的聚苯乙烯填充母料韧性进一步的提升。
CN105524365A公开了一种增韧耐高温聚苯乙烯，包括聚苯乙烯、硅烷、抗氧母料及辅助助剂，所述聚苯乙烯为线形低密度聚苯乙烯，所述抗氧母料为耐高温聚丙烯着色母料。该发明在聚苯乙烯中添加增韧剂，可以使聚苯乙烯变得柔韧不易断裂，增加聚苯乙烯的机械强度，分离剂的加入可以增加聚苯乙烯的光泽度，胶粘剂可以提高聚苯乙烯的粘性，使之方便和其他产品粘合，通过纳米蒙脱土和聚丙烯的选用和特定的配比组合，从根本上提高了母料的耐高温性能，扩大了应用范围。
但是，目前包括上述专利在内的现有技术中提供的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的缺口冲击强度仍然较低，只有6～10kJ/m2，还远低于ABS的韧性，对其使用范围仍有不小的限制。
因此，开发一种韧性好且成本低的增韧聚苯乙烯材料，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种增韧聚苯乙烯材料及其制备方法和应用，所述增韧聚苯乙烯材料的制备原料包括特定份数的聚苯乙烯树脂、增韧母粒、丁苯透明抗冲树脂和抗氧剂的组合，通过限定所述增韧母粒的制备原料包括SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的组合，使得到的增韧聚苯乙烯材料具有成本低以及韧性好的特点，可广泛应用于小家电外壳。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种增韧聚苯乙烯材料，所述增韧聚苯乙烯材料的制备原料按照重量份包括如下组分：
所述增韧母粒的制备原料包括SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的组合。
在本发明中，所述聚苯乙烯树脂可以为65重量份、70重量份、76重量份、78重量份、80重量份、82重量份、84重量份、86重量份、88重量份、90重量份或95重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述增韧母粒可以为12重量份、14重量份、16重量份、18重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份或28重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述丁苯透明抗冲树脂可以为12重量份、14重量份、16重量份、18重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份或28重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述抗氧剂可以为0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明提供的增韧聚苯乙烯材料的制备原料包括特定份数的聚苯乙烯树脂、增韧母粒、丁苯透明抗冲树脂和抗氧剂的组合，通过限定所述增韧母粒的制备原料包括SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的组合，选择复配的SBS-g-MAH弹性体搭配无机粉末硫酸钡作为聚苯乙烯的复合增韧剂，可以有效提高最终得到的聚苯乙烯材料的韧性，还不会影响其优异的拉伸强度，且制备工艺简单、成本低，可广泛应用于家电外壳中。
优选地，所述聚苯乙烯树脂为通用聚苯乙烯树脂。
优选地，所述聚苯乙烯树脂的熔融指数为1～6g/10min，例如1.5g/10min、2g/10min、2.5g/10min、3g/10min、3.5g/10min、4g/10min、4.5g/10min、5g/10min或5.5g/10min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的质量比为1:(3～5)，例如1:3.2、1:3.4、1:3.6、1:3.8、1:4、1:4.2、1:4.4、1:4.6或1:4.8等。
作为本发明的优选技术方案，所述SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的质量比为1:(3～5)时，可以使最终得到的增韧聚苯乙烯材料的综合性能最为优异，一方面，如果SBS-g-MAH的添加比例过高或SBS-g-MAH的添加比例过低，均会导致得到的增韧聚苯乙烯材料的增韧效果较差。
优选地，所述增韧母粒通过将SBS-g-MAH和纳米硫酸钡进行挤出得到。
优选地，所述挤出在双螺杆挤出机中进行。
优选地，所述挤出的温度为160～190℃，例如163℃、166℃、169℃、172℃、175℃、178℃、181℃、184℃或187℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述丁苯透明抗冲树脂中苯乙烯的质量百分含量为25～30％，例如25.5％、26％、26.5％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％或29.5％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述丁苯透明抗冲树脂中丁二烯的质量百分含量为65～70％，例如65.5％、66％、66.5％、67％、67.5％、68％、68.5％、69％或69.5％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述增韧聚苯乙烯材料的制备方法，所述制备方法包括：将聚苯乙烯树脂、增韧母粒、丁苯透明抗冲树脂和抗氧剂混炼，挤出造粒，得到所述增韧聚苯乙烯材料。
优选地，所述挤出造粒的温度为180～210℃，例如183℃、186℃、189℃、192℃、195℃、198℃、201℃、204℃或207℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行。
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200～500rpm，例如230rpm、260rpm、290rpm、320rpm、350rpm、380rpm、410rpm、440rpm或470rpm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的增韧聚苯乙烯述材料在包装材料、电子产品、建筑材料、汽车、家电产品、仪表材料、日用品或玩具中的应用。
优选地，所述应用包括家电外壳。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的增韧聚苯乙烯材料的制备原料包括特定份数的聚苯乙烯树脂、增韧母粒、丁苯透明抗冲树脂和抗氧剂的组合，通过限定所述增韧母粒的制备原料包括SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的组合，使得到的增韧聚苯乙烯材料具有成本低以及韧性好的特点。具体而言，本发明提供的增韧聚苯乙烯材料的拉伸强度为≥36MPa，断裂伸长率为≥55％，缺口冲击强度≥15，可广泛应用于小家电外壳。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
一种增韧母粒，其制备方法包括：将质量比为1:4的SBS-g-MAH和纳米硫酸钡通过双螺杆挤出机在180℃下挤出，得到所述增韧母粒。
制备例2
一种增韧母粒，其制备方法包括：将质量比为1:3的SBS-g-MAH和纳米硫酸钡通过双螺杆挤出机在180℃下挤出，得到所述增韧母粒。
制备例3
一种增韧母粒，其制备方法包括：将质量比为1:5的SBS-g-MAH和纳米硫酸钡通过双螺杆挤出机在180℃下挤出，得到所述增韧母粒。
制备例4
一种增韧母粒，其制备方法包括：将质量比为1:2的SBS-g-MAH和纳米硫酸钡通过双螺杆挤出机在180℃下挤出，得到所述增韧母粒。
制备例5
一种增韧母粒，其制备方法包括：将质量比为1:6的SBS-g-MAH和纳米硫酸钡通过双螺杆挤出机在180℃下挤出，得到所述增韧母粒。
实施例1
一种增韧聚苯乙烯材料，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的增韧聚苯乙烯材料的制备方法包括：将聚苯乙烯树脂(扬子石化-巴斯夫有限责任公司、牌号为158K)、增韧母粒(制备例1)、丁苯透明抗冲树脂(广东众和高新科技股份公司、牌号为SL838)、四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以及三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合2min，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述增韧聚苯乙烯材料。
实施例2
一种增韧聚苯乙烯材料，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的增韧聚苯乙烯材料的制备方法包括：将聚苯乙烯树脂(扬子石化-巴斯夫有限责任公司、牌号为158K)、增韧母粒(制备例1)、丁苯透明抗冲树脂(广东众和高新科技股份公司、牌号为SL838)、四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以及三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合3min，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述增韧聚苯乙烯材料。
实施例3
一种增韧聚苯乙烯材料，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的增韧聚苯乙烯材料的制备方法包括：将聚苯乙烯树脂(扬子石化-巴斯夫有限责任公司、牌号为158K)、增韧母粒(制备例1)、丁苯透明抗冲树脂(广东众和高新科技股份公司、牌号为SL838)、四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以及三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合3min，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述增韧聚苯乙烯材料。
实施例4～7
一种增韧聚苯乙烯材料，其与实施例1的区别仅在于，分别采用制备例2～5得到的增韧母粒替换制备例1得到的增韧母粒，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种增韧聚苯乙烯材料，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本对比例提供的增韧聚苯乙烯材料的制备方法包括：将聚苯乙烯树脂(扬子石化-巴斯夫有限责任公司、牌号为158K)、增韧母粒(制备例1)、丁苯透明抗冲树脂(广东众和高新科技股份公司、牌号为SL838)、四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以及三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合2min，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述增韧聚苯乙烯材料。
对比例2
一种增韧聚苯乙烯材料，其与实施例1的区别仅在于，采用SBS-g-MAH替换制备例1得到的增韧母粒，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种增韧聚苯乙烯材料，其与实施例1的区别仅在于，采用纳米硫酸钡替换制备例1得到的增韧母粒，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)拉伸强度和断裂伸长率：按照《GB/T1040.2-2006》提供的测试方法进行测试，拉伸速率为50mm/min，每组样品测量5次，结果取其平均值；
(2)缺口冲击强度：按照《GB/T 1043.1-2008》提供的测试方法进行测试，每组样品测量5次，结果取其平均值。
按照上述测试方法对实施例1～7和对比例1～3提供的增韧聚苯乙烯材料进行测试，测试结果如表1所示：
表1
| 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) | |
| 实施例1 | 42.5 | 55 | 18.7 |
| 实施例2 | 38.7 | 68 | 26.3 |
| 实施例3 | 36.8 | 108 | 32.7 |
| 实施例4 | 40.5 | 54 | 18.9 |
| 实施例5 | 39.5 | 58 | 18.1 |
| 实施例6 | 40.8 | 57 | 16.8 |
| 实施例7 | 42.2 | 56 | 15.9 |
| 对比例1 | 48.5 | 22 | 7.8 |
| 对比例2 | 48.7 | 28 | 9.1 |
| 对比例3 | 48.6 | 25 | 8.9 |
根据表1数据可以看出：本发明提供的增韧聚苯乙烯材料具有成本低以及韧性好的特点，具体而言，实施例1～7得到的增韧聚苯乙烯材料的拉伸强度为36.8～42.5MPa，断裂伸长率为55～108％，缺口冲击强度为15.9～32.7kJ/m2。
比较实施例1和对比例1可以发现，增韧母粒的添加量较低时得到的增韧聚苯乙烯材料的缺口冲击强度较低，说明其韧性较差。
比较实施例1和对比例2～3可以发现，单独采用SBS-g-MAH(对比例1)或者单独采用纳米硫酸钡(对比例2)制备得到的聚苯乙烯材料的缺口冲击强度均较低，说明单独采用SBS-g-MAH以及纳米硫酸钡对聚苯乙烯材料的增韧效果不好。
再进一步比较实施例1和实施例4～7可以发现，当SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的质量比不在本发明限定的优选范围内制备得到的增韧母粒对聚苯乙烯的增韧效果同样不理想，只有在本发明限定的质量比范围内制备得到的增韧母粒才对聚苯乙烯材料具有最为优异的增韧效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种增韧聚苯乙烯材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种增韧聚苯乙烯材料，其特征在于，所述增韧聚苯乙烯材料的制备原料按照重量份包括如下组分：
所述增韧母粒的制备原料包括SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的组合。
2.根据权利要求1所述的增韧聚苯乙烯材料，其特征在于，所述聚苯乙烯树脂为通用聚苯乙烯树脂；
优选地，所述聚苯乙烯树脂的熔融指数为1～6g/10min。
3.根据权利要求1或2所述的增韧聚苯乙烯材料，其特征在于，所述SBS-g-MAH和纳米硫酸钡的质量比为1:(3～5)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的增韧聚苯乙烯材料，其特征在于，所述增韧母粒通过将SBS-g-MAH和纳米硫酸钡挤出得到；
优选地，所述挤出在双螺杆挤出机中进行；
优选地，所述挤出的温度为160～190℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的增韧聚苯乙烯材料，其特征在于，所述丁苯透明抗冲树脂中苯乙烯的质量百分含量为25～30％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的增韧聚苯乙烯材料，其特征在于，所述丁苯透明抗冲树脂中丁二烯的质量百分含量为65～70％；
优选地，所述抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
7.一种如权利要求1～6任一项所述增韧聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将聚苯乙烯树脂、增韧母粒、丁苯透明抗冲树脂和抗氧剂混合，挤出造粒，得到所述增韧聚苯乙烯材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒的温度为180～210℃。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行；
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200～500rpm。
10.一种如权利要求1～6任一项所述的增韧聚苯乙烯述材料在包装材料、电子产品、建筑材料、汽车、家电产品、仪表、日用品或玩具中的应用；
优选地，所述应用包括家电外壳。
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