聚碳酸酯增韧用丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子的制备方法_2

文档序号:9641451阅读:来源:国知局
20.33 : (162. 75 ~162. 95) :30· 20 ;
[0036] 以上物质具体质量并非对发明的限定,实际生产中,根据所需产品量按照上述质 量比例整体扩大或缩小。
[0037] 上述改性聚碳酸酯增韧用丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子的制备方法中,所述 步骤a、b、c、d中所用阴离子乳化剂均为己二酸二己酯磺酸钠。
[0038] 上述改性聚碳酸酯增韧用丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子的制备方法中,所述 步骤e中所用的过硫酸盐为过硫酸钾。
[0039] 本发明的有益效果是:
[0040] 对于脆性和半脆性极性塑料,通常采用聚丙烯酸丁酯作为橡胶相弹性体的改性剂 以提高其韧性。为了扩大这些塑料在高寒地区的使用,必须提高它们的耐低温性能。表征耐 低温性能的指标是橡胶相弹性体的玻璃化转变温度值(Tg),Tg值越低,表明其耐低温性越 好。聚丙烯酸丁酯的T g值为-23°c (IHz),但在高寒地区仍不能满足使用要求。本发明采用 丙烯酸-2-乙基辛酯作为单体,其Tg值更低,为-51°C (IHz),耐低温性能更好。此时,若采 用十二烷基联苯醚磺酸钠作为乳化剂,因其水溶性较大,使聚合过程产生的凝聚物(废弃 物)过多,不能满足使用要求。在大量实验基础上,本发明采用阴离子乳化剂己二酸二己酯 磺酸钠,实现乳液聚合体系的稳定。在以往文献中,乳液聚合反应采用的水溶性引发剂为一 次性加入,这容易造成瞬时自由基浓度过大,使聚合体系因局部过热而不稳定,造成聚合失 败。故本发明还调节了种子和乳胶粒增长阶段的引发剂浓度,并配成引发剂水溶液后匀速 滴加,最后阶段再保温2小时,实现了高的单体转化率(>98. 4% ),且作为废料的凝聚物含 量低(〈0.5%),即单体的转化率提高,简化了聚合产物中残留单体的后处理过程。蒙脱土 表面的离子特性,使其在水中能以Inm单片层形式均匀分散在丙烯酸酯聚合物乳液中。制 得的改性剂既具备蒙脱土的单片层纳米特性起到增强的作用,又具备丙烯酸酯聚合物特性 对聚碳酸酯基体起到低温增韧的作用。用本发明所制备的丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒 子来改性聚碳酸酯,添加1. 96%的丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子就可以显著提高聚碳 酸酯基体材料的韧性,复合材料的低温缺口冲击强度较纯聚碳酸酯的提高了 362%,断裂延 伸率提高了 298%,同时拉伸强度增加了 148%,获得了对聚碳酸酯基体树脂意想不到的增 韧和增强效果。
【附图说明】:
[0041] 图1为实施例1丙烯酸酯聚合物制备过程单体转化率随反应时间的变化图。
[0042] 图2为实施例1丙烯酸酯聚合物制备过程乳胶粒粒径随反应时间的变化图。
[0043] 图3为纯聚碳酸酯、对比例和实施例1-9丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子改性 聚碳酸酯复合材料的低温缺口冲击强度和拉伸强度关系图。
[0044] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【具体实施方式】
[0045] 实施例1
[0046] a.种子单体的预乳化
[0047] 首先,向500ml四口烧瓶中加入0. 71g阴离子乳化剂己二酸二己酯磺酸钠和150g 去离子水,并混合搅拌30分钟;再向反应器中加入12g丙烯酸-2-乙基辛酯单体和0. 04g 交联剂1,4- 丁二醇二丙烯酸酯,并放置在电磁搅拌上混合搅拌20分钟,即获得种子单体预 乳液,备用;
[0048] b.核层增长阶段单体的预乳化
[0049] 将2. 13g阴离子乳化剂己二酸二己酯磺酸钠、168g丙烯酸-2-乙基辛酯单体和 〇. 85g交联剂1,4- 丁二醇二丙烯酸酯加入到400ml烧杯中,然后放置在电磁搅拌上混合搅 拌20分钟,即得到核层增长阶段单体预乳液,备用;
[0050] c.外层单体的预乳化
[0051] 将0. 40g阴离子乳化剂己二酸二己酯磺酸钠、20g甲基丙稀酸甲酯单体和0. 80g丙 烯酸加入到400ml烧杯中,然后放置在电磁搅拌上混合搅拌20分钟,即得到外层单体预乳 液,备用;
[0052] d.蒙脱土的预乳化
[0053] 将I. 20g蒙脱土(40~75 μπι)、0. 012g己二酸二己酯磺酸钠和50g去离子水加入 到400ml烧杯中,放置在电磁搅拌上混合搅拌60分钟,即得到蒙脱土的预乳液,备用;
[0054] e.丙烯酸酯乳液的制备
[0055] 向a步骤盛有内层种子单体预乳液的反应器中,抽真空后用氮气置换三次,以除 去氧气,实现体系的惰性气氛;然后继续通入氮气,冷凝器中通冷凝水,在搅拌状态下将反 应物升温至78. 5° C,待温度恒定后,恒压滴液漏斗匀速滴入20. 33g引发剂水溶液1,10 分钟滴加完毕;继续反应50分钟后,种子聚合反应阶段结束。然后向反应体系中以相同速 度先滴加 b步骤制得的核层增长阶段单体预乳液,滴加完毕后立即滴加 c步骤制得的外层 单体预乳液,两种单体预乳液在180分钟连续匀速滴加完毕,并在此180分钟同时连续匀速 滴加30. 25g引发剂水溶液2 ;之后,保温反应120分钟,再降至室温;将d步骤制得的蒙脱 土预乳液在搅拌下加入到上述制备的乳液中连续搅拌30分钟,得到丙烯酸酯聚合物/蒙脱 土复合粒子;最后将制备的复合粒子经冷冻、洗涤、抽滤、干燥等步骤得到具有杂化结构的 丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子。
[0056] 所用引发剂为过硫酸钾。在使用时需以一定比例加入去离子水,并在电磁搅拌器 上充分溶解制成引发剂水溶液。具体配比如下:
[0057] 过硫酸盐的质量/g 水的质量/g
[0058] 引发剂水溶液1 0.33 20
[0059] 引发剂水溶液2 0. 25 30
[0060] 对制备的丙烯酸酯聚合物及与聚碳酸酯复合材料表征如下:
[0061] (1)丙烯酸酯聚合物
[0062] 本发明在聚合物乳液制备过程中,每间隔30分钟取样2ml,0. 05ml经去离子水稀 释后,在Malvern Zetasizer Nan〇-ZS90动态激光粒度分析仪检测乳胶粒粒径为256nm,且 不同反应时间的乳胶粒实测值与理论计算值一致,如图2所示;另外,乳胶粒粒径分布指数 为0. 036。因此,该乳液的乳胶粒粒径均匀。
[0063] 剩余的I. 95ml部分用于测定聚合单体的瞬时转化率和总转化率,见图1。称重后 (记湿烧杯重量)放入80° C的烘箱中干燥24小时,至质量不变后再称重(记干烧杯重 量)。
[0064] 固含量的测定
[0065] 固含量S按下式计算:
[0067] 式中:m。为干燥空瓶的质量,m i为加入乳液后的质量(湿烧杯质量),m 2为在干燥 箱中烘干后的质量(干烧杯质量)。
[0068] 单体转化率的计算
[0069] 总转化率OC :
[0071] 瞬时转化率IC:
[0073] 式中=M1为第i次取样时乳液总质量,S i为第i次取样时的固含量,m'为至第i次 取样时加入引发剂的总质量,Am为至第i次取样时加入乳化剂、交联剂的总质量,M。为加 入单体的总质量,M为至第i次取样时加入单体的质量。
[0074] 理论粒径可由下式计算:
[0076] 其中:ds为种子阶段结束时乳胶粒子的粒径值即第二次取样时所测的粒径,MsS 种子阶段加入的单体量,MtS t时刻加入的单体量,I为t时刻的瞬时转化率。
[0077] 聚结物含量计算公式如下:
[0079] 式中:w'为干燥前聚结物与烧杯的总质量,w为干燥后聚结物和烧杯的总质量,w。 为配方中所用丙烯酸酯类单体的总质量。
[0080] ⑵聚碳酸酯复合材料
[0081] 将制备的丙烯酸酯聚合物/蒙脱土复合粒子、聚碳酸酯和丙烯酸酯聚合物分别在 80° C下真空干燥12小时后,按质量比2:100混匀,经南京科亚挤出机械研究所生产的 TE-34(L/D = 28)双螺杆挤出机挤出后造粒,螺杆转速为每分钟65转,双螺杆温度控制依 次为:250、258、258、258、258、255°〇。将所得的复合材料颗粒经80°〇下真空干燥12 小时后用广东泓利机器有限公司生产的JPH30型注塑机注塑成型,注塑温度控制依次为: 253、253、258、258° C,40MPa注塑压力,得到测试样条。得到的样条进行拉伸性能和冲击 性能测试,测试温度为_25°C。
[0082] 实施例2~9
[0083] 其它步骤同实施例1,但实施例2~9中所用a步骤种子阶段乳化剂1、d步骤蒙 脱土质量及乳化剂2质量的改变,具体如表1所示。
[0084] 对比例
[0085] a.种子单体的预乳化
[0086] 首先,向500ml四口烧瓶中加入0. 71g阴离子乳化剂己二酸二己酯磺酸钠和150g 去离子水,并混合搅拌30分钟;再向反应器中加入12g丙烯酸-2-乙基辛酯单体和0. 04g 交联剂1,4- 丁二醇二丙烯酸酯,并放置在电磁搅拌上混合搅拌20分钟,即获得种子单体预 乳液,备用;
[0087] b.核层增长阶段单体的预乳化
[0088]
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