本发明专利技术采用熔融插层法来制备超韧高刚度聚苯乙烯层状硅酸盐纳米复合材料，设备简便、工艺简单、生产效率高且对环境无污染。本发明专利技术采用了共插层有机化硅酸盐层状材料，对高分子基体有显著的增刚增强效果；除此之外，还能将增韧相的尺寸进一步细化并且稳定，进而得到更好的增韧效果。本发明专利技术中采用的增韧方法为协同增韧体系，苯乙烯系热塑性弹性体为主增韧剂，聚烯烃弹性体及其接枝物为协同增韧剂，此增韧体系具有增韧效率高，对体系其他性能影响小等特点。最终获得的纳米复合材料除具有较高的韧性外，还具有相对较高的刚度及强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到。
技术介绍
聚苯乙烯(PS)树脂是五大通用塑料之一，聚苯乙烯具有刚度好、表面硬度高、表面光洁度高等特点，但由于韧性较差等缺点，限制了它的使用。聚苯乙烯的弯曲模量通常在2800 MPa以上，但缺口冲击强度只有1-3 KJ/m2 之间。与同为苯乙烯系列树脂的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、丙烯晴一丁二烯 --苯乙烯共聚物(ABS)等相比，HIPS的弯曲模量约2400 MPa，冲击强度通 常在5-10 KJ/rr^之间；通用级ABS的弯曲模量通常大于2600MPa，缺口冲击 强度大于10KJ/m2，由于这一缺陷，使得聚苯乙烯树脂的应用范围远比它的 同系物(HIPS、 ABS等)窄。但聚苯乙烯树脂几乎是所有热塑性树脂中价格 最低廉的，如能对其进行低成本增韧，则可以将其使用范围扩大，替代价格 高于它的材料，从而达到降低成本的目的。作为无定形脆性聚合物，聚苯乙烯的增韧通常采用加入橡胶，如苯乙 烯系热塑性弹性体等。以上方法可以在一定程度上提高它的断裂延伸率及冲 击强度，但这是以刚度及强度的损失为代价的。以目前的增韧技术而言，如 要达到较高的韧性，将不可避免地带来刚度、强度以及耐热性等性能的大幅 下降。因此显著提高聚苯乙烯的韧性(断裂延伸率〉20%，缺口冲击强度〉 10KJ/m2)，并且在相当程度上保持原有刚度(弯曲模量〉2600MPa)及强度(拉 伸强度〉30MPa，弯曲强度〉60MPa)是使其能够替代高价格材料，如ABS等的关 键。近年来日益成熟的纳米技术提供了实现上述要求的可能性。近十余年 来，聚合物纳米复合材料成为高分子界的一个持续热点。聚合物纳米复合材 料是将无机纳米填料经特殊的方法处理后，将其分散在聚合物基体中，使聚 合物分子链与无机填料在纳米尺度-即分子尺度上复合，极大提升聚合物材料的性能。以聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合材料为例，众所周知，层状硅酸盐-例 如钠基蒙脱土或钙基蒙脱土等蒙脱土矿物，可以被有机阳离子铵盐在水等分 散介质中插层，将有机小分子引入纳米尺度的硅酸盐片层之间，从而增加了 片层间距并且使原本亲水的硅酸盐片层有机化，对有机物或高分子聚合物有 好的相容性。在热或/和剪切力的作用下，当有机高分子插入硅酸盐片层之 间，进一歩增加层间距，使原本以30-200个硅酸盐片层组成的硅酸盐颗粒解离，即硅酸盐以单个片层或数个片层分散在聚合物基体中。在这种情况下， 聚合物分子链与硅酸盐片层在纳米尺度-即分子尺度上复合，这将极大提升聚合物材料的性能。在中国专利技术专利CN1192060C中，添加5%的功能性共插 层有机化蒙脱土，相比于纯聚酰胺6，纳米复合材料的拉伸强度从56 MPa 提高道99 MPa,弯曲模量从2200 MPa提高到4200 MPa，热变性温度从63°C 提高到163°C，而冲击强度也基本维持在原有水平。科研人员对其他种类的 高分子材料和不同体系的无机纳米填料进行了大量的研究工作，研究表明 选用适当的高分子基础材料和无机纳米填料体系，在填料用量很少的情况 下，最终产物的性能会大幅提升，尤其体现在刚度、强度及耐热性等方面。除了增强增刚效果外，近年来研究者还发现，纳米填料对于多相聚合 物体系中分散相的相态有细化和稳定化的效果。傅强等 (Polymer, vol. 47, 6-11， 2006)在研究PPS/PA66/蒙脱土时发现，分散相的 尺寸随蒙脱土加入量的增加明显縮小；而且各相态的尺寸并不随以后的加工 发生明显变化。通常情况下，对于PPS与PA66这一对不相容的高分子而言， 虽然在机械或其它外力作用下，分散相会暂时在基体相中形成较小的尺寸， 但当外力撤除后，分散相会倾向于再团聚，尤其在有加热条件下，分散相的 尺寸会明显变大。其他研究者在不同的体系中也发现了类似现象，JaeHueung Lee (Macromolecular Chemistry & Physics, vo1206, 878-884， 2005)等人 在研究PA6/LLDPE/蒙脱土体系时发现，当蒙脱土加入量为5%时，作为分散 相的LLDPE在PA6中的相畴尺寸从5u m下降到不足1 u m，并且在随后的热处 理过程中，相畴尺寸未发生明显变化。本专利技术提供了。本 方法充分利用了层状硅酸盐材料的增刚增强作用以及细化并且稳定增韧相尺寸的特性，同时采用了苯乙烯热塑性弹性体、聚烯烃弹性体及其接枝物这 一协同增韧体系。在利用少量纳米填料对聚苯乙烯基体增刚增强的同时，细 化增韧相的尺寸，对其进行进一步增韧。最终获得的纳米复合材料除具有较 高的韧性外，还具有相对较高的刚度及强度，达到部分替代高价位材料的目 的。本方法采用了熔融插层法，具有设备简便、工艺简单、生产效率高、对 环境无污染等优点。
技术实现思路
熔融插层法是将高分子材料及层状硅酸盐材料共同在挤出机或类似能 提供剪切力及将高分子材料加热至熔点以上的设备上，在热和剪切力的共同 作用下，使高分子材料的分子链插入到层状硅酸盐材料片层间，形成纳米尺 度上的复合，得到高分子聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。其中无机硅酸 盐组份提供显著的增刚增强效果，而有机高分子保证了良好的可加工性。本 专利技术采用熔融插层法来制备超韧高刚度聚苯乙烯层状硅酸盐纳米复合材料， 充分利用了熔融法设备简便、工艺简单、生产效率高、对环境无污染等优点。 本专利技术采用了更加有效的共插层有机化硅酸盐层状材料，此材料是在无机硅 酸盐层状材料的基础上进行改性，利用有机季铵盐及环氧化合物进行共插层 处理，使层状硅酸盐材料有机化，增强与有机高分子的相容性使高聚物分子 链易于进入片层间，对高分子基体有显著的增刚增强效果；除此之外，还能 将增韧相的尺寸进一步细化并且稳定，进而得到更好的增韧效果。本专利技术中 采用的增韧方法为协同增韧体系，苯乙烯系热塑性弹性体为主增韧剂，聚烯 烃弹性体及其接枝物为协同增韧剂，此增韧体系具有增韧效率高，对体系其 他性能影响小等特点。最终获得的纳米复合材料除具有较高的韧性外，还具 有相对较高的刚度及强度，达到部分替代高价位材料的目的。对本专利技术所涉及的方法及材料的详细说明本专利技术涉及到共插层有机化层状硅酸盐材料、协同增韧体系及相应的 聚苯乙烯纳米复合材料的制备。本专利技术涉及到的共插层有机化层状硅酸盐材料是通过对无机层状硅酸 盐材料进行有机阳离子铵盐及环氧化合物共插层处理而得到。本专利技术涉及到的无机层状硅酸盐材料是指具有片层状晶体结构的材料，单个片层厚度在 0. 5纳米至2纳米之间，片层长度及宽度在IO纳米至1000纳米之间，片层 与片层依靠分子间作用力或静电力堆积起来。此类材料包括钠基蒙脱土 (sodium montmorillonite)、 钙基蒙脱土 (calcium montmorillonite)、 镁 基蒙脱土 (magnesium montmorillonite)等蒙脱土类(smectite)、 绿脱石 (廳tronite)、贝得石(beidelite)、富铬绿脱石(volkonskoite)、锂帛石 (hectorite)、皇石(saponite)、锌皇石(sauconite)、斯皂石(stevensite)、 斑脱石(bentonite)、伊利石(illite)、高岭土 (kaolin)、 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超韧高刚度聚苯乙烯纳米复合材料，其特征在于所述的纳米复合材料的原料组分和含量如下：（重量份） （Ａ）聚苯乙烯 １００ （Ｂ）共插层有机化层状硅酸盐材料 ０．１－１０ （Ｃ）苯乙烯系热塑性弹性体 １－３０ （ Ｄ）聚烯烃弹性体及其接枝物 １－３０ 其中所述的共插层有机化层状硅酸盐材料，即组分（Ｂ），是通过对无机层状硅酸盐材料进行有机阳离子铵盐及环氧化合物共插层有机化处理而得到。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓辉，范家起，吴勇，熊萌，
申请(专利权)人：十堰飞纳科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]
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