CN117866345A - 透明聚苯乙烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚苯乙烯材料的领域，具体公开了一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括原料的称取及混合、混合原料的熔融挤出冷却等步骤，其中原料包括聚苯乙烯、丙烯腈‑苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯以及增韧剂。本发明将丙烯腈‑苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯与聚苯乙烯共混，由于三者均具有良好的透明性且可以形成一个一体化程度高的体系，从而使所得聚苯乙烯复合材料具有理想的光学透明度；同时通过三者分子链的相互作用，能产生协同效应使所得聚苯乙烯复合材料的抗冲击性等力学性能得到有效的提高。
Description
技术领域
本发明涉及聚苯乙烯材料的领域，更具体地说，它涉及一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(PS)是一种刚性高、透明性好、耐水及化学品性能优异且电绝缘性及成型加工性良好、成本低廉的工程塑料，在国民经济中具有广泛的应用。但聚苯乙烯也存在着冲击强度较低，脆性较大等缺陷从而限制了其的应用范围。
相关技术中，常通过共混的方式提高聚苯乙烯的抗冲击强度和韧性，但是效果并不理想，要么得到的聚苯乙烯复合材料的透明度大大下降，要么其抗冲击强度等性能没有明显提高。
发明内容
为了提高聚苯乙烯复合材料的抗冲击性同时兼顾透明性，本发明提供一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法。
本发明提供的一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按配方称取各原料并混合得到混合原料，所述原料包括聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯以及增韧剂；
将所述混合原料通入熔融挤出设备处理后冷却得到透明聚苯乙烯复合材料。
通过采用上述技术方案，丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯均具有良好的透明性且与聚苯乙烯的相容性好；同时丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯也具有理想的力学性能。将丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯与聚苯乙烯共混，三者可以形成一个一体化程度高的体系，从而带来了理想的光学透明度，同时通过三者分子链的相互作用，能产生协同效应使所得聚苯乙烯复合材料的抗冲击性等力学性能得到有效的提高。
作为一种优选方案，所述原料包括聚苯乙烯100质量份、丙烯腈-苯乙烯共聚物50-80质量份、聚萘二甲酸乙二醇酯65-90质量份以及增韧剂20-30质量份。
作为一种更优选方案，所所述原料包括聚苯乙烯100质量份、丙烯腈-苯乙烯共聚物65-75质量份、聚萘二甲酸乙二醇酯75-80质量份以及增韧剂24-27质量份。
通过采用上述技术方案，通过原料配比的优化，有效提高了所得聚苯乙烯复合材料的透明性和抗冲击性。
作为一种优选方案，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯共聚物。
作为一种优选方案，所述原料还包括5-10质量份的瓜尔胶粉。
通过采用上述技术方案，瓜尔胶粉能够有效提高原料各组成之间的相容性，从而能进一步提高所得聚苯乙烯复合材料的透明性和抗冲击性。
作为一种更优选方案，所述瓜尔胶粉的粒径为200-300目。
作为一种优选方案，所述原料还包括1-1.5质量份的抗氧化剂1076和0.5-1质量份的抗氧化剂168。
作为一种优选方案，混合各原料时，先将1/3-1/2的聚苯乙烯与除丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚萘二甲酸乙二醇酯以外的其他原料混合得到初混原料；
之后在将所述初混原料与丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯以及剩余的聚苯乙烯共同混合得到混合原料。
通过采用上述技术方案，有利于更加充分的混合各组成原料，有利于提高体系的一体化程度。
综上所述，本发明至少具有以下有益技术效果之一：
1、本发明将丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯与聚苯乙烯共混，由于三者均具有良好的透明性且可以形成一个一体化程度高的体系，从而使所得聚苯乙烯复合材料具有理想的光学透明度；同时通过三者分子链的相互作用，能产生协同效应使所得聚苯乙烯复合材料的抗冲击性等力学性能得到有效的提高。
2、本发明通过瓜尔胶粉的引入，能够有效提高原料各组成之间的相容性，从而能进一步提高所得聚苯乙烯复合材料的透明性和力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例公开了一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物50kg、聚萘二甲酸乙二醇酯90kg以及增韧剂20kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
其中：聚苯乙烯具体为GPPS，其折射率为1.59；丙烯腈-苯乙烯共聚物为PN-137H型，密度为1.06g/cm3；聚萘二甲酸乙二醇酯的牌号为TN8065S；增韧剂为苯乙烯-丁二烯共聚物，折射率为1.57。
S2、将S1所得混合原料通入双螺杆熔融挤出中熔融挤出，之后在室温冷却得到坯料。其中，挤出机各工区温度为：一区温度185-195℃，二区温度195-205℃，三区温度205-215℃，四区温度215-225℃，五区温度215-225℃，六区温度225-235℃，七区温度235-245℃，八区温度235-245℃，九区温度230-240℃，十区温度220-230℃；原料在挤出机中停留时间为3min，挤出压力为15MPa。
S3、将S2所得坯料通入造粒机造粒后得到透明聚苯乙烯复合材料。
在其他实施方案中，S1中的干混温度也可选择35-55℃之间的任一数值，干混时间也可选择5-20min之间的任一数值。S2中，原料在挤出机中停留时间也可选择1-4min之间的任一数值，挤出压力也可选择12-18MPa之间的任一数值。
实施例2
本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：S1中原料各组成的配比不同。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物80kg、聚萘二甲酸乙二醇酯65kg以及增韧剂30kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例3
本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：S1中原料各组成的配比不同。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物65kg、聚萘二甲酸乙二醇酯80kg以及增韧剂27kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例4
本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：S1中原料各组成的配比不同。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物75kg、聚萘二甲酸乙二醇酯75kg以及增韧剂24kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例5
本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于：S1还加入了200目瓜尔胶粉5kg。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物65kg、聚萘二甲酸乙二醇酯80kg、增韧剂27kg以及200目瓜尔胶粉5kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例6
本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于：S1还加入了300目瓜尔胶粉10kg。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物65kg、聚萘二甲酸乙二醇酯80kg、增韧剂27kg以及300目瓜尔胶粉10kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例7
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：S1还加入了抗氧化剂10761kg和抗氧化剂1680.5kg。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物65kg、聚萘二甲酸乙二醇酯80kg、增韧剂27kg、300目瓜尔胶粉10kg、抗氧化剂10761kg和抗氧化剂1680.5kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例8
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：S1还加入了抗氧化剂10761.5kg和抗氧化剂1681kg。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物65kg、聚萘二甲酸乙二醇酯80kg、增韧剂27kg、300目瓜尔胶粉10kg、抗氧化剂10761.5kg和抗氧化剂1681kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
实施例9
本实施例与实施例7基本相同，不同之处在于：S1各组成的混合步序不同。具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物65kg、聚萘二甲酸乙二醇酯80kg、增韧剂27kg、300目瓜尔胶粉10kg、抗氧化剂10761kg和抗氧化剂1680.5kg；先将50kg(亦可取33-50kg之间的其他值)聚苯乙烯与增韧剂、300目瓜尔胶粉、抗氧化剂1076及抗氧化剂168置于40℃的温度下干混5min得到初混原料，之后将剩余的聚苯乙烯与丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯加入初混原料中干混5min得到混合原料。
对比例1
本对比例公开了一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其与实施例3基本相同；不同之处在于：S1中以等量的丙烯腈-苯乙烯共聚物替代聚萘二甲酸乙二醇酯。
具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物135kg以及增韧剂27kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
对比例2
本对比例公开了一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其与实施例3基本相同；不同之处在于：S1中以等量的聚萘二甲酸乙二醇酯替代丙烯腈-苯乙烯共聚物。
具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯100kg、聚萘二甲酸乙二醇酯135kg以及增韧剂27kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
对比例3
本对比例公开了一种透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其与实施例3基本相同；不同之处在于：S1中以等量的聚苯乙烯替代丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚萘二甲酸乙二醇酯。
具体为：
S1、按配方准确称取聚苯乙烯235kg以及增韧剂27kg；将各原料在40℃的温度下干混10min得到混合原料。
性能检测
取实施例1-9以及对比例1-3所得透明聚苯乙烯复合材料进行性能测试。
1、拉伸强度测试：参照标准ISO527-2进行检测；其中：跨距为50mm，速度50mm/min。
2、弯曲模量测试：参照标准ISO178进行检测；其中：跨距为64mm，速度2mm/min。
3、缺口冲击强度测试：参照标准ISO179-1进行检测；其中，跨距为40mm。
4、透光率测试：参照标准ASTM D1746进行检测。
检测结果如下：
实施例1：拉伸强度：43Mpa、弯曲模量：2050Mpa、缺口冲击强度：12kJ·m-2、透光率：90.5％。
实施例2：拉伸强度：41Mpa、弯曲模量：2035Mpa、缺口冲击强度：11kJ·m-2、透光率：90.3％。
实施例3：拉伸强度：46Mpa、弯曲模量：2080Mpa、缺口冲击强度：13kJ·m-2、透光率：91.1％。
实施例4：拉伸强度：45Mpa、弯曲模量：2065Mpa、缺口冲击强度：13kJ·m-2、透光率：90.8％。
实施例5：拉伸强度：48Mpa、弯曲模量：2105Mpa、缺口冲击强度：15kJ·m-2、透光率：91.6％。
实施例6：拉伸强度：50Mpa、弯曲模量：2120Mpa、缺口冲击强度：15kJ·m-2、透光率：91.8％。
实施例7：拉伸强度：51Mpa、弯曲模量：2115Mpa、缺口冲击强度：14kJ·m-2、透光率：91.9％。
实施例8：拉伸强度：50Mpa、弯曲模量：2112Mpa、缺口冲击强度：15kJ·m-2、透光率：91.7％。
实施例9：拉伸强度：53Mpa、弯曲模量：2130Mpa、缺口冲击强度：16kJ·m-2、透光率：92.1％。
对比例1：拉伸强度：36Mpa、弯曲模量：1780Mpa、缺口冲击强度：8kJ·m-2、透光率：81.5％。
对比例2：拉伸强度：39Mpa、弯曲模量：1870Mpa、缺口冲击强度：9kJ·m-2、透光率：83.6％。
对比例3：拉伸强度：30Mpa、弯曲模量：1690Mpa、缺口冲击强度：4kJ·m-2、透光率：90.3％。
根据检测结果可以发现：
对比实施例3和对比例1-3的检测结果可以发现：相比于原料仅使用聚苯乙烯(对比例3)、使用聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯共聚物组合(对比例1)以及使用聚苯乙烯和聚萘二甲酸乙二醇酯组合(对比例2)，实施例3所得聚苯乙烯复合材料具有更好的力学性能和透光率；这表明聚苯乙烯能与丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯产生协同作用，使所得聚苯乙烯复合材料具有理想的光学性能和力学性能。
对比实施例3，5-6的检测结果可以发现，瓜尔胶的加入可以提高所得聚苯乙烯复合材料的透明度和力学性能；这是由于瓜尔胶有利于提高体系各组成的相容性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
按配方称取各原料并混合得到混合原料，所述原料包括聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯以及增韧剂；
将所述混合原料通入熔融挤出设备处理后冷却得到透明聚苯乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述原料包括聚苯乙烯100质量份、丙烯腈-苯乙烯共聚物50-80质量份、聚萘二甲酸乙二醇酯65-90质量份以及增韧剂20-30质量份。
3.根据权利要求2所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述原料包括聚苯乙烯100质量份、丙烯腈-苯乙烯共聚物65-75质量份、聚萘二甲酸乙二醇酯75-80质量份以及增韧剂24-27质量份。
4.根据权利要求1-3任一所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯共聚物。
5.根据权利要求1-3任一所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述原料还包括5-10质量份的瓜尔胶粉。
6.根据权利要求4所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述瓜尔胶粉的粒径为200-300目。
7.根据权利要求1-3任一所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述原料还包括1-1.5质量份的抗氧化剂1076和0.5-1质量份的抗氧化剂168。
8.根据权利要求1-3任一所述的透明聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：混合各原料时，先将1/3-1/2的聚苯乙烯与除丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚萘二甲酸乙二醇酯以外的其他原料混合得到初混原料；
之后再将所述初混原料与丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯以及剩余的聚苯乙烯共同混合得到混合原料。
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