CN115124806B - 一种高韧性ps塑料卷材的配方及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及塑料卷材领域，具体涉及一种高韧性PS塑料卷材的配方。原料按质量份包括如下组分：

Description

一种高韧性PS塑料卷材的配方及其生产工艺

技术领域

本申请涉及聚苯乙烯材料技术领域，具体涉及一种高韧性PS塑料卷材的配方及其生产工艺。

背景技术

聚苯乙烯卷材是一种常用的材料，常用于包装领域。由于聚苯乙烯具有较好的强韧度和较佳的加工性能，尺寸稳定，力学、电学性能均较为突出，因此有着广泛的运用。

为了进一步提高聚苯乙烯卷材的力学性能，对聚苯乙烯材料的改性研究正在不断进行中，其中一种方案是掺入晶须，晶须是一种具有高度有序排列的晶体材料，其在掺入聚苯乙烯的原料中后，可以有效提高聚苯乙烯的机械强度。然而，晶须本身与聚苯乙烯体系相容性一般，在提升强度的同时，也会导致聚苯乙烯卷材透明度下降。

发明内容

为了改善在掺入晶须后聚苯乙烯材料的透明度，本申请提供一种高韧性PS塑料卷材的配方及其生产工艺。

本申请提供一种高韧性PS塑料卷材的配方，原料按质量份包括如下组分：

聚苯乙烯 100份

相容剂 5～20份

复合钙基晶须 10～15份

表面活性剂 6～10份

氨基硅油 15～25份

其中，所述复合钙基晶须为硫酸钙晶须和碳酸钙晶须，硫酸钙晶须和碳酸钙晶须的质量比为(0.1～10)∶1。

氨基硅油在体系中的主要作用在于，其既可以使晶须的组分和聚苯乙烯的组分更加均匀的混合，使晶须在加工过程中更加容易分散，也有助于提高晶须的排布规整度。优选的，氨基硅油的粘度不超过90cps(25℃)。

采用碳酸钙晶须和硫酸钙晶须的复合体系相较于单一的晶须具有更好的提高透明度。硫酸钙晶须和碳酸钙晶须的比重优选为(3～6)∶1。硫酸钙晶须可为半水硫酸钙或无水硫酸钙，优选无水硫酸钙晶须。

可选的，其中可以继续加入pp无规共聚物，使得体系相容性更好，且可以降低加工温度。无规pp共聚物中乙烯单体含量优选为1～2摩尔百分比。

可选的，对钙基复合晶须通过硅烷偶联剂进行预处理，用于提高有机相和无机相之间的粘结强度。不同牌号的硅烷偶联剂均有较好的效果，优选为硅烷偶联剂KH-590。硅烷偶联剂的质量百分比不高于复合钙基晶须的0.8％。

预处理可以在乙醇、丙酮或其他有机溶剂中进行，也可以在无溶剂的条件下进行，若采用无溶剂的条件，可以直接采用混合机将硅烷偶联剂和晶须进行混合，使硅烷偶联剂包覆在晶须表面。

优选的，相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。

另外，本申请还提供上述一种高韧性PS塑料卷材的配方及其生产工艺，将上述原料进行混合后，经注塑成型得到。

混合可以采用高速混合机、密炼机或其他混合设备进行，混合过程温度不高于205℃，混合完毕后采用任意挤出机对上述混料进行挤出切片，挤出机的温度不高于205℃。优选的，在体系中添加有pp无规共聚物的情况下，混合和挤出过程的温度均不超过196℃。

具体实施方式

在本申请中，在本申请中，聚苯乙烯本身为苯乙烯的共聚物、均聚物或主要由苯乙烯单体组成的任意高分子聚合物，其中苯乙烯的单体含量一般认为不低于70％，但是具有更低苯乙烯单体含量但仍然表现出苯乙烯塑料性质的高分子应当被认为是聚苯乙烯。在本申请中，可以选用通用级聚苯乙烯或经过改性的聚苯乙烯(如HIPS)，在以下实施例中，选用市售HIPS母粒作为原料，但采用通用级聚苯乙烯依旧可以实现类似的效果。

本申请中的氨基硅油指的是在硅油的端基、侧链上含有氨基的硅油，尤其为侧链上含有氨基的硅油。

表面活性剂可以选用不会破坏整体聚苯乙烯结构的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性离子表面活性剂中的任意一种或数种的混合。

除实施例中所述的组分外，可以在体系中加入防腐剂、抗紫外剂、着色剂、光亮剂、流平剂、增强剂、增韧剂等其他助剂，原则上单种助剂的质量分数不超过1％，所有助剂总质量份数不超过5％即可。

对制备得到的样本，采用如下方法进行测定性能。

在以下实施例和制备例中，样本制备成对应的薄膜样本进行测定。

参照GB/13022-1991塑料薄膜拉伸性能试验方法，测定上述薄膜的拉伸强度和断裂伸长率，式样长度为90cm，试验速度为200mm/min。

参照国标GB/T 8809-2015塑料薄膜抗摆锤冲击试验方法，样本为直径100mm、厚度0.25mm的圆形薄片；测定样本抗冲击能力。

参照GB/T 37841-2019塑料薄膜和薄片耐穿刺性测试方法，测定薄膜样本的耐穿刺性能，穿刺速度为100mm/min，试样尺寸为25mm×25mm，厚度为0.25mm。

参照国标GB/T 2410-2008透明塑料透光率和雾度的测定，测定样品的透光度，式样为直径为50mm的圆片，厚度为0.25mm，采用分光光度计法进行测定。

具体实施例如下

实施例1～14及对比例1～5，均涉及一种聚苯乙烯卷材，其原料质量比如表1所示。

表1、实施例1～14及对比例1～5的组分质量配比

在上述实施例和对比例中，聚苯乙烯均为市售HIPS母粒，氨基硅油粘度为100cps(25℃)，硫酸钙晶须均为无水硫酸钙，无规pp共聚物中，乙烯单体的摩尔含量为1.4％，表面活性剂为羧甲基纤维素醚，相容剂为市售马来酸酐接枝聚乙烯类相容剂

上述聚乙烯卷材的制备步骤如下：

1.混合：将原料加入到高速混合机中，在202℃下混合15min；

2.熔融挤出：将混合后的原料通过双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机中三段温度分别为200℃、204℃和202℃，挤出头温度控制不高于205℃；

3.对挤出后的薄膜牵拉冷却后，经过裁切得到样品。

实施例15，与实施例3的区别在于，硫酸钙晶须选用半水硫酸钙。

实施例16，与实施例3的区别在于，氨基硅油的粘度为250cps(25℃)。

实施例17，与实施例3的区别在于，氨基硅油的粘度为150cps(25℃)。

实施例18，与实施例12的区别在于，无规pp共聚物中乙烯基单体摩尔含量为1.0％。

实施例19，与实施例12的区别在于，无规pp共聚物中乙烯基单体摩尔含量为2.0％。

实施例20，与实施例12的区别在于，无规pp共聚物中乙烯基单体摩尔含量为4.0％。

实施例21，与实施例12的区别在于，将无规pp共聚物等质量的地替换为普通pp。

实施例22，与实施例14的区别在于，在步骤1中，在复合钙基晶须先与硅烷偶联剂在高速混合机中混合30min，再加入其他原料继续混合15min。其中，硅烷偶联剂为KH570，硅烷偶联剂和复合钙基晶须的质量比为0.008∶1。

实施例23，与实施例14的区别在于，在步骤1中，在复合钙基晶须先与硅烷偶联剂在高速混合机中混合30min，再加入其他原料继续混合15min。其中，硅烷偶联剂为KH570，硅烷偶联剂和复合钙基晶须的质量比为0.004∶1。

实施例24，与实施例14的区别在于，在步骤1中，在复合钙基晶须先与硅烷偶联剂在高速混合机中混合30min，再加入其他原料继续混合15min。其中，硅烷偶联剂为KH570，硅烷偶联剂和复合钙基晶须的质量比为0.012∶1。

另外，设置如下对比例。

对比例6，用等质量的普通硅油替换氨基硅油，普通硅油为150scp通用型硅油。

上述实施例和对比例的实验结果如表2所示。

表2、实施例及对比例实验数据

项目	拉伸强度	断裂伸长率	抗冲击强度	耐穿刺力	透光度
						单位	mpa	％	KJ/m2	N	(％)
实施例1	53.0	56.4	16.0	0.94	83.1
						实施例2	53.7	55.9	16.1	0.93	82.6
实施例3	53.6	55.3	16.1	0.93	82.4
						实施例4	53.4	54.8	16.2	0.93	82.0
实施例5	51.0	52.1	14.8	0.89	80.4
						实施例6	51.2	52.4	15.0	0.87	80.3
实施例7	55.8	57.8	15.9	0.95	85.9
						实施例8	55.5	58.5	16.1	0.94	84.7
实施例9	53.4	55.0	15.2	0.89	83.2
						实施例10	53.2	54.6	15.1	0.89	82.7
实施例11	53.2	60.1	16.2	0.94	84.4
						实施例12	53.3	59.8	16.3	0.93	84.1
实施例13	53.4	60.3	16.2	0.93	84.6
						实施例14	56.0	65.9	16.0	0.94	87.1
实施例15	51.9	54.8	15.6	0.90	80.7
						实施例16	53.3	56.0	16.1	0.94	79.4
实施例17	53.2	56.8	15.9	0.93	84.0
						实施例18	53.5	60.4	16.2	0.95	83.8
实施例19	53.1	59.9	16.0	0.94	84.6
						实施例20	53.4	59.6	16.3	0.93	81.7
实施例21	52.1	57.8	16.4	0.82	80.0
						实施例22	58.3	63.6	17.2	1.03	90.7
实施例23	58.6	63.9	17.4	1.05	90.3
						实施例24	58.8	63.7	17.4	1.05	86.5
对比例1	47.2	53.5	16.2	0.92	72.3
						对比例2	44.3	51.0	15.9	0.88	74.7
对比例3	48.9	55.7	16.4	0.92	70.3
						对比例4	45.0	48.6	15.8	0.92	73.8
对比例5	47.1	50.3	16.0	0.92	64.0
						对比例6	45.4	48.2	15.5	0.90	73.2

通过实施例1～4及对比例1～6对比可知，在本申请中，采用本申请中的技术方案，可以使得聚苯乙烯卷材在拥有较强的强度、耐穿刺性和耐冲击力的同时，保持较好的透明度，避免因掺入晶须而产生的对聚苯乙烯卷材产生不良的影响。其中，效果最为明显的是相容剂，在缺少相容剂后，晶须在加工过程中不易分散，其与聚苯乙烯材料之间连接不紧密，容易有较多的白点在聚苯乙烯卷材的表面。

氨基硅油在体系中可以通过氨基活性基团对晶须中的极性进行引导，并填充于晶须和聚苯乙烯的体系之间，起到明显的提高透明度和提高强度的效果。对比例6中采用普通硅油，其对于晶须的吸附性较差，无法起到类似的效果。且在额外的实验中，即使在对复合晶须进行偶联剂改性后，氨基硅油的效果仍然明显强于普通硅油。另外，通过与实施例16和实施例17进行对比可知，氨基硅油的粘度过大会导致体系流动性变差，且氨基硅油自身难以均匀分散，反而对聚苯乙烯卷材有不良的影响。

采用复合钙基晶须相较于采用单种晶须，其具有明显更强的透明性能和强度。一般情况下，硫酸钙晶须的强度强于碳酸钙晶须，此处采用符合晶须具有更好的性能的原因可能在于，不同晶须具有不同的强度、模量和电荷排布，在体系中大部分体积被有机高分子占据时，上述组分不容易团聚，可以更加均匀地分散于体系中。

在实施例11～14及18～21中，添加了无规PP共聚物，无规PP共聚物具有柔软的特性，使得上述组分在200℃左右的条件下即可实现均匀混合，其在体系中可以良好的加工性能的同时，进一步提高制备得到的聚苯乙烯卷材的强度和透明度。其中，乙烯基单体的含量具有一定的影响，乙烯基单体含量过高的无规PP共聚物或普通PP在体系中均难以起到增强流动性的效果，其对最终产物的强化也不如乙烯基单体摩尔含量在1～2％的无规pp共聚物。

在实施例22～24中，对复合钙基晶须进行了进一步的修饰，经过偶联剂修饰后，强度有明显提高的同时，由于钙基纤维和硅油之间的结合强度提高，导致其整体排列更加整齐均匀，进一步提高了聚苯乙烯膜的透明度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，原料按质量份包括如下组分：

聚苯乙烯 200份

相容剂 5～20份

复合钙基晶须 10～15份

表面活性剂 6～10份

氨基硅油 15～25份

其中，所述复合钙基晶须为硫酸钙晶须和碳酸钙晶须，硫酸钙晶须和碳酸钙晶须的质量比为（0.1～10）∶1；

所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；所述氨基硅油的运动粘度不高于150cps（25℃）。

2.根据权利要求1所述的一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，原料按质量还包括4～8份pp无规共聚物。

3.根据权利要求2所述的一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，所述无规pp共聚物中乙烯单体摩尔含量为1～2%。

4.根据权利要求1所述的一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，所述硫酸钙晶须和碳酸钙晶须的质量比为（3～6）∶1。

5.根据权利要求1所述的一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，所述硫酸钙晶须和碳酸钙晶须均经偶联剂预处理。

6.根据权利要求5所述的一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，所述硫酸钙晶须为无水硫酸钙晶须。

7.根据权利要求5所述的一种高韧性PS塑料卷材，其特征在于，在偶联剂预处理的过程中，选用硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的质量不高于复合钙基晶须的质量的0.8%。

8.权利要求1～7中任意一项所述的一种高韧性PS塑料卷材的制备方法，其特征在于，将原料进行混合后，经挤出成型得到，其中混合和挤出的过程中，加热温度不高于205℃。