CN115246932B - 一种相容剂PS-g-POP及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相容剂PS‑g‑POP及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1：称取PS、丙烯基弹性体、ZnCl2、引发剂、乙醇溶液，放入到反应釜内，加压反应20‑24h；S2：反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤，即得样品；S3：所述样品用N,N‑二乙基甲酰胺充分浸泡，经抽滤、洗涤、干燥即得PS‑g‑POP。本发明利用ZnCl2作为共混体系烷基化反应的催化剂，尽管PS和POP都不具有反应的官能团，但是PS上面的苯环可以作为活性位点，并和POP中的自由基发生耦合反应，在Lewis酸的催化作用下，可以通过自由基反应把PS断链后的自由基接枝到苯环上面，从而生成PS‑g‑POP的接枝共聚物。

Description

一种相容剂PS-g-POP及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体是一种相容剂PS-g-POP及其制备方法和应用。
背景技术
聚苯乙烯(Polystyrene，缩写PS)是一种无色透明的热塑性塑料，聚苯乙烯熔料黏度低，流动性好，熔融温度范围比较宽，所以，聚苯乙烯可用于注射、挤出、吹塑和发泡热成型，也可用于焊接、机械加工成型。但是，PS与无机填料间简单共混使得各组分之间相界面作用力差，产生明显的相分离，其间的相容性以及相形态将直接影响到产品的性能及应用。目前市面上售有相容剂SEBS-g-MAH，可改善PS与无机填料之间的相容性，但相容效果依然有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相容剂PS-g-POP及其制备方法和应用，通过在PS中加入丙烯基弹性体(简称POP)，并以ZnCl2作为催化剂，从而生成PS-g-POP接枝共聚物，以达到提高PS与无机填料相容性的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种相容剂PS-g-POP的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取聚苯乙烯、丙烯基弹性体、ZnCl2、引发剂、乙醇溶液，放入反应釜内，升温加压条件下反应20-24h；
S2：反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温再过滤，即得样品；
S3：所述样品用N,N-二乙基甲酰胺充分浸泡，经抽滤、洗涤、干燥，即得相容剂 PS-g-POP。
进一步的，所述引发剂为过氧化月桂酰。
进一步的，所述乙醇溶液的浓度为80％-90％。
进一步的，所述步骤S1中聚苯乙烯、丙烯基弹性体、ZnCl2、引发剂、乙醇溶液的质量比为(50-60)：(10-16)：(0.3-0.5)：(0.2-0.4)：(280-320)。
进一步的，所述步骤S2中反应釜内压力保持在12-16Mpa，温度保持在60-80℃。
进一步的，所述步骤S3中所述浸泡时间为10-12h。
本发明还提供了一种相容剂PS-g-POP，其采用如前述任一项所述的制备方法制得。
本发明进一步提供了一种相容剂PS-g-POP在聚苯乙烯制品中的应用，所述聚苯乙烯制品包括聚苯乙烯、无机填料，还包括如前述所述的相容剂PS-g-POP。
进一步的，所述相容剂PS-g-POP、聚苯乙烯、无机填料的质量比为5：80：15。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用ZnCl2作为共混体系烷基化反应的催化剂，尽管PS和POP都不具有反应的官能团，但是PS上面的苯环可以作为活性位点，并和POP中的自由基发生耦合反应，在Lewis酸的催化作用下，可以通过自由基反应把PS断链后的自由基接枝到苯环上面，从而生成PS-g-POP的接枝共聚物。本发明制备的新型相容剂PS-g-POP可代替市场上常用的SEBS-g-MAH，物理性能更加优异，提高了聚苯乙烯制品的力学性能。此外，本发明制备的相容剂PS-g-POP接枝共聚物相比现有的SEBS-g-MAH生产成本有所降低，这大大节约了PS的使用量，有很重要的意义。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
PS(型号350)，购于中国台湾国乔；
POP，购于美国陶氏集团；
ZnCl2，购于扬州锌业有限公司；
过氧化月桂酰，购于杭州精欣化工有限公司；
乙醇溶液，浓度为80％-90％，购于宜兴文成化工有限公司；
N,N-二乙基甲酰胺，购于北京华威锐科化工有限公司；
滑石粉，购于莱州向阳滑石粉有限公司；
云母粉，购于滁州万桥绢云母厂；
碳酸钙，购于江西丰磊化工有限公司；
硫酸钡，购于深圳嘉信化工有限责任公司；
硅灰石，购于江西科特精细粉体有限公司；
SEBS-g-MAH，购于南京德巴高分子材料有限公司；
所有材料均为市售常规产品。
可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
实施例1
(1)称取500份PS、100份POP、3份ZnCl2、2份过氧化月桂酰、2800份乙醇溶液，放入到反应釜内，保持釜内压力在12Mpa、温度为70℃，反应时间为20h。
(2)反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤取出样品。
(3)样品用N,N-二乙基甲酰胺浸泡10h，抽滤洗涤干燥得相容剂PS-g-POP，记为P1。
应用实施例1
取15份滑石粉、5份P1加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-滑石粉复合材料，记为X1。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160℃，二区温度210℃，三区温度210℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度 210℃,螺杆转速200r/min。
应用对比例1
取15份滑石粉、5份SEBS-g-MAH加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-滑石粉复合材料，记为D1。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160℃，二区温度210℃，三区温度210℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度 210℃,螺杆转速200r/min。
实施例2
(1)称取600份PS、160份POP、5份ZnCl2、4份过氧化月桂酰、3200份乙醇溶液，放入到反应釜内，保持釜内压力在12MPa、温度为70℃，反应时间为24h。
(2)反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤取出样品。
(3)样品用N,N-二乙基甲酰胺浸泡12h，抽滤洗涤干燥制得相容剂PS-g-POP，记为P2。
应用实施例2
称取15份碳酸钙、5份P2加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-碳酸钙复合材料，记为X2。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度180℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度250℃，六区温度250℃，机头温度250℃,螺杆转速280r/min。
应用对比例2
取15份碳酸钙、5份SEBS-g-MAH加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-碳酸钙复合材料D2。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度180℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度250℃，六区温度250℃，机头温度250℃,螺杆转速280r/min。
实施例3
(1)称取550份PS、130份POP、4份ZnCl2、3份过氧化月桂酰、3000份乙醇溶液，放入到反应釜内，保持釜内压力在14MPa、温度为70℃，反应时间为22h。
(2)反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤取出样品。
(3)样品用N,N-二乙基甲酰胺浸泡11h，抽滤洗涤干燥得到相容剂PS-g-POP，记为P3。
应用实施例3
取15份硫酸钡、5份P3加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-硫酸钡复合材料，记为X3。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度170℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃,螺杆转速240r/min。
应用对比例3
取15份硫酸钡、5份SEBS-g-MAH加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-硫酸钡复合材料D3。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度170℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃,螺杆转速240r/min。
实施例4
(1)称取550份PS、150份POP、4份ZnCl2、4份过氧化月桂酰、3100份乙醇溶液，放入到反应釜内，保持釜内压力在13MPa、温度为70℃，反应时间为21h。
(2)反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤取出样品。
(3)样品用N,N-二乙基甲酰胺浸泡11h，抽滤洗涤干燥得到相容剂PS-g-POP，记为P4。
应用实施例4
(4)取15份云母粉、5份P4加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-云母粉复合材料，记为X4。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165℃，二区温度215℃，三区温度215℃，四区温度215℃，五区温度215℃，六区温度215℃，机头温度215℃,螺杆转速230r/min。
应用对比例4
取15份云母粉、5份SEBS-g-MAH加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-云母粉复合材料，记为D4。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165℃，二区温度215℃，三区温度215℃，四区温度215℃，五区温度215℃，六区温度215℃，机头温度215℃,螺杆转速230r/min。
实施例5
(1)称取580份PS、150份POP、3份ZnCl2、3份过氧化月桂酰、3000份乙醇溶液，放入到反应釜内，保持釜内压力在13MPa、温度为70℃，反应时间为21h。
(2)反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤取出样品。
(3)样品用N,N-二乙基甲酰胺浸泡10h，抽滤洗涤干燥得到P5。
应用实施例5
取15份硅灰石、5份P5加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-硅灰石复合材料，记为X5。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度175℃，二区温度245℃，三区温度245℃，四区温度245℃，五区温度245℃，六区温度245℃，机头温度245℃,螺杆转速275r/min。
应用对比例5
取15份硅灰石、5份SEBS-g-MAH加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-硅灰石复合材料，记为D5。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，各区温度及螺杆转速分别为：一区温度175℃，二区温度245℃，三区温度245℃，四区温度245℃，五区温度245℃，六区温度245℃，机头温度245℃,螺杆转速275r/min。
应用对比例6
(1)称取500份PS、100份POP、3份FeCl2、2份过氧化月桂酰、2800份乙醇溶液，放入到反应釜内，保持釜内压力在12MPa，反应20h。
(2)反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温过滤取出样品。
(3)样品用N,N-二乙基甲酰胺浸泡10h，抽滤洗涤干燥得相容剂PS-g-POP，记为P6。
(4)取15份滑石粉、5份P6加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS-滑石粉复合材料，记为D6。
其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160℃，二区温度210℃，三区温度210℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度 210℃,螺杆转速200r/min。
将上述制得的复合材料X1-X5和复合材料D1-D6用注塑机制成样条，对产品性能进行测试，测试标准如表1所示，测试结果如表2所示：
表1
测试项目 测试标准
拉伸强度(MPa) ASTM D638
弯曲模量(MPa) ASTM D790
悬臂梁缺口冲击强度(kJ/m2) ASTM D256
表2
从表2可以看出，应用实施例1-5制得的复合材料比应用对比例1-5制得的复合材料力学性能更优异，说明本发明制得的相容剂PS-g-POP相比SEBS-g-MAH的力学性能得到提高，增加了PS与滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉、硅灰石等无机填料的相容性，扩展了PS复合材料的应用领域。通过应用实施例1和应用对比例6对比说明，ZnCl2作为催化剂可有效提高PS和POP的接枝反应效率，使相容剂PS-g-POP性能更优异。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种相容剂PS-g-POP的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：称取聚苯乙烯、丙烯基弹性体、ZnCl2、引发剂、乙醇溶液，放入反应釜内，升温加压条件下反应20-24h；
S2：反应结束后，向反应釜夹套内通冷却水并释放压力，冷却至室温再过滤，即得样品；
S3：所述样品用N,N-二乙基甲酰胺充分浸泡，经抽滤、洗涤、干燥，即得相容剂PS-g-POP；
其中，所述步骤S1中聚苯乙烯、丙烯基弹性体、ZnCl2、引发剂、乙醇溶液的质量比为(50-60)：(10-16)：(0.3-0.5)：(0.2-0.4)：(280-320)。
2.根据权利要求1所述的一种相容剂PS-g-POP的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化月桂酰。
3.根据权利要求1所述的一种相容剂PS-g-POP的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液的浓度为80％-90％。
4.根据权利要求1所述的一种相容剂PS-g-POP的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中反应釜内压力保持在12-16Mpa，温度保持在60-80℃。
5.根据权利要求1所述的一种相容剂PS-g-POP的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中所述浸泡时间为10-12h。
6.一种相容剂PS-g-POP，其特征在于，其采用如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得。
7.如权利要求6所述的相容剂PS-g-POP在聚苯乙烯制品中的应用，其特征在于，所述聚苯乙烯制品由聚苯乙烯、无机填料和相容剂PS-g-POP制备而成。
8.根据权利要求7所述的聚苯乙烯制品，其特征在于，所述相容剂PS-g-POP、聚苯乙烯、无机填料的质量比为5：80：15。
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