发明内容
本发明的目的在于提供一种综合性能良好的ACS聚合物的制备方法。
为了实现本发明的目的,本发明提供了一种基于连续本体法的ACS聚合物的制备方法,包括:
1)将橡胶溶解于单烷基乙烯基芳烃单体和不饱和腈单体混合物内形成橡胶溶液,并与溶剂和引发剂混合后,作为主进料加入第一反应器内进行接枝聚合反应,橡胶重量平均粒径0.1-0.5微米。
主进料在第一反应器内聚合反应至聚合产物中固体含量优选为20-30%,主进料的进料量优选为1300-1900ml/h,反应温度优选为90-115℃,反应压力优选为5-12个大气压,搅拌速度优选为50-180rpm。
其中,所述橡胶为分子量为80,000-250,000的氯乙烯直接氯化得到,氯重量百分含量为10-50%;
优选地,所述橡胶为分子量为120,000-240,000的氯乙烯直接氯化得到,氯重量百分含量为20-40%;
更优选地,所述橡胶为分子量为175,000-225,000的氯乙烯直接氯化得到,氯重量百分含量为30-35%。
所述单烷基乙烯基芳烃单体结构如下式所示:
其中,Ar优选为苯基、卤代苯基、烷基苯基或烷基卤代苯基中的一种或多种;X优选为氢、甲基或乙基;更优选为苯乙烯。
所述不饱和腈单体优选为丙烯腈、甲基丙烯腈或乙基丙烯腈中的一种或多种,更有选为丙烯腈。
以橡胶溶液的总重量为100%计,所述单链烯基芳族单体含量优选为40-60%,更优选为50-55%;所述不饱和腈优选为5-20%,更优选为15-20%,其余为橡胶,且橡胶含量不超过25%。
所述溶剂优选为重量之比为8∶2-7∶3的芳族烃和脂肪酮的混合物,其中:所述芳族烃优选为苯、乙基苯或甲苯;所述脂肪酮优选为丙酮、甲基乙基酮或甲基丙基酮。
所述溶剂重量优选为橡胶溶液重量的10-20%,更优选为12-20%。
所述引发剂优选为下述物质的一种或多种;过苯甲酸叔丁基酯、异丙基过碳酸叔丁基酯、过辛酸叔丁基酯、过异壬酸叔丁基酯、2-乙基己基单过氧碳酸叔丁基酯或过新癸酸叔丁基酯。
所述引发剂重量优选为橡胶溶液重量的0.001-3.0%,更优选为橡胶溶液重量的0.005-1.0%。
2)将所述步骤1)中主进料在第一反应器内的聚合产物加入第二反应器,任选与附加单体一起,进行相转化聚合反应,橡胶重量平均粒径0.1-0.3微米。
所述附加单体为下述物质的一种或多种:丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯、甲基丙烯酸及相应的酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、氯乙烯、溴乙烯、偏二溴乙烯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯基酯、马来酸二甲基酯、马来酸二乙基酯、马来酸二丁酯、马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-异丙基马来酰亚胺、N-丁基马来酰亚胺、N-己基马来酰亚胺、N-辛基马来酰亚胺、N-十二基马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N-2,3-二甲苯基马来酰亚胺或N-2,4-二甲苯基马来酰亚胺。
附加单体的加入量为橡胶溶液重量的1-20%。
主进料在第二反应器内聚合反应至聚合产物中固体含量优选为30-45%,反应温度优选为110-125℃,反应压力优选为5-12个大气压,搅拌速度优选为70-180rpm。
3)将步骤2)制得的聚合产物加入后续至少两个反应器中继续进行聚合反应,其中,进行聚合反应至聚合产物中固体含量优选为45-75%,反应温度优选为120-168℃,反应压力优选为5-12个大气压,搅拌速度优选为5-70rpm。
4)将从最后反应器中排出的物料,脱挥分离,挤出造粒,得到ACS聚合物,其中橡胶重量平均粒径0.1-0.3微米,橡胶相分布Dw/Dn至多是2.2,橡胶含量为10-30%,单体转化率65-85%。
脱挥分离时的温度优选为190-220℃,压力优选为2-200mmHg。
其中还可以包含如下步骤:将橡胶溶解于单烷基乙烯基芳烃单体、不饱和腈单体混合物内形成橡胶溶液,并与溶剂和引发剂经混合后,制得次进料,加入反应器内进行接枝和相转化聚合反应至聚合产物中固体含量为38-45%,进料量为150-450ml/h,反应温度90-115℃,搅拌速度65-150rpm,制得的聚合产物与所述步骤2)制得的聚合产物通过静态混合器混合均匀,加入后续至少两个反应器中继续进行聚合反应。
次进料中的橡胶与主进料中的橡胶可以相同,也可以不同。所述橡胶为分子量为80,000-250,000的氯乙烯直接氯化得到,氯重量百分含量为10-50%。
优选地,所述橡胶为分子量为120,000-240,000的氯乙烯直接氯化得到,氯重量百分含量为20-40%;
更优选地,所述橡胶为分子量为175,000-225,000的氯乙烯直接氯化得到,氯重量百分含量为30-35%。
所述单烷基乙烯基芳烃单体结构如下式所示:
其中,Ar优选为苯基、卤代苯基、烷基苯基或烷基卤代苯基中的一种或多种;X优选为氢、甲基或乙基;更优选为苯乙烯。
所述不饱和腈单体优选为丙烯腈、甲基丙烯腈或乙基丙烯腈中的一种或多种,更有选为丙烯腈。
以橡胶溶液的总重量为100%计,所述单链烯基芳族单体含量优选为40-60%,更优选为50-55%;所述不饱和腈优选为5-20%,更优选为15-20%,其余为橡胶,且橡胶含量不超过25%。
所述溶剂优选为重量之比为8∶2-7∶3的芳族烃和脂肪酮的混合物,其中:所述芳族烃优选为苯、乙基苯或甲苯;所述脂肪酮优选为丙酮、甲基乙基酮或甲基丙基酮。
所述溶剂重量优选为橡胶溶液重量的10-20%,更优选为12-20%。
所述引发剂优选为下述物质的一种或多种;过苯甲酸叔丁基酯、异丙基过碳酸叔丁基酯、过辛酸叔丁基酯、过异壬酸叔丁基酯、2-乙基己基单过氧碳酸叔丁基酯或过新癸酸叔丁基酯。
所述引发剂重量优选为橡胶溶液重量的0.001-3.0%,更优选为橡胶溶液重量的0.005-1.0%。
所述步骤1)中优选加入链转移剂、增塑剂和抗氧剂,其种类和用量均可参照现有技术中的标准来使用。
所述步骤1)、2)或3)中优选加入分子量调节剂,大约相当于橡胶溶液重量的0.001-1.0%,引入的分子量调节剂可以是硫醇、卤化物和萜烯类等。
在本发明所述方法中,优选引入硅油所形成的有益的空穴化。对于本领域熟练技术人员来说,众所周知的是,空穴化是一个过程,据此由于受到拉伸应力的作用而在橡胶颗粒中形成空隙。ACS如此空穴化的能力是令人向望的,因为空穴化为橡胶释放掉静液压张力并在较低拉伸应力下允许橡胶在周围的基质中产生裂纹。换句话说,空穴化降低了拉伸屈服应力,同时有韧性和拉伸伸长的提高,空穴化没有降低材料的模量。
根据本发明的可以空穴化的橡胶的制备中,优选加入相对于橡胶溶液重量的大约0.05~0.4%的硅油。合适的硅油是硅氧烷嵌段的嵌段共聚物,例如聚醚-聚硅氧烷和包括具有大约100~1000000厘泊(cs)的粘度的聚二烷基硅氧烷,优选聚二甲基硅氧烷。
硅油加入到ACS聚合物中的时刻不是最关键的,可以在所述步骤1)、2)、3)或4)任一过程中加入。
在本发明所示制备方法中,所有的反应器优选为柱塞式反应器,以提高单体的转化率。
在本发明中,橡胶粒径可通过沉降-光散射技术来测量。橡胶的玻璃化转变温度可以通过差示扫描量热(DSC)法分析测定。产品氯含量可通过氯含量化学分析法来测定。基质的分子量通过已校准到合适的AN含量的凝胶渗透色谱法(GPC)测定。残留低聚物(二聚物和三聚物)含量可通过与质谱仪联合的气相色谱仪测定。测定拉伸模量和断裂伸长率的测定标准为ASTM D648。Izod冲击强度根据ASTMD256标准测定。
采用本发明所述方法制备的产品,所获产品具有高的冲击强度、耐老化性能、良好的抗静电性及阻燃性能;同时具有良好加工性能、优良的热稳定性,综合性能优越。适合于制造办公机器的外壳和部件,如办公自动化设备、台式电子计算机、复印机;家用器具的外壳和零件,如电视机、电子炉和录音机及录相机;电气开关、电气接件、交流电接头、测量仪器和防火设备及组件。
具体实施方式
实施例1:
橡胶溶解槽中加入35kg乙苯,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135(青岛海晶化工集团,下同),通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解8小时。然后加入丙烯腈15.2kg、0.4Kg过辛酸叔丁基酯、0.44Kg增塑剂矿物油、0.08Kg抗氧剂1076、0.12Kg链转移剂硫醇和0.4g硅油,继续搅拌分散30min。
反应器进料量为1540mL/h;系统压力控制在0.7MPa之间;4个反应器的反应温度依次为100℃;110℃;125℃;145℃;反应器的搅拌转速依次为100/100/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表1。
表1、实施例1的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
3.3 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
9.2 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
47.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
37.0 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
37.0 |
实施例2
橡胶溶解槽中加入35kg乙苯,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135,2kg亚星CPE2135(潍坊亚星化学股份有限公司,下同),通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解9小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过新癸酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器进料量为1540mL/h;系统压力控制在0.8MPa之间;4个反应器的反应温度依次为105℃;115℃;130℃;150℃;反应器的搅拌转速依次为100/100/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表2。
表2、实施例2的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
1.6 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
17.5 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
49.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
37.5 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
24.5 |
实施例3
橡胶溶解槽中加入35kg乙苯,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135和2kg亚星CPE2135,通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解10小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过新癸酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器进料量为1540mL/h;系统压力控制在0.9MPa之间;4个反应器的反应温度依次为105℃;110℃;130℃;150℃;反应器的搅拌转速依次为100/150/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表3。
表3、实施例3的分析结果
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
1.6 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
14.5 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
49.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
39.5 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
15 |
实施例4
橡胶溶解槽中加入35kg乙苯,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135和2kg亚星CPE2135,通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解11小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过新癸酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器进料量为1540mL/h;系统压力控制在0.5MPa之间;4个反应器的反应温度依次为105℃;115℃;130℃;150℃;反应器的搅拌转速依次为100/80/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表4。
表4、实施例4的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
1.5 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
16.5 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
46.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
34.5 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
30 |
实施例5:
橡胶溶解槽中加入35kg乙苯,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135和2kg亚星CPE2135,通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解12小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过新癸酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器主进料量为1540mL/h;系统压力控制在0.7MPa之间;4个反应器的反应温度依次为103℃;115℃;130℃;150℃;反应器的搅拌转速依次为100/100/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
次进料为382mL/h,进料组成与主进料一致,所使用的反应温度为98℃。次进料先加入一容积为2.1L的反应器,再胶液经过充分接枝后,加入第三反应器并通过静态混合器与第二反应器的物料充分混合。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表5。
表5、实施例5的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
1.9 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
17.5 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
49.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
37.5 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
24.5 |
实施例6:
橡胶溶解槽中加入35kg重量比为8∶2的乙苯和丙酮混合物,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135和2kg亚星CPE2135,通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解12小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过辛酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器主进料量为1300mL/h;系统压力控制在0.6MPa;4个反应器的反应温度依次为100℃;110℃;125℃;145℃;反应器的搅拌转速依次为100/100/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
次进料为250mL/h,进料组成与主进料一致,所使用的反应温度为95℃。次进料先加入一容积为2.1L的反应器,再胶液经过充分接枝后,加入第三反应器并通过静态混合器与第二反应器的物料充分混合。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表6。
表5、实施例6的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
2.0 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
15.5 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
47.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
36.5 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
27 |
实施例7
橡胶溶解槽中加入35kg重量比为2.5∶1的苯和甲基丙基酮混合物,39kg苯乙烯,将10kg海晶CPE135,2kg亚星CPE2135,通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解9小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过辛酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器进料量为1800mL/h;系统压力控制在0.6MPa之间;4个反应器的反应温度依次为110℃;120℃;140℃;160℃;反应器的搅拌转速依次为100/100/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表7。
表2、实施例7的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
1.8 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm.23℃ |
kJ/m2 |
18 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
46.5 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
35.5 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
29 |
实施例8
橡胶溶解槽中加入37kg重量比为3∶1的甲苯和甲基乙基酮混合物,39kg苯乙烯,将8kg海晶CPE135,2kg亚星CPE2135,通过加胶口加入橡胶溶解槽,常温下搅拌溶解9小时。然后加入丙烯腈15.2kg、2.8g过新癸酸叔丁基酯、0.62Kg增塑剂矿物油、0.11Kg抗氧剂1076、0.17Kg链转移剂硫醇,继续搅拌分散30min。
反应器进料量为1600mL/h;系统压力控制在0.7MPa之间;4个反应器的反应温度依次为108℃;120℃;135℃;155℃;反应器的搅拌转速依次为90/90/40/15rpm;所采用的反应器容积为3.9L。
反应熔体经过脱挥挤出机造粒,获得一种适合注塑加工的产品,使用相对应的ASTMD标准分析测试产品的性能见表8。
表8、实施例8的分析结果
性能 |
方法 |
条件 |
单位 |
数值 |
熔体质量流动速率 |
ASTM D1238 |
190℃,10kg |
g/10min |
1.6 |
Izod冲击强度 |
ASTM D256 |
6.4mm,23℃ |
kJ/m2 |
13.5 |
拉伸屈服强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
51 |
拉伸断裂强度 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
MPa |
39 |
断裂伸长率 |
ASTM D638 |
3.2mm,50mm/min |
% |
20 |
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但其并非用以限定本发明,任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,可做些许的更动和改进,本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。