[发明专利]制备核壳微粒增韧聚苯乙烯材料工艺

说明书

本发明涉及核壳微粒增韧改性聚苯乙烯材料制备工艺。特别是核壳微粒增韧改性透明聚苯乙烯材料制备工艺。

聚苯乙烯是透明塑料中最易得到的品种，但由于其自身脆性缺点，应用上受到很大限制，目前只用于低档产品中。迄今，人们已作了大量的工作用于对聚苯乙烯的增韧，如：苯乙烯与聚丁二烯的接枝共聚(高抗冲聚苯乙烯)、苯乙烯与丙烯腈、丁二烯的三元共聚(ABS树脂)及聚苯乙烯与其它聚合物的共混等，但这些方法所得的材料一般透明性较差。由于复合乳液聚合技术可以从微观上对高分子乳液微球进行设计，调节共聚物组分。使核壳与基材的折光指数相匹配，同时改变复合乳液聚合条件使核壳微粒尺寸低于0.1μm，经物理混合可以得到不影响透明性的透明聚苯乙烯。随着对微粒共混增韧、增强研究的深入，人们已将多利核壳微粒用于塑料的共混改性。文献Polym.Mater.Sci.Eng.1993.70.13-14中法国的A.Maazouz.H.Sautereau等用美国Rohm and Haas公司提供的以聚丙烯酸丁酯或聚丁二烯为胶核，以交联聚甲基丙烯酸甲酯为壳的核壳微粒(平均粒径300nm)对环氧树脂的增韧改性作了研究报道。用这种核壳微粒可以大大改善环氧树脂的韧性而又不降低其热性能，增韧程度可由核壳微粒结构进行调节。但微粒平均尺寸为300nm显然会影响基材的透明性，该报道中尚未提及材料的透明性问题。

为克服上述文献中存在的缺点，本发明的目的是提供一种制备核壳微粒增韧聚苯乙烯材料的工艺，使制得的材料既具有纯聚苯乙烯的透明性，同时具有比纯聚苯乙烯更好的抗冲强度。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：一种制备核壳微粒增韧聚苯乙烯材料工艺，首先向苯乙烯中加入水及平均粒径为60～150纳米的核壳微粒，以重量份数计，苯乙烯∶水为1∶1～3.5，苯乙烯∶核壳微粒为80～99∶1～20，然后再加入选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、碳酸镁、碳酸钙的分散剂和选自过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈的引发剂，其中以重量百分比计，分散剂用量为苯乙烯用量的0.5～3％，引发剂用量为苯乙烯用量的0.2～2％，在搅拌下，于温度85～90℃条件下发生聚合反应，再经分离、水洗、干燥得增韧材料成品。

上述技术方案中以重量份数计，苯乙烯∶水为1∶1.5～2.5，苯乙烯：核壳微粒为90～97∶3～10，分散剂用量为苯乙烯用量的1～2％，引发剂用量为苯乙烯用量的0.3～1％，核壳微粒平均粒径优选范围为80～120纳米。所用核壳微粒之一为包括核、壳，核为含有烯基芳烃链段和交联剂，壳为含有烯基芳烃的链段，壳的链段通过交联剂的一端与核相连结。所用核壳微粒之二为包括核、壳，核含有烯基芳烃链段、丙烯酸酯链段和交联剂，壳为含有烯基芳烃的链段，壳的链段通过交联剂的一端与核相连结。

上述两种核壳微粒中，核与壳的重量比为1∶1.279～1.830，烯基芳烃为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯，优选方案为苯乙烯。交联剂为双甲基丙烯酰氧苯基丙烷、聚醚砜双烯大分子单体或其混合物。丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯，优选方案为丙烯酸丁酯。

上述交联核壳共聚微粒为软核硬壳微粒及硬核硬壳微粒两种。其制备方法为软核硬壳微粒采用多步乳液聚合方法合成，在第一阶段形成核时，加入丙烯酸酯及烯基芳烃，以双甲基丙烯酰氧苯基丙烷(BVA)或聚醚砜双烯大分子单体(BVPES)交联剂与之交联共聚，第二阶段再加入苯乙烯形成壳层，核与壳之间有交联剂分子链相关联。所得乳液经破乳、甲醇洗、干燥等即得软核硬壳微粒粉料。

上述具有交联核的核壳微粒中，双甲基丙烯酸酯类交联剂可以是双甲基丙烯酰氧苯基丙烷(BVA)或聚醚砜双烯大分子单体(BVPES)用量占核部分单体总重量的0.1～20％，优选范围1～5％。在核中丙烯酸丁酯的含量为核部分单体重量的5～50％，优选范围10～30％。所用引发剂可为过硫酸钾(K₂S₂O₈)、过硫酸铵[(NH₄)₂S₂O₈]及上述两种引发剂与硫酸亚铁的氧化还原体系，用量为单体总量的0.1～1％，优选范围为0.2～0.5％。在核壳微粒的聚合反应中乳化剂油酸钠分两部分加入，一部分是成核时，为核中单体重量的0.5～10％，视所要粒径大小而定，一般在1～2％左右较合适：第二部分壳层聚合时补加油酸钠为壳层单体总量的1％左右，与引发剂一齐滴入。在投料配方中水的总量为单体总量的1.5～3倍。