CN1597760A - 聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料及其制备方法 - Google Patents

聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料及其制备方法，其特点是将干燥过的纳米碳酸钙10～60重量份，加入高速混合机内，于温度60～100℃，加入表面处理剂0.05～3.00重量份，混合6分钟，制得表面处理过的纳米碳酸钙；然后将表面处理过的纳米碳酸钙与弹性体10～60重量份，加入双辊炼胶机或密炼机中，于温度120～140℃共混5～10分钟，加入引发剂0.01～1.20重量份，继续混炼2～5分钟，拉片、造粒；再将粒料干燥后与聚苯乙烯100重量份加入同向双螺杆挤出机中进行共混，挤出、切粒，得到高性能的改性聚苯乙烯复合材料。双螺杆挤出机的温度为120℃～ 190℃，螺杆转速为120～200rpm；上述粒料可用注塑得到高性能的试样或制品。

Description

聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料及其制备方法，属于聚合物的加工领域。
二、背景技术
聚苯乙烯是三大通用塑料之一，但是脆性大。如何在增加其冲击韧性的同时不大幅度降低刚性和强度，同时降低材料成本，是聚苯乙烯共混改性研究的热点。加入弹性体可以显著提高聚苯乙烯的冲击韧性(李炳海，张桂云，宋秀淼等，SBS改性聚苯乙烯的性能与形态，塑料，1990，19(2)：3-7)，但是大幅度降低了材料的刚性和强度，同时也增加了材料成本。在加入弹性体的同时，加入纳米碳酸钙，在一定条件下可以提高复合材料的冲击强度(Yuan shao yan，Huang Rui，Wu Tao.Study on polystyreneblends with SBS and CaCO3.Synthetic rubber industry，2003，26(2)：116)，同时也降低了成本。然而，对于弹性体/纳米碳酸钙并用的聚苯乙烯基复合材料，纳米碳酸钙含量较多时(例如碳酸钙/弹性体用量比＞1/2)，复合材料的冲击韧性随纳米碳酸钙含量的增加明显下降。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料及其制备方法，其特点是将纳米碳酸钙进行表面处理，弹性体与引发剂混炼改性，再和聚苯乙烯复合共混，制得的复合材料缺口冲击强度为22.2KT/cm2，拉伸强度为27.9MPa。
本发明的目的由以下措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料的配方组分为：
聚苯乙烯           100份
弹性体             10～60份
纳米碳酸钙                  10～60份
表面处理剂(或表面活性剂)    0.05～3.00％
引发剂                      0.01～1.20％
其中表面处理剂为钛酸酯、铝酸酯或硬脂酸中的任一种；引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)或者过氧化二异丙苯与马来酸酐(MAH)的复合引发剂。
弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、三元乙丙橡胶(EPDM)和乙烯-辛烯共聚物(POE)中的至少一种。
聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料的制备方法：
1、将烘干的纳米碳酸钙10～60份，表面处理剂0.05～3.00份，加入高速混合机内，于温度60～100℃混合5～10分钟，制得表面处理的纳米碳酸钙。
2、将上述表面处理过的纳米碳酸钙与弹性体10～60份，加入双辊炼胶机或密炼机中，于温度120～140℃共混5～10分钟，加入引发剂0.01～1.20份，混炼2～5分钟，拉片、造粒。
3、将上述粒料干燥后与聚苯乙烯100份，加入同向双螺杆挤出机中进行共混，挤出、切粒，双螺杆挤出机的各段温度为120℃、140℃、160℃、180℃、190℃、190℃，螺杆转速为120～200rpm。
4、将上述粒料产品用注塑机注射成型，注塑温度为160～200℃，注塑速度为0.05～0.15m/s，压力为50～60MPa。
制品或试样根据国家标准进行测试，结果详见表1～3所示。
表1表明本发明制品与未加引发剂的制品比较，未加引发剂制品的缺口冲击强度为15.2KJ/cm2，拉伸强度为26.5MPa，加入引发剂的复合材料制品的缺口冲击强度为22.2KJ/cm2，提高了46％，拉伸强度为27.9MPa。
表2表明加入引发剂可以使复合材料保持力学性能不显著下降的情况下，加入更多的填料，从而降低原材料成本。未加引发剂制品的缺口冲击强度为15.2KJ/cm2，当纳米碳酸钙含量增加到30份，则缺口冲击强度为8.3KJ/cm2，下降至45％，加入引发剂则在同样条件下，缺口冲击强度为14.1KJ/cm2，下降5％，拉伸强度为31.7MPa，从26.5MPa升至31.7MPa。
表3表明工艺的影响，在同样的配方组分下一步法的缺口冲击强度为16.8KJ/cm2，拉伸强度为27.8MPa，而两步法的缺口冲击强度为22.2KJ/cm2，拉伸强度为27.9MPa，两步法明显高于一步法。
四、具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例
1、将干燥过的纳米碳酸钙10公斤加入高速混合机内，于温度80℃，加入钛酸酯0.1公斤，混合6分钟，制得表面处理过的纳米碳酸钙；然后将表面处理过的纳米碳酸钙与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物20公斤，加入双辊炼胶机或密炼机中，于温度125℃熔融共混6分钟，加入引发剂过氧化二异丙苯0.3公斤，继续混炼3分钟，拉片、造粒；再将粒料干燥后与聚苯乙烯100公斤加入同向双螺杆挤出机中进行共混，挤出、切粒，双螺杆挤出机的各段温度为120℃、140℃、160℃、180℃、190℃、190℃，螺杆转速为120～200rpm；最后将上述粒料用注塑机注射成型，注塑温度为160～200℃，注塑速度为0.08m/s，压力为50MPa，制得高性能的改性聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料。
2、将干燥过的纳米碳酸钙60公斤加入高速混合机内，于温度90℃，加入铝酸酯1.2公斤，混合9分钟，制得表面处理过的纳米碳酸钙；然后将表面处理过的纳米碳酸钙与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物30公斤、三元乙丙橡胶30公斤，加入双辊炼胶机或密炼机中，于温度130℃熔融共混8分钟后，加入引发剂过氧化二异丙苯1.2公斤，继续混炼4分钟，拉片、造粒；再将粒料干燥后与聚苯乙烯100公斤加入同向双螺杆挤出机中进行共混，挤出、切粒，双螺杆挤出机中共混工艺条件同实施例1，最后将上述粒料用注塑机注射成型，注塑条件同实施例1，制得高性能的改性聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料。
3、将干燥过的纳米碳酸钙30公斤加入高速混合机内，于温度100℃，加入硬酸酯0.45公斤，混合10分钟，制得表面处理过的纳米碳酸钙；然后将表面处理过的纳米碳酸钙与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物15公斤、乙烯-辛烯共聚物15公斤，加入双辊炼胶机或密炼机中，于温度145℃熔融共混10分钟后，加入引发剂过氧化二异丙苯0.4公斤，马来酸酐0.2公斤，继续混炼5分钟，拉片、造粒；再将粒料干燥后与聚苯乙烯100公斤加入同向双螺杆挤出机中进行共混，挤出、切粒，双螺杆挤出机中共混工艺条件同实施例1，最后将上述粒料用注塑机注射成型，注塑条件同实施例1，制得高性能的改性聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料。
                           表1引发剂的效果
编号 配    方     冲击强度(KJ/m2)     拉伸强度(MPa)
    A1 聚苯乙烯100份/弹性体20份/碳酸钙10份   未加引发剂     15.2     26.5
    B1   加引发剂     22.2     27.9
                                   表2纳米碳酸钙含量的影响
编号 配    方     冲击强度(KJ/m2)     拉伸强度(MPa)     碳酸钙含量(份)
A1 聚苯乙烯100份/弹性体20份/碳酸钙10份 未加引发剂 15.2 26.5 10
A2 聚苯乙烯100份/弹性体20份/碳酸钙30份 未加引发剂 8.3 28.3 30
B2 聚苯乙烯100份/弹性体20份/碳酸钙30份 加引发剂 14.1 31.7 30
                                表3工艺的影响
编号 配    方 工  艺     冲击强度(KJ/m2)     拉伸强度(MPa)
    B3 聚苯乙烯100份/弹性体20份/碳酸钙10份     一步法     16.8     27.8
    B1     两步法     22.2     27.9

Claims (3)

1、聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料，其特征在于该复合材料的配方组合按重量计为：
聚苯乙烯                        100份
弹性体                          10～60份
引发剂                          0.01～1.2份
纳米碳酸钙                      10～60份
表面处理剂                      0.05～3.0份
其中表面处理剂为钛酸酯、铝酸酯或硬脂酸中的任一种，引发剂为过氧化二异丙苯或者过氧化二异丙苯与马来酸酐的复合引发剂。
2、如权利要求1所述聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料，其特征在于弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
3、如权利要求1或2所述聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料的制备方法，其特征在于：
(1)将烘干的纳米碳酸钙10～60重量份，表面处理剂0.05～3.00重量份，加入高速混合机内，于温度60～100℃混合5～10分钟，制得表面处理的纳米碳酸钙，
(2)将上述表面处理过的纳米碳酸钙与弹性体10～60重量份，加入双辊炼胶机或密炼机中，于温度120～140℃共混5～10分钟，加入引发剂0.01～1.20份，混炼2～5分钟，拉片、造粒，
(3)将上述粒料干燥后与聚苯乙烯100重量份加入同向双螺杆挤出机中进行共混，挤出、切粒，得到高性能的改性聚苯乙烯复合材料，双螺杆挤出机的各段温度为120℃、140℃、160℃、180℃、190℃、190℃，螺杆转速为120～200rpm，
(4)将上述粒料产品用注塑机注射成型，注塑温度为160～200℃，注塑速度为0.05～0.15m/s，压力为50～60MPa，制得高性能的改性聚苯乙烯/弹性体/纳米碳酸钙三元复合材料试样或制品。
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Denomination of invention: Triple composite of polystyrene/elastomer/nano calcium carbonate and preparation process thereof

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Record date: 2009.5.26

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