一种低摩擦聚苯乙烯复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种低摩擦聚苯乙烯复合材料及其制备方法 (Low-friction polystyrene composite material and preparation method thereof ) 是由 赵书敏 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种低摩擦聚苯乙烯复合材料及其制备方法；该低摩擦聚苯乙烯复合材料按质量份组分组成为：30-60份低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物,1.5-3份玻璃纤维,0.3-0.6份增韧剂,30-60份有机硅乳液,3-6份分散剂；本发明通过在聚苯乙烯分子链上嵌段具有低摩擦性能作用的聚合物,使聚苯乙烯材料具有耐磨性,且耐磨剂分子以共价键的形式与聚苯乙烯结合,不存在耐磨剂与聚合物相容性差和耐磨剂易流失的问题。(The invention discloses a low-friction polystyrene composite material and a preparation method thereof; the low-friction polystyrene composite material comprises the following components in parts by mass: 30-60 parts of low-friction polystyrene block copolymer, 1.5-3 parts of glass fiber, 0.3-0.6 part of toughening agent, 30-60 parts of organosilicon emulsion and 3-6 parts of dispersing agent; according to the invention, the polymer with low friction performance is blocked on the polystyrene molecular chain, so that the polystyrene material has wear resistance, and the wear-resistant agent molecules are combined with the polystyrene in a covalent bond manner, so that the problems of poor compatibility of the wear-resistant agent and the polymer and easy loss of the wear-resistant agent are solved.)
技术领域
本发明属高分子材料领域，具体涉及一种低摩擦聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
苯乙烯聚合物可分为无规聚苯乙烯、等规聚苯乙烯、间规聚苯乙烯(简称sPS)，其中无规聚苯乙烯是通用塑料，但其耐热性、耐化学性能差。间规聚苯乙烯是一种新型聚苯乙烯，和无规聚苯乙烯不同，间规聚苯乙烯具有熔点高、耐热耐化学性能优良，结晶度高，结晶温度可以控制在一个较宽的范围，适合常规的塑料加工成型方法。
为改变聚苯乙烯材料及其易脆的缺点，一般通过添加一些添加剂对其进行改性。但一般在聚苯乙烯材料中添加大量的改变聚苯乙烯脆性的物质，会使其耐磨性不好；基于此，本发明提出了一种低摩擦聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种低摩擦聚苯乙烯复合材料及其制备方法，通过在聚苯乙烯分子链上嵌段具有低摩擦性能作用的聚合物，使聚苯乙烯材料具有耐磨性，且耐磨剂分子以共价键的形式与聚苯乙烯结合，不存在耐磨剂与聚合物相容性差和耐磨剂易流失的问题。
本发明的目的在于提供一种低摩擦聚苯乙烯复合材料。
本发明的另一目在于是提供上述低摩擦聚苯乙烯复合材料的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
低摩擦聚苯乙烯复合材料的制备方法如下：
将30-60质量份的低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物、1.5-3质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.3-0.6质量份的玻璃纤维和30-60重量份的有机硅乳液、3-6质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到耐磨聚苯乙烯复合材料。
所述低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物，其结构式如下式(I)所示：
式中，n的取值为50～100，m的取值为5～10。
上述低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物的反应流程及制备方法如下：
上述低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物的制备方法如下：
(1)聚苯乙烯大分子链转移剂的制备。
以四氢呋喃为溶剂，RAFT试剂(即可逆加成-断裂链转移试剂)4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸与SOCl2进行酰氯化反应，得到4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酰氯，再以甲苯为溶剂、吡啶为缚酸剂、单末端羟基聚苯乙烯与4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酰氯进行酯化反应，得到聚苯乙烯大分子转移剂。
其中，所述4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸与SOCl2、单末端羟基聚苯乙烯的摩尔比为1:1:5。
(2)低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物的制备。
以二氧六环为溶剂、耐磨剂为单体、聚苯乙烯大分子链转移剂为链转移剂、偶氮二异丁腈为引发剂，在无水无氧、氮气保护条件下70～80℃反应2～8小时，得到低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物。
其中，所述耐磨剂具有如下所示结构：
其中，所述聚苯乙烯大分子链转移剂、偶氮二异丁腈与耐磨剂的摩尔比为1:10:1000。
其中，所述耐磨剂的浓度为1mol/L。
其中，所述增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
其中，所述有机硅乳液的硅油含量为10-15％。
其中，所述分散剂为聚羧酸钠盐。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供了一种低摩擦聚苯乙烯复合材料，通过在聚苯乙烯分子链上嵌段耐磨剂，使聚苯乙烯分子具有耐磨剂性能。
(2)本发明提供了一种低摩擦聚苯乙烯复合材料，耐磨剂分子与共价键的形式与聚苯乙烯结合，克服了将耐磨剂以物理混合方法添加入聚苯乙烯基材，不存在耐磨剂与聚合物相容性差和耐磨剂易流失问题。
附图说明
图1为低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物的核磁氢谱图。
图2为低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物的红外光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
将4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸(5.0mmol)加入装有搅拌子的50ml支口瓶中，用注射器加入20ml无水四氢呋喃THF，不断搅拌下缓慢滴加氯化亚砜SOCl2(50.0mmol)，将油浴温度升至75℃，回流2.5h，结束反应后减压蒸馏除去SOCl2和THF，得黄色油状产物，并用适量的甲苯溶液溶解。
将单末端羟基聚苯乙烯(0.8mmol)加入100mL的装有搅拌子的支口瓶中，抽充氮气三次后，在N2气氛下，加入30ml无水甲苯，不断搅拌下，将油浴温度缓慢加热到70℃，待聚合物完全熔解后完全溶解后加入1.5ml吡啶，40min后缓慢滴加上述的溶于甲苯溶液的黄色油状产物，80℃下反应3h，产物冷却到室温，经甲苯/甲醇不断溶解/沉淀循环两次后，真空50℃下烘干至恒重，得聚苯乙烯大分子转移剂，产率为68.5％。
实施例2
将实施例1中制备得到的聚苯乙烯大分子链转移剂(0.1mmol)、耐磨剂(10mmol)、AIBN(0.01mmol)和5mL二氧六环分别加入带有搅拌子的10ml Schlenk瓶中，将油浴温度设置至75℃，经过三次液氮冷冻-抽气-解冻循环后，将Schlenk瓶置于油浴反应锅中进行聚合反应，反应3h后立将Schlenk瓶取出放入液氮中冷却，粗产物在无水乙醚中反复沉淀，沉淀物过滤真空干燥，得到低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物，收率70.9％。
实施例3
将60质量份的低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物、2.5质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.5质量份的玻璃纤维和32重量份的有机硅乳液、5质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到耐磨聚苯乙烯复合材料。
实施例4
将50质量份的低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物、2.5质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.5质量份的玻璃纤维和42重量份的有机硅乳液、5质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到耐磨聚苯乙烯复合材料。
实施例5
将40质量份的低摩擦聚苯乙烯嵌段共聚物、2.5质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.5质量份的玻璃纤维和52重量份的有机硅乳液、5质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到耐磨聚苯乙烯复合材料。
对比例1
将60质量份的聚苯乙烯、2.5质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.5质量份的玻璃纤维和32重量份的有机硅乳液、5质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到聚苯乙烯复合材料。
对比例2
将50质量份的聚苯乙烯、2.5质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.5质量份的玻璃纤维和42重量份的有机硅乳液、5质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到聚苯乙烯复合材料。
对比例3
将40质量份的聚苯乙烯、2.5质量份的增韧剂进行粉碎直至粒径在200～300目，然后混合均匀后送入双螺杆挤出机中控制螺杆的转数在300r/min，再将0.5质量份的玻璃纤维和52重量份的有机硅乳液、5质量份的分散剂侧向喂料送入到挤出机中，在挤出机中挤出得到聚苯乙烯复合材料。
耐磨损性能测试：注射成型尺寸150×100×3.2mm的样板，参照测试方法SAEJ948：2003，测试条件：磨轮：CS-10,负载：500g/轮，总共250转，鉴别测试后材料的磨损和表面发白情况。
拉伸强度按标准HG/T 2580-2008测定。
弯曲强度按标准GB/T 12585-2001测定。
简支梁冲击强度测试，按ISO179标准进行，试样尺寸为80*6*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。
表1为低摩擦聚苯乙烯复合材料的耐磨性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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