一种苯乙烯合金材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及通用塑料技术领域，具体涉及一种苯乙烯合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

高抗冲聚苯乙烯(HIPS)树脂是聚苯乙烯(PS)树脂添加2％-15％的丁苯或顺丁橡胶颗粒生产的抗冲击性优良的聚苯乙烯产品。与PS树脂相比，HIPS树脂具有更高的韧性，同时保留了PS树脂易成型加工的特点，可进行注塑、挤塑、真空吸塑等成型方法，广泛应用于家用电器、器械、电动产品、家具、家庭用具、电信、电子、计算机、一次性用品、医药、包装等领域中。HIPS树脂具有跟ABS树脂相当的收缩率以及良好的尺寸稳定性，且具有相对较低的价格，在很多行业和领域有逐步代替ABS的趋势。但是，相比于ABS树脂，常见的HIPS树脂的刚性要比ABS树脂低很多。已有的研究表明，可以通过制备合金，同时通过添加增韧剂对合金进行增韧，达到跟ABS树脂相当的冲击强度，但是合金材料的刚性尤其是拉伸强度较ABS树脂有较大的差距，尤其是在一些快速成型的领域，由于刚性差导致产品出现变形，限制了其应用。

另外，研究发现，相比ABS树脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)树脂，HIPS树脂的表面自由能更高，表面能够容易地被水溶液润湿，因此在医药材料、低表面能材料、化妆品包装和水处理等领域限制了其应用。

因此，如何克服聚苯乙烯树脂材料存在的刚性低以及表面自由能偏高等性能上的不足，提供一种高刚性、低表面自由能的聚苯乙烯材料，是亟需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种苯乙烯合金材料及其制备方法和应用。本发明大大提高了苯乙烯合金材料的刚性以及疏水性能，在医疗、包装和水处理等行业具有重要的意义。

具体通过以下技术方案实现：

一种苯乙烯合金材料，按重量份计，包括以下组分：

进一步地，所述聚苯乙烯树脂选自通用级聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯或两者的混合物，所述聚苯乙烯树脂在测试温度为200℃、负荷5kg条件下的熔体流动速率为4-10g/10mi n，测试标准为GB/T 3682-2000。

进一步地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯，所述聚丙烯树脂在测试温度为230℃、负荷2.16kg条件下的熔体流动速率为5-10g/10mi n，测试标准为GB/T 3682-2000。由于PP树脂较PS具有更大的收缩率，选择此熔体流动速率范围内的聚丙烯，在相同PP含量的情况下，合金材料具有更加优良的机械性能以及更低的表面能，即更小的接触角。也就是在保证同等接触角的情况下，选择此熔体流动速率范围内的PP树脂，可以适当降低PP树脂的含量，降低合金材料的收缩率、提高尺寸稳定性。

进一步地，所述相容剂为苯乙烯接枝聚丙烯，其中，苯乙烯的接枝率优选为5-10％，在此接枝率范围内，合金材料具有更好的机械性能，如冲击强度和拉伸强度，同时由于聚丙烯能够在苯乙烯树脂基体中更好的分散性从而具有更低的表面自由能，也就是具有较低的接触角；

进一步地，所述增韧剂为聚烯烃弹性体，所述聚烯烃弹性体优选为丁苯橡胶、聚苯乙烯和乙烯-丁烯的线性三嵌共聚物(SEBS)，其中，丁苯橡胶为苯乙烯和丁二烯的共聚物。

进一步地，所述无机填充物为矿粉，所述矿粉为碳酸钙、滑石粉和硅灰石中的一种或多种。

进一步地，所述表面改性剂为疏水性有机硅，优选硅油和/或硅酮，可以为纯的有机硅，也可以是以二氧化硅或者树脂为载体的有机硅母粒，其中，有机硅母粒中有机硅的有效含量为40-50wt％。有机硅具有较低的表面能，可以有效改善材料疏水性，改善程度的大小是由有机硅在材料表面的均匀分散程度直接决定的。通过在PS树脂中添加PP以及合适的相容剂，可以有效改善有机硅在树脂表面的均匀性，显著提高疏水性能。

进一步地，所述助剂为抗氧剂和/或润滑剂。

所述抗氧剂为酚类化合物和亚磷酸酯类化合物中的一种或两者的混合物；所述润滑剂可为乙撑双脂肪酸酰胺(EBS)及其金属皂类化合物，可为硬脂酸锌和硬脂酸钙等硬脂酸类化合物。

本发明还提供上述苯乙烯合金材料的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照配比,称取各组分预混合后，得到预混物；

S2：将步骤S1的预混物投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到所述苯乙烯合金材料。

进一步地，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的长径比为(40-44)：1，双螺杆挤出机的温度从加料口到模头温度为170-200℃，压力为2-3MPa，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-400r/min。

本发明还提供上述苯乙烯合金材料在医药材料、低表面能材料、化妆品包装和水处理中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过添加合适的表面改性剂，来提高材料疏水性，在聚苯乙烯树脂中添加PP，添加部分PP可以起到提高疏水性的目的，与表面改性剂起协同降低表面自由能的作用。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

<实施例和对比例的制备>

本发明实施例和对比例所用的原材料均来源于市购，但不限于这些材料：

聚苯乙烯树脂1：通用级聚苯乙烯，熔体流动速率为8g/10min，牌号GPPS 123P，购自上海赛科；

聚苯乙烯树脂2：高冲击聚苯乙烯，熔体流动速率为4g/10min，牌号HIPS MA5210，购自江苏雅士德；

共聚聚丙烯1：熔体流动速率为9g/10min，牌号PP EP300M，购自中海壳牌；

共聚聚丙烯2：熔体流动速率为5g/10min，牌号M500R，购自上海石化；

共聚聚丙烯3：熔体流动速率为2.5g/10mi n，牌号K8003，购自上海石化；

共聚聚丙烯4：熔体流动速率为15g/10mi n，牌号YPJ-1215C，购自扬子石化；

相容剂1：接枝率为5.1％，实验室自制；

相容剂2：接枝率为9.6％，实验室自制；

相容剂3：接枝率为3.3％，实验室自制；

相容剂4：接枝率为10.5％，实验室自制；

相容剂的自制方法为：生产装置为双螺杆挤出机，将一定量的过氧化物引发剂、苯乙烯单体与PP树脂混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，挤出、造粒，双螺杆挤出机从加料口到模头的温度为180～210℃，双螺杆挤出机转速为200～400rpm，压力为2～3MPa，真空度低于0.1MPa；双螺杆挤出机的长径比为48：1～56：1。

若无特殊说明，本发明中接枝率均是通过对比接枝产物红外谱图中特征吸收峰吸光度的比值来定量测试的。

无机填充物：滑石粉，牌号TYY-777A，购自海城天源化工；

增韧剂1：牌号SEBS 6151，购自中国台湾台橡；

增韧剂2：牌号SBS YH-792E，购自岳阳石化；

表面改性剂1：硅酮粉，牌号RM4-7081，购自美国道康宁；

表面改性剂2：二甲基硅油，牌号PMX-200，购自美国道康宁；

表面改性剂3：气相二氧化硅，牌号AEROSI L R202，购自德固赛；

主抗氧剂：酚类抗氧剂，市售，平行实验使用的是同一市售产品；

辅抗氧剂：亚磷酸酯类抗氧剂，市售，平行实验使用的是同一市售产品。

本发明实施例和对比例的制备方法如下：

S1:按照表1、表3的配比,称取各组分预混合后，得到预混物；

S2：将步骤S1的预混物投入到双螺杆挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到苯乙烯合金材料。

双螺杆挤出机的螺杆长径比为40：1，双螺杆挤出机的温度从加料口到模头温度为170-200℃，压力为2-3MPa，双螺杆挤出机的螺杆转速为350r/mi n。

关于本说明书中“份”，除非特别说明，表示“重量份”。

<测试标准>

本发明各实施例和对比例的性能测试标准如下：

拉伸强度：GB/T1040.1-2018，《塑料拉伸性能试验方法》；

弯曲模量：GB/T9341-2008，《塑料弯曲性能试验方法》；

接触角测试方法：ASTM D5725-1999，《使用自动接触角测试仪测定覆盖材料表面湿润度和吸收性的标准试验方法》。

表1.实施例1-13配方

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表2.实施例1-13的性能测试结果

表3.对比例1-5配方

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表4.对比例1-5的性能测试结果

由实施例的数据可以看出，本发明提供的苯乙烯合金材料，相比于普通HIPS材料(对比例4)，具有更高的强度，基本可以达到ABS的水平；同时，通过在聚苯乙烯树脂中添加合适的PP树脂和表面改性剂，使制得的合金材料表现出更好的疏水性(水接触角＞90°)，且具有较低的成本，能够应用于医药材料、低表面能材料、化妆品包装、水处理等行业。

对比例1与实施例1相比，对比例1未添加表面改性剂，导致对比例1的疏水性下降。

对比例2与实施例1相比，树脂基体中未添加聚丙烯树脂，对比例2的疏水性相较于对比例1有所下降，并且对比例2的拉伸强度和弯曲模量也降低。

对比例3与实施例1相比，对比例3中表面改性剂为气相二氧化硅，其改善材料疏水性的效果也不佳。

对比例4与实施例1对比，对比例4的配方中仅有HIPS，材料的拉伸强度、弯曲模量和疏水性均不佳。

对比例5与对比例1相比，对比例5的配方中仅HIPS、增韧剂和滑石粉的组合，材料的拉伸强度、弯曲模量和疏水性也都很差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。