增韧透明聚苯乙烯的制备及热性能.doc

增韧透明聚苯乙烯的制备及热性能孟程程,李新法*,陈金周,牛明军(郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450052)摘要:以丙烯酸丁酯为增韧单体,采用乳液聚合方法,制备了高韧性透明聚苯乙烯(THIPS)。利用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)测试了THIPS的热性能。实验结果表明,聚苯乙烯分子链中引入丙烯酸丁酯后,使共聚物分子链的柔顺性提高,玻璃化转变温度Tg降低,其冲击强度提高;另外其热分解温度均在400以上,说明其具有较好的热稳定性。关键词:高韧性透明聚苯乙烯;丙烯酸丁酯;乳液聚合;热性能The Preparation and ThermalProperties ofTransparentH igh ImpactPolystyreneMENG Cheng-cheng, LIXin-fa, CHEN Jin-zhou, NIUMing-jun(School ofMaterials Science and Engineering, ZhengzhouUniversity, Zhengzhou 450052, China)Abstract:Choosing butyl acrylate as a tougheningmonomer, proceeding copolymerization with styreneby emulsion polymerization, transparent high impact polystyrene (THIPS) was developed. The thermaproperties ofTHIPSwere studied bymeans of different scanning calorimeter (DSC), and thermogravimetricanalysis (TG). The experiment results showed that the higherofbutyl acrylate contentwhichwas introducedinto the molecular chain of polystyrene, the better the copolymer molecular chain s flexibility. The glasstransparent temperatureTgdecreased, while the impact strength increased. In addition, the copolymer hadbetter thermal stability because the thermal decomposition temperature of copolymerwas all above 400Keywords:Transparent High Impact Polystyrene; Butyl Acrylate; Emulsion Polymerization;ThermalProperties由于聚苯乙烯(PS)具有刚性高、透明性好、耐水和耐化学品优异、电绝缘性和成型加工性良好、成本低廉等特点,因而在国民经济的许多领域获得了广泛应用1。但由于PS尚存在着冲击强度较低,脆性较大等缺陷而限制了其在许多方面的应用。为此,高韧性PS早已研制成功并投入应用,但其透明性却往往明显降低。作者以丙烯酸丁酯等为增韧单体,与苯乙烯进行了乳液共聚合2,成功研制了高韧性透明聚苯乙烯(THIPS),其兼顾了透明性好和冲击强度高的特性3-4。本文重点对THIPS的热性能进行了分析研究,从而为成型工艺条件的合理确定及制品质量的提高提供了重要的理论依据。1实验部分11主要原料及试剂苯乙烯(St):化学纯,中国上海试剂一厂;丙烯酸丁酯(BA):分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;十二烷基硫酸钠(SDS):化学纯,中国医药(集团)上海化学试剂公司;聚乙二醇辛基苯基醚(OP):化学纯,中国上海试剂一厂;过硫酸铵(引发剂):分析纯,北京化工厂。12主要实验仪器热重分析仪: TG209型,德国NETZSCH公司;差示扫描量热仪: DSC204型,德国NETZSCH公司。13实验方法131单体的洗涤单体使用前通过5%碱液(105 g NaOH溶于200 mL蒸馏水中)的洗涤除去阻聚剂及低聚物。分34次洗涤,每次4050mL,然后再用蒸馏水洗涤至中性。132苯乙烯和丙烯酸丁酯的乳液共聚合在装有电动搅拌器、滴液装置、回流冷凝管、温度计的三颈瓶中加入计量的部分乳化剂和适量的碳酸氢钠,恒温水浴加热,以一定速度搅拌大约1 h,获得均匀稳定的乳化液;然后连续滴加混合单体和引发剂溶液,恒温水浴加热,控制滴加速度使单体和引发剂连续滴加4 h,反应温度恒定在7580;加料结束后,继续加热回流,最后升温至9095无回流为止,冷却至50,用氨水调pH值至89,搅拌冷却1 h,经破乳、干燥即得THIPS。14热性能的测试141差示扫描量热分析(DSC)取8 mg左右粉末状样品,在N2的保护下,采用铝坩埚做参比,进行示差扫描量热分析。N2流速为30 mL/min。当单体ST/BA质量比为1/1时,以5/min的升温速率从-25升温至240;当单体SA/BA质量比为2/1时,以5/min的升温速率从0升温至260。142热失重(TG)和微分热失重分析(DTG)取68 mg粉末状样品,利用热重分析仪测定高韧性透明聚苯乙烯热失重。N2的流速为20 mL/min,升温速度为10/min,从室温升至600,参比物为Al2O3。2结果与讨论21差示扫描量热分析由图1可以看出, ST/BA质量比1/1的THIPS大约在180409出现一个台阶,这是因为温度达到了共聚物的玻璃化转变温度Tg,共聚物的热容增大,吸收了更多的热量,基线发生了偏移。通常确定Tg的方法有多种,这里采用的方法为:由玻璃化转变前后的直线部分取切线,再在实验曲线上取一点,使其平分两切线间的距离,这一点所对应的温度即为Tg。按上述方法确定的共聚物的玻璃化转变温度为295。另外在185225出现了一个放热峰,推测可能是聚苯乙烯均聚物的降解放热。而ST/BA质量比2/1的THIPS大约在548652出现一个台阶,从而确定的共聚物的玻璃化转变转变温度为605。在150190出现一个放热峰,推测可能是乳化剂发生分解。由图1可得到THIPS的Tg,如表1所示。由表1结果分析可得,在聚苯乙烯分子链中引入丙烯酸丁酯后,由于共聚物分子链的柔顺性提高,所以其Tg降低,这也是其冲击强度提高的原因。22热重和微商热重分析高韧性透明聚苯乙烯的热失重曲线和微商热重曲线分别如图2和图3所示。由图2和图3可以得到三种试样的起始降解温度T0、终止降解温度Tf、质量损失率和降解峰值温度Tp,结果如表2所示。通过表2结果分析:三种试样的热失重过程都分三个阶段,根据每个阶段的T0、Tf、Tp和质量损失率,以及乳化剂(十二烷基硫酸钠, SDS)的加入量可推测到第一阶段可能是SDS的分解;另外推测到第二部分可能为聚苯乙烯均聚物的降解,由于单体没有蒸馏精制,所以在合成和储存时难免会出现少量的聚苯乙烯的均聚物;第三阶段为共聚物的降解。通用聚苯乙烯的热分解温度一般在330左右,而THIPS由于丙烯酸丁酯的引入而得到提高,热降解温度均达到400以上,说明其热稳定性有了明显的提高。3结论1)聚苯乙烯分子链中引入丙烯酸丁酯后,使共聚物分子链的柔顺性提高,所以其玻璃化转变温度降低,这也是其冲击强度提高的原因。2)高韧性透明聚苯乙烯的的热分解温度均在400以上,说明其具有优异的热稳定性。参考文献1邓力群.当代中国的石油化学工业M.北京:中国社会科学出版社, 1987: 442.2 ZOCO N, de ARBINA L L, LEIZA J R, et a.l Molecularweight development in emulsion copolymerization o