间规聚苯乙烯/粘土纳米复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种间规聚苯乙烯／粘土纳米复合材料，主要解决粘土在间规聚苯乙烯基体中以纳米尺度均匀分散的技术问题以及以往间规聚苯乙烯／无机填料复合材料制备技术中存在的间规聚苯乙烯基体和无机填料界面之间相互作用弱，复合材料的综合性能差的问题。本发明专利技术通过先采用溶液插层方法将磺化间规聚苯乙烯嵌插入具有层状结构的粘土的夹层间制备出磺化间规聚苯乙烯／粘土纳米复合物，再将磺化间规聚苯乙烯／粘土纳米复合物和间规聚苯乙烯熔融共混复合的技术方案，较好地解决了该问题。得到的纳米复合材料具有高强度、高模量、高耐热性和冲击强度好的特点，可用于间规聚苯乙烯／粘土纳米复合材料的工业生产中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及间规聚苯乙烯/粘土纳米复合材料。
技术介绍
苯乙烯聚合物可分为无规聚苯乙烯，等规聚苯乙烯，间规聚苯乙烯。间规聚苯乙烯最早是在1985年由日本出光公司使用茂金属催化剂制得(EP210615)。自此以后，在间规聚苯乙烯的制备方面特别是催化剂的研制方面取得了很大的进展(CN1210109A，CN1210108A，CN1210112A)。间规聚苯乙烯是一种新型聚苯乙烯，它和通用聚苯乙烯不同，具有以下优点(1)熔点高，为270℃；(2)结晶度高，结晶温度可以控制在一个较宽的范围，适合常规的塑料加工成型方法；(3)耐热、耐化学性能优良。间规聚苯乙烯是一种新型的工程塑料，具有极好的发展前景，潜在市场非常广阔。间规聚苯乙烯的缺陷是脆性大，因而限制了它的应用范围。必须对其进行改性，以适应结构材料的应用。改进后的间规聚苯乙烯的特征性能是密度低、韧性好、电性能好，可和其它工程塑料竞争。几乎所有PET、PBT、PA、PPS等工程塑料应用的场合，都可以使用间规聚苯乙烯。在电器、电子方面，可以用于高频装置、卫星天线、电话、集成电路、印刷线路板、微波炉具等。在汽车部件方面，可以做保险杆、油箱、耐高温马达部件等。在包装材料方面，可以制耐热、耐油、耐蒸汽容器、食品包装膜等。另外，还可以制高光泽绝缘膜、磁记录体，照相机壳、纤维制品及工业膜等。目前，间规聚苯乙烯的改性研究主要集中在用玻璃纤维增强方面(EP508303，EP591823，US5200454，JP10017740)。改性的目的是为了进一步提高它的抗冲击性能和强度。但由于间规聚苯乙烯是一种非极性高聚物，所以极性玻璃纤维和间规聚苯乙烯的界面粘结差，因此，玻璃纤维表面需要先用偶联剂处理。也有报道(EP591823)在苯乙烯间规聚合时加入少量的α-甲基苯乙烯进行共聚，然后再将共聚物马来酸酐化，籍此增强玻璃纤维和间规聚苯乙烯之间的界面粘结。尽管如此，间规聚苯乙烯基体和玻璃纤维之间相互作用还是很弱，其界面往往成为力学性能最薄弱的环节。因此纯粹采用玻璃纤维填充的方法对间规聚苯乙烯综合性能的提高不是很明显，而且加工困难。此外，在苯乙烯间规聚合时加入少量的α-甲基苯乙烯进行共聚，将会使聚合工艺变得复杂，同时还会对聚合产物的立构规整性及性能产生不利影响，工业应用不合宜。如何实现增强物质在聚合物基体中达到纳米尺度分散和与基体间的化学结合是复合材料领域一直致力研究的课题。因为无机填料在聚合物基体中的分散达到纳米尺度以后，就有可能将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性和聚合物的韧性、加工性及介电性能完美结合起来，获得性能优异的纳米复合材料。纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于100纳米量级的复合材料。制备纳米材料是获得高性能复合材料的有效方法之一。目前常规共混复合方法制备的超细无机粉末填充聚合物复合材料远远没有达到纳米分散水平，只属于微观复合材料。原因在于填料粒子粒径很小时，表面能很大，容易发生团聚，影响它在聚合物基体中均匀分散，致使复合材料的力学性能变差。为了增加填充粒子与聚合物的界面结合力，提高纳米粒子的分散能力，最好采用层间插入方法制备纳米复合材料。层间插入法是纳米复合材料制备中的重要方法，其制备过程是将聚合物大分子链插入到具有层状结构的硅酸盐粘土的夹层间，形成二维有序纳米复合材料；此外，聚合物大分子链插层在某些情况下可促进粘土硅酸盐片层的剥离，在聚合物基体中形成纳米量级的有机—无机复合材料。与常规的聚合物—无机填料复合材料相比，有机—无机纳米复合材料由于聚合物和无机物之间界面面积非常大，且二者界面之间存在较强相互作用力，因此可充分发挥无机材料的优异力学性能和高耐热性。在粘土用量很少时就具有很强的增强效果，通常含有5％左右粘土的纳米复合材料与常规含有约30％玻纤或矿物增强复合材料的刚性、强度、耐热性相当。因而纳米复合材料具有质量轻、高强度、高模量、高耐热性及良好的尺寸稳定性和很好的气体阻透性；有些纳米复合材料还具有很高的自熄性、很低的热释放速率和较高的抑烟性，是理想的阻燃材料。此外，由于此类纳米复合材料熔体与聚合物具有相似的流变性能，因此对多种类型的成型加工有广泛的适应性。目前采用层间插入方法制备出的有机—无机纳米复合材料主要有环氧树脂/粘土纳米复合材料，尼龙6/粘土纳米复合材料，无规聚苯乙烯/粘土纳米复合材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯/蒙脱土纳米复合材料等。这类纳米复合材料可用于汽车零部件、电器、电子/通讯、运动/休闲、运输、机械以及日常用品等产业，用途非常广泛。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了解决粘土在间规聚苯乙烯基体中以纳米尺度均匀分散的技术问题，同时克服以往技术中存在间规聚苯乙烯和无机填料界面作用弱而导致复合材料综合性能不理想的问题，提供一种新的间规聚苯乙烯/粘土纳米复合材料。该复合材料具有高强度、高耐热性和冲击强度好的特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种间规聚苯乙烯/粘土纳米复合材料，以重量份数计包括以下组份a)间规聚苯乙烯1～99份；b)磺化间规聚苯乙烯/粘土纳米复合物1～50份；c)选自抗氧剂、阻燃剂、成核剂或冲击改性剂及其混和物的助剂0.1～50份；其中复合材料中粘土分散相粒径为5～90纳米。上述技术方案中，以重量份数计间规聚苯乙烯量的优选范围为75～85份，间规聚苯乙烯的分子量为20～70万，间规度为大于96％。以重量份数计磺化间规聚苯乙烯/粘土纳米复合物量的优选范围为5～30份，其中磺化间规聚苯乙烯的磺化度以摩尔百分比计为1～20％，磺化间规聚苯乙烯的分子量为20～70万，粘土选自层状结构的人工合成的硅酸盐化合物或天然硅酸盐粘土，包括蒙脱土、滑石、沸石、蛭石、海泡石、合成云母、锂蒙脱土、白泥、具有层状结构的磷酸盐类、石墨、金属氧化物或/和二硫化物。粘土优选方案为蒙脱土，蒙脱土的阳离子交换容量为40～140毫摩尔/100克。蒙脱土优选方案为有机蒙脱土，是蒙脱土经有机处理剂处理所得的产物，有机处理剂选自具有如下结构式的化合物CH3(CH2)nNR3X和/或HOOC(CH2)n-1NH2，其中R为H或CH3；X为Cl、Br或I；n＝4～60。有机处理剂优选方案为十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。以重量百分比计有机蒙脱土量以重量百分数计为复合材料用量的1～20％。抗氧剂选自抗氧剂1010、PEP36、Mark Ao-30或BHT；成核剂选自苯甲酸钠或叔丁基苯甲酸铝；冲击改性剂选自丁苯橡胶、苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物、氢化苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物、苯乙烯和异丙烯的嵌段共聚物、ABS或聚氨酯。复合材料中粘土分散相粒径优选范围为5～50纳米。本专利技术中所用的磺化间规聚苯乙烯/粘土纳米复合物中的磺化间规聚苯乙烯是指间规聚苯乙烯分子中的苯环上带有极性磺酸基团或磺酸盐基团的聚合物。磺酸基团或磺酸盐基团一般分布在苯环的对位，但不排除在间位和邻位的反应。磺化间规聚苯乙烯的磺化度一般控制在1～20摩尔％，由于磺酸基团的引入使磺化间规聚苯乙烯具有一定的亲水性，因此使用前需干燥处理。本专利技术使用的磺化间规聚苯乙烯可以是中和或未中和的，中和磺化间规聚苯乙烯所含的金属离子可以是钾、钠、锂、钡、镁、锰、锌、铜、钙、钴、铁、镍等离子。一般磺化间规聚苯乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间规聚苯乙烯／粘土纳米复合材料，以重量份数计包括以下组份： ａ）间规聚苯乙烯１～９９份； ｂ）磺化间规聚苯乙烯／粘土纳米复合物１～５０份； ｃ）选自抗氧剂、阻燃剂、成核剂或冲击改性剂及其混和物的助剂０．１～５０份； 其中复合材料中粘土分散相粒径为５～９０纳米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林尚安，黎华明，沈志刚，祝方明，周文乐，王进，卢文奎，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]