一種蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù) 合材料及其制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 聚苯乙烯（PS)是由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的一種熱塑性樹脂，通常 為無色透明固體，且無臭無毒，聚苯乙烯共聚物在物理性能和熱性能上比均聚物有所提高。 由于其價(jià)格低廉且易加工成型，因此在包裝容器消費(fèi)領(lǐng)域和電子/電器行業(yè)得以廣泛應(yīng) 用。聚苯乙烯有均聚物(透明粒料)、增韌接枝共聚物或與彈性體的共混體(抗沖擊聚苯乙烯 IPS)形式。這幾類聚苯乙烯有多種品級，如標(biāo)準(zhǔn)IPS和標(biāo)準(zhǔn)透明品級、抗環(huán)境應(yīng)力開裂品 級（ESCR)、耐紫外線級、阻燃級、耐磨級、制輕質(zhì)制件的高撓性品級、可發(fā)泡品級、超初級以 及低殘余揮發(fā)分品級等。聚苯乙烯樹脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽車部件、包裝 材料、玩具、建筑材料、電器和家庭用品等。但是聚苯乙烯（PS)的耐熱性差、熱變形溫度低 而導(dǎo)致其機(jī)械性能差；質(zhì)硬而脆而易受溶劑侵蝕而應(yīng)力開裂，表面硬度低易劃傷。為了提高 聚苯乙烯的相關(guān)性能，使其應(yīng)用范圍更廣，目前大都采用增強(qiáng)劑對其進(jìn)行改性，但仍存在聚 苯乙烯與增強(qiáng)劑之間相容性不足而導(dǎo)致增強(qiáng)劑本身發(fā)生聚合，而本技術(shù)通過插入蒙脫土層 間苯乙烯的聚合將蒙脫土片層進(jìn)行剝離、包覆，使得改性蒙脫土剝離成為二維納米狀態(tài)分 散于聚苯乙烯中，同時(shí)由于蒙脫土片層外層聚合包覆的聚苯乙烯大大改善了蒙脫土與聚苯 乙烯基體的相容性，徹底解決了粘土增強(qiáng)聚苯乙烯分散和相容問題。
[0004] 另外，苯乙烯類產(chǎn)品不僅應(yīng)用于包裝容器消費(fèi)領(lǐng)域，在我國更是大范圍拓展至電 子/電器行業(yè)。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快和消費(fèi)者需求增加，隨著電子電器領(lǐng)域產(chǎn)品的升 級換代，其對材料的性能和功能化有了更高要求，目前市場上的苯乙烯材料已不能滿足市 場需求，產(chǎn)品急需更節(jié)能環(huán)保、高延展性、氣體阻閣、阻燃、低氣味、絕緣等特點(diǎn)的苯乙烯類 產(chǎn)品。改性苯乙烯系列材料需求旺盛，市場潛力大。2010年需求量390萬~420萬噸，據(jù)預(yù) 測2015年將超過500萬噸，市場前景廣闊。本技術(shù)開發(fā)的復(fù)合材料能一舉突破國際苯乙烯 類材料高端市場，填補(bǔ)行業(yè)空白，定位明確，應(yīng)用廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有蒙脫土增強(qiáng)聚苯乙烯技術(shù)中蒙脫土易聚合，片層剝離度不夠以及和聚 苯乙烯的相容性等技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是提供一種蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯 復(fù)合材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明制得的蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料注塑的產(chǎn)品制件具有 較好的強(qiáng)度和耐熱性能，同時(shí)具有高阻隔性、超高的延展性、阻燃、低V0C、絕緣等特性，大大 拓寬了聚苯乙烯材料的適用領(lǐng)域和行業(yè)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料，由下列 原料按重量份組成： 聚苯乙烯 80-95份 苯乙烯 10-15份 改性蒙脫土 2-5份 催化劑 0. 5-1份 抗氧劑 0. 2-0. 4份 阻聚劑 0. 3-0. 5份 潤滑劑 0. 5-1份 其他助劑 0-3份； 進(jìn)一步方案，所述的聚苯乙烯為苯乙烯烴原位聚合而成的聚苯乙烯樹脂。
[0008]進(jìn)一步方案，所述的苯乙烯是由乙苯催化脫氫法或乙苯共氧化法制備的。
[0009]進(jìn)一步方案，所述的蒙脫土是經(jīng)烷基季銨鹽插層處理、層間距大于3nm的改性蒙 脫土。
[0010] 更進(jìn)一步方案：所述的烷基季銨鹽選自雙-苯基二甲基十八烷基溴化銨、甲基丙 烯酸二甲胺乙酯三甲基氯化銨、對（乙烯基苯）三甲基溴化銨、十六烷基二甲基烯丙基溴化 銨、（對乙烯苯甲基）十六烷基二甲基氯化銨中的至少一種。
[0011] 進(jìn)一步方案，所述的催化劑為過氧化二苯甲酰、偶氮二異丁腈中的至少一種。
[0012] 進(jìn)一步方案，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑、硫代酯類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧 劑中的至少一種。
[0013]更進(jìn)一步方案，所述受阻酚類抗氧劑為抗氧劑1010,硫代酯類抗氧劑為DLTP，亞 磷酸酯類抗氧劑為抗氧劑168。
[0014]進(jìn)一步方案，所述潤滑劑選自聚乙烯蠟、硬脂酸鹽、褐煤蠟、戊四醇硬脂酸酯中的 至少一種。
[0015]進(jìn)一步方案，所述阻聚劑為鄰苯三酚類阻聚劑、對苯二酚阻聚劑、叔丁基鄰苯二酚 類阻聚劑中的至少一種。
[0016]進(jìn)一步方案，所述其他助劑紫外光吸收劑、表面光亮劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑或著 色劑。
[0017]其中：紫外光吸收劑主要指苯并三唑類、水楊酸酯類、三嗪類和受阻胺類；表面光 亮劑主要指芥酸酰胺類、單硬脂酸甘油酯、油酸酰胺類；光穩(wěn)定劑主要指受阻胺光穩(wěn)定劑、 氧化鈦；抗靜電劑主要指十八烷基磺酸鹽、十六烷基季銨鹽類、乙氧基化烷基胺；著色劑主 要指碳黑、檸檬黃、靛藍(lán)、酞菁綠。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供上述蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材 料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備改性蒙脫土：將蒙脫土、烷基季銨鹽按重量比為1:1加入水中混合，經(jīng)超聲震 蕩并升溫到45-55°C攪拌反應(yīng)5-7h，抽濾、洗滌、烘干即得改性蒙脫土； (2) 按配比，將10-15份苯乙烯、2-5份改性蒙脫土、0. 5-1. 5份催化劑、 0. 3-0. 5份阻聚劑加入聚合反應(yīng)釜中攪拌均勻分散形成穩(wěn)定的膠體溶液； (3) 在常壓、60-80°C下，將步驟（1)中穩(wěn)定的膠體溶液中分散有蒙脫土的苯乙烯在氮 氣保護(hù)下進(jìn)行原位聚合，然后經(jīng)過濾、洗滌、烘干得聚苯乙烯-蒙脫土納米復(fù)合材料母粒； (4)將步驟（2)制備的聚苯乙烯-蒙脫土納米復(fù)合材料母粒和經(jīng)原位聚合的聚苯乙烯 80-95份、抗氧劑0. 2-0. 4份、潤滑劑0. 5-1份以及其他助劑0-3份投入平行雙螺桿擠出機(jī) 中進(jìn)行熔融、擠出、造粒制得蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的機(jī) 筒溫度為210-230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為400-550r/min，真空度為-0. 04-0. 08MPa。
[0019] 本發(fā)明具有如下有益效果： 1、本發(fā)明使用的改性蒙脫土是通過烷基季銨鹽于蒙脫土層間的陽離子交換進(jìn)入蒙脫 土的層間，擴(kuò)大蒙脫土的層間距；同時(shí)由于所選烷基季銨鹽與苯乙烯單體結(jié)構(gòu)上的相似性， 使得苯乙烯和蒙脫土層間的烷基季銨鹽親和性較好，從而使得苯乙烯單體易于進(jìn)入蒙脫土 層間；聚合后處于蒙脫土層間及周圍的苯乙烯單體進(jìn)行原位聚合反應(yīng)釋放熱量使蒙脫土剝 離并以納米尺寸分散在聚苯乙烯中，生成聚苯乙烯/蒙脫土復(fù)合功能母粒材料。
[0020] 2、本發(fā)明加入經(jīng)雙-苯基二甲基十八烷基溴化銨與蒙脫土層間陽離子交換制備 的有機(jī)化蒙脫土，其層間距可達(dá)3nm以上、二維尺度為納米級的片層結(jié)構(gòu)改性蒙脫土，很大 程度上改善復(fù)合材料界面相容性，材料強(qiáng)度提高明顯，且材料耐熱性能、耐刮性、尺寸穩(wěn)定 性大大提尚°
[0021] 3、提高耐熱性：由于蒙脫土的片層有很好的阻隔作用，使熱降解的自由基難于擴(kuò) 散而進(jìn)一步引發(fā)聚苯乙烯的降解；同時(shí)聚苯乙烯鏈在蒙脫土層中的運(yùn)動也會受到蒙脫土的 限制。因此加入該改性蒙脫土的復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性明顯提高，在熱降解和熱氧化降解過 程中，蒙脫土插層原位聚合聚苯乙烯（PS/TBD0-MM)納米復(fù)合材料顯示比純聚苯乙烯更優(yōu)良 的熱穩(wěn)定性。
[0022] 4、根據(jù)本行業(yè)的檢測標(biāo)準(zhǔn)蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料缺口沖擊 強(qiáng)度大于16KJ/m 2、拉伸強(qiáng)度大于30MPa，表明本材料的沖擊強(qiáng)度高，同時(shí)具有較高的力學(xué) 強(qiáng)度，材料的強(qiáng)度和韌性實(shí)現(xiàn)了良好平衡。
[0023]
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅是對 本發(fā)明進(jìn)行說明而非對其加以限定。
[0025] 下面實(shí)施例中所使用的聚苯乙烯是由苯乙烯單體經(jīng)原位聚合而成的； 苯乙烯是由乙苯催化脫氫法或乙苯共氧化法制備的。
[0026] 用于擠出造料的擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為210-230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為400-550r/min，真 空度為-〇? 04-0. 08MPa。
[0027] 實(shí)施例一： 本實(shí)施例中的蒙脫土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料是由下列原料按重量份組 成： 聚苯乙烯 88份 苯乙烯 1〇份 改性蒙脫土 4份 催化劑偶氮二異丁腈0.5份 抗氧劑1010 0.2份 抗氧劑168 0. 2份 對苯二酚類阻聚劑 〇. 5份 潤滑劑硬脂酸鋅 〇. 5份 具體制備方法包括以下步驟： (1) 制備改性蒙脫土：將蒙脫土、烷基季銨鹽按重量比為1 :1加入水中混合，經(jīng)超聲震 蕩并升溫到50°C攪拌反應(yīng)6h，抽濾、洗滌、烘干即得改性蒙脫土； (2) 按配比，將10份苯乙烯、4份改性蒙脫土、0.份催化劑、0. 5份阻聚劑加入聚合反應(yīng) 釜中攪拌均勻分散形成穩(wěn)定的膠體溶液； (3) 在常壓70°C下，將步驟（1)中穩(wěn)定的膠體溶液中分散有蒙脫土的苯乙烯在氮?dú)獗?護(hù)下進(jìn)行原位聚合，然后經(jīng)過濾、洗滌、烘干得聚苯乙烯-蒙脫土納米復(fù)合材料母粒； (4) 將步驟（2)制備的聚苯乙烯-蒙脫土納米復(fù)合材料母粒和經(jīng)原位聚合的聚苯乙烯 88份、抗氧劑0. 4份、潤滑劑0. 5份投入平行雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融、擠出、造粒制得蒙脫 土插層原位聚合增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料。