[发明专利]一种降低聚苯乙烯熔体黏度的方法

说明书

一种降低聚苯乙烯熔体黏度的方法，属于化工与材料技术领域。首先通过静电相互作用，将含有三硫酯基团的阳离子链转移试剂修饰在多金属氧簇表面，得到多金属氧簇复合物；进而，通过可逆加成‑断裂链转移聚合反应，将聚苯乙烯接枝到上述复合物的外围，得到以多金属氧簇为核、以聚合物为臂的星型聚合物；最后，以星型聚合物作为纳米填料，通过溶液共混法将其复合到聚苯乙烯基体中，实现熔体黏度的降低。本方法的原理是通过多金属氧簇表面聚合物链与聚苯乙烯基体的相容性，将星型聚合物引入聚苯乙烯缠结网络，促使聚苯乙烯链在剪切条件下发生解缠结，从而降低聚苯乙烯熔体黏度。该方法可以有效降低聚苯乙烯熔体在剪切速率从零切至10⁵rad·S^‑1条件下的黏度。

技术领域

本发明属于化工与材料技术领域，具体涉及一种以多金属氧簇为核的星型聚合物作为纳米填料来促使聚苯乙烯链发生解缠结并降低其熔体黏度的方法。

背景技术

聚合物材料包括塑料、橡胶、纤维、涂料等，已经成为国民经济建设与人民日常生活中必不可少的重要材料。聚合物材料需要通过加工成型才能获得所需的形状、结构与性能，成为有实用价值的产品。通常的成型方法有挤出、注塑、压延等，而实现这些过程是通过聚合物熔体的流动完成的。因此，聚合物熔体黏度对设计其加工条件至关重要，黏度降低有助于聚合物熔体在模具腔中的流动和填充。

聚苯乙烯是一种热塑性聚合物，由于其价格低廉且具有优良的绝热、绝缘和透明的性质，得以广泛应用。针对降低聚苯乙烯的熔体黏度并改善其加工性能，研究者进行了不同的尝试。工业界常用的方法是采用小分子软化增塑剂来减少聚苯乙烯链间相互作用，从而提高其熔体流动性。近年来，研究者发现将尺寸小于聚合物基体均方回转半径的纳米填料(也称为超小纳米填料)，通过适当的方法复合到聚合物基体后，能够起到降低基体熔体黏度的效果。其机理主要是由于这些超小纳米填料能够进入聚合物链的缠结网络中，并促使聚合物链在外部剪切加工条件下发生解缠结，从而导致聚合物熔体黏度下降。在此基础上，研究者发展了不同类型的纳米填料来降低聚苯乙烯的熔体黏度，包括交联的聚苯乙烯小球(A.Tuteja,M.E.Mackay,Macromolecules.2005,38,8000)、油酸修饰的Fe₃O₄纳米粒子(A.Tuteja,P.M.Duxbury,M.E.Mackay,Macromolecules.2007,40,9427)等。研究发现，通过超小纳米填料复合改性有望成为一种有前景的降低聚合物熔体黏度的新方法。然而，目前该领域的研究还处于初始阶段，急需发展有自主知识产权的超小纳米填料体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种以多金属氧簇为核的星型聚合物作为纳米填料来降低聚苯乙烯熔体黏度的方法。该方法能够有效降低聚苯乙烯熔体的零切黏度，可作为改善聚苯乙烯加工条件提供新途径。

在本发明中，我们提出采用一种以多金属氧簇为核的星型聚合物作为超小纳米填料，通过溶液共混的方法将其复合到聚苯乙烯基体中，从而实现降低聚苯乙烯熔体黏度的方法。多金属氧簇是由前过渡金属原子通过氧原子配位连接而成的单分子无机簇合物，其孔径可以从0.5nm到5nm范围内变化，具有丰富的化学组分和形态多样的骨架结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：首先，通过静电相互作用，将含有三硫酯基团的阳离子链转移试剂修饰在多金属氧簇表面，得到多金属氧簇复合物；进而，通过可逆加成-断裂链转移聚合反应，将聚苯乙烯接枝到上述复合物的外围，得到以多金属氧簇为核、以聚合物为臂的星型聚合物；最后，以星型聚合物作为纳米填料，通过溶液共混法将其复合到聚苯乙烯基体中，实现熔体黏度的降低。本方法的原理是通过多金属氧簇表面聚合物链与聚苯乙烯基体的相容性，将星型聚合物引入聚苯乙烯缠结网络，促使聚苯乙烯链在剪切条件下发生解缠结，从而降低聚苯乙烯熔体黏度。该方法可以有效降低聚苯乙烯熔体在剪切速率从零切至10⁵rad·S^-1条件下的黏度，有望应用于聚苯乙烯加工领域。