一种水发泡聚苯乙烯的制备方法技术

一种水发泡聚苯乙烯的制备方法，更具体地，涉及一种用水作为物理发泡剂取代有机戊烷发泡剂制备水发泡聚苯乙烯的新方法。传统的可发性聚苯乙烯采用戊烷作为发泡剂，戊烷的沸点比较低，容易在聚苯乙烯泡沫材料加工以及使用过程中释放到大气中，对我们人类赖以生存的环境造成污染，而本发明专利技术以水作为物理发泡剂，采用自由基原位共聚与自由基悬浮聚合相结合的方法来制备水发性聚苯乙烯。该方法绿色无污染，实验过程简单，发泡效果理想，有很好的应用前景,?适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种水发泡聚苯こ烯的制备方法。更具体地，涉及ー种用水作为物理发泡剂取代有机戊烷发泡剂制备水发泡聚苯こ烯的新方法。
技术介绍
中国的发泡聚苯こ烯的消费主要集中在包装和建筑领域，分别占50%和45%，其它占5%，而发达国家的发泡聚苯こ烯的消费在建筑行业占比高达70%，因此，发泡聚苯こ烯在中国具有十分广阔的市场前景。中国发泡聚苯こ烯产业在全球市场占据着越来越重要的地位。2008年全球发泡聚 苯こ烯总产能为691万吨，中国为310万吨，产能占世界总产能的45%，截至2010年底我国发泡聚苯こ烯总产能超更是惊人的超过了 450万吨。毫无疑问，中国已成为世界发泡聚苯こ烯行业最大的生产基地。传统型的发泡聚苯こ烯是以戊烷为发泡剂，采用这种有机发泡剂的主要缺点是在聚合物材料的加工及使用过程中，低沸点的戊烷非常容易挥发到大气中，从而对我们人类赖以生存的环境造成污染。因此，近年来，许多学者提出用水作物理发泡剂来取代戊烷的设想，并且作了ー些探索。制备对环境友好的水发泡聚苯こ烯主要有两种途径，一是通过直接将水相引入油相形成水/油/水型(W/0/W)的结构，ニ是通过在聚合过程中加入吸水材料，将水通过吸水材料的吸水作用弓I入聚苯こ烯颗粒内部。L. Nelissen等人对制备水发泡聚苯こ烯的实验方案和エ艺进行了深入的研究，他们采用两种方法成功制备了水发泡的聚苯こ烯颗粒。ー种是直接在苯こ烯单体中加入乳化水进行本体预聚合，当转换率达到50%左右时，此时体系已经有一定的粘度，乳化水分散在了苯こ烯相中，此时加入水相进行悬浮聚合制备出水发泡聚苯こ烯颗粒；另ー种是先合成一种两亲性的聚苯こ烯-苯こ烯磺酸钠高分子表面活性剤，聚合时，表面活性剂的聚苯こ烯段伸入到苯こ烯単体相中，聚苯こ烯磺酸钠段伸入到水相中，通过磺酸基团的亲水作用将水分散到聚苯こ烯颗粒内部来制备水发泡聚苯こ烯。Hugo Berghmans等人将淀粉,马来酸酐,苯こ烯进行共聚,主链上为马来酸酐和苯こ烯，淀粉通过两种途径接枝到主链上，一是通过淀粉中羟基与酸酐键的氢键作用；ニ是通过羟基与酸酐键的酯化反应接枝到主链上，同时主链上还多了ー个羧基。通过这两种途径使得苯こ烯主链上含有了羟基和羧基两种吸水基团，在聚合过程中就可以把水分散到聚苯こ烯颗粒内部。L. James Lee等人通过一系列研究,成功制备出了水发泡的聚苯こ烯-粘土纳米复合材料。天然粘土因其具有亲水性而均匀的分数在水相中，通过反相乳液的方法，粘土可以进一歩被引入到苯こ烯単体相中形成油包水(W/0)的反相乳液。最后，通过悬浮聚合，就制备出了包含着水/粘土的聚苯こ烯颗粒。Jintao Yang等人制备了ー种水发泡的聚苯こ烯-活性炭复合材料,首先，把吸附了水的活性炭加入苯こ烯単体相制备油包水(W/0)的反相乳液，然后通过悬浮聚合制备出了包含着活性炭/水的聚苯こ烯颗粒。总结以上制备水发泡聚苯こ烯的方法，主要存在以下需要改进的地方，直接加入乳化水的方法不利于水的分散，聚合过程相分离现象比较严重，容易造成发泡剂水在聚合物基体中的分散不够均匀。苯こ烯与纳米粘土或者活性炭共混的方法也存在相分离的问题，原因是纳米粘土和活性炭都是无机相，而苯こ烯是有机相，两者相分离严重，也容易造成水的分散不均匀。综述所述，设计ー种有利于水在聚苯こ烯基体中分散的制备方法是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种制备水发泡聚苯こ烯颗粒的新方法，具体地讲，主要是通过纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球与苯こ烯自由基原位共聚以及自由基悬浮聚合相结合的方法来制备的水发泡聚苯こ烯颗粒。具体步骤如下 (I)采用反相乳液聚合法制备纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球。在冰浴条件下，用NaOH溶液中和丙烯酸，控制中和度在60-75%，然后加入相对丙烯酸质量3%的水溶性氧化还原引发剂过硫酸钾，加入相对丙烯酸质量500%的环己烷作为连续相，加入相对环己烷质量8%的乳化剂司盘-80，相对丙烯酸质量0. 015%的交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应温度为75°C，搅拌速率600-800rpm，N2条件保护下聚合4_6小时，然后通过共沸除去水及连续相环己烷，真空干燥后得到淡黄色的产物即为聚丙烯酸吸水树脂微球。(2)采用自由基原位共聚以及自由基悬浮聚合相结合的方法制备水发泡聚苯こ烯。首先，在苯こ烯单体中溶解(I)中得到的相对苯こ烯质量0. I %_ I %的纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球，将混合溶液置于反应釜中，向其中加入相对苯こ烯质量0. 3%-1%的自由基原位共聚阶段引发剂过氧化苯甲酰，设置温度95°C，搅拌速率800rpm，自由基原位共聚0. 5-2小时，然后向其中滴加相对苯こ烯单体质量10%的去离子水，搅拌0. 5小时后，搅拌速率调至350rpm，加入自由基悬浮聚合阶段引发剂过氧化苯甲酰量0. 3%_3%，相对苯こ烯单体的质量分数，加入溶有0. 12%悬浮稳定剂羟こ基纤维素和0. 3%磷酸三钙的混合水溶液作为连续相进行自由基悬浮聚合，聚合8小吋。聚合结束后，过滤洗涤产物即得水发泡聚苯こ烯。在该专利技术中，分别加入了相对苯こ烯单体质量0. 1%,0. 3%,0. 5%,0. 7%，1%的纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球来制备水发泡聚苯こ烯颗粒，实验结果表明，随着纳米吸水树脂含量的増加，聚苯こ烯颗粒的吸水量在逐渐增加，这说明吸水微球在起作用，然而聚苯こ烯颗粒在有效粒径范围内的产率却呈现逐渐减小的趋势，这主要是因为随着吸水微球量的增カロ，吸水膨胀作用越来越明显，导致悬浮聚合时的水/油/水(W/0/W)体系的不稳定性増加，容易导致部分颗粒破碎。综合这两方面因素，同时考虑发泡效果，我们优先选择纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球加入量0. 3%。本专利技术改变了自由基原位共聚阶段的引发剂用量，分别是0. 3%，0. 67%, 1% (相对苯こ烯单体的质量分数)，根据实验结果，选择该阶段引发剂用量0. 67%。本专利技术改变了自由基原位共聚的时间，分别是0. 5h, lh, I. 5h, 2h,根据实验结果，选择该阶段聚合时间为lh。该方法緑色无污染，实验过程简单，发泡效果理想，有很好的应用前景，适合エ业化生产。附图说明图I是水发泡聚苯こ烯的制备过程示意图。图2是纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球在苯こ烯单体中的分散效果示意图。图3是不同纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球(PAAS)添加量的水发泡聚苯こ烯发泡前的微观相结构扫描电镜图，其中a, b, c, d的添加量分别为0,0. 1%，0. 3%，1%。图4是不同纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球(PAAS)添加量的水发泡聚苯こ烯发泡后的微观相结构扫描电镜图，其中a, b, c, d的添加量分别为0,0. 1%，0. 3%，0. 5%。图5是不同纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球(PAAS)添加量的水发泡聚苯こ烯的差不扫描量热分析第一遍扫描的曲线，添加量分别为0,0. 1%,0. 3%,0. 5%。 图6是不同纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球(PAAS)添加量的水发泡聚苯こ烯的差不扫描量热分析第二遍扫描的曲线，添加量分别为0,0. 1%,0. 3%,0. 5%。图7是不同纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球(PAAS)添加量的水发泡聚苯こ烯的热失重分析曲线，添加量分别为0,0. 1%,0. 3%,0. 5%。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）采用反相乳液聚合法制备纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球：在冰浴条件下，用NaOH溶液中和丙烯酸,控制中和度在60？75%,然后加入相对丙烯酸质量3%的水溶性氧化还原引发剂过硫酸钾，加入相对丙烯酸质量500%的环己烷作为连续相，加入相对环己烷质量8%的乳化剂司盘？80，相对丙烯酸质量0.015%的交联剂N,N？亚甲基双丙烯酰胺，反应温度为75℃，搅拌速率600？800rpm，N2条件保护下聚合4？6小时，然后通过共沸除去水及连续相环己烷，真空干燥后得到淡黄色的产物即为聚丙烯酸钠吸水树脂微球；（2）采用自由基原位共聚以及自由基悬浮聚合相结合的方法制备水发泡聚苯乙烯：首先，在苯乙烯单体中溶解步骤（1）中得到的相对苯乙烯质量0.1%？1%的纳米聚丙烯酸钠吸水树脂微球，向其中加入相对苯乙烯质量0.3%？1%的自由基原位共聚阶段引发剂过氧化苯甲酰，设置温度95℃，搅拌速率800rpm，自由基原位共聚0.5？2小时，然后向其中滴加相对苯乙烯单体质量10%的去离子水，搅拌0.5小时后，搅拌速率调至350rpm，加入相对苯乙烯质量0.3%？3%的自由基悬浮聚合阶段引发剂过氧化苯甲酰，加入溶有0.12%悬浮稳定剂羟乙基纤维素和0.3%磷酸三钙的混合水溶液作为连续相进行自由基悬浮聚合，聚合8小时；聚合结束后，过滤洗涤产物即得水发泡聚苯乙烯。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李齐方，李连伟，陈广新，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：