CN115057971A - 一种高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料生产领域，公开一种高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料及其制备方法。将苯乙烯、聚丁二烯橡胶混合物、矿物油、乙苯混合制备成橡胶溶液，在预聚合反应釜和第一、第二、第三卧式反应器中依次进行反应，得到聚苯乙烯粗制品，经脱挥、造粒后，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。该方法制备的聚苯乙烯复合材料熔融指数≥13g/10min，悬臂梁冲击强度≥8kJ/m2，拉伸强度≥23MPa，弯曲强度≥40MPa，树脂中粒径为500～1500nm，具备良好的流动性和冲击强度，能够广泛应用于复杂零件加工。
Description
技术领域
本发明属于复合材料生产领域，公开一种高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯是一种应用广泛的热塑性塑料，其成本较低，可以应用于在汽车、家电、仪器仪表、玩具、装饰材料等领域。
随着高抗冲聚苯乙烯应用的细化，下游客户对其性能要求越来越苛刻，专料专用的状态越来越明显，国内高抗冲聚苯乙烯的产品多以通用型为主，熔融指数在6～10g/10min，悬臂梁冲击强度≥6kJ/m2，而制备电脑组件、电视外壳、冰箱冷藏室复杂形状部件时，对其流动性和冲击强度有更高的要求，否则不易加工，而现有产品性能明显不能满足要求。
通过在聚苯乙烯中加入橡胶，可以改变产品性质，但所使用的橡胶种类、比例等因素对于所得聚苯乙烯流动性和冲击强度均有较大影响。考虑到橡胶种类繁多、性质各不相同，且各原料配比及制备工艺也均会对聚苯乙烯产生较大影响，因此难以简单地根据经验选择合适的橡胶种类、合适的制备工艺制得所需的聚苯乙烯材料。如何制得同时具备高流动性和高抗冲的聚苯乙烯材料是本领域的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于，开发一种高流动高抗冲聚苯乙烯复合材料，使其在具有较高的抗冲击强度下仍具备良好的流动性。
本发明的构思在于，改进热引发连续本体聚苯乙烯生产工艺，选取适宜的橡胶类型、胶液配比、矿物油的添加量以及反应器的温度、压力和转速等反应条件参数，通过控制橡胶粒径的大小和分布进而影响聚苯乙烯聚合物分子量和橡胶接枝比例，从而得到一种流动性良好的高抗冲聚苯乙烯复合材料。
第一方面，本发明提供一种聚苯乙烯复合材料。
所述聚苯乙烯复合材料包含聚丁二烯橡胶混合物；所述聚丁二烯橡胶混合物中至少包括一种1,2结构链节含量为8～13％、顺式1,4结构链节含量为22～26％、反式1,4结构链节含量为65～69％的聚丁二烯橡胶，以及一种顺式1,4结构链节含量≥93％的聚丁二烯橡胶。
进一步地，所述聚苯乙烯复合材料的制备原料包括如下重量份的组分：苯乙烯72.8～75份，聚丁二烯橡胶混合物6～8.2份，矿物油4份，乙苯15份。
第二方面，提供一种如第一方面所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1:将第一方面中所述重量份的组分混合制备成橡胶溶液，将橡胶溶液输送到反应装置中；
S2：橡胶溶液在反应装置的预聚合反应釜和第一、第二、第三卧式反应器中依次进行反应，得到聚苯乙烯粗制品；
S3：聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得聚苯乙烯复合材料。
优选地，所述每个卧式反应器均设有三个温度区(前段、中段、后段)，每个区的温度单独控制，反应温度为120～170℃；所述卧式反应器的转速为5～25rpm。
进一步地，所述第一、第二、第三卧式反应器的转速分别为20～25rpm、14～18rpm和5～7rpm。
优选地，在所述第二卧式反应器中添加0.2～1份的内部润滑剂。
进一步地，所述内部润滑剂为硬脂酸锌。
优选地，配制步骤S1中所述橡胶溶液时加入润滑剂，使其溶液粘度为15～35MPa.s。
优选地，在第三卧式反应器中控制苯乙烯的转化率达到85％以上。
本发明取得的有益效果：
制备得到一种聚苯乙烯复合材料，其熔融指数≥13g/10min，悬臂梁冲击强度≥8kJ/m2，拉伸强度≥23MPa，弯曲强度≥40MPa，树脂中粒径为500～1500nm。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，结合以下实施例，对本发明进行进一步的详细说明。
应当说明的是，本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
1.原料准备
表1实施例1的胶液配方
称量好上述表1配方中质量份的橡胶，将其输送到橡胶粉碎机中粉碎，并与上述其余物料按配比一同输送到橡胶溶解罐中，在橡胶溶解罐中配成橡胶溶液，并将制备的橡胶溶液粘度调整为15MPa.s。
2.聚合和脱挥反应
按进料顺序排列，第一、第二、第三卧式反应器分别表示为R1，R2，R3(以下同)。
表2搅拌转速控制
| 搅拌桨位号 | R1 | R2 | R3 |
| rpm | 20 | 14 | 5 |
表3反应温度控制
表4反应压力控制
| 反应压力 | R1 | R2 | R3 |
| MPa | 20 | 50 | 70 |
把溶解好的橡胶溶液输送到预聚合反应釜中反应6h后，输送到第一个卧式反应器中，并按照表2、表3、表4的反应条件，在其中第二卧式反应器中添加0.2质量份内部润滑剂，连续经过三个卧式反应器进行聚合反应，控制苯乙烯的转化率达到85％以上，得到聚苯乙烯粗制品。聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。
实施例2
1.原料准备
表5实施例2的胶液配方
称量好上述表5配方中质量份的橡胶，将其输送到橡胶粉碎机中粉碎，并与上述其余物料按配比一同输送到橡胶溶解罐中，在橡胶溶解罐中配成橡胶溶液，并将制备的橡胶溶液粘度调整为22MPa.s。
2.聚合和脱挥反应
表6搅拌转速控制
| 搅拌桨位号 | R1 | R2 | R3 |
| rpm | 24 | 15 | 7 |
表7反应温度控制
把溶解好的橡胶溶液输送到预聚合反应釜中反应6h后，输送到第一个卧式反应器中，并按照表4、表6、表7的反应条件，在其中第二卧式反应器中添加0.3质量份内部润滑剂，连续经过三个卧式反应器进行聚合反应，控制苯乙烯的转化率达到85％以上，得到聚苯乙烯粗制品。聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。
实施例3
1.原料准备
表8实施例3的胶液配方
称量好上述表8配方中质量份的橡胶，将其输送到橡胶粉碎机中粉碎，并与上述其余物料按配比一同输送到橡胶溶解罐中，在橡胶溶解罐中配成橡胶溶液，并将制备的橡胶溶液粘度调整为25MPa.s。
2.聚合和脱挥反应
把溶解好的橡胶溶液输送到预聚合反应釜中反应6h后，输送到第一个卧式反应器中，按照表2、表3、表4的反应条件，在其中第二卧式反应器中添加0.4质量份内部润滑剂，连续经过三个卧式反应器进行聚合反应，控制苯乙烯的转化率达到85％以上，得到聚苯乙烯粗制品。聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。
实施例4
1.原料准备
表9实施例4的胶液配方
称量好上述表9配方中质量份的橡胶，将其输送到橡胶粉碎机中粉碎，并与上述其余物料按配比一同输送到橡胶溶解罐中，在橡胶溶解罐中配成橡胶溶液，并将制备的橡胶溶液粘度调整为25MPa.s。
2.聚合和脱挥反应
把溶解好的橡胶溶液输送到预聚合反应釜中反应6h后，输送到第一个卧式反应器中，按照表4、表6、表7的反应条件，在其中第二卧式反应器中添加0.6质量份内部润滑剂，连续经过三个卧式反应器进行聚合反应，控制苯乙烯的转化率达到85％以上，得到聚苯乙烯粗制品。聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。
实施例5
1.原料准备
表10实施例5的胶液配方
称量好上述表10配方中质量份的橡胶，将其输送到橡胶粉碎机中粉碎，并与上述其余物料按配比一同输送到橡胶溶解罐中，在橡胶溶解罐中配成橡胶溶液，并将制备的橡胶溶液粘度调整为35MPa.s。
2.聚合和脱挥反应
按进料顺序排列，三个卧式反应器分别表示为R1，R2，R3。
表11搅拌转速控制
| 搅拌桨位号 | R1 | R2 | R3 |
| rpm | 25 | 18 | 7 |
表12反应温度控制
把溶解好的橡胶溶液输送到预聚合反应釜中反应6h后，输送到第一个卧式反应器中，并按照表4、表11、表12的反应条件，在其中第二卧式反应器中添加0.8质量份内部润滑剂，连续经过三个卧式反应器进行聚合反应，控制苯乙烯的转化率达到85％以上，得到聚苯乙烯粗制品。聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。
实施例6
1.原料准备
表13实施例6的胶液配方
称量好上述表13配方中质量份的橡胶，将其输送到橡胶粉碎机中粉碎，并与上述其余物料按配比一同输送到橡胶溶解罐中，在橡胶溶解罐中配成橡胶溶液，并将制备的橡胶溶液粘度调整为30MPa.s。
2.聚合和脱挥反应
把溶解好的橡胶溶液输送到预聚合反应釜中反应6h后，输送到第一个卧式反应器中，并按照表4、表11、表12的反应条件，在其中第二卧式反应器中添加1质量份内部润滑剂，连续经过三个卧式反应器进行聚合反应，控制苯乙烯的转化率达到85％以上，得到聚苯乙烯粗制品。聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得高流动抗冲级聚苯乙烯复合材料。
实施效果
各实施例中的性能测试条件如下：
橡胶粒径：GB/T 19077-2016
熔融指数：ASTM D-1238
悬臂梁冲击强度ASTM D-256
光泽度(60°)：GB/T 8807-1988
对上述实施例1～6的样品进行结构及性能检测，其结果如表14所示：
表14结构及性能指标分析
Claims (9)
1.一种聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述聚苯乙烯复合材料包含聚丁二烯橡胶混合物；所述聚丁二烯橡胶混合物中至少包括一种1,2结构链节含量为8～13％、顺式1,4结构链节含量为22～26％、反式1,4结构链节含量为65～69％的聚丁二烯橡胶，以及一种顺式1,4结构链节含量≥93％的聚丁二烯橡胶。
2.如权利要求1中所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，制备原料包括如下质量份的组分：苯乙烯72.8～75份，聚丁二烯橡胶混合物6～8.2份，矿物油4份，乙苯15份。
3.一种如权利要求2所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将包含如权利要求2所述重量份的组分混合制备成橡胶溶液，将橡胶溶液输送到反应装置中；
S2：橡胶溶液在反应装置的预聚合反应釜和第一、第二、第三卧式反应器中依次进行反应，得到聚苯乙烯粗制品；
S3：聚苯乙烯粗制品经脱挥、造粒，制得聚苯乙烯复合材料。
4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述第一、第二、第三卧式反应器均设有三个温度区(前段、中段、后段)，每个区的温度单独控制，反应温度为120～170℃；所述卧式反应器的转速为5～25rpm。
5.如权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述第一、第二、第三卧式反应器的转速分别为20～25rpm、14～18rpm和5～7rpm。
6.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，在所述第二卧式反应器中添加0.2～1质量份的内部润滑剂。
7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述内部润滑剂为硬脂酸锌。
8.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，配制步骤S1中所述橡胶溶液时加入润滑剂，使其溶液粘度为15～35MPa.s。
9.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，在第三卧式反应器中控制苯乙烯的转化率达到85％以上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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