[发明专利]一种改性聚苯乙烯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的高分子材料及其制备方法，尤其是涉及一种改性聚苯乙烯材料 及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯为无毒、无臭、无色的透明颗粒，是一种似玻璃状的脆性材料，是当今广 泛应用的大品种合成树脂之一。这种传统的聚苯乙烯的制品具有极高的透明度，透光率 可达90％以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好，价 格低廉等优点，但这种传统的聚苯乙烯存在许多不足之处，如性脆、冲击强度低、易出 现应力开裂，这些缺点大大限制了聚苯乙烯的应用范围。

目前，为解决传统的聚苯乙烯存在的不足之处，主要采用其与橡胶共混或与其他树 脂共聚的方法进行改善。这些方法虽然在一定程度上提高了聚苯乙烯的韧性和抗应力开 裂性能，但同时大大降低了刚性，并增加了成本。

随着纳米技术的兴起，采用无机纳米粉体对高分子聚合物材料进行改性已经成为业 界热议的话题之一，近来研究颇为活跃，我国也将其列为重点支持和发展的高新技术领 域。然而，由于纳米粉体具有巨大的表面能，导致其存在极强的“凝聚力”，同时无机 纳米粉体与不同种类的有机高分子聚合物材料的相容性也是个问题，要实现无机粉体在 高分子聚合物中的纳米级分散存在极高的难度，很难将无机粉体以纳米的水平分散到高 分子聚合物材料里。目前，相关的研究主要集中在以蒙脱土、二氧化钛等为改性剂，改 性高分子聚合物材料，但基本都处于实验室研究阶段，工艺复杂，不稳定，很难实现工 业化制造，而且大多只是亚微米级的分散，并没有实现真正的纳米级分散，导致获得的 改性高分子聚合物材料的性能也不尽理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高的冲击强度、较高的弯曲模量及较 好地抗蠕变性的改性聚苯乙烯材料，同时提供了一种能够真正使无机纳米材料在高分子 聚合物材料中实现纳米级分散，使纳米硫酸钡改性聚苯乙烯实现工业化，可制备出韧性 和刚性都有较大提高的改性聚苯乙烯材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种改性聚苯乙烯材料，它是由下 述质量百分比的组分混合制成的粒料，聚苯乙烯：85～99.8％，纳米硫酸钡：0.198～ 13.5％，其它助剂：0.002～1.5％。

各组分的质量百分比为：聚苯乙烯：90％，纳米硫酸钡：9.8％，其它助剂：0.2％。

所述的纳米硫酸钡的平均粒径为10～80nm。

所述的纳米硫酸钡的平均粒径为50nm。

所述的其它助剂为抗氧剂或流变剂或抗氧剂和流变剂的组合助剂等加工助剂。

一种上述的改性聚苯乙烯材料的制备方法，它包括以下步骤：

①制备纳米硫酸钡：取纯度达到99.8％以上且平均粒径为1～3μm的超细硫酸钡， 再利用超声波粉碎机将超细硫酸钡粉碎至粒径100nm以下，得到纳米硫酸钡；

②对纳米硫酸钡进行表面接枝：将步骤①制备得到的纳米硫酸钡直接引流到一个反 应釜中，同时将溶有表面接枝剂的正己烷溶剂以雾化的方式注入到同一个反应釜中，使 纳米硫酸钡和表面接枝剂在下述条件下保压反应7～15天，完成纳米硫酸钡的表面接枝， 压力：5～20MPa，超声波频率：70～120KHz，超声波功率密度：2～50W/cm²，反应 温度：80～110℃；

其中，表面接枝剂按质量百分比计为纳米硫酸钡的1～5％，表面接枝剂为低分子量 的聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯中的一种；

③去除残留的正己烷溶剂和表面接枝剂：将反应釜减压至常压，然后将反应釜中的 表面接枝后的纳米硫酸钡移至真空烘箱中，对表面接枝后的纳米硫酸钡进行持续烘干以 去除表面接枝后的纳米硫酸钡上残留的正己烷溶剂和反应后多余的表面接枝剂，持续烘 干的时间为7～9小时，持续烘干的温度为70～80℃；

④改性聚苯乙烯材料粒料的制造：将步骤③烘干后得到的纳米硫酸钡与聚苯乙烯及 其它助剂按下述质量百分比在高速混合机中混合4～7分钟，得到混合料：

聚苯乙烯            85～99.8％

纳米硫酸钡          0.198～13.5％

其它助剂            0.002～1.5％，

然后将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到改性聚苯乙烯材料。

所述的纳米硫酸钡的平均粒径为10～80nm。