[发明专利]一种聚苯乙烯树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚苯乙烯树脂基复合材料及其制备方法，属于材料领域。该聚苯乙烯树脂基复合材料由聚苯乙烯树脂为基体，以硅烷偶联剂功能化改性的石墨烯片为填料，以弹性体POE‑g‑MAH为增韧剂，经熔融共混法制得。聚苯乙烯树脂基复合材料的弹性强度、拉伸强度及弹性模量较聚苯乙烯树脂显著提高。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及聚苯乙烯树脂与硅烷偶联剂功能化改性石墨烯、弹性体POE-g-MAH的熔融共混改性。

背景技术

聚苯乙烯(PS)具有透明性高、阻燃、易于加工成型和价格低廉等优良性能而获得了广泛的应用。但PS热变形温度较低、质硬面脆和冲击性能差限制了PS在某些领域的应用。为了拓宽PS的应用领域，提高PS的附加值，对其实施强韧化改性是目前PS的主要研究方向。

传统的PS增韧方法是用橡胶类弹性体作为增韧剂，虽然能改善PS的冲击性能，但同时会导致模量和玻璃化转变温度降低。而将PS与普通塑料或工程塑料共混，组份之间的相容性不佳导致对共混体系强度和韧性的提高不明显。

相比于其他共混技术，熔融共混具有技术简单、适宜于大规模工业化生产而成为PS共混改性的主要技术手段。在众多PS熔融共混的方法中，在PS中添加纳米填料，如纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、蒙脱土等，以及(膨胀)石墨、碳纳米管(CNT)、纤维等已经获得了大量的研究。但传统的共混过程中填料与PS的相容性较差、界面结合强度低，导致填料的分散均匀性差，需要提高添加量才能获得性能较好的复合材料。

当前，将石墨烯及其衍生物与PS复合可以充分发挥石墨烯优良的力学、热学、电学及其他功能特性，为制备高性能PS基复合材料提供了新的思路。但因石墨烯及其衍生物的纳米尺寸效应及高的比表面能导致其在PS基体中极易团聚，不仅不能充分发挥石墨烯的优异性能，还会降低基体树脂的性能。因此，探索改善石墨烯在PS基体中的分散，提高其与PS的界面结合具有重要的工程意义。

另一方面，尽管聚苯乙烯与石墨烯复合材料的导电性能、热性能和力学强度与纯聚苯乙烯相比有一定提高，但该聚苯乙烯复合材料的脆性也增大了，在聚苯乙烯与石墨烯复合材料在推广使用过程中存在明显的不足。

因此，制备同时具有高力学强度、良好柔韧性，分解温度和玻璃化转变温度较普通聚苯乙烯材料更高的新型聚苯乙烯基复合材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良力学性能和耐热性能的聚苯乙烯基复合材料。在改善复合材料性能的同时，拓宽其应用范围。

本发明将硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷简称APTES；将氧化石墨烯(GrapheneOxide)简称为其英文缩写GO；将马来酸酐接枝的聚氧化乙烯简称POE-g-MAH。

本发明提供了一种聚苯乙烯树脂基复合材料，所述复合材料由聚苯乙烯树脂、填料和弹性体组成，其中所述填料是硅烷偶联剂功能化改性氧化石墨烯，所述弹性体是POE-g-MAH；以重量百分比计，复合材料中聚苯乙烯树脂为68～94.75％，硅烷偶联剂功能化改性氧化石墨烯为0.25～2％，POE-g-MAH为5～30％。

进一步的，以重量百分比计，所述复合材料中聚苯乙烯树脂为84％～84.75％，硅烷偶联剂功能化改性氧化石墨烯为0.25～1％，POE-g-MAH为15％。优选重量百分比为，所述复合材料中聚苯乙烯树脂为84.25％，硅烷偶联剂功能化改性氧化石墨烯为0.75％，POE-g-MAH为15％。

所述的硅烷偶联剂功能化改性氧化石墨烯所指的硅烷偶联剂可为本领域常用的硅烷偶联剂，优选为APTES。

所述的复合材料中硅烷偶联剂功能化改性氧化石墨烯，所述氧化石墨烯可由石墨烯由氧化剂氧化后，经超声得到；其中氧化剂优选为强氧化剂，选自浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、浓硝酸、三价钴盐、过硫酸盐、过氧化物、重铬酸钾、氯酸盐中的一种或两种及以上的组合。