一种抗冲击改性聚苯乙烯及其制备方法
阅读说明：本技术 一种抗冲击改性聚苯乙烯及其制备方法 (Impact-resistant modified polystyrene and preparation method thereof ) 是由 赵书敏 于 2021-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种抗冲击改性聚苯乙烯及其制备方法；该抗冲击改性聚苯乙烯按重量份的组分组成：80～100质量份聚苯乙烯嵌段共聚物,5～10质量份微孔玻璃,5～20质量份增韧剂,1～3质量份复合抗氧剂,2～5质量份润滑剂；本发明通过在聚苯乙烯分子链上嵌段丁苯橡胶,改善聚苯乙烯的脆性,此外,还在聚苯乙烯分子链上嵌段聚硅烷偶联剂,克服聚硅烷偶联剂和聚合物相容性差的问题,在聚合物材料中加入微孔玻璃,得到聚苯乙烯具有优良的隔音性能。(The invention discloses an impact-resistant modified polystyrene and a preparation method thereof; the impact-resistant modified polystyrene comprises the following components in parts by weight: 80-100 parts by mass of a polystyrene block copolymer, 5-10 parts by mass of microporous glass, 5-20 parts by mass of a toughening agent, 1-3 parts by mass of a composite antioxidant and 2-5 parts by mass of a lubricant; the invention improves the brittleness of the polystyrene by blocking the styrene-butadiene rubber on the polystyrene molecular chain, overcomes the problem of poor compatibility of the polysilane coupling agent and the polymer by blocking the polysilane coupling agent on the polystyrene molecular chain, and obtains the polystyrene with excellent sound insulation performance by adding the microporous glass into the polymer material.)
技术领域
本发明属高分子材料领域，具体涉及一种抗冲击改性聚苯乙烯及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯具有无毒、无味、透明性好、尺寸稳定性高、耐腐蚀性、流动性、易加工成型等优点，被广泛用于注塑电话机、吸尘器、录像带外壳等高光泽部件；常温下聚苯乙烯可以溶解于四氢吠喃、二甲苯、三氯甲烷等有机溶剂，但不溶于乙醇、甲醇、异丙醇等溶剂；很多低温产品采用聚苯乙烯制成，而聚苯乙烯产品抗低温性能好，但其抗冲击性能差，在受外力变形时很容易开裂，从而影响其使用、储存、运输和搬运，提高了生产成本，降低了聚苯乙烯的使用寿命，基于此，本发明制备一种抗冲击改性聚苯乙烯。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种抗冲击改性聚苯乙烯及其制备方法，通过在聚苯乙烯分子链上嵌段丁苯橡胶，改善聚苯乙烯的脆性，此外，还在聚苯乙烯分子链上嵌段聚硅烷偶联剂，克服聚硅烷偶联剂和聚合物相容性差的问题，在聚合物材料中加入微孔玻璃，得到聚苯乙烯具有优良的隔音性能。
本发明的目的在于提供一种抗冲击改性聚苯乙烯。
本发明的另一目在于是提供上述抗冲击改性聚苯乙烯的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
抗冲击改性聚苯乙烯的制备方法如下：
按重量份的组分组成：80～100质量份聚苯乙烯嵌段共聚物，5～10质量份微孔玻璃，5～20质量份增韧剂，1～3质量份复合抗氧剂，2～5质量份润滑剂各物料在高速混合机中混合，升温至100-120℃，混炼8-12分钟；将混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20S后取出；将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，保压6-12min，去压发泡，冷却至常温。
所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
所述复合抗氧剂为抗氧剂1076和抗氧剂168的复合物。
所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺。
所述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25～50，m的取值为5～10，r的取值为50～100，p的取值为25～50。
上述聚苯乙烯嵌段共聚物的反应流程及制备方法如下：
上述聚苯乙烯嵌段共聚物的制备方法如下：
(1)将巯基丙酸加入溶有碱性水溶液中，然后逐滴加入二硫化碳，在室温下反应5h，加入苄基溴，80℃下反应8h，3-苄基三硫代丙酸。
其中，所述碱性水溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠。
其中，所述巯基丙酸与二硫化碳、苄基溴的摩尔比为1:1:1。
(2)先将3-苄基三硫代丙酸与SOCl2进行酰氯化反应，然后在N2保护下，将单末端羟基丁苯橡胶溶于无水甲苯，升温至75℃，单末端羟基丁苯橡胶完全溶解后，加入1ml吡啶，搅拌一段时间后，缓慢滴加溶于适量甲苯溶液的RAFT试剂3-苄基三硫代丙酰氯，80℃下搅拌2h，得到丁苯橡胶大分子链转移剂。
其中，所述单末端羟基丁苯橡胶与3-苄基三硫代丙酸、SOCl2的摩尔比1:5:20。
(3)以四氢呋喃THF为反应溶剂、偶氮二异丁腈为引发剂、苯乙烯为单体，丁苯橡胶大分子链转移剂为链转移剂，70～80℃油浴中反应0.5～2小时，得到聚苯乙烯嵌段丁苯橡胶。
其中，所述的苯乙烯在聚合体系中的浓度为1mol/L。
其中，所述的偶氮二异丁腈、丁苯橡胶大分子链转移剂、苯乙烯的摩尔比为1:9:1200。
(4)以四氢呋喃THF为反应溶剂、偶氮二异丁腈为引发剂、硅烷偶联剂为单体，聚苯乙烯嵌段丁苯橡胶为链转移剂，70～80℃油浴中反应0.5～2小时，得到聚苯乙烯嵌段共聚物。
其中，所述硅烷偶联剂的结构式如下：
其中，所述的硅烷偶联剂在聚合体系中的浓度为1mol/L。
其中，所述的偶氮二异丁腈、聚苯乙烯嵌段丁苯橡胶、硅烷偶联剂的摩尔比为1:9:1200。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明提供一种抗冲击改性聚苯乙烯，通过在聚苯乙烯分子链上嵌段丁苯橡胶，改善聚苯乙烯的脆性，此外，还在聚苯乙烯分子链上嵌段聚硅烷偶联剂，克服聚硅烷偶联剂和聚合物相容性差的问题，在聚合物材料中加入微孔玻璃，得到聚苯乙烯具有优良的隔音性能。
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
3-苄基三硫代丙酸的合成。
将巯基丙酸(5mmoL)滴入溶有KOH的碱性水溶液中，然后逐滴加入二硫化碳(5mmoL)，在室温下搅拌5h后，加入苄基溴(5mmoL)，80℃下反应8h，二氯甲烷萃取，旋蒸，过柱，得3-苄基三硫代丙酸，产率为76.4％。
实施例2
丁苯橡胶大分子链转移剂的合成。
准确称取3-苄基三硫代丙酸(5.0mmol)加入50mL支口圆底烧瓶中，装上回流冷凝管，将反应装置置于加热器上，加入20ml无水四氢呋喃，升温至70℃，用一次性注射器滴加SOCl2(20.0mmol)，滴加完毕，继续反应2h，反应结束后，产物冷却至室温，减压蒸馏除去SOCl2和THF，得到3-苄基三硫代丙酰氯。
准确称取单末端羟基丁苯橡胶(1.0mmol)加入到50ml Schlenk瓶中，将Schlenk瓶置于加热器上，抽充氮气3次后，N2保护下，用一次性注射器加入20ml无水甲苯，升高温度至70℃，待单末端羟基丁苯橡胶完全溶解后，滴加1ml吡啶，搅拌30min后，滴加上述溶于甲苯的3-苄基三硫代丙酰氯，升温至80℃继续反应2.5h，反应结束后，产物冷却至室温，滴加入甲醇中沉淀出来，然后再用甲苯溶解产物，溶解/沉淀循环两次后，过滤，并用甲醇不断的洗涤，真空45℃下烘干至恒重，得丁苯橡胶大分子链转移剂，产率为76.7％。
实施例3
聚苯乙烯嵌段丁苯橡胶的合成。
在50mL的支口烧瓶中，将引发剂AIBN(0.01mmol)，丁苯橡胶大分子转移剂(0.09mmol)，苯乙烯(12.0mmol)分别加入烧瓶中，用有机溶剂12mL二氧六环溶解，经过三次液氮冷冻-抽气-解冻循环，在75℃油浴中进行聚合反应，待聚合物溶解后，反应0.5h立即将Schlenk瓶取出放入液氮中冷却，经THF/乙醚不断溶解/沉淀循环两次，真空40℃下烘干至恒重，得聚苯乙烯嵌段丁苯橡胶，产率为69.5％。
实施例4
聚苯乙烯嵌段共聚物的合成。
在50mL的支口烧瓶中，将引发剂AIBN(0.01mmol)，聚苯乙烯嵌段丁苯橡胶(0.09mmol)，硅烷偶联剂(12.0mmol)分别加入烧瓶中，用有机溶剂12mL二氧六环溶解，经过三次液氮冷冻-抽气-解冻循环，在75℃油浴中进行聚合反应，待聚合物溶解后，反应0.5h立即将Schlenk瓶取出放入液氮中冷却，经THF/乙醚不断溶解/沉淀循环两次，真空40℃下烘干至恒重，得聚苯乙烯嵌段共聚物，产率为73.3％。
实施例5
按重量份的组分组成：100质量份聚苯乙烯嵌段共聚物，5质量份微孔玻璃，10质量份增韧剂，2质量份复合抗氧剂，3质量份润滑剂、3质量份其他助剂各物料在高速混合机中混合，升温至110℃，混炼10分钟；将混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为5MPa，18S后取出；将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温。
实施例6
按重量份的组分组成：90质量份聚苯乙烯嵌段共聚物，5质量份微孔玻璃，10质量份增韧剂，2质量份复合抗氧剂，3质量份润滑剂、3质量份其他助剂各物料在高速混合机中混合，升温至110℃，混炼10分钟；将混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为5MPa，18S后取出；将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温。
实施例7
按重量份的组分组成：80质量份聚苯乙烯嵌段共聚物，5质量份微孔玻璃，10质量份增韧剂，2质量份复合抗氧剂，3质量份润滑剂、3质量份其他助剂各物料在高速混合机中混合，升温至110℃，混炼10分钟；将混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为5MPa，18S后取出；将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温。
对比例1
按重量份的组分组成：100质量份聚苯乙烯，5质量份微孔玻璃，10质量份增韧剂，2质量份复合抗氧剂，3质量份润滑剂、3质量份其他助剂各物料在高速混合机中混合，升温至110℃，混炼10分钟；将混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为5MPa，18S后取出；将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温。
采用简支梁摆锤冲击强度试验机测定样块(试样尺寸为80mm×20m20mm)的冲击强度；依据GB/T50121中构件计权隔声量评价方法，检测试样的隔声性能。
表1为抗冲击改性聚苯乙烯的抗冲击性能和隔音性能。
样品
冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>)
计权隔音量(dB)
实施例5
0.879
70
实施例6
0.792
65
实施例7
0.705
63
对比例1
0.568
42
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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