[发明专利]一种基于芳纶纳米纤维的聚苯乙烯增韧剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于芳纶纳米纤维的聚苯乙烯增韧剂及其制备方法。该增韧剂呈纳米球状，表面富含C＝C和苯环等含π电子的基团，与苯乙烯基体界面作用良好，在不降低聚苯乙烯材料强度的同时，可使其韧性大幅提高500％以上。本发明将具有高强度、高模量、高韧性的芳纶纤维引入到PS增韧应用领域，将对位芳纶纤维在DMSO(二甲基亚砜)体系中经KOH溶解后，制得对位芳纶纳米纤维(ANFs)，然后将其进行烯丙基化或苄基化处理，从而得到功能化ANFs纳米材料。该纳米材料对PS的增韧效果显著，且在增韧的同时，还可保持甚至提高PS的强度。

技术领域

本发明涉及一种基于芳纶纳米纤维的聚苯乙烯增韧剂及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯(PS)是世界上应用最广泛的五大通用塑料之一，由苯乙烯单体聚合而成。聚苯乙烯具有高刚性、良好的尺寸稳定性及易加工成型等优点而受到人们的日益关注。但是由于其硬而脆、耐冲击性能差以及较低的断裂伸长率(2％)，影响了其在高抗冲制品方面的应用。

对聚苯乙烯进行增韧改性的研究始于20世纪60年初美国的DOW化学公司对HIPS的研发。目前，PS增韧改性技术主要包括物理法和化学法两大类，物理改性技术包括填充改性、共混改性和增强增韧改性；化学改性技术包括共聚改性、接枝改性和交联改性。其中，聚合法和共混法是工业上常用方法，即将顺丁橡胶等橡胶等通过化学或物理的方法加入到聚苯乙烯体系中，以达到增韧的目的。但是这些方法的工艺条件较为苛刻，容易出现交联过度等现象，橡胶在聚苯乙烯基体中的形态难以有效控制，且有时为了达到韧性指标，往往橡胶添加量过大，反而降低了PS的刚性和强度。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于芳纶纳米纤维的聚苯乙烯增韧剂及其制备方法。该增韧剂呈纳米球状，表面富含C＝C和苯环等含π电子的基团，与苯乙烯基体界面作用良好，在不降低聚苯乙烯材料强度的同时，可使其韧性大幅提高500％以上。本发明将具有高强度、高模量、高韧性的芳纶纤维引入到PS增韧应用领域，将对位芳纶纤维在DMSO(二甲基亚砜)体系中经KOH溶解后，制得对位芳纶纳米纤维(ANFs)，然后将其进行烯丙基化或苄基化处理，从而得到功能化ANFs纳米材料。该纳米材料对PS的增韧效果显著，且在增韧的同时，还可保持甚至提高PS的强度。

具体技术方案如下：

本发明的目的之一是公开一种基于芳纶纳米纤维的聚苯乙烯增韧剂，其为苄基改性对位芳纶纳米纤维或烯丙基改性对位芳纶纳米纤维。

本发明的改性对位芳纶纳米纤维在透射电镜下呈纳米颗粒状。

本发明的另一个目的是公开一种如前述的基于芳纶纳米纤维的聚苯乙烯增韧剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将KOH加入二甲基亚砜中，50～80℃搅拌1～5h后加入对位芳纶纤维，继续30～50℃搅拌反应1～8天，制得ANFs溶液；

(2)向步骤(1)所得ANFs溶液中加入苄基溴或烯丙基溴，25～50℃下反应5～20h后得橙黄色透明溶液；

(3)将步骤(2)所得橙黄色溶液加入到去离子水中沉淀、过滤，并用去离子水和丙酮交替洗涤后，过滤、干燥，得到淡黄色粉末，即得聚苯乙烯增韧剂。

通过上述制备方法获得的聚苯乙烯增韧剂为苄基改性对位芳纶纳米纤维或烯丙基改性对位芳纶纳米纤维。

优选的，步骤(1)中KOH与二甲基亚砜的用量比为1g：(200～600)mL，KOH与对位芳纶纤维的质量比为1：0.5～1：2。

优选的，步骤(2)中的苄基溴与步骤(1)获得的ANFs溶液的体积比为1：125～1：200；烯丙基溴与步骤(1)获得的ANFs溶液的体积比为1：125～1：250。

优选的，所述的对位芳纶纤维为Kevlar-964C对位芳纶纤维。