CN110564155A - 一种共混合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种共混合金材料，由30‑95重量份的聚亚苯基砜，5~70重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯‑1，4‑环己烷二甲醇酯，0~20重量份的相容剂、0.05～1重量份的润滑剂、0.05～0.2重量份的主抗氧剂、0.05～0.2重量份的辅助抗氧剂制备而成。本发明还提供了上述共混合金材料的制备方法，按照重量份数称取各原料，然后高速混合搅拌，再通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，即可制备本发明的性能优异的PPSU/PET合金材料。本发明与普通PPSU相比，该材料既保持原来PPSU的拉伸强度，弯曲强度和韧性，同时额外提高了良好的耐化性，降低了成本，可以广泛用于食品容器，原汁机用螺杆材料等领域。

Description

一种共混合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种塑料合金复合材料，具体来说是一种性能优异的PPSU/PET共混合金材料及其制备方法。

背景技术

聚亚苯基砜PPSU是美国苏威高性能塑料公司生产的高性能特种工程塑料，该材料是一种无定形聚合物，砜基团的立体结构阻止了聚合物熔融结晶的趋势，并表现出高清晰度和高透明度。这类型聚合物通过亚苯基与砜基及醚基连接起来。这些桥联基团使聚砜具有了特殊的性能特征，包括水解稳定性，热氧化稳定性和熔融稳定性，高使用温度及其延展性。亚苯基醚链段增加了聚合物主链的柔韧性。卓越的水解稳定性是聚砜与其它热塑性工程塑料的不同之处，它归结于亚苯基砜和醚基的抗水解性。许多竞争性产品如聚碳酸酯，聚芳酯在重复单元中含有可水解的桥联基团，当它们处于侵蚀性的水环境如沸水，蒸汽，腐蚀剂或酸性溶液时，会表现出分子量的降低并导致严重的性能损失。聚亚苯基砜PPSU具有优异的物理机械性能，但该材料也存在一些不足，主要是材料加工温度高，在350-380摄氏度之间，加工后产品容易产生黑点，该材料颜色呈现黄色，做本白色产品会出现问题。

同时，该材料的耐化性有待提高，该材料的耐冰醋酸、柠檬酸等性能稍差，不适合用于果汁机配件。

美国苏威公司对聚砜共混改性做了很多研究，并推出了多个牌号，其中ACUDEL22000/25000/35000为聚亚苯基砜的共混体。其中苏威公司的玻璃纤维增强的聚亚苯基砜产品在市场上得到了广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于一种共混合金材料及其制备方法，所述的这种共混合金材料及其制备方法要解决现有技术中的聚亚苯基砜材料价格昂贵、耐化性差、底色偏黄的技术问题。

本发明提供了一种共混合金材料，由以下重量份的组分制备而成：

聚亚苯基砜 30-95；

聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯5～70；

进一步的，所述的聚亚苯基砜选自美国苏威Sovay公司的PPSU D3000、美国苏威Sovay公司的PPSU R5000或者德国BASF公司的PPSU P1700中的任意一种或者两种以上的混合。

进一步的，相容剂的重量份数为5～20。

进一步的，所述的相容剂为E-nBA-GMA(聚乙烯-丙烯酸正丁酯－缩水甘油酯三元共聚物)，选自美国杜邦公司Dupont的PTW或者法国阿科玛公司Arkema的AX8900中的任意一种或者两种的混合。

进一步的，所述的主抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧剂264)，β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯(抗氧剂1076)，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)等受阻酚类抗氧剂中的任意一种，其中优选为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯(抗氧剂1076)。

进一步的，所述辅助抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)。

进一步的，所述的抗氧剂为1076与168的复配物，或者是抗氧剂1010与168的复配物，复配的比例均为(1：2～3)。

进一步的，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡中的任意一种或两种以上的混合。

本发明还提供了上述的一种共混合金材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按照重量份称取各原料，将聚亚苯基砜在150～160℃下干燥4-6小时，聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯在150-160℃下干燥4～6小时；

2)将烘烤后的聚亚苯基砜与聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯、相容剂、润滑剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂放入高速混合机中混合均匀，混合温度不超过50℃，混合时间小于30min；

3)将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，挤出温度为300-310℃，螺杆转速为300～500r/min，真空度为-0.04MPa～-0.1MPa，料条过水槽冷却，切粒，即为共混合金材料。

具体的，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯可以购买自美国Eastman公司，牌号：PETG、Triton TX1001或者TX2001)。

进一步的，润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯PETS，石蜡微晶蜡，聚乙烯蜡及烃类中的一种或两种的混合。

本发明采用反应性熔融共混挤出技术，化学反应在双螺杆挤出机中熔融共混时发生。将抗冲击改性剂聚乙烯接枝丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯双官能团聚合物E-nBA-GMA和PPSU聚亚苯基砜与润滑剂，抗氧剂，成核剂，热稳定剂等共混，由于抗冲改性剂有两个可以反应的官能团环氧基团和羧基官能团，该官能团能与PET和PPSU分别发生化学反应，将两者通过化学键的结合力相容，大大提高了PET在PPSU中的分散性。使PPSU的耐化性得到改善。

虽然PET和PPSU都是透明的，由于两者折射率不一样，共混后不透明，呈现乳白色。避免了PPSU透明发黄的现象，改善了材料的底色，可以制备白色产品。

PPSU加工温度高，能与PPSU共混后，性能能维持正常的材料少，本发明提供了一种能与PPSU共混的价格比较廉价的材料PET，同时复合材料的性能得到改善。这是本发明的创新之处。

本发明在PPSU基体中引入了PET材质，由于PET材质耐酸性和耐油脂和酮类溶剂的能力较强，耐水解的能力较低。而PPSU耐水解能力强，而耐酸性和酮类溶剂能力较差，在该复合材料中，两者能起到取长补短的效应，材料的综合耐化性大大提到。

本发明和已有技术相比，其技术效果是积极和明显的。本发明的加工方法简单，可行性好，技术易于控制，在保持聚亚苯基砜PPSU材料高强度高耐热性的同时，PPSU/PET复合材料耐化学性得到增加，由于在市场上PPSU价格昂贵，是PET的10倍以上，PPSU/PET合金材料成本大大降低，有助于该材料在市场上的广泛使用。PTW等相容剂的引入，不仅起到完美的将PPSU和PET相容在一起的作用，还增加了整个体系的韧性。该类材料力学性能优异，稳定，可以在食品容器，原汁机用螺杆材料等领域广泛应用。

具体实施方式

为了更好的阐述本发明，下面结合实施例和对比例，对本发明做进一步详细的说明：

但本发明的实施方式不限于此。(下述实施例的组份均为市售材料，组份比例为重量份)

实施例的组分配比如下表所示：

实施例中各组分原料情况：

PPSU D3000中文名：聚亚苯基砜，美国苏威公司产品

PET TLE101：中文名：聚对苯二甲酸乙二醇酯，厦门腾龙公司产品

TX1001：中文名：耐高温共聚聚酯，美国Eastman公司产品

PBT B4520：中文名：聚对苯二甲酸丁二醇酯，德国巴斯夫产品。

润滑剂PETS:中文名：季戊四醇硬脂酸酯，市售。

抗氧化剂1076：中文名：β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，市售

抗氧化剂168：中文名：三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，市售。

PTW：E-nBA-GMA，购自美国杜邦公司Dupont。

上述性能优异的榨汁机螺杆专用PPSU/PET塑料合金复合材料的制备方法，采用下面的制备步骤

1)按照实施例1-7和对比例配比称取各原材料。

2)对原材料进行预先处理，

聚亚苯基砜PPSU材料在150-160℃热风烘烤4-6小时，含水量控制在0.02％以下。PET，PBT和TX1001采用除湿干燥机，在120摄氏度条件下烘烤4-6小时，含水量控制在0.02％以下。

3)原材料的混合步骤。

先将干燥好的PPSU和PET，PBT和TX1001在高速混合机中高速搅拌10分钟，混合均匀。并在高速搅拌机中自然冷却，抽取搅拌好的物料，用红外测温仪器检测，这主要防止熔点较低的PTW与刚烘烤后的主料发生黏附，混合不均匀。当检测后料温低于50摄氏度后，再依次加入相容剂PTW，主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168，润滑剂PETS，在高速混合机中高速搅拌，混合温度不超过50℃，混合时间小于30min。

4)原材料的造粒步骤

将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机中，熔融挤出，挤出温度为300-310℃，螺杆转速为300～500r/min，真空度为-0.04MPa～-0.1MPa；料条过水槽冷却，切粒。制备的原料即为PPSU/PET共混合金材料。

将上述实施例1至4和对比例获得的样品，根据美国材料与实验协会(ASTM)标准测试力学性能，测试结果如下表所示

实施例的性能数据如下表所示：

从数据表可以看出，实施例1-2为不同比例的PPSU与PET共混合金，实施例3为PPSU与聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯(共聚聚酯TX1001)共混后的合金，这三种复合材料未添加相容成分，但材料仍然表现出良好的物理机械性能，而对比例为PPSU与PBT的共混物，该共混物缺口冲击强度为0，共混物材料出现严重脆化现象，物理机械性能损失巨大，无法使用。实施例4是在PPSU与PET体系中加入了相容剂PTW，该相容剂一方面增加了PPSU与PET的相容性，另一方面对整个体系起到了增韧的效果。对比未添加PTW的实施例1，实施例4缺口冲击强度提高了200％。实施例5-7中，随着PPSU比例的提高，强度和韧性出现平缓提升的趋势。由于PPSU价格昂贵，PPSU的添加越多，材料成本越高，因此在实施例4中，PPSU添加比例不高，性能适中，具有良好的性价比。PPSU加工温度高，能与PPSU共混后，性能能维持正常的材料少，本发明提供了一种能与PPSU共混的价格比较廉价的材料PET，同时复合材料的性能得到改善。这是本发明的创新之处。

聚亚苯基砜PPSU材料市场售价高，通过与价格较低的PET材料共混形成合金后，该合金价格大大下降，性能上既保持了PPSU的耐湿热水解稳定性，又额外增加了PET的耐柠檬酸，耐冰醋酸等性能。同时材料物理机械性能得到了良好保持，可以应用于榨汁机螺杆材料，面条机螺杆等食品机械行业，在这些行业有广泛的应用前景。

Claims (8)

1.一种共混合金材料，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成：

2.根据权利要求1所述的一种共混合金材料，其特征在于，所述的聚亚苯基砜选自美国苏威Sovay公司的PPSU D3000、美国苏威Sovay公司的PPSU R5000或者德国BASF公司的PPSUP1700中的任意一种或者两种以上的混合。

3.根据权利要求1所述的一种共混合金材料，其特征在于，所述的相容剂为聚乙烯-丙烯酸正丁酯－缩水甘油酯三元共聚物。

4.根据权利要求1所述的一种共混合金材料，其特征在于，所述的主抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种共混合金材料，其特征在于，所述辅助抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。

6.根据权利要求1所述的一种共混合金材料，其特征在于，所述的抗氧剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯与三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的复配混合物，或者是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的复配混合物，复配的质量比例均为1：2～3。

7.根据权利要求1所述的一种共混合金材料，其特征在于，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡中的任意一种或两种以上的混合。

8.权利要求1所述的一种共混合金材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按照重量份称取各原料，将聚亚苯基砜在150～160℃下干燥4-6小时，聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯在150-160℃下干燥4～6小时；

2)将烘烤后的聚亚苯基砜与聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯、相容剂、润滑剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂放入高速混合机中混合均匀，混合温度不超过50℃，混合时间小于30min；

3)将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，挤出温度为300-310℃，螺杆转速为300～500r/min，真空度为-0.04MPa～-0.1MPa，料条过水槽冷却，切粒，即为共混合金材料。