PL213256B1 - Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenowe - Google Patents
Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenoweInfo
- Publication number
- PL213256B1 PL213256B1 PL390868A PL39086810A PL213256B1 PL 213256 B1 PL213256 B1 PL 213256B1 PL 390868 A PL390868 A PL 390868A PL 39086810 A PL39086810 A PL 39086810A PL 213256 B1 PL213256 B1 PL 213256B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- polystyrene
- halloysite
- modifier
- weight
- parts
- Prior art date
Links
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 title claims description 29
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 title claims description 29
- 239000003607 modifier Substances 0.000 title claims description 25
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 claims description 20
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 12
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical class C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 4
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical class O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenowe z modyfikatorem.
Znane jest modyfikowanie właściwości fizykomechanicznych polimerów przez niewielki dodatek do nich napełniaczy-modyfikatorów o cząstkach w rozmiarach nanometrycznych. Jednak wprowadzenie do hydrofobowej matrycy polimerowej napełniacza o hydrofilowym charakterze powierzchni powoduje problemy związane z jego równomiernym zdyspergowaniem w polimerze. Efektem tego jest niewielka, około 5% o poprawa niektórych parametrów użytkowych przy 10% dodatku napełniacza.
Prowadzone są badania nad zmianą charakteru powierzchni tych napełniaczy, dzięki na przykład modyfikacji chemicznej struktury minerału lub samej jego powierzchni.
Znana jest z publikacji: Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, z. 1-Ch/2007, „Modyfikacja krzemianów warstwowych do zastosowań w nanotechnologii”, J. Pagacz, K. Pielichowski, str. 133-147, modyfikacja krzemianów warstwowych obejmująca takie operacje, jak poddawanie minerału działaniu pola ultradźwiękowego, traktowanie oligomerami w środowisku rozpuszczalnika organicznego, w podwyższonej temperaturze, a następnie usunięcie rozpuszczalnika i przeprowadzenie zmodyfikowanego minerał u w proszek. Otrzymano modyfikowane glinokrzemiany trójwarstwowe, w cząsteczkach których nastąpiło zwiększenie odległości międzywarstwowych (interkalacja), a to z kolei, w procesie otrzymywania nanokompozytów, umożliwiło łatwiejsze wnikanie makrocząsteczek polimeru pomiędzy warstwy krzemianu.
Z publikacji Kompozyty 4(2004)9, str. 3-16, Królikowski W., Rosłaniec Z., „Nanokompozyty polimerowe” znane jest otrzymywanie nanokompozytów polistyrenu z modyfikowanym montmorylonitem metodą polimeryzacji interkalacyjnej in situ. Modyfikowany różnymi kationami, w tym amoniowymi, montmorylonit poddawano najpierw pęcznieniu w styrenie, a następnie interkalowany styren poddawano polimeryzacji zachodzącej, w obecności inicjatora, między warstwami krzemianu. W efekcie otrzymano nanokompozyty, zwane interkalowanymi, w których makrocząsteczki polimeru tworzą naprzemiennie warstwy z warstwami krzemianu.
Haloizyt jest glinokrzemianem warstwowym, który bardzo różni się pod względem jego zdolności do ulegania procesom modyfikacji od innych glinek. Spowodowane jest to w głównej mierze jego małą zdolnością do wymiany jonów, określaną przez tzw. współczynnik CEC (cation exchange capacity). Dla przykładu, w warunkach typowych dla procesu interkalacji w przypadku haloizytu powstają zupełnie odmienne produkty końcowe od tych na bazie np. montmorylonitu, który znany jest z tego, że dosyć łatwo ulega procesom modyfikacji.
Haloizyt modyfikowany sposobem według wynalazku okazał się efektywnym napełniaczem modyfikującym korzystnie i w dużym stopniu właściwości, zwłaszcza polistyrenu.
Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu, w którym mieszaninę zawierającą haloizyt, poddany uprzednio działaniu pola ultradźwiękowego, oraz oligomer, ogrzewa się w rozpuszczalniku organicznym, po czym usuwa się rozpuszczalnik i z suchego produktu wytwarza się miałki proszek, według wynalazku polega na tym, że mieszanina zawiera 80-90 części wagowych haloizytu, poddanego uprzednio działaniu ultradźwięków o częstotliwości 250-350 kHz przez 2-3 godziny, oraz 10-20 części wagowych żywicy oligocyklopentadienowo-styrenowej, zaś ogrzewanie w rozpuszczalniku organicznym prowadzi się w temperaturze do 80°C przez 1-2 godziny.
Korzystnie jako żywicę oligocyklopentadienowo-styrenową stosuje się uwodornioną żywicę dicyklopentadienowo-styrenową.
Korzystnie jako rozpuszczalnik stosuje się n-heptan.
Modyfikator według wynalazku, który stanowi haloizyt modyfikowany żywicą oligocyklopentadienowo-styrenową, uzyskuje się przez roztarcie suchego produktu na miałki, sypki proszek.
Stwierdzono, że w warunkach typowych dla procesu interkalacji w przypadku haloizytu następuje zmiana charakteru powierzchni tego napełniacza. Otrzymano produkt, w którym nastąpiło zabudowanie powierzchni minerału cząsteczkami związku modyfikującego.
Przedmiotem wynalazku są również nanokompozyty polistyrenowe zawierające zmodyfikowany haloizyt.
Nanokompozyty polistyrenowe według wynalazku zawierają od 2 do 6% wagowych, w stosunku do polimeru, haloizytu, poddanego uprzednio działaniu pola ultradźwiękowego o częstotliwości 250-350 kHz przez 2-3 godziny i modyfikowanego przez ogrzewanie mieszaniny 80-90 części wagowych haloizytu
PL 213 256 B1 i 10-20 części wagowych ż ywicy oligocyklopentadienowo-styrenowej, w rozpuszczalniku organicznym, w temperaturze do 80°C, nastę pnie usunię cie rozpuszczalnika i sproszkowanie produktu.
Nanokompozyty polistyrenowe według wynalazku stanowią kompozyty zwłaszcza polistyrenu niskoudarowego.
Polistyren modyfikowany dodatkiem modyfikatora według wynalazku otrzymuje się przez zmieszanie w stanie stopionym polimeru i modyfikatora, w zakresie temperatur od 190 do 210°C. Otrzymano kompozyty, w których nastąpiło zabudowanie powierzchni modyfikatora poIistyrenem.
Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania.
P r z y k ł a d I
Haloizyt poddano działaniu pola ultradźwiękowego o mocy 250 kHz przez 3 godziny 10 cz. wag. uwodornionej żywicy dicyklopentadienowo-styrenowej o temperaturze mięknienia 116°C, średnim ciężarze cząsteczkowym równym 377 g/mol i liczbie bromowej równej 1,6 g Br2/100 g rozpuszczono w 50 ml toluenu. Do tego roztworu wprowadzano partiami haloizyt w iloś ci 90 cz. wag. Reakcję prowadzono przez godzinę w temperaturze 70°C. Otrzymano modyfikator I.
P r z y k ł a d II
Haloizyt poddano działaniu pola ultradźwiękowego o mocy 350 kHz przez 2 godziny. Tak przygotowany haloizyt w ilości 85 cz. wag. zmieszano dozując partiami z 15 cz. wag. uwodornionej żywicy dicyklopentadienowo-styrenowej o charakterystyce fizycznej jak w przykładzie I, rozpuszczonej w 50 ml n-heptanu. Reakcję prowadzono przez 2 godziny w temperaturze 80°C. Otrzymano modyfikator II.
P r z y k ł a d III
Haloizyt poddano działaniu pola ultradźwiękowego o mocy 350 kHz przez 2 godziny. Tak przygotowany haloizyt w ilości 80 cz. wag. zmieszano z 20 cz. wag. uwodornionej żywicy dicyklopentadienowo-styrenowej o temperaturze mięknienia 116°C, średnim ciężarze cząsteczkowym równym 377 g/mol i liczbie bromowej równej 1,6 g Br2/100 g w 50 ml n-heptanu. Reakcję prowadzono przez godzinę w temperaturze 75°C. Otrzymano modyfikator III.
P r z y k ł a d y IV-XII
Otrzymywanie zmodyfikowanych kompozycji polistyrenowych.
Do kompozycji stosowano polistyren niskoudarowy. Nanokompozyty na osnowie polistyrenowej otrzymano metodą w stopie w mieszalniku typu plastomer-Brabender w zakresie temperaturowym od 190 do 210°C z mieszaniny polistyrenu i modyfikatora, użytego w ilości od 2 do 6% wagowych w stosunku do 50 cz. wag. polimeru.
Dodatek do polistyrenu haloizytu zmodyfikowanego według wynalazku powoduje poprawę wytrzymałości mechanicznej, w tym m.in.: 2,5-krotny wzrost udarności Charpy (pomiar bez karbu) oraz wytrzymałości na zginanie przy 7-krotnym wzroście modułu sprężystości przy zginaniu. Takie wyniki wskazują na wzmacniający wpływ zmodyfikowanego haloizytu na strukturę polistyrenu. Ponadto stwierdzono wzrost odporności termicznej otrzymanych nanokompozytów polistyrenowych. Maksymalna temperatura degradacji nanokompozytu polistyrenowego wynosi 421°C, a czystego polistyrenu 360°C.
W tabeli 1 zestawiono receptury nanokompozycji polistyrenu z modyfikatorami I-III oraz ich wł aściwości mechaniczne.
T a b e l a 1. Receptury nanokompozycji polistyrenowych i ich właściwo ści
| Nr przykładu | Kompozycja: polistyren modyfikator [cz. wag.] | Udarność Charpy [kJ/m2] | Wytrzymałość na zginanie [MPa] | Moduł sprężystości przy zginaniu [MPa] |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Porównawczy | PS-50 | 1,8 | 14 | 460 |
| IV | PS-50 Modyfikator I-1 | 2,3 | 17 | 1737 |
| V | PS-50 Modyfikator I-2 | 2,9 | 19 | 2148 |
| VI | PS-50 Modyfikator I-3 | 3,5 | 25 | 2578 |
| VII | PS-50 Modyfikator II-1 | 2,5 | 18 | 2250 |
PL 213 256 B1 cd. tabeli 1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| VIII | PS-50 Modyfikator II-2 | 3 | 20 | 2343 |
| IX | PS-50 Modyfikator II-3 | 4,5 | 28 | 3102 |
| X | PS-50 Modyfikator III-1 | 2,3 | 21 | 2940 |
| XI | PS-50 Modyfikator III-2 | 2,8 | 25 | 3100 |
| XII | PS-50 Modyfikator III-3 | 4,0 | 31 | 3150 |
Zastrzeżenia patentowe
Claims (5)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu, u którym mieszaninę zawierającą haloizyt, poddany uprzednio działaniu pola ultradźwiękowego, oraz oligomer, ogrzewa się w rozpuszczalniku organicznym, po czym usuwa się rozpuszczalnik i z suchego produktu wytwarza się miałki proszek, znamienny tym, że mieszanina zawiera 80-90 części wagowych haloizytu, poddanego uprzednio działaniu ultradźwięków o częstotliwości 250-350 kHz przez 2-3 godziny, oraz 10-20 części wagowych żywicy oligocyklopentadienowo-styrenowej, zaś ogrzewanie w rozpuszczalniku organicznym prowadzi się w temperaturze do 80°C przez 1-2 godziny.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako żywicę oligocyklopentadienowo-styrenową stosuje się uwodornioną żywicę dicyklopentadienowo-styrenową.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się n-heptan.
- 4. Nanokompozyty polistyrenowe, znamienne tym, że zawierają od 2 do 6% wagowych, w stosunku do polimeru, haloizytu, poddanego uprzednio działaniu pola ultradźwiękowego o częstotliwości 250-350 kHz przez 2-3 godziny i modyfikowanego przez ogrzewanie mieszaniny 80-90 części wagowych haloizytu i 10-20 części wagowych żywicy oligocyklopentadienowo-styrenowej, w rozpuszczalniku organicznym, w temperaturze do 80°C, następnie usunięcie rozpuszczalnika i sproszkowanie produktu.
- 5. Nanokompozyty polistyrenowe według zastrz. 4, znamienne tym, że jako polimer zawierają polistyren niskoudarowy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL390868A PL213256B1 (pl) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenowe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL390868A PL213256B1 (pl) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenowe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL390868A1 PL390868A1 (pl) | 2011-10-10 |
| PL213256B1 true PL213256B1 (pl) | 2013-02-28 |
Family
ID=44838341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL390868A PL213256B1 (pl) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenowe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL213256B1 (pl) |
-
2010
- 2010-03-29 PL PL390868A patent/PL213256B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL390868A1 (pl) | 2011-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El Achaby et al. | Modification of montmorillonite by novel geminal benzimidazolium surfactant and its use for the preparation of polymer organoclay nanocomposites | |
| Farias et al. | Effects of nanoclay and nanocomposites on bitumen rheological properties | |
| Majdzadeh-Ardakani et al. | A novel approach to improve the barrier properties of PET/clay nanocomposites | |
| Mittal | Gas permeation and mechanical properties of polypropylene nanocomposites with thermally-stable imidazolium modified clay | |
| Chieng et al. | Effect of organo-modified montmorillonite on poly (butylene succinate)/poly (butylene adipate-co-terephthalate) nanocomposites | |
| Mittal | Mechanical and gas permeation properties of compatibilized polypropylene–layered silicate nanocomposites | |
| Scaffaro et al. | Effect of kind and content of organo‐modified clay on properties of PET nanocomposites | |
| Chen et al. | The preparation of nano-clay/polypropylene composite materials with improved properties using supercritical carbon dioxide and a sequential mixing technique | |
| Chang et al. | Poly (butylene terephthalate)–clay nanocomposites prepared by melt intercalation: morphology and thermomechanical properties | |
| Jia et al. | Organic interfacial tailoring of styrene butadiene rubber–clay nanocomposites prepared by latex compounding method | |
| Kiliaris et al. | Polyamide 6 filled with melamine cyanurate and layered silicates: evaluation of flame retardancy and physical properties | |
| Abdallah et al. | Polyamide 66 nanocomposites based on organoclays treated with thermally stable phosphonium salts | |
| Zaharri et al. | Effect of zeolite modification via cationic exchange method on mechanical, thermal, and morphological properties of ethylene vinyl acetate/zeolite composites | |
| Peng et al. | Effect of montmorillonoite modification and maleic anhydride‐grafted polypropylene on the microstructure and mechanical properties of polypropylene/montmorillonoite nanocomposites | |
| Kusmono et al. | Effect of clay modification on the morphological, mechanical, and thermal properties of polyamide 6/polypropylene/montmorillonite nanocomposites | |
| Su et al. | Mechanical and rheological properties of PP/SEBS/OMMT ternary composites | |
| JP6669756B2 (ja) | 分子自己集合材料及びマイクロフィラーを用いた添加剤製造方法 | |
| Liu et al. | Novel‐modified kaolin for enhancing the mechanical and thermal properties of poly (vinyl chloride) | |
| Liu et al. | Comparison of Polyamide‐6 Nanocomposites Based on Pristine and Organic Montmorillonite Obtained via Anionic Ring‐Opening Polymerization | |
| Bellucci et al. | Intercalation degree in PP/organoclay nanocomposites: role of surfactant structure | |
| PL213256B1 (pl) | Sposób wytwarzania modyfikatora do polistyrenu i nanokompozyty polistyrenowe | |
| Agag et al. | Polybenzoxazine-clay nanocomposites | |
| Zidelkheir et al. | Preparation and characterization of polystyrene/montmorillonite nanocomposite by melt intercalative compounding | |
| Richardson et al. | Organofunctionalized montmorillonite/epoxy nanocomposites: the effect of interlayer cation distribution on mechanical properties | |
| Xing et al. | Effect of benzimidazolium salt on dispersion and properties of polyphenylene sulfide/organic clay nanocomposites via melt intercalation |