专利名称：聚苯乙烯复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及热塑性材料技术领域，尤其是涉及一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚苯乙烯是一种由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的非晶态高分子聚合物。由于大分子主链的侧基为共轭苯环，使得聚苯乙烯分子结构不规整，从而决定了聚苯乙烯具有吸水率低、机械强度好、透明度高、易于加工成型、耐化学腐蚀强、电气绝缘性强、高频特性好、抗放射线能力强、尺寸稳定性好、成型收缩率小等良好特性。但聚苯乙烯也存在冲击强度低、低温脆性突出、易出现应力开裂、热传导低等不足之处。 聚苯乙烯目前在仪表外壳、仪器零件、汽车灯具、装饰灯具、波导管、透视窗镜、照明器材、广告铭牌、磁带盒、CD盒、DVD盒、化妆品包装、冰箱托盘、家用日常品、家具零件、办公文具、儿童玩具、航空餐具及托盘、建筑模型、光源散射器、电讯配件、医疗器械、高频电容器、高频绝缘衬垫、绝缘薄膜等行业得到了广泛的使用。随着聚苯乙烯在电子电气应用领域的扩展，尤其是在微电子和光电子的电子元器件、集成电路方面保持长期正常工作状况下需达到传递热散耗热的技术标准，聚苯乙烯的导热改性成为开发课题，这就要在尽量保持聚苯乙烯原有特长的基础上将导数系数从较低的0.18W/m.K加以提升，改变其低导热高热阻的状态，以满足有关产品对聚苯乙烯导热特性的要求。现有技术中为了使聚苯乙烯复合材料具有良好的导热性能，一般将具有较好导热性能和绝缘特性的无机填充物与聚苯乙烯共混的方式，这类无机填充物主要有II B族、III A族、IV A族的一些金属氧化物和金属氮化物，其机理是在聚苯乙烯基体中加入导热系数高的无机填充物，从而可以改变聚苯乙烯复合材料传递热量的路径和速度，当无机填充物的填充量达到某一临界值并有良好的分散状态后，便可在体系中形成导热网链条，当其取向与热流同向后会使热量传导耗散而不积蓄，从而可以改变聚苯乙烯复合材料的导热性能。现有技术中已有的导热聚苯乙烯复合材料生产工艺复杂，不适合连续工业化生产。同时生产出来的导热聚苯乙烯复合材料导热效果差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法，简化聚苯乙烯复合材料的制备工艺，提高聚苯乙烯复合材料的导热效果。本发明提出一种聚苯乙烯复合材料，按重量份计，包括以下组分:聚苯乙烯100份:
金属氧化物100470#;
金属氮化物15-23營；
增德劍740#;
偶联剂5-6份:
抗氧剂3-4份；
加工助剤5-8份。优选地，所述聚苯乙烯在重量为5千克、温度为200°C的状态下，熔体流动速率为
5.0 30.0g/10min。优选地，所述金属氧化物包括粒径为0.5^50微米的以下组分的一种或多种:氧化招、氧化锌、氧化镁、氧化铍、氧化错、氧化秘，以及粒径为5(Γ300微米以下组分的一种或多种:氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化铍、氧化锆、氧化铋。优选地，所述金属氮化物包括以下组分的一种或多种:氮化铝、氮化硼、氮化硅。优选地，所述增韧剂包括以下组分的一种或多种:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯)嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物。优选地，所述偶联剂包括以下组分的一种或多种:异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯、Y-氨丙基三甲氧基硅烷、Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y —(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y—甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。较优选的是异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯、Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y —(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y—甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基娃烧。优选地，所述抗氧剂包括以下组分的一种或多种:β _(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β - (3’，5’一二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、(2,4 二叔丁基苯基)亚磷酸三酯、双(2，4- 二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。优选地，所述加工助剂包括以下组分的一种或多种:硬脂酸、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双月桂酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、季戊四醇四硬脂酸酯、季戊四醇单硬脂酸酯、季戊四醇双油酸酯、聚酰胺蜡、聚硅氧烷。本发明另提出上述聚苯乙烯复合材料的制备方法，以下所涉及的组分按重量份计，所述制备方法包括 以下步骤；步骤一、将100-170份的金属氧化物、15-23份金属氮化物、5_6份的偶联剂加入搅拌机，控制搅拌机以60(Γ800转/分钟的转速搅拌15 25分钟，形成第一混合物，将第一混合物置于85-105°C环境下烘干；步骤二、将100份的聚苯乙烯、7-10份增韧剂、3-4份抗氧剂、5-8份加工助剂，以及部分上述烘干的第一混合物加入搅拌机，控制搅拌机以80(Γ1000转/分钟的转速搅拌8 15分钟，形成均匀的第二混合物；步骤三、将上述第二混合物加入长径比为36-42的双螺杆挤出机，将剩余的所述烘干的第一混合物从侧向喂料口加入所述双螺杆挤出机；步骤四、控制双螺杆挤出机温度和螺杆转速，使双螺杆挤出机内的物料在温度为180-250°C下熔融，并在螺杆转速为25(Γ350转/分条件下挤出，得到聚苯乙烯复合材料。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所述聚苯乙烯复合材料制备工艺简单，适合连续工业化生产；同时制备的聚苯乙烯复合材料颗粒相对现有的聚苯乙烯复合材料，其导热性有很大的提高，具有良好的导热系数，同时机械性能良好，具有较好的应用前景。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。实施例1本实施例中所涉及的组分含量按表I指定的含量给定。步骤一、将金属氧化物、金属氮化物、偶联剂加入搅拌机，控制搅拌机以转速为Vl进行搅拌，搅拌时间为tl，形成第一混合物，置于85-105°C环境下烘干。
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步骤二、将聚苯乙烯、增韧剂、抗氧剂、加工助剂，以及部分上述烘干的第一混合物加入搅拌机，控制搅拌机以转速为V2进行搅拌，搅拌时间为t2，形成均匀的第二混合物。步骤三、将上述第二混合物加入长径比为Drl的双螺杆挤出机，将剩余的所述烘干的第一混合物从侧向喂料口加入所述双螺杆挤出机。步骤四、控制双螺杆挤出机温度和螺杆转速，使双螺杆挤出机内的物料在温度Tl环境下熔融，并在螺杆转速为V3的条件下挤出牵条、冷却切粒，得到聚苯乙烯复合材料颗粒。将上述实施例1制备的聚苯乙烯复合材料颗粒进行性能测试，测试结果参见表I。实施例2按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。实施例3按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。实施例4按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。实施例5按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。
实施例6按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。实施例7按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。以上实施例中所采用的聚苯乙烯在温度为200°C、质量为5Kg的条件下熔体流动速率为 5.0 30.0g/10min ;较优为 10.0 25.0g/10min ;最佳为 12.0 18.0g/10min。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所采用的金属氧化物除以上实施例中采用的氧化铝、氧化锌、氧化铍以外，还可以采用以下组分的一种或多种:氧化镁、氧化锆、氧化铋。其中，所述金属氧化物为粒径0.5^50微米和/或粒径为5(Γ300微米的金属氧化物。较优选的是所述金属氧化物为粒径广40微米和/或粒径为5(Γ200微米的金属氧化物。更优选的是所述金属氧化物为粒径广30微米和/或粒径为5(Γ150微米的金属氧化物。化物、本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所采用的金属氮化物除以上实施例中采用的氮化铝以外，还可以采用氮化硼和/或氮化硅。其中所采用的金属氮化物的粒径较优为5 300微米，最佳为1(Γ100微米。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所采用的增韧剂除了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)以外，还可以采用以下组分的一种或多种:氢化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯)嵌段共聚物(SEBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物(MMB)。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所采用的偶联剂除了异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y -(2，3_环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷之外，还可以采用以下组分的一种或多种:异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯、Y-氨丙基二甲氧基娃烧、Y—甲基丙烯酸氧基丙基二甲氧基娃烧、Y-疏丙基二乙氧基娃烧。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所采用的抗氧剂除了以上实施例中采用的四[β - (3’，5’一二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、(2，4 二叔丁基苯基)亚磷酸三酯之外，还可以采用以下组分的一种或两种:β - (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、双(2，4- 二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所采用的加工助剂除了上述实施例中采用的硬脂酸、硬脂酸锌、季戊四醇四硬脂酸酯之外，还可以采用以下组分的一种或多种:硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双月桂酰胺、硬脂酸钙、季戊四醇单硬脂酸酯、季戊四醇双油酸酯、聚酰胺蜡、聚硅氧烷。对比例I按表I中指定的各组分含量重 复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。
对比例2按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。对比例3按表I中指定的各组分含量重复实施例1的方法，将本实施例制备得到的聚苯乙烯复合材料颗粒按照表I所述的标准进行性能测量，测量结果参见表I。以上实施例和对比例中采用的各组分来源如下:聚苯乙烯采用KUMHO公司的GP100、CHIMEI公司的PG22或AMSTY公司的MC3700。氧化铝采用LITUO公司的LT-HP或HILAND公司的HP4A1。氧化锌采用WANJING公司的J200或BOAN公司的BAOl。氮化铝采用SUPER-WEI NAMI 公司的 CW-AIN-P、M0K 公司的 AIN120 或 ZHANFAN 公司的 ZF-KQ50。其它助剂均由市场购入。从上述实施例1-7所制备的聚苯乙烯复合材料颗粒在表I中对应的各性能数据值，可知本发明的本发明所提供的聚苯乙烯复合材料颗粒相对现有的聚苯乙烯复合材料导热性有很大提高，具有良好的导热系数，同时其他的机械性能良好，具有较好的应用前景。应当理解的是，本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施例只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
表权利要求
1.一种聚苯乙烯复合材料，按重量份计，包括以下组分:聚笨乙烯100翁； 金属氧化物100-170份; 金属氮化物丨5-23份；增韧剂7-10份；偶联剂5-6份； 抗氧齐丨]3-4份; 加工助别5-8 #0
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述聚苯乙烯在重量为5千克、温度为200°C的状态下，熔体流动速率为5.(Γ30.0g/10min。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述金属氧化物包括粒径为0.5^50微米的以下组分的一种或多种:氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化铍、氧化锆、氧化铋，以及粒径为5(Γ300微米以下组分的一种或多种:氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化铍、氧化错、氧化秘。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述金属氮化物包括以下组分的一种或多种:氮化铝、氮 化硼、氮化硅。
5.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂包括以下组分的一种或多种:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯)嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物。
6.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂包括以下组分的一种或多种:异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯、Y-氨丙基二甲氧基娃烧、Y-氨丙基二乙氧基娃烧、Y —(2，3-环氧丙氧)丙基二甲氧基娃烧、Y—甲基丙烯酸氧基丙基二甲氧基娃烧、Y _疏丙基二乙氧基娃烧中的一种或几种。较优选的是异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯、Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y —(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y—甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括以下组分的一种或多种:β_(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β —(3’，5’一二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、(2，4 二叔丁基苯基)亚磷酸三酯、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
8.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂包括以下组分的一种或多种:硬脂酸、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双月桂酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、季戊四醇四硬脂酸酯、季戊四醇单硬脂酸酯、季戊四醇双油酸酯、聚酰胺蜡、聚硅氧烷。
9.一种权利要求1-9任一项所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，以下所涉及的组分按重量份计，所述制备方法包括以下步骤； 步骤一、将100-170份的金属氧化物、15-23份金属氮化物、5_6份的偶联剂加入搅拌机，控制搅拌机以60(Γ800转/分钟的转速搅拌15 25分钟，形成第一混合物，将第一混合物置于85-105°C环境下烘干； 步骤二、将100份的聚苯乙烯、7-10份增韧剂、3-4份抗氧剂、5-8份加工助剂，以及部分上述烘干的第一混合物加入搅拌机，控制搅拌机以80(Γ1000转/分钟的转速搅拌8 15分钟，形成均匀的第二混合物； 步骤三、将上述第二混合物加入长径比为36-42的双螺杆挤出机，将剩余的所述烘干的第一混合物从侧向喂料口加入所述双螺杆挤出机； 步骤四、控制双螺杆挤出机温度和螺杆转速，使双螺杆挤出机内的物料在温度为180-250°C下熔融，并在·螺杆转速为25(Γ350转/分条件下挤出，得到聚苯乙烯复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所述聚苯乙烯复合材料，按重量份计，包括以下组分聚苯乙烯100份；金属氧化物100-170份；金属氮化物15-23份；增韧剂7-10份；偶联剂5-6份；抗氧剂3-4份；加工助剂5-8份。本发明所提供的聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所述聚苯乙烯复合材料制备工艺简单，适合连续工业化生产；同时制备的聚苯乙烯复合材料颗粒相对现有的聚苯乙烯复合材料，其导热性有很大的提高，具有良好的导热系数，同时机械性能良好，具有较好的应用前景。
文档编号C08K3/34GK103232644SQ201310112309
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者陈刚, 刘卫平 申请人:深圳市亚塑科技有限公司