CN103319669A - 一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物及其制备方法。将1~20重量份的大分子可逆加成断裂链转移试剂、20重量份的苯乙烯、5~30重量份的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.05~1.0重量份的碱和100~200重量份的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温,加入0.06重量份的水溶性引发剂,聚合反应;加入200重量份的水,滴加40重量份的第二单体,聚合反应;加入100重量份的水,滴加20重量份的第三单体,聚合反应。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物。本发明细乳液聚合,无外加传统乳化剂,实际分子量符合设计值,分子量分布相对较窄,与尼龙-6共混,具有很好的增韧效果,有很好的工业化前景。
Description
技术领域
本发明涉及细乳液聚合,尤其涉及一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物及其制备方法。
背景技术
工业上阴离子聚合合成的聚苯乙烯-b-聚丁二烯-b-聚苯乙烯三嵌段聚合物(SBS)作为广泛应用的热塑性弹性体,常用于与各种树脂共混以提高基体的韧性。由于SBS非极性的特征,工业应用中需采用熔融接枝的方法将极性的马来酸酐引入到SBS上,从而改善SBS与非极性树脂如尼龙之间的界面相容性,达到有效提高抗冲击强度的目的。但由于阴离子聚合反应条件苛刻、只适合非极性共轭单体等局限性,以及SBS熔融接枝马来酸酐的低效率等问题的存在。若能够通过自由基聚合这种方法实现聚合物链长的可控增长,从而既可以保持离子型聚合物控制反应的能力,又不失去自由基聚合其本身的优点。活性聚合(CLRP)是指没有不可逆链转移和链终止的聚合过程,可以非常有效得控制单体的聚合,实现分子量可控和分子量窄分布。
细乳液聚合具备环保、低粘、易散热等优点,因此在工业生产中越来越受到重视。传统的乳化剂及助稳定剂的添加会降低产品的最终质量,需要大量的工作才能将其从聚合产物中分离。因此,一种不需要添加传统乳化剂和助稳定剂的细乳液聚合体系具备一定的实际意义。
鉴于上述的两个大背景,本发明采用了二硫酯作为小分子RAFT试剂,首先在溶液体系合成马来酸酐-苯乙烯交替共聚物的大分子RAFT试剂,在此基础上,采用苯乙烯的细乳液体系聚合得到马来酸酐改性的聚苯乙烯,以此为种子乳液进行后续的丙烯酸丁酯、苯乙烯的嵌段聚合,从而完成了含有极性基团马来酸酐的SBAS三嵌段聚合物的合成。
相较与专利ZL200910099918.5,该方法合成的聚合物中,极性基团马来酸酐所伸展的链段长度更长(大分子RAFT试剂分子量20000,马来酸酐聚合度98,苯乙烯聚合度98),在共混挤出的过程中能够更有效地伸展到尼龙基体当中,改善了嵌段聚合物与尼龙基体的相容性,具有更好的增韧效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物及其制备方法。
用于尼龙增韧的嵌段聚合物的化学结构通式为:
其中,n为(苯乙烯-马来酸酐)嵌段中的苯乙烯单体的数目或者(苯乙烯-马来酸酐)嵌段中的马来酸酐单体的数目,x为苯乙烯嵌段中苯乙烯单体的数目,y为丙烯酸酯嵌段中的丙烯酸酯单体的数目,z为苯乙烯嵌段中苯乙烯单体的数目,R基团为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基,及其支链异构体。
用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法:将1~20重量份的大分子可逆加成断裂链转移试剂、20重量份的苯乙烯、5~30重量份的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.05~1.0重量份的碱和100~200重量份的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06重量份的水溶性引发剂,聚合反应3~10小时;加入200重量份的水,滴加40重量份的第二单体,聚合反应2~5小时;加入100重量份的水,滴加20重量份的第三单体,聚合反应3~10小时,破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物。
所述的大分子可逆加成断裂链转移试剂是苯乙烯马来酸酐交替共聚物,化学结构通式为:
其中,n为苯乙烯单体的数目或者马来酸酐单体的数目。
所述的大分子可逆加成断裂链转移试剂的数均分子量为1000~20000的交替共聚物。所述的第一单体为苯乙烯,第二单体为丙烯酸酯类的聚合物单体,第三单体为苯乙烯。所述水溶性引发剂为过硫酸钾。
所述丙烯酸酯类的聚合物单体为丙烯酸酯类单体,化学结构式为:
R基团为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、已基、庚基、辛基,及其文链异构体。
所述的碱为氨水或氢氧化钠。所述的助溶剂为丙酮。
本发明的优点有:细乳液聚合,无外加传统乳化剂,实际分子量符合设计值,分子量分布相对较窄,与尼龙-6共混,具有很好的增韧效果,有很好的工业化前景。
具体实施方式
用于尼龙增韧的嵌段聚合物的化学结构通式为:
其中,n为(苯乙烯-马来酸酐)嵌段中的苯乙烯单体的数目或者(苯乙烯-马来酸酐)嵌段中的马来酸酐单体的数目,x为苯乙烯嵌段中苯乙烯单体的数目,y为丙烯酸酯嵌段中的丙烯酸酯单体的数目,z为苯乙烯嵌段中苯乙烯单体的数目,R基团为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基,及其支链异构体。
用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法:将1~20重量份的大分子可逆加成断裂链转移试剂、20重量份的苯乙烯、5~30重量份的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.05~1.0重量份的碱和100~200重量份的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06重量份的水溶性引发剂,聚合反应3~10小时;加入200重量份的水,滴加40重量份的第二单体,聚合反应2~5小时;加入100重量份的水,滴加20重量份的第三单体,聚合反应3~10小时,破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物。
所述的大分子可逆加成断裂链转移试剂是苯乙烯马来酸酐交替共聚物,化学结构通式为:
其中,n为苯乙烯单体的数目或者马来酸酐单体的数目。
所述的大分子可逆加成断裂链转移试剂的数均分子量为1000~20000的交替共聚物。所述的第一单体为苯乙烯,第二单体为丙烯酸酯类的聚合物单体,第三单体为苯乙烯。所述水溶性引发剂为过硫酸钾。
所述丙烯酸酯类的聚合物单体为丙烯酸酯类单体,化学结构式为:
R基团为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、已基、庚基、辛基,及其文链异构体。
所述的碱为氨水或氢氧化钠。所述的助溶剂为丙酮。
本发明实施例中所用的大分子可逆加成断裂链转移试剂化学结构简式主要有以下七种:
大分子可逆加成断裂链转移试剂(1),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为4,马来酸酐的单元数为4。
大分子可逆加成断裂链转移试剂(2),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为9,马来酸酐的单元数为9。
大分子可逆加成断裂链转移试剂(3),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为13,马来酸酐的单元数为13。
大分子可逆加成断裂链转移试剂(4),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为24,马来酸酐的单元数为24。
大分子可逆加成断裂链转移试剂(5),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为50,马来酸酐的单元数为50。
大分子可逆加成断裂链转移试剂(6),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为74,马来酸酐的单元数为74。
大分子可逆加成断裂链转移试剂(7),由苯乙烯和马来酸酐共聚到二硫代苯乙酸-1-苯基乙酯得到,其中苯乙烯的单元数为98,马来酸酐的单元数为98。
实施例1:
将1克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(1)、20克的苯乙烯、5克的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.05克的氨水和100克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应3小时;加入200克的水,滴加40克的丙烯酸丁酯,聚合反应2小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应3小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(1)。
实施例2:
将2克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(2)、20克的苯乙烯、10克的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.1克的氨水和105克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应4小时;加入200克的水,滴加40克的丙烯酸丁酯,聚合反应3小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应4小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(2)。
实施例3:
将3克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(3)、20克的苯乙烯、10克的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.15克的氨水和110克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应4小时;加入200克的水,滴加40克的丙烯酸丁酯,聚合反应3小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应4小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(3)。
实施例4:
将5克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(4)、20克的苯乙烯、15克的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.15克的氨水和120克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应5小时;加入200克的水,加入40克的丙烯酸丁酯,聚合反应3小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应5小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(4)。
实施例5:
将10克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(5)、20克的苯乙烯、20克的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.5克的氨水和145克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应6小时;加入200克的水,滴加40克的丙烯酸丁酯,聚合反应3小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应6小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(5)。
实施例6:
将15克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(6)、20克的苯乙烯、25克的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.75克的氨水和170克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应8小时;加入200克的水,滴加40克的丙烯酸丁酯,聚合反应4小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应8小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(6)。
实施例7:
将20克的大分子可逆加成断裂链转移试剂(7)、20克的苯乙烯、30克的助溶剂混合均匀,缓慢加入1.0克的氨水和200克的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06克的过硫酸钾,聚合反应10小时;加入200克的水,滴加40克的丙烯酸丁酯,聚合反应5小时;加入100克的水,滴加20克的苯乙烯,聚合反应10小时。破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物(7)。
反应各步骤的转化率:
实施例 | 第一单体 | 第二单体 | 第三单体 |
1 | 98.3% | 95.1% | 90.5% |
2 | 96.7% | 92.4% | 87.2% |
3 | 93.5% | 89.6% | 80.8% |
4 | 90.0% | 86.2% | 70.2% |
5 | 85.2% | 79.9% | 65.8% |
6 | 82.0% | 75.6% | 63.4% |
7 | 76.1% | 70.3% | 60.8% |
所得聚合物的分子量和分子量分布:
将上述所合成的用于尼龙增韧的嵌段聚合物(1)、用于尼龙增韧的嵌段聚合物(2)、用于尼龙增韧的嵌段聚合物(3)、用于尼龙增韧的嵌段聚合物(4)、用于尼龙增韧的嵌段聚合物(5)、用于尼龙增韧的嵌段聚合物(6)和用于尼龙增韧的嵌段聚合物(7)按如下配方和工艺条件与尼龙6(牌号1013B)共混,得到共混物(1),共混物(2),共混物(3),共混物(4),共混物(5),共混物(6)和共混物(7)。
配方:
用于尼龙增韧的嵌段聚合物200g
尼龙6800g
制备:
用于尼龙增韧的嵌段聚合物和尼龙6按照精密进样机,以质量比1:4(用于尼龙增韧的嵌段聚合物含量20%)加入双螺杆挤出机进行共混,长径比48:1,螺杆直径22mm,空气冷却,造粒。
工艺条件:
第一段80℃、第二段250℃、第三段250℃、第四段255℃、第五段255℃,模头温度240℃。
螺杆转速180转/分。
将共混物(1),共混物(2),共混物(3),共混物(4),共混物(5),共混物(6)、共混物(7)和纯尼龙-6注塑,得到标准样条进行抗冲击强度的测试(简支梁,GB/T1043-1993),测试结果如下表所示:
样条 | 抗冲强度(kJ/m2) |
纯尼龙-6 | 6.17 |
共混物1 | 18.12 |
共混物2 | 16.23 |
共混物3 | 18.58 |
共混物4 | 24.62 |
共混物5 | 25.78 |
共混物6 | 27.80 |
共混物7 | 35.49 |
抗冲击强度数据表明,所述用于尼龙增韧的嵌段聚合物与纯尼龙共混,具有显著的增韧效果。
Claims (9)
2.一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法,其特征在于:将1~20重量份的大分子可逆加成断裂链转移试剂、20重量份的苯乙烯、5~30重量份的助溶剂混合均匀,缓慢加入0.05~1.0重量份的碱和100~200重量份的水,超声乳化后加入反应器,搅拌、通氮气,加热升温至70℃,加入0.06重量份的水溶性引发剂,聚合反应3~10小时;加入200重量份的水,滴加40重量份的第二单体,聚合反应2~5小时;加入100重量份的水,滴加20重量份的第三单体,聚合反应3~10小时,破乳、干燥得到用于尼龙增韧的嵌段聚合物。
4.根据权利要求2所述的一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法,其特征在于所述的大分子可逆加成断裂链转移试剂的数均分子量为1000~20000的交替共聚物。
5.根据权利要求2所述的一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法,其特征在于所述的第一单体为苯乙烯,第二单体为丙烯酸酯类的聚合物单体,第三单体为苯乙烯。
6.根据权利要求2所述的一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法,其特征在于所述水溶性引发剂为过硫酸钾。
8.根据权利要求2所述的一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法,其特征在于所述的碱为氨水或氢氧化钠。
9.根据权利要求2所述的一种用于尼龙增韧的嵌段聚合物的制备方法,其特征在于所述的助溶剂为丙酮。
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