專利名稱：一種高抗沖聚苯乙烯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機和無機復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高抗沖聚苯乙烯及其制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，聚苯乙烯(PS)因其具有許多優(yōu)良性能得到廣泛應(yīng)用，但也因自身脆性大限制了它的使用范圍。通常通過加入橡膠彈性體對其增韌改性，制備高抗沖聚苯乙烯(HIPS)。但在采用上述方法提高其韌性的同時，常使其強度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含納米蒙托土的韌性和強度均較高的高抗沖聚苯乙烯及其制備方法。
為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高抗沖聚苯乙烯，主要由如下質(zhì)量份數(shù)的成份制成苯乙烯100，橡膠彈性體3-8，蒙托土1-10，引發(fā)劑0.05-0.2，陽離子活性劑0.5-4。
橡膠彈性體質(zhì)量份數(shù)為5-6，蒙托土質(zhì)量份數(shù)為3-5。
橡膠彈性體為烯烴類聚合物順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠；陽離子活性劑為C12-C18的長鏈烷烴季銨鹽；引發(fā)劑包括偶氮類引發(fā)劑偶氮二異丁腈、過氧化合物類引發(fā)劑過氧化苯甲酰。
高抗沖聚苯乙烯制備方法，依次包括如下步驟(1)陽離子活性劑改性蒙托土；(2)取陽離子活性劑改性蒙托土粉末1-10g放入苯乙烯單體100g中，室溫攪拌溶脹0.5-2小時后，超聲分散10-60分鐘，形成有機蒙托土的苯乙烯膠體；在50-80℃溫度，將3-8g橡膠彈性體溶入其中，形成三組分均勻系統(tǒng)；(3)將上述系統(tǒng)升溫至75-85℃，加入0.05-0.2g引發(fā)劑，反應(yīng)4～5小時，將反應(yīng)液倒入模具中，于50-70℃恒溫下放置20-60小時固化成型。
橡膠彈性體加量為5-6g，蒙托土加量為3-5g。
橡膠彈性體為烯烴類聚合物順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠；陽離子活性劑為C12-C18的長鏈烷烴季銨鹽；引發(fā)劑包括偶氮類引發(fā)劑偶氮二異丁腈、過氧化合物類引發(fā)劑過氧化苯甲酰。
在陽離子活性劑改性蒙托土步驟中，將陽離子交換容量為80-110mmol/100g、粒度為40～70μm的蒙托土10g，置于400-600毫升去離子水中溶脹24-72小時；控溫70-80℃，2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌速度下攪拌1-3小時，形成穩(wěn)定的蒙托土溶膠；取2-10g十六烷基三甲基溴化銨于重量百分比濃度30-50％的鹽酸中制成溶液，倒入上述蒙托土溶膠中，恒溫攪拌3小時以上得改性蒙托土。
洗除所得改性蒙脫土中的鹵離子，所得沉淀充分干燥并粉碎至40～70μm密封存放。
所得沉淀在60℃真空干燥24-48小時。
本發(fā)明中所用的蒙托土是一種層狀硅酸鹽礦物，其單位晶胞由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成，層與層間靠共用氧原子連接。片層中因鋁原子被鎂原子同晶置換而存在過剩負電荷，過剩負電荷靠吸附陽離子Na+、K+等得到補償。這些陽離子在分散介質(zhì)(如水、乙醇等)中易與有機(或無機)陽離子進行交換，而使蒙托土由親水改性為親油。蒙托土的陽離子交換容量在80～110mmol/100g為最好。C12-C18的長鏈陽離子活性劑以適當(dāng)量插入蒙托土層間時，會使其層間矩由1nm擴大至3.5nm以上。所用蒙托土在改性前后均應(yīng)粉碎至40～70μm。
本發(fā)明的高抗沖聚苯乙烯(HIPS)中，蒙托土達到了納米級分散，有很大的比表面積，使納米蒙托土與聚苯乙烯基體界面產(chǎn)生較強的相互作用。且苯乙烯已在蒙托土層間發(fā)生原位聚合，使PS與蒙托土層間的物理與化學(xué)交聯(lián)點進一步增加，從而使制得的三組分HIPS的力學(xué)性能得到較明顯改善。
本發(fā)明的HIPS中，納米蒙托土還于增韌橡膠相微粒(微米級)界面上富集，起到促使橡膠相均勻分散和受力時保持微粒穩(wěn)定的作用。此種無機粒子與彈性體微粒協(xié)同改性作用，是顯著提高本發(fā)明材料的綜合性能的重要原因。
從純聚苯乙烯(PS)沖擊斷面放大500倍的SEM照片(圖1)可以看出，純PS的斷面平坦且少皺褶，是典型的脆性斷裂形貌；從加有改性蒙脫土的聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片(圖2)可看出，這里的斷面出現(xiàn)了大量凸凹不平的撕裂帶，基體產(chǎn)生了大量的銀紋，具有明顯的韌性斷裂形貌。進一步仔細觀察還可以看到，圖片中一些局部位置存在不同于無定形PS的結(jié)構(gòu)形態(tài)；從加有順丁橡膠的聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片(圖3)可以看出，順丁橡膠粒斷面多為圓形，且粒徑大小呈多級分布，粒徑在3um左右居多。同時相界面內(nèi)側(cè)有許多大小不等的球形突起(類似“雞蛋殼”內(nèi)壁長出許多突起)；從加有改性蒙脫土和橡膠的聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片(圖4)可以看出，其斷面既顯示了橡膠微粒，也顯示了改性蒙脫土存在下韌性斷裂的形貌。對該三組分試樣斷面進一步放大觀察，發(fā)現(xiàn)基體中蒙脫土粒子的密度明顯小于橡膠相殼層上的蒙脫土粒子數(shù)，即蒙脫土粒子在橡膠微粒界面上發(fā)生了富集，這可由將一個橡膠微粒放大到10000倍的SEM照片(圖5)中清楚看到。圖5中形狀不規(guī)則的白色斑點是蒙脫土粒子。
本發(fā)明的含納米蒙托土的高抗沖聚苯乙烯的制備操作簡單、易行，利用現(xiàn)行HIPS的生產(chǎn)設(shè)備即可進行。


圖1為純聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片；圖2為加有改性蒙脫土的聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片；圖3為加有順丁橡膠的聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片；圖4為加有改性蒙脫土和順丁橡膠的聚苯乙烯沖擊斷面放大500倍的SEM照片；圖5為加有改性蒙脫土和順丁橡膠的聚苯乙烯橡膠相界面放大10000倍的SEM照片。
具體實施例方式
實施例1、將陽離子交換容量為90mmol/100g、粒度為40～70μm的蒙托土10g，置于500毫升去離子水中溶脹48小時?？販?0℃，高速(2500轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2小時，形成穩(wěn)定的蒙托土膠體水分散系。取4g十六烷基三甲基溴化銨于10毫升去離子水和3毫升濃鹽酸中制成溶液，倒入上述蒙托土溶膠中，恒溫攪拌3小時以上，制得改性蒙托土。將該溶膠吸濾、洗滌至滴加硝酸銀溶液無白色沉淀為止。于60℃將沉淀真空干燥24小時，粉碎至40～70μm密封存放。
將上述改性蒙托土粉末3g放入精制后的苯乙烯單體100g中，室溫攪拌溶脹1小時后，置于超聲清洗機中斷續(xù)超聲分散0.5小時，形成有機蒙托土的苯乙烯膠體。70℃下，再將5g順丁橡膠溶入其中，形成三組分均勻系統(tǒng)。
將上述系統(tǒng)升溫至80℃，加入0.1g過氧化苯甲酰引發(fā)劑，反應(yīng)4.5小時，將反應(yīng)液倒入模具中，于60℃恒溫下放置48小時，使其完全固化成型。
用承德實驗機有限公司生產(chǎn)的LJ-5000N拉力實驗機和XJU-22型沖擊實驗機按GB/T1040-1992、GB/T1843-1996分別測量試樣的拉伸強度和沖擊強度，測試結(jié)果見表1。
實施例2、將實施例1中制成的改性蒙托土粉末3g放入精制后的苯乙烯單體100g中，室溫攪拌溶脹1小時后，置于超聲清洗機中斷續(xù)超聲分散0.5小時，形成有機蒙托土的苯乙烯膠體。70℃下，再將一定粒度的5g丁苯橡膠溶入其中，形成三組分均勻系統(tǒng)。
將上述系統(tǒng)升溫至80℃，加入0.1g過氧化苯甲酰引發(fā)劑，反應(yīng)4.5小時，待經(jīng)歷過相反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)化率達到一定值時，將反應(yīng)液倒入模具中，于60℃恒溫下放置48小時，使其完全固化成型，按實施例1方法測試性能，見表1。
實施例3、將實施例1中制成的改性蒙托土粉末3g放入精制后的苯乙烯單體100g中，室溫攪拌溶脹1小時后，置于超聲清洗機中斷續(xù)超聲分散0.5小時，形成有機蒙托土的苯乙烯膠體。70℃下，再將一定粒度的5g氯丁橡膠溶入其中，形成三組分均勻系統(tǒng)。
將上述系統(tǒng)升溫至80℃，加入0.1g過氧化苯甲酰引發(fā)劑，反應(yīng)4.5小時，待經(jīng)歷過相反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)化率達到一定值時，將反應(yīng)液倒入模具中，于60℃恒溫下放置48小時，使其完全固化成型，測試性能，見表1。
對比例、在70℃，將一定粒度的5g順丁橡膠溶入精制后的100g苯乙烯單體中攪拌1小時后，使彈性體顆粒完全溶解。
將上述溶液升溫至80℃，加入0.1g過氧化苯甲酰引發(fā)劑，反應(yīng)4.5小時，待經(jīng)歷過相反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)化率達到一定值時，將反應(yīng)液倒入模具中，于60℃恒溫下放置48小時，使其完全固化成型。測試性能，見表1。
表1 試樣性能

本發(fā)明中所用超聲清洗機為上海醫(yī)療儀器器械總廠產(chǎn)TP300型超聲清洗儀，所用電鏡為日本電子株式會社產(chǎn)JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡。
權(quán)利要求
1.一種高抗沖聚苯乙烯，其特征在于，主要由如下質(zhì)量份數(shù)的成份制成苯乙烯100，橡膠彈性體3-8，蒙托土1-10，引發(fā)劑0.05-0.2，陽離子活性劑0.5-4。
2.如權(quán)利要求1所述的高抗沖聚苯乙烯，其特征在于，橡膠彈性體質(zhì)量份數(shù)為5-6，蒙托土質(zhì)量份數(shù)為3-5。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高抗沖聚苯乙烯，其特征在于，橡膠彈性體為烯烴類聚合物順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠；陽離子活性劑為C12-C18的長鏈烷烴季銨鹽；引發(fā)劑包括偶氮類引發(fā)劑偶氮二異丁腈、過氧化合物類引發(fā)劑過氧化苯甲酰。
4.權(quán)利要求1所述高抗沖聚苯乙烯制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟(1)陽離子活性劑改性蒙托土；(2)取陽離子活性劑改性蒙托土粉末1-10g放入苯乙烯單體100g中，室溫攪拌溶脹0.5-2小時后，超聲分散10-60分鐘，形成有機蒙托土的苯乙烯膠體；在50-80℃溫度，將3-8g橡膠彈性體溶入其中，形成三組分均勻系統(tǒng)；(3)將上述系統(tǒng)升溫至75-85℃，加入0.05-0.2g引發(fā)劑，反應(yīng)4～5小時，將反應(yīng)液倒入模具中，于50-70℃恒溫下放置20-60小時固化成型。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，橡膠彈性體加量為5-6g，蒙托土加量為3-5g。
6.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，橡膠彈性體為烯烴類聚合物順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠；陽離子活性劑為C12-C18的長鏈烷烴季銨鹽； 引發(fā)劑包括偶氮類引發(fā)劑偶氮二異丁腈、過氧化合物類引發(fā)劑過氧化苯甲酰。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在陽離子活性劑改性蒙托土步驟中，將陽離子交換容量為80-110mmol/100g、粒度為40～70μm的蒙托土10g，置于400-600毫升去離子水中溶脹24-72小時；控溫70-80℃，2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌速度下攪拌1-3小時，形成穩(wěn)定的蒙托土溶膠；取2-10g十六烷基三甲基溴化銨于重量百分比濃度30-50％的鹽酸中制成溶液，倒入上述蒙托土溶膠中，恒溫攪拌3小時以上得改性蒙托土。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，洗除所得改性蒙脫土中的鹵離子，所得沉淀充分干燥并粉碎至40～70μm密封存放。
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所得沉淀在60℃真空干燥24-48小時。
全文摘要
一種高抗沖聚苯乙烯，屬于有機和無機復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。主要由如下質(zhì)量份數(shù)的成分制成苯乙烯100，橡膠彈性體3－8，蒙托土1－10，引發(fā)劑0.05－0.2，陽離子交換劑0.5－4。制備方法依次包括陽離子活性劑改性蒙托土步驟、改性蒙脫土與苯乙烯、橡膠彈性體形成三組分均勻系統(tǒng)步驟和上述系統(tǒng)在引發(fā)劑作用下聚合、固化成型步驟。在本發(fā)明高抗沖聚苯乙烯中，蒙托土達到了納米級分散程度，并與橡膠彈性體協(xié)同發(fā)揮增韌增強效能，使聚苯乙烯的力學(xué)性能進一步得到全面提高。本發(fā)明的含納米蒙托土的高抗沖聚苯乙烯(HIPS)的制備操作簡單、易行，利用現(xiàn)行的HIPS的生產(chǎn)設(shè)備即可進行。
文檔編號C08L25/08GK1603359SQ20031012194
公開日2005年4月6日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者張永水, 吳云驥, 付建杭 申請人:河南科技大學(xué)