一种基于互穿网络结构的改性塑料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种基于互穿网络结构的改性塑料及其制备方法 (Modified plastic based on interpenetrating network structure and preparation method thereof ) 是由 原亮 周乐宁 于 2021-02-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于互穿网络结构的改性塑料,所述改性塑料由以下重量份数的原料组成：50～80份聚苯乙烯、20～30份六氟双酚A二丙烯酸酯、1～10份偶氮引发剂、40～60份多元醇、5～10份脂肪族异氰酸酯、20～40份羟基丙烯酸酯、0.5～5.5份催化剂、1.2～3.6份无机填料、1.5～5.5份添加剂和0.1～1份紫外线吸收剂。本发明的基于互穿网络结构的改性塑料,不仅具有优异的力学性能,而且提高了聚苯乙烯塑料的耐低温、抗静电、阻燃、耐老化和疏水性等性能,可满足不同严苛条件下的材料使用要求。本发明还公开了一种基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法。(The invention discloses a modified plastic based on an interpenetrating network structure, which is prepared from the following raw materials in parts by weight: 50-80 parts of polystyrene, 20-30 parts of hexafluorobisphenol A diacrylate, 1-10 parts of azo initiator, 40-60 parts of polyol, 5-10 parts of aliphatic isocyanate, 20-40 parts of hydroxyl acrylate, 0.5-5.5 parts of catalyst, 1.2-3.6 parts of inorganic filler, 1.5-5.5 parts of additive and 0.1-1 part of ultraviolet absorber. The modified plastic based on the interpenetrating network structure has excellent mechanical properties, improves the low temperature resistance, antistatic property, flame retardance, aging resistance, hydrophobicity and other properties of polystyrene plastic, and can meet the material use requirements under different severe conditions. The invention also discloses a preparation method of the modified plastic based on the interpenetrating network structure.)
技术领域
本发明涉及改性塑料的技术领域，尤其涉及一种基于互穿网络结构的改性塑料及其制备方法。
背景技术
塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。随着工业的不断发展，塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、家用电器、办公设备、电力、运输等各行各业。
现有诸如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS等不同塑料，每种塑料各自有其性能上的优缺点，塑料不同性能决定了其在生活和工业中的用途，随着技术的进步，对塑料改性一直没有停止过研究，包括抗静电性能，导热性能，耐低温性能，疏水性等。现有的导热、抗静电等材料多为金属或含金属的材料制成，其存在与塑料材质相容性差，分散不均匀，易于氧化腐蚀、寿命短、造价高及制备工艺复杂等缺点；而添加有石墨等非金属材料的塑料，低温时存在低温脆性变形、冲击韧性和热稳定性下降等问题，生产出的产品在冬季储存和运输中容易出现破碎，尤其是成型大制件或是薄壁制件时，容易出现缺胶、分解气痕、制件脆裂等一系列的问题。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于互穿网络结构的改性塑料，以解决现有塑料耐低温、抗冲击、抗静电、导热、疏水性等性能差的综合问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于互穿网络结构的改性塑料，所述改性塑料由以下重量份数的原料组成：50～80份聚苯乙烯、20～30份六氟双酚A二丙烯酸酯、1～10份偶氮引发剂、40～60份多元醇、5～10份脂肪族异氰酸酯、20～40份羟基丙烯酸酯、0.5～5.5份催化剂、1.2～3.6份无机填料、1.5～5.5份添加剂和0.1～1份紫外线吸收剂。
优选地，所述脂肪族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯。
优选地，所述偶氮引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种。
优选地，所述多元醇为乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的组合物。
优选地，所述羟基丙烯酸酯为6-羟基己基丙烯酸酯、2,3-二羟基丙基丙烯酸酯、2-羟基丁基丙烯酸酯中的至少一种。
优选地，所述催化剂为异辛酸锌、二月桂酸二丁基锡、四丁基溴化铵中的至少一种。
优选地，所述无机填料为纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米二氧化铈、纳米二氧化钛中的至少一种。
优选地，所述添加剂为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性方法为：按重量份计，称取20～30份季鏻盐化合物加入到50份甲苯中，再加入过量的四氟硼酸钠进行阴离子交换反应，反应结束后除去其他反应物杂质，制得离子液体；按重量比1：1～3称取离子液体与羧基石墨烯共计20～50mg溶解在30～50ml的甲苯中，50℃超声振荡反应3～8h，除杂后得到改性石墨烯。离子液体改性后的石墨烯，兼具了离子液体和石墨烯的优异性能。离子液体与塑料中的有机和无机组份具有良好的相容性，提高了石墨烯的分散性能，防止其团聚，进一步增强了改性塑料的抗静电、耐热和阻燃等性能。
优选地，所述季鏻盐化合物为四(羟基甲基)溴化鏻、四(羟基甲基)鏻碘化物、三(羟基甲基)鏻氯化物中的至少一种。
本发明的另外一个方面是提供一种如上述的基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：按重量份计，称取50～80份聚苯乙烯、20～30份六氟双酚A二丙烯酸酯和1～10份偶氮引发剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在50～100℃，反应0.5～3.5h，分离除杂后，得到六氟双酚A二丙烯酸酯改性的聚苯乙烯聚合物；
S2：称取70～110份步骤S1改性后的聚苯乙烯聚合物，先加入20～40份羟基丙烯酸酯，进行溶胀0.5～2.5h，再加入5～10份脂肪族异氰酸酯，继续进行溶胀0.5～2.5h，得到溶解均匀的混合液；
S3：向步骤S2溶胀后的混合液中，加入40～60份多元醇、0.5～5.5份催化剂、1.2～3.6份无机填料、1.5～5.5份添加剂和0.1～1份紫外线吸收剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在30～70℃，反应3～8h，得到所述基于互穿网络结构的改性塑料。
本发明的有益效果：
本发明基于互穿网络结构的改性塑料及其制备方法，以聚苯乙烯为塑料主体成分，先通过六氟双酚A二丙烯酸酯的改性处理，然后先后在脂肪族异氰酸酯和羟基丙烯酸酯中进行溶胀，使得脂肪族异氰酸酯和羟基丙烯酸酯渗透入改性聚苯乙烯聚合物的网络结构中，再加入多元醇和催化剂后，脂肪族异氰酸酯和羟基丙烯酸酯与多元醇进行交联反应，形成具有互穿网络结构的改性塑料，同时加入无机填料、添加剂和紫外线吸收剂作为辅助助剂，使得改性塑料不仅兼具改性聚苯乙烯和橡胶的优点，而且提高了聚苯乙烯塑料的力学性能和加工性能，并进一步提高了改性塑料的抗静电、阻燃、耐老化和疏水等性能。
本发明基于互穿网络结构的改性塑料，可满足汽车工业、生活消费品、电子电器、建筑行业等重要领域长期严苛条件的使用要求。
本发明基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法，其生产成本低，灵活可控，可实现规模化生产。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的基于互穿网络结构的改性塑料，由以下重量份数的原料组成：50份聚苯乙烯、20份六氟双酚A二丙烯酸酯、1份偶氮二异丁脒盐酸盐、40份多元醇、5份六亚甲基二异氰酸酯、20份6-羟基己基丙烯酸酯、0.5份二月桂酸二丁基锡、1.2份纳米碳酸钙、1.5份添加剂和0.1份紫外线吸收剂。
所述多元醇为乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的组合物，所述乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的质量比为3：1。
所述添加剂为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性方法为：按重量份计，称取20份四(羟基甲基)溴化鏻加入到50份甲苯中，再加入过量的四氟硼酸钠进行阴离子交换反应，反应结束后除去其他反应物杂质，制得离子液体；按重量比1：1称取离子液体与羧基石墨烯共计20mg溶解在30ml的甲苯中，50℃超声振荡反应5h，除杂后得到改性石墨烯。
上述基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：按重量份计，称取50份聚苯乙烯、20份六氟双酚A二丙烯酸酯和1份偶氮二异丁脒盐酸盐，磁力搅拌混合均匀，维持温度在60℃，反应1h，分离除杂后，得到六氟双酚A二丙烯酸酯改性的聚苯乙烯聚合物；
S2：称取70份步骤S1改性后的聚苯乙烯聚合物，先加入20份6-羟基己基丙烯酸酯，进行溶胀1h，再加入5份六亚甲基二异氰酸酯，继续进行溶胀2h，得到溶解均匀的混合液；
S3：向步骤S2溶胀后的混合液中，加入40份多元醇、0.5份二月桂酸二丁基锡、1.2份纳米碳酸钙、1.5份添加剂和0.1份紫外线吸收剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在30℃，反应8h，得到所述基于互穿网络结构的改性塑料。
实施例2
本实施例的基于互穿网络结构的改性塑料，由以下重量份数的原料组成：65份聚苯乙烯、25份六氟双酚A二丙烯酸酯、5份偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、50份多元醇、7份六亚甲基二异氰酸酯、30份2,3-二羟基丙基丙烯酸酯、3.5份四丁基溴化铵、2.5份纳米二氧化铈、3份添加剂和0.4份紫外线吸收剂。
所述多元醇为乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的组合物，所述乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的质量比为5：1。
所述添加剂为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性方法为：按重量份计，称取25份四(羟基甲基)鏻碘化物加入到50份甲苯中，再加入过量的四氟硼酸钠进行阴离子交换反应，反应结束后除去其他反应物杂质，制得离子液体；按重量比1：2称取离子液体与羧基石墨烯共计30mg溶解在40ml的甲苯中，50℃超声振荡反应6h，除杂后得到改性石墨烯。
上述基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：按重量份计，称取65份聚苯乙烯、25份六氟双酚A二丙烯酸酯和5份偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，磁力搅拌混合均匀，维持温度在70℃，反应2h，分离除杂后，得到六氟双酚A二丙烯酸酯改性的聚苯乙烯聚合物；
S2：称取90份步骤S1改性后的聚苯乙烯聚合物，先加入30份2,3-二羟基丙基丙烯酸酯，进行溶胀1.5h，再加入7份六亚甲基二异氰酸酯，继续进行溶胀1.5h，得到溶解均匀的混合液；
S3：向步骤S2溶胀后的混合液中，加入50份多元醇、3.5份四丁基溴化铵、2.5份纳米二氧化铈、3份添加剂和0.4份紫外线吸收剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在50℃，反应6h，得到所述基于互穿网络结构的改性塑料。
实施例3
本实施例的基于互穿网络结构的改性塑料，由以下重量份数的原料组成：80份聚苯乙烯、30份六氟双酚A二丙烯酸酯、10份偶氮异丁氰基甲酰胺、60份多元醇、10份异佛尔酮二异氰酸酯、40份2-羟基丁基丙烯酸酯、5.5份二月桂酸二丁基锡、3.6份纳米二氧化钛、5.5份添加剂和1份紫外线吸收剂。
所述多元醇为乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的组合物，所述乙二醇和多羟基笼型倍半硅氧烷的质量比为7：1。
所述添加剂为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性方法为：按重量份计，称取30份三(羟基甲基)鏻氯化物加入到50份甲苯中，再加入过量的四氟硼酸钠进行阴离子交换反应，反应结束后除去其他反应物杂质，制得离子液体；按重量比1：3称取离子液体与羧基石墨烯共计50mg溶解在50ml的甲苯中，50℃超声振荡反应8h，除杂后得到改性石墨烯。
上述基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：按重量份计，称取80份聚苯乙烯、30份六氟双酚A二丙烯酸酯和10份偶氮引发剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在100℃，反应3.5h，分离除杂后，得到六氟双酚A二丙烯酸酯改性的聚苯乙烯聚合物；
S2：称取110份步骤S1改性后的聚苯乙烯聚合物，先加入40份2-羟基丁基丙烯酸酯，进行溶胀2.5h，再加入10份异佛尔酮二异氰酸酯，继续进行溶胀2.5h，得到溶解均匀的混合液；
S3：向步骤S2溶胀后的混合液中，加入60份多元醇、5.5份二月桂酸二丁基锡、3.6份纳米二氧化钛、5.5份添加剂和1份紫外线吸收剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在70℃，反应4h，得到所述基于互穿网络结构的改性塑料。
对比例1
本对比例的基于互穿网络结构的改性塑料，其原料组成及其制备方法与实施例3基本相同，其不同之处在于，本对比例的复合材料未添加有改性石墨烯添加剂。
对比例2
本对比例的基于互穿网络结构的改性塑料，其原料组成及其制备方法与实施例3基本相同，其不同之处在于，本对比例的复合材料未添加有多羟基笼型倍半硅氧烷。
对比例3
本对比例的基于互穿网络结构的改性塑料，其原料组成及其制备方法与实施例3基本相同，其不同之处在于，本对比例的复合材料未添加有六氟双酚A二丙烯酸酯。
对比例4
本对比例的基于互穿网络结构的改性塑料的制备方法，未经步骤S2溶胀处理，具体地，其制备方法包括以下步骤：
S1：按重量份计，称取80份聚苯乙烯、30份六氟双酚A二丙烯酸酯和10份偶氮引发剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在100℃，反应3.5h，分离除杂后，得到六氟双酚A二丙烯酸酯改性的聚苯乙烯聚合物；
S2：加入40份2-羟基丁基丙烯酸酯、10份异佛尔酮二异氰酸酯、60份多元醇、5.5份二月桂酸二丁基锡、3.6份纳米二氧化钛、5.5份添加剂和1份紫外线吸收剂，磁力搅拌混合均匀，维持温度在70℃，反应4h，得到所述基于互穿网络结构的改性塑料。
将实施例1～3和对比例1～4制备得到的基于互穿网络结构的改性塑料进行性能测试，其性能结果如表1所示：
其中：拉伸试验：使用拉伸机测试材料的力学性能(拉伸强度，断裂伸长率)。
缺口冲击强度：按ASTM规定进行测试。
耐热性测试，在150℃的加速老化箱中进行连续168h测试，通过拉伸强度变化率判断复合材料的耐热性。
抗静电性能测试，通过测试复合材料的体积电阻率进行。
极限氧指数测试：测试聚合物在氧和氮混合气体中，刚好能支撑聚合燃烧时氧的体积分数，被称做极限氧指数(％)。
燃烧实验：使材料在空气中燃烧，记录和观察材料的燃烧情况(是否有熔滴滴落，是否有烟，是否能自熄)。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。
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