CN115703910A - 耐冲击聚苯乙烯树脂 - Google Patents

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Abstract

本公开关于一种耐冲击聚苯乙烯树脂，包括：一连续相以及多个微粒，该些微粒分散在该连续相中，该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及相邻微粒具有0.3～5.0μm的平均间距。该耐冲击聚苯乙烯树脂为由一聚苯乙烯组合物所制成，该聚苯乙烯组合物包括：聚苯乙烯塑料、苯乙烯嵌段共聚物、加工助剂、以及抗氧化剂。

Description

耐冲击聚苯乙烯树脂
技术领域
本公开为关于一种耐冲击聚苯乙烯树脂。
背景技术
聚苯乙烯(polystyrene，简称PS)具有高于摄氏100度的玻璃转化温度、优良的刚性、不易燃性、着色性、电绝缘性、加工流动性与质轻等特性且价格低廉。其发泡材聚苯乙烯(expandable polystyrene，简称EPS，俗称保力龙)还具有保温的特性，因此被广泛应用在包装、电子、建筑、汽车家电、仪器仪表、日用品、玩具和保温材料。
EPS制品质量轻与体积大，在回收处理过程成本(人工及运输成本等)过高又其化学性质稳定，在自然环境中不易腐烂，目前大部分EPS废弃物都被以焚烧处理，造成严重空气污染的问题。另外，EPS制品具有可浮于水面的特性而被大量用于渔业，但因为便宜无回收效益，而被任意弃置而造成海洋及沿岸严重污染。
这些废弃的EPS制品，经常是完全未被污染，或仅是表面受到污染，具有回收利用的价值，因此，研究PS制品的回收与再利用不但可解决废塑料问题，还可开发再生资源，使废弃物得以重新进入产品使用生命周期。
发明内容
根据本公开的一实施例，提供一种耐冲击聚苯乙烯树脂，包括：一连续相以及多个微粒，该些微粒分散在该连续相中。该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及该些微粒中二相邻的微粒之间具有0.3～5.0μm的平均间距。上述耐冲击聚苯乙烯树脂为由一聚苯乙烯组合物所制成，该聚苯乙烯组合物包括：聚苯乙烯塑料、苯乙烯嵌段共聚物、加工助剂、以及抗氧化剂。
根据本公开的另一实施例，提供一种耐冲击聚苯乙烯树脂，其为以如下制法制成：提供一聚苯乙烯组合物以及使用押出机对该组合物进行熔融混炼制程，以获得该耐冲击聚苯乙烯树脂。上述耐冲击聚苯乙烯树脂包括一连续相以及多个微粒，该些微粒分散在该连续相中，该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及该些微粒中二相邻的微粒之间具有0.3～5.0μm的平均间距。上述聚苯乙烯组合物包含聚苯乙烯塑料、苯乙烯嵌段共聚物、加工助剂、以及抗氧化剂。
附图说明
本公开将参考其中示出了本公开的示例性实施例的图式而更充分地描述，其中：
图1为绘示本公开实施例的耐冲击聚苯乙烯树脂的制造方法的流程图；以及
图2为本公开的一实施例的耐冲击聚苯乙烯树脂的原子力显微镜(AFM)照片；
附图标记说明：
10：方法
S101，S103，S105，S107：步骤。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本公开中使用的「约」是指包含所述值以及在以所属技术领域具有通常知识者考虑到测量问题及测量误差(亦即，测量系统的限制性)时的可接受偏差范围中的值。举例而言，「约」可表示在所述值的一或多个标准偏差之中或在所述值的±30％、20％、10％、5％之中的值。
除非另有定义，否则本文所用的所有用语(包含技术与科学用语)具有与本公开所属技术领域中具有通常知识者所通常理解的意义相同的含义。将进一步理解的是，定义于常用字典内的用语，应被解释为具有与其在相关技术及本公开的内容意思一致的意思，以及除非明确地于此定义，否则将不以理想化或过于正式的意义解释。
本公开提供一种耐冲击聚苯乙烯树脂包括一连续相以及分散在该连续相中的多个微粒，该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及该些微粒中二相邻的微粒之间具有0.3～5.0μm的平均间距。上述耐冲击聚苯乙烯树脂为由一聚苯乙烯组合物所制成，该聚苯乙烯组合物，包括聚苯乙烯塑料、苯乙烯嵌段共聚物、加工助剂、以及抗氧化剂。
根据本公开实施例，上述耐冲击聚苯乙烯树脂的连续相可包括聚苯乙烯塑料、加工助剂及抗氧化剂。根据本公开实施例，分散在该连续相中的多个微粒可包括苯乙烯嵌段共聚物。
本公开中的连续相及多个微粒是对上述的耐冲击聚苯乙烯树脂利用原子力显微镜(atomic force microscope，简称AFM)进行微相型态分析，由图像处理及分析后得到的连续相及分散在其中的微粒。微粒的粒径大小为于分析后取不少于50个微粒的最长端长度进行平均而获得，而相邻微粒的平均间距同样为于分析后取不少于50个微粒，并以相邻两微粒间最短距离进行平均而获得。
在一些实施例中，该些微粒可具有0.1～4.0μm的平均粒径，例如为0.1～3.5μm、0.2～3.5μm、0.1～3.0μm或0.2～3.0μm的平均粒径。相邻微粒以彼此相距0.3～5.0μm的平均间距分散于连续相中，平均间距可为例如0.3～4.0μm、0.4～4.0μm、0.5～4.0μm、0.3～5.0μm或0.4～4.0μm。
根据本公开实施例，上述耐冲击聚苯乙烯树脂为由一聚苯乙烯组合物所制成，在所述的聚苯乙烯组合物中，聚苯乙烯塑料的含量可大于等于70wt％，例如80wt％、85wt％、90wt％或95wt％。
本公开中的聚苯乙烯塑料可为全新的聚苯乙烯塑料、回收聚苯乙烯塑料或其混合物。在一些实施例中，所用的回收聚苯乙烯塑料中的不纯物含量小于500ppm。在一些实施例中，回收聚苯乙烯塑料可为聚苯乙烯海洋废弃物。在一些实施例中，回收聚苯乙烯塑料可为不含卤素以及重金属的聚苯乙烯海洋废弃物。
在一些实施例中，聚苯乙烯组合物中的苯乙烯嵌段共聚物可包含苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)橡胶、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)橡胶、苯乙烯-丁二烯(SB)橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)橡胶之中的其一或任意组合，但本公开不限于此。在一些实施例中，苯乙烯嵌段共聚物还可包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)橡胶。
苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)橡胶具有高强度、耐臭氧和紫外线性能、热稳定性、耐热性佳、以及韧性佳等特性。苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)橡胶具有耐热性佳以及耐氧化性佳等特性。苯乙烯-丁二烯(SB)橡胶具有耐老化性佳、耐热性佳、以及耐磨耗性佳等特性。苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)橡胶具有柔软度佳以及高弹性的特性。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)橡胶具有高强度、高透明性、以及拉伸强度佳等特性。相关领域中具有通常知识者可根据需求选择所用的苯乙烯嵌段共聚物的种类、比例以及含量。
举例而言，如果希望获得具有较大拉伸强度的耐冲击聚苯乙烯树脂，苯乙烯嵌段共聚物可仅使用SEPS橡胶，或者可增加苯乙烯嵌段共聚物中SEPS橡胶的含量。如果希望获得具有较大抗弯强度的耐冲击聚苯乙烯树脂，苯乙烯嵌段共聚物可仅使用SIS橡胶，或者可增加苯乙烯嵌段共聚物中SIS橡胶的含量。但本公开不限于此，相关领域中具有通常知识者可透过调整所用的苯乙烯嵌段共聚物中各成分的比例以获得所需特性。
在一些实施例中，以聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，聚苯乙烯组合物中可包含5～30重量份的苯乙烯嵌段共聚物。在一些实施例中，聚苯乙烯组合物中的苯乙烯嵌段共聚物的含量可在10～30重量份的范围内。在一些实施例中，聚苯乙烯组合物中的苯乙烯嵌段共聚物的含量可在15～30重量份的范围内。
本公开中的加工助剂指不包含抗氧化剂的其他塑料助剂，其可包含润滑剂、抗静电剂、安定剂、或塑化剂之中的其一或任意组合。润滑剂的示例可包含但不限于乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、邻苯二甲酸二辛酯、或有机硅油。塑化剂的示例可包含但不限于环氧大豆油或环烷烃橡胶油。安定剂的示例可包含但不限于硬脂酸盐类。
在一些实施例中，以聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，聚苯乙烯组合物中可包含0.1～1.0重量份的加工助剂。在一些实施例中，聚苯乙烯组合物中的加工助剂的含量可在0.1～0.5重量份的范围内。
本公开中的抗氧化剂可包含受阻酚类、硫代酯或亚磷酸酯类抗氧化剂之中的其一或任意组合。
在一些实施例中，以聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，聚苯乙烯组合物中可包含0.1～1.0重量份的抗氧化剂。在一些实施例中，聚苯乙烯组合物中的抗氧化剂的含量可在0.1～0.3重量份的范围内。
根据本公开的实施例，本公开的耐冲击聚苯乙烯树脂即便使用高含量的回收聚苯乙烯塑料，仍可提供具有较佳的拉伸强度、抗弯强度、洛氏硬度、以及耐冲击力中之一或多个优点的聚苯乙烯组合物。
本公开的另一实施例为提供一种耐冲击聚苯乙烯树脂的制造方法以及经由所述制造方法制成的耐冲击聚苯乙烯树脂。图1为绘示本公开实施例的耐冲击聚苯乙烯树脂的制造方法10的流程图。如图1所示，根据本公开实施例的一种耐冲击聚苯乙烯树脂的制造方法10包括：提供组合物的步骤S101、对组合物进行熔融混炼制程的步骤S103、对该耐冲击聚苯乙烯树脂进行造粒制程的步骤S105、以及对造粒完成的耐冲击聚苯乙烯树脂进行干燥制程的步骤S107。
步骤S101中提供的组合物包含聚苯乙烯塑料、苯乙烯嵌段共聚物、加工助剂、以及抗氧化剂。在此组合物中，聚苯乙烯塑料的含量可大于等于70wt％，例如为80wt％、85wt％、90wt％或95wt％。
组合物中的聚苯乙烯塑料可为全新聚苯乙烯塑料、回收聚苯乙烯塑料或上述二者的混合。在一些实施例中，所用的回收聚苯乙烯塑料中的不纯物含量小于500ppm。在一些实施例中，回收聚苯乙烯塑料可为聚苯乙烯海洋废弃物。在一些实施例中，回收聚苯乙烯塑料可为不含卤素以及重金属的聚苯乙烯海洋废弃物。
组合物中的苯乙烯嵌段共聚物可包含如上所述的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)橡胶、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)橡胶、苯乙烯-丁二烯(SB)橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)橡胶之中的其一或任意组合，但本公开不限于此。在一些实施例中，苯乙烯嵌段共聚物还可包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)橡胶。
在一些实施例中，以聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，组合物中可包含5～30重量份的苯乙烯嵌段共聚物。在一些实施例中，组合物中的苯乙烯嵌段共聚物的含量可在10～30重量份的范围内。在一些实施例中，组合物中的苯乙烯嵌段共聚物的含量可在15～30重量份的范围内。
本公开中的加工助剂指不包含抗氧化剂的其他塑料助剂，其可包含润滑剂、抗静电剂、安定剂、或塑化剂之中的其一或任意组合。润滑剂的示例可包含但不限于乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、邻苯二甲酸二辛酯、或有机硅油。塑化剂的示例可包含但不限于环氧大豆油或环烷烃橡胶油。安定剂的示例可包含但不限于硬脂酸盐类。
在一些实施例中，以聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，组合物中可包含0.1～1.0重量份的加工助剂。在一些实施例中，组合物中的加工助剂的含量可在0.1～0.5重量份的范围内。
本公开中的抗氧化剂可包含受阻酚类、硫代酯或亚磷酸酯类抗氧化剂之中的其一或任意组合。
在一些实施例中，以聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，组合物中可包含0.1～1.0重量份的抗氧化剂。在一些实施例中，组合物中的抗氧化剂的含量可在0.1～0.3重量份的范围内。
接着将步骤S101提供的组合物置于押出机中，并执行对组合物进行熔融混炼制程的步骤S103。步骤S103中的熔融混炼制程为使用其中包含螺杆的押出机来执行的。在一些实施例中，押出机可包含单螺杆押出机、双螺杆押出机、以及行星式混炼押出机之中的其一，但本公开不限于此。押出机可以是包含螺杆的任何押出装置。
螺杆可包含齿状元件、碟型组件、螺旋组件之中的其一或其组合。在一实施例中，螺杆至少包含一齿状元件。本公开中所述的齿状元件、碟型组件、螺旋组件为指使螺杆具有所需纹路的螺块或螺套。
步骤S103中的熔融混炼制程可在约150～300℃的制程温度下以约50～300rpm的转速进行。
熔融混炼制程中所用的制程温度过高，可能会加速物料的老化。熔融混炼制程中所用的制程温度过低，则可能无法使组合物完全熔融。因此，实际操作上熔融混炼制程中所用的制程温度可依物料的成分而进行适当的选择。在一些实施例中，步骤S103中的熔融混炼制程可在约170～260℃的制程温度下进行。
熔融混炼制程中的转速是指押出机中螺杆的转速。熔融混炼制程期间螺杆转速越高，则螺杆施予物料的机械力越大，物料的混炼会越均匀。又若螺杆转速超过物料的容许范围，则物料会比较容易产生裂化现象。因此，实际操作上熔融混炼制程中所用的转速可依物料的成分而进行适当的选择。在一些实施例中，步骤S103中的熔融混炼制程可在约150～300rpm的转速下进行。
步骤S103中经熔融混炼完成即可获得本公开的耐冲击聚苯乙烯树脂。接着于步骤S105中进行造粒制程，以及于步骤S107进行干燥制程以获得可稳定存放的耐冲击聚苯乙烯树脂。步骤S107的干燥制程可在80～100℃的温度下进行。
本公开的耐冲击聚苯乙烯树脂的制造方法可透过选择熔融混炼制程中所用的押出机的螺杆组合、制程温度以及转速来控制制成不同耐冲击度的耐冲击聚苯乙烯树脂。经由本公开的制造方法生成的耐冲击聚苯乙烯树脂包含一连续相以及分散在该连续相中的多个微粒，该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及两相邻微粒之间具有0.3～5.0μm的平均间距。
经由本公开的制造方法所制成的耐冲击聚苯乙烯树脂可在包含较高含量的回收聚苯乙烯塑料的情况下，提供具有较佳的拉伸强度、抗弯强度以及硬度等机械特性的聚苯乙烯组合物。
以下提供本公开的具体实例以进一步说明本公开相对于现有技术的优点，但本公开的优点不以此为限。
实例1
以不含卤素以及重金属且不纯物含量小于500ppm回收聚苯乙烯塑料的重量为100重量份作为基准，将100重量份的回收聚苯乙烯塑料、30重量份的SEBS 6014、0.1重量份的AO1010(受阻酚类抗氧化剂)与0.3重量份的硬脂酸锌混合以提供一组合物。将所得的组合物进料至双螺杆押出机中(型号ZSK26，L/D＝48)以170～260℃的温度以及200rpm的转速进行熔融混炼以获得耐冲击聚苯乙烯树脂。接着利用造粒机(型号GZML-110L-150)进行造粒后，在80～100℃的温度下进行干燥制程后得到耐冲击聚苯乙烯树脂HSI。其中双螺杆押出机中的螺杆包含以下组件组合：SK组件/KB45组件/KB45组件/SME组件/ZME组件/ZME组件/SK组件。接着，以原子力显微镜(AFM)对HSI进行图像处理、测量与计算。图2为HSI的原子力显微镜(AFM)照片，可看出连续相中分散多个微米尺寸颗粒，并据以计算该些微粒的平均粒径(取不少于50个微粒的最长端长度进行平均)以及两相邻微粒的平均间距(取不少于50个微粒，并以两微粒间最短距离进行平均而获得)。
实例2～12以及比较例1～3
除了依据以下表1至表3使用不同种类以及重量份的苯乙烯嵌段共聚物以外，以与上述实例1相同的制程进行实例2～12以及比较例1～3，以制得耐冲击聚苯乙烯树脂HSII-HSXII以及聚苯乙烯树脂PSI-PSIII。
表1
Figure BDA0003456748030000081
表2
Figure BDA0003456748030000082
表3
Figure BDA0003456748030000083
Figure BDA0003456748030000091
对实例1～12所制成的耐冲击聚苯乙烯树脂HSI-HSXII以及比较例1～3所制成的聚苯乙烯树脂PSI-PSIII以ASTM D1238测量熔融指数、以ASTM D638测量拉伸强度、以ASTMD790测量抗弯强度、以ASTM D648测量热变形温度(HDT)、以CNS 2114测量洛氏硬度、以ASTMD256测量耐冲击强度(Notched Charpy Impact Strength)以及以原子力显微镜(AFM)进行图像处理、测量与计算其中微粒的平均粒径、与相邻两微粒的平均间距。测量结果示于以下表4至表6。
表4
Figure BDA0003456748030000092
Figure BDA0003456748030000101
＊回收聚苯乙烯塑料含量(％)为依据所用的聚苯乙烯组合物原料计算而得。
表5
Figure BDA0003456748030000102
表6
Figure BDA0003456748030000103
Figure BDA0003456748030000111
经由上述表4以及表5可得知，本公开的聚苯乙烯组合物所制得耐冲击聚苯乙烯树脂的熔融指数皆大于6(200℃@5kg)，拉伸强度皆大于300(kg/cm2)，抗弯强度皆接近或大于500(kg/cm2)，热变形温度(HDT)皆大于94℃，洛氏硬度皆大于80(R-scale)，实例1的耐冲击聚苯乙烯树脂HSI以及实例2的耐冲击聚苯乙烯树脂HSII的耐冲击强度甚至大于12.0(kJ/m2)。与表6的比较例所制得的聚苯乙烯树脂PSI-PSIII相较，就整体的熔融指数、拉伸强度、抗弯强度、热变形温度(HDT)、洛氏硬度而言，实施例的聚苯乙烯组合物所制得耐冲击聚苯乙烯树脂HSI-HSXII的性能较比较例所制得的聚苯乙烯树脂PSI-PSIII的性能佳。
另外，以上述相同条件测量台化贩卖的耐冲击聚苯乙烯树脂(HP9450)，测得其熔融指数为1.7(200℃@5kg)，拉伸强度为308(kg/cm2)，抗弯强度为489(kg/cm2)，热变形温度为92.3℃，洛氏硬度100.9(R-scale)，以及耐冲击强度为12.6(kJ/m2)。可见就整体耐冲击及加工性能而言，本公开的聚苯乙烯组合物所制得的耐冲击聚苯乙烯树脂已达到市售的耐冲击聚苯乙烯树脂的水平，可以为产业界所使用。本公开实施例的聚苯乙烯组合物所使用的聚苯乙烯塑料完全使用回收的聚苯乙烯塑料，其所制得的聚苯乙烯树脂已达产业界所需的耐冲击聚苯乙烯树脂水平，应可提高厂商使用回收聚苯乙烯塑料的意愿，有助于废弃聚苯乙烯塑料的回收，也可大幅减少海洋的聚苯乙烯塑料废弃物。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种耐冲击聚苯乙烯树脂，其特征在于，包括：
一连续相；以及
多个微粒，该些微粒分散在该连续相中，该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及该些微粒中二相邻的微粒之间具有0.3～5.0μm的平均间距，
其中该耐冲击聚苯乙烯树脂为由一聚苯乙烯组合物所制成，该聚苯乙烯组合物包括：
一聚苯乙烯塑料；
一苯乙烯嵌段共聚物；
一加工助剂；以及
一抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该些微粒具有0.1～3.0μm的平均粒径，及该些微粒中二相邻的微粒之间具有0.3～4.0μm的平均间距。
3.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该些微粒包括该苯乙烯嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该聚苯乙烯组合物成分比例为以该聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，该苯乙烯嵌段共聚物占5～30重量份，该加工助剂占0.1～1.0重量份，该抗氧化剂占0.1～1.0重量份。
5.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该聚苯乙烯塑料包括其中不纯物小于500ppm的一回收聚苯乙烯塑料。
6.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该苯乙烯嵌段共聚物包括苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯橡胶、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯橡胶之中的其一或任意组合。
7.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该加工助剂包括润滑剂、抗静电剂、安定剂、或塑化剂之中的其一或任意组合。
8.根据权利要求1所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该抗氧化剂包括受阻酚类、硫代酯或亚磷酸酯类抗氧化剂之中的其一或任意组合。
9.一种耐冲击聚苯乙烯树脂，其特征在于，为以如下制法所制成：
提供一聚苯乙烯组合物，该组合物包含一聚苯乙烯塑料、一苯乙烯嵌段共聚物、一加工助剂、以及一抗氧化剂；以及
使用一押出机对该组合物进行一熔融混炼制程，以获得该耐冲击聚苯乙烯树脂，
其中该耐冲击聚苯乙烯树脂包括一连续相以及多个微粒，该些微粒分散在该连续相中，该些微粒具有0.1～4.0μm的平均粒径，及该些微粒中二相邻的微粒之间具有0.3～5.0μm的平均间距。
10.根据权利要求9所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该聚苯乙烯组合物成分比例为以该聚苯乙烯塑料的重量为100重量份为基准，该苯乙烯嵌段共聚物占5～30重量份，该加工助剂占0.1～1.0重量份，该抗氧化剂占0.1～1.0重量份。
11.根据权利要求9所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该熔融混炼制程的制程温度为150～300℃且转速为50～300rpm。
12.根据权利要求9所述的耐冲击聚苯乙烯树脂，其中该制法更包括对该耐冲击聚苯乙烯树脂进行一造粒制程及一干燥制程。
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