CN105037989A - 一种改性ps复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；其组分的重量份比为：聚苯乙烯80~95份、丁苯透明抗冲树脂2.45~12份、改性填料0.5~9份、改性助剂0.05~1份；本发明同时公开了一种改性PS复合材料的制备工艺。本发明的一种改性PS复合材料具有优良抗冲性能及韧性，同时，改性纳米级碳酸钙填料可以在一定程度上解决PS材料难以降解的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料及其制备领域，具体涉及一种改性PS复合材料及其制备工艺。
背景技术
聚苯乙烯（PS）是由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，为一种无毒、无臭、无色透明的热塑性塑料，通常为非晶态无规聚合物。PS材料的具有优良的物化性质，其玻璃化温度80～90℃，非晶态密度1.04～1.06g/cm3，晶体密度1.11～1.12g/cm3，熔融温度240℃，电阻率为1020～1022Ω·cm，30℃时导热系数0.116W/(m·K)，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但是PS材料同时存在性脆，抗冲击强度低，易出现应力开裂及耐热性差的缺点，大大限制了PS材料的应用领域。
现有技术中，解决PS材料缺点的方法主要为PS树脂与橡胶共混改性，获得高抗冲性能及高韧性的PS复合材料，但是这些方法大大降低了PS材料的刚性，同时加剧了PS材料带来的环保问题，使得本来难以降解的聚苯乙烯材料更难以经由生物分解或光分解进入生物地质化学循环。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种具有高抗冲性能及韧性的改性PS复合材料及其制备工艺，同时在一定程度上解决PS材料难以降解的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
本发明之一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；
其组分的重量份比为：聚苯乙烯80~95份、丁苯透明抗冲树脂2.45~12份、改性填料0.5~9份、改性助剂0.05~1份；
所述改性填料为纳米级碳酸钙，所述纳米级碳酸钙的平均粒径为20~100nm；
所述改性助剂为抗氧剂、阻燃剂、流变剂中的至少一种，所述改性助剂为市售树脂加工添加助剂。
进一步地，所述纳米级碳酸钙的平均粒径为60nm。
本发明之一种改性PS复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）按所述组分的重量份比备取原料；
（2）改性填料的预处理：将纳米级碳酸钙置于干燥箱中干燥处理，干燥后的纳米级碳酸钙加入到高速混合机中搅拌并升温，当碳酸钙温度达70~80℃时，停止加热并加入碳酸钙质量0.8~1.2%的硅烷偶联剂，继续高速搅拌12~18min，停机，出料，既得预处理改性填料；
（3）改性填料表面接枝：将步骤2所得预处理改性填料置于反应釜中，经超声波频70~100kHz条件下超声分化5~8h，破坏预处理改性填料的团聚，然后升温至85~100℃，加入预处理改性填料质量2~4%的饱和PS正己烷溶液，于压力10~15MPa、超声波频100~130kHz条件下反应10~20h，经卸压、烘干处理得接枝改性填料；
（4）PS复合材料的制备：将步骤3所得接枝改性填料与聚苯乙烯、丁苯透明抗冲树脂及改性助剂加入高混机中高速混合5~10min后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，既得PS复合材料；
其中改性填料、聚苯乙烯、丁苯透明抗冲树脂及改性助剂的重量份比为：改性填料0.5~9份、聚苯乙烯80~95份、丁苯透明抗冲树脂2.45~12份、改性助剂0.05~1份。
进一步地，所述干燥处理工艺：干燥温度100~110℃，干燥时间5~10h，自然冷却。
进一步地，所述烘干处理工艺：干燥温度55~65℃，干燥时间10~15h，自然冷却。
进一步地，所述双螺杆挤出机挤出造粒工艺：一区200~220℃、二区220~230℃、三区230~235℃、四区235~240℃、五区240~245℃、六区240~245℃，机头235~240℃，螺杆转速200~300r/min，螺杆长径比35~40。
本发明中，改性填料纳米级碳酸钙为一种十分重要的无机增强增韧功能性填料，被广泛应用于塑料、涂料、橡胶和造纸等工业领域中，本发明为降低碳酸钙表面高势能、提高与基料PS之间的结合力、改善材料性能，因此对纳米级碳酸钙进行了预处理及接枝处理，使其更好的与PS、PEN结合；而PEN良好的韧性及机械性能可以平衡PS材料的刚性，可与碳酸钙协同起效。因此，本发明的一种改性PS复合材料的优点在于：其具有优良抗冲性能及韧性，同时，改性纳米级碳酸钙填料可以在一定程度上解决PS材料难以降解的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；其组分的重量份比为：聚苯乙烯90份、丁苯透明抗冲树脂5份、改性填料4.8份、改性助剂0.2份；所述改性助剂为抗氧剂与阻燃剂的复合物，所述改性填料为纳米级碳酸钙。
一种改性PS复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）按所述组分的重量份比备取原料；
（2）改性填料的预处理：将纳米级碳酸钙置于干燥箱中于105℃下干燥处理8h，将干燥后的纳米级碳酸钙加入到高速混合机中搅拌并升温，当碳酸钙温度达75℃时，停止加热并加入碳酸钙质量1%的硅烷偶联剂，继续高速搅拌15min，停机，出料，既得预处理改性填料；
（3）改性填料表面接枝：将步骤2所得预处理改性填料置于反应釜中，经超声波频80kHz条件下超声分化6h，破坏预处理改性填料的团聚，然后升温至90℃，加入预处理改性填料质量3%的饱和PS正己烷溶液，于压力12MPa、超声波频120kHz条件下反应15h，经卸压、烘干处理得接枝改性填料，其中，烘干温度60℃，烘干时间12h；
（4）PS复合材料的制备：将步骤3所得接枝改性填料与聚苯乙烯、丁苯透明抗冲树脂及改性助剂加入高混机中高速混合8min后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，既得PS复合材料；所述双螺杆挤出机挤出造粒工艺为：一区210℃、二区225℃、三区235℃、四区240℃、五区245℃、六区240℃，机头235℃，螺杆转速250r/min，螺杆长径比38。
经测试，本实施例所得复合材料的Izod缺口冲击强度（3.2mm）为335J/m，拉伸强度为87.3MPa，断裂伸长率为423%，其中，Izod缺口冲击强度按ASTMD256标准测试，拉伸强度、断裂伸长率按ASTMD638标准进行测试。
实施例2：一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；其组分的重量份比为：聚苯乙烯85份、丁苯透明抗冲树脂8.5份、改性填料6份、改性助剂0.5份；所述改性填料为纳米级碳酸钙，所述改性助剂为流变剂。
一种改性PS复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）按所述组分的重量份比备取原料；
（2）改性填料的预处理：将纳米级碳酸钙置于干燥箱中于100℃下干燥处理10h，将干燥后的纳米级碳酸钙加入到高速混合机中搅拌并升温，当碳酸钙温度达70℃时，停止加热并加入碳酸钙质量1.2%的硅烷偶联剂，继续高速搅拌15min，停机，出料，既得预处理改性填料；
（3）改性填料表面接枝：将步骤2所得预处理改性填料置于反应釜中，经超声波频90kHz条件下超声分化7h，破坏预处理改性填料的团聚，然后升温至100℃，加入预处理改性填料质量3%的饱和PS正己烷溶液，于压力13MPa、超声波频110kHz条件下反应16h，经卸压、烘干处理得接枝改性填料，其中，烘干温度65℃，烘干时间10h；
（4）PS复合材料的制备：将步骤3所得接枝改性填料与聚苯乙烯、丁苯透明抗冲树脂及改性助剂加入高混机中高速混合6min后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，既得PS复合材料；所述双螺杆挤出机挤出造粒工艺为：一区215℃、二区230℃、三区235℃、四区240℃、五区245℃、六区245℃，机头240℃，螺杆转速280r/min，螺杆长径比36。
经测试，本实施例所得复合材料的Izod缺口冲击强度（3.2mm）为347J/m，拉伸强度为76.8MPa，断裂伸长率为382%。
实施例3：一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；其组分的重量份比为：聚苯乙烯80份、丁苯透明抗冲树脂10.45份、改性填料9份、改性助剂0.55份；所述改性填料为纳米级碳酸钙，所述改性助剂为抗氧剂、阻燃剂、流变剂的复合物。
一种改性PS复合材料的制备工艺同实施例1。
经测试，本实施例所得复合材料的Izod缺口冲击强度（3.2mm）为374J/m，拉伸强度为75.3MPa，断裂伸长率为347%。
实施例4：一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；其组分的重量份比为：聚苯乙烯87份、丁苯透明抗冲树脂6份、改性填料6.95份、改性助剂0.05份；所述改性填料为纳米级碳酸钙，所述改性助剂为抗氧剂。
一种改性PS复合材料的制备工艺同实施例1。
经测试，本实施例所得复合材料的Izod缺口冲击强度（3.2mm）为356J/m，拉伸强度为81.1MPa，断裂伸长率为355%。
实施例5：一种改性PS复合材料，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；其组分的重量份比为：聚苯乙烯93份、丁苯透明抗冲树脂4.42份、改性填料2.27份、改性助剂0.31份；所述改性填料为纳米级碳酸钙，所述改性助剂为阻燃剂、流变剂的复合物。
一种改性PS复合材料的制备工艺同实施例2。
经测试，本实施例所得复合材料的Izod缺口冲击强度（3.2mm）为328J/m，拉伸强度为103MPa，断裂伸长率为425%。
通过对上述实施例1~5配比的改性PS复合材料进行物理性能测试，以及其他多种配比的测试，均得到了良好的物理性能效果。
Claims (6)
1.一种改性PS复合材料，其特征在于，其组分包括聚苯乙烯（PS）、丁苯透明抗冲树脂（K-树脂）、改性填料及改性助剂；
其组分的重量份比为：聚苯乙烯80~95份、丁苯透明抗冲树脂2.45~12份、改性填料0.5~9份、改性助剂0.05~1份；
所述改性填料为纳米级碳酸钙，所述纳米级碳酸钙的平均粒径为20~100nm；
所述改性助剂为抗氧剂、阻燃剂、流变剂中的至少一种；
所述纳米级碳酸钙的平均粒径为60nm。
2.一种改性PS复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按所述组分的重量份比备取原料；
（2）改性填料的预处理：将纳米级碳酸钙置于干燥箱中干燥处理，干燥后的纳米级碳酸钙加入到高速混合机中搅拌并升温，当碳酸钙温度达70~80℃时，停止加热并加入碳酸钙质量0.8~1.2%的硅烷偶联剂，继续高速搅拌12~18min，停机，出料，既得预处理改性填料；
（3）改性填料表面接枝：将步骤2所得预处理改性填料置于反应釜中，经超声波频70~100kHz条件下超声分化5~8h，破坏预处理改性填料的团聚，然后升温至85~100℃，加入预处理改性填料质量2~4%的饱和PS正己烷溶液，于压力10~15MPa、超声波频100~130kHz条件下反应10~20h，经卸压、烘干处理得接枝改性填料；
（4）PS复合材料的制备：将步骤3所得接枝改性填料与聚苯乙烯、丁苯透明抗冲树脂及改性助剂加入高混机中高速混合5~10min后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，既得PS复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种改性PS复合材料的制备工艺，其特征在于，所述组分的重量份比为：改性填料0.5~9份、聚苯乙烯80~95份、丁苯透明抗冲树脂2.45~12份、改性助剂0.05~1份。
4.根据权利要求2所述的一种改性PS复合材料的制备工艺，其特征在于，所述干燥处理工艺：干燥温度100~110℃，干燥时间5~10h，自然冷却。
5.根据权利要求2所述的一种改性PS复合材料的制备工艺，其特征在于，所述烘干处理工艺：干燥温度55~65℃，干燥时间10~15h，自然冷却。
6.根据权利要求2所述的一种改性PS复合材料的制备工艺，其特征在于，所述双螺杆挤出机挤出造粒工艺：一区200~220℃、二区220~230℃、三区230~235℃、四区235~240℃、五区240~245℃、六区240~245℃，机头235~240℃，螺杆转速200~300r/min，螺杆长径比35~40。
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