[发明专利]一种高透光率交联聚苯乙烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高透光率交联聚苯乙烯的制备方法。

背景技术

交联聚苯乙烯是一种无毒、无味、无色透明的热固性塑料，密度低、空间稳定性好、易加工，绝缘强度高，抗辐射老化能力强，透光率高达90％，因此可广泛应用在光学透镜、高压设备等领域，起到光学透过、电气绝缘及结构支撑等作用。

目前国内大尺寸交联聚苯乙烯材料的制备主要有两种方法，一种是本专利发明人提出的程序控温本体聚合的方法，该方法先由苯乙烯与引发剂高温预聚合，然后加入交联剂和引发剂，通过程序控温延长聚合时间的方法，安全制备交联聚苯乙烯材料。另一种是专利CN102633928中提出的是利用高能射线引发本体聚合的方法，该方法是利用伽马射线或者高能电子对苯乙烯与二乙烯基苯混合物或两者预聚合产物进行辐照，然后热处理得到交联聚苯乙烯材料。

虽然两种制备工艺技术较为成熟，但聚合过程仍然存在以下缺陷：一是在两种工艺的交联聚合阶段，反应体系的体积收缩不可避免，并且收缩点分布不均，这会导致材料的致密度不高，网络结构的分布不均匀，甚至会产生气泡、裂纹等缺陷；二是两种工艺中用到了高温引发剂，其分解产物会存留在材料体系内部，致使产品材料的纯度有限。这两个方面是影响交联聚苯乙烯材料致密性及其光学特性的最主要因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高透光率交联聚苯乙烯的制备方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

一种高透光率交联聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：

1)利用苯乙烯的预聚合或者聚苯乙烯粉末溶解于苯乙烯的方法得到聚苯乙烯溶液，然后将聚苯乙烯溶液与二乙烯基苯混合均匀得到第一层混合溶液；

2)在底面平整的敞口模具中倒入步骤1)所得的第一层混合溶液，然后把模具置于液氮或乙醇冷冻液中，冷冻至第一层混合溶液成为第一层透明凝固体；

3)利用高能电子对步骤2)中所得的第一层透明凝固体进行辐照交联处理；

4)按照步骤1)的方法得到第二层混合溶液；

5)将步骤4)的第二层混合溶液倒入至步骤3)中装有经过辐照交联处理的第一层透明凝固体的模具中，冷冻至第二层混合溶液成为第二层透明凝固体，然后再进行高能电子辐照交联处理；

6)重复步骤4)和5)一次或多次，直至形成的多层透明凝固体的厚度达到尺寸要求，取出模具，经过后期高温处理，得到交联聚苯乙烯产品。

上述方案中，步骤1)中所配置的聚苯乙烯溶液粘度在500～3000mPa·s之间，聚苯乙烯溶液与二乙烯基苯的质量比在1000:1～1000:50之间。

上述方案中，维持冷冻液温度为-35℃～-70℃。

上述方案中，冷冻时间在1～5小时之间。

上述方案中，每一层混合溶液的厚度均在0.1mm到3.3mm之间。

上述方案中，高能电子束能量为10MeV。

上述方案中，每一层透明凝固体的辐照剂量在1KGy到5KGy之间，辐照剂量率在50～500Gy/min之间。

本发明的原理为：本发明利用“逐层冷冻”技术，将聚苯乙烯与二乙烯基苯的混合溶液逐层冷冻，控制冷冻温度及冷冻时间在设计参数内，得到体积收缩的透明凝固体。组成该透明凝固体的苯乙烯、聚苯乙烯及二乙烯基苯等均匀分散在体系内部，然后再利用“逐层辐照”技术，在高能电子的轰击下，苯乙烯、聚苯乙烯及二乙烯基苯等发生聚合反应。控制辐照剂量及时间在设计参数内，得到聚合程度相近的聚合产物。当第二层混合溶液在第一层的表面覆盖时，由于温差的作用，第一层凝固体的表面液化，并与第二层混合溶液具有一定程度地混合，然后再通过第二次的冷冻处理，经过辐照后的第一层透明凝固体与第二次混合溶液凝固在一起。由于高能电子在该混合溶液中的穿透能力有限，因此每一层混合溶液的厚度不超过3.3mm，以此保证高能电子能够穿过最上面一层的透明凝固体，使两层凝固体之间发生交联聚合反应。重复多次的“逐层冷冻”及“逐层辐照”过程，最终得一块完整的交联聚苯乙烯块体材料。