一种聚甲醛增韧剂、增韧聚甲醛及增韧剂的制备方法

摘要

一种聚甲醛增韧剂、增韧聚甲醛及增韧剂的制备方法属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚甲醛增韧剂、增韧聚甲醛及增韧剂的制备方法。本发明提供一种增韧效果好、成本低的聚甲醛增韧剂和其制备方法，以及一种添加此增韧剂的增韧聚甲醛。本发明聚甲醛增韧剂的组成按重量份数表示为：热塑性聚氨酯 30 ～ 50 ；丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体 50 ～ 70 ；抗氧剂 0.1 ～ 0.3 。本发明增韧剂的制备方法包括以下步骤：（ 1 ）将热塑性聚氨酯、丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体、抗氧剂加入到混合器中。（ 2 ）将混好的物料投入双螺杆挤出机的加料斗，混炼塑化并挤出。（ 3 ）将通过双螺杆挤出机机头挤出的物料制成颗粒。（ 4 ）对粒子进行干燥处理。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚甲醛增韧剂、增韧聚甲醛及增韧剂的制备方法。

背景技术

聚甲醛（POM）在热塑性塑料中是最坚硬的，其具有较好的综合性能，是塑胶原料中力学性能最接近金属的品种之一。但是，聚甲醛作为通用塑料，由于其耐候差，粘合性差，热分解与软化温度接近，使其在工程塑料领域的应用中受到了限制。另外，由于聚甲醛结晶度高，极易形成大的球晶结构，造成POM树脂缺口敏感性大，耐冲击强度低，往往以脆性方式遭到破坏，也极大的限制了POM的发展和应用。因此多年来，进一步提高工程塑料POM的冲击韧性成为主要研究方向。因为热塑性聚氨酯（TPU）弹性体与POM溶度积相接近具有一定的相容性，提高了聚甲醛POM的耐冲击性，其缺口冲击强度比纯POM树脂明显提高，目前，多采用TPU来增韧POM。例如，任显诚等人的研究发现采用机器共混的方法制备了POM/TPU复合材料（任显诚等人，“聚氨酯增韧聚甲醛的研究”，塑料工业，2004年，第32卷第6期，14～15页），该复合材料形成双连续结构时成为超韧体系，即用热塑性聚氨酯弹性体改性聚甲醛可以提高聚甲醛的抗冲击强度。但是对于纯POM低TPU质量分数的体系，TPU以分散相粒子存在于POM中。当受到冲击作用时，锐利的缺口产生的裂纹迅速增长，容易直接从POM大的球晶晶粒之间穿过，使材料脆性破坏，即使裂纹发展过程中遇到一些TPU弹性粒子，吸收的能量也有限，因而韧性提高的幅度并不大。只有当TPU的质量分数达到50%时，POM/TPU复合材料的亚微相态呈现双连续相，POM/TPU复合材料才能成为超韧体系。由于TPU的价格比较昂贵，如此大的TPU添加量导致了具有良好韧性的POM的价格居高不下。虽然，杜邦（Du Pont）公司采用机械共混和接枝共聚的方法开发出超韧性TPU/POM合金，但要明显的表现出脆～韧转变现象，TPU也必须添加超过35%的量，这大大增加了成本，限制了POM的广泛使用。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种增韧效果好、成本低的聚甲醛增韧剂和其制备方法，以及一种添加此增韧剂的增韧聚甲醛。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明聚甲醛增韧剂的组成按重量份数表示为：热塑性聚氨酯30～50；丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体50～70；抗氧剂0.1～0.3。

作为一种优选方案，本发明所述热塑性聚氨酯的重量份数为40、丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体的重量份数为60、抗氧剂的重量份数为0.2。

作为另一种优选方案，本发明所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯或聚醚性聚氨酯。

作为另一种优选方案，本发明所述抗氧剂为空间位阻酚类抗氧剂1010。

本发明增韧聚甲醛的组成按重量份数表示为：所述聚甲醛增韧剂5～20、聚甲醛80～95。

作为一种优选方案，本发明所述聚甲醛增韧剂的重量份数为12、聚甲醛的重量份数为88。

本发明增韧剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将热塑性聚氨酯、丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体、抗氧剂加入到混合器中，混合至均匀。

（2）将混好的物料投入双螺杆挤出机的加料斗，经双螺杆挤出机混炼塑化并挤出。

（3）将通过双螺杆挤出机机头挤出的物料制成颗粒。

（4）对粒子进行干燥处理。

作为另一种优选方案，本发明所述制造颗粒的方式为水冷拉条造粒或水环造粒或水下造粒。

其次，本发明所述混合器采用高速混合器，混合处理温度的温度为室温，混合时间为5分钟。

另外，本发明所述双螺杆挤出机加工温度为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为260rpm～320rpm。

本发明有益效果：本发明采用的丙烯酸酯接枝苯乙烯类弹性体具有壳核结构，为壳核结构增韧机理，TPU为弹性体增韧机理，实现了改性剂的优势互补，增韧效果好，提高了增韧剂的相容性、分散性，其性能相比添加相同分数的单纯TPU增韧聚甲醛的抗冲击强度有显著提高，可提高5%～35%。

另外，本发明大幅度地减少了昂贵的TPU弹性体的用量，添加少量的本发明的增韧剂，便可获得增韧效果良好的聚甲醛，极大地降低的增韧聚甲醛的成本，使增韧聚甲醛得到更加广泛的使用。

具体实施方式

本发明聚甲醛增韧剂的组成按重量份数表示为：热塑性聚氨酯30～50；丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体50～70；抗氧剂0.1～0.3。丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体可采用牌号为KM358的丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体。

所述热塑性聚氨酯的重量份数为40、丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体的重量份数为60、抗氧剂的重量份数为0.2。

所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯；聚酯型聚氨酯的综合力学性能好,与POM在熔融加工中粘度匹配性好,利于共混,增韧效果好。

所述抗氧剂为空间位阻酚类抗氧剂。

所述抗氧剂为抗氧剂1010；抗氧剂1010是受阻酚型抗氧剂，与大多数聚合物具有很好的相容性，有良好的防止光和热引起的变色作用，化学性状稳定。

本发明增韧聚甲醛的组成按重量份数表示为：所述聚甲醛增韧剂5～20、聚甲醛80～95。

所述聚甲醛增韧剂的重量份数为12、聚甲醛的重量份数为88。

本发明增韧聚甲醛的制备方法：将所述聚甲醛增韧剂与聚甲醛共混5分钟，然后投入双螺杆挤出机，挤出机各段的的温度为区间为：一区175℃～183，二区183～186℃，三区187～192℃，四区192～196℃，五区198～205℃，六区198～205℃，七区192～197℃，八区187～193℃，九区182～186℃，机头182～188℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为300rpm。

本发明增韧剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将热塑性聚氨酯、丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体、抗氧剂加入到混合器中，混合至均匀。

（2）将混好的物料投入双螺杆挤出机的加料斗，经双螺杆挤出机混炼塑化并挤出。

（3）将通过双螺杆挤出机机头挤出的物料制成颗粒。

（4）对粒子进行干燥处理。

所述制造颗粒的方式为水冷拉条造粒或水环造粒或水下造粒。

所述混合器采用高速混合器，混合处理温度的温度为室温，混合时间为5分钟。

所述双螺杆挤出机加工温度为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为260rpm～320rpm。

本发明增韧剂的熔融指数为0.3～0.5g/10min（熔指仪温度为190℃，砝码重量为2.16Kg）。

为便于本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行描述。

实施例1：将70份的丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体KM358、30份的热塑性聚氨酯、0.2份的抗氧剂1010同时加入混料机中共混5分钟，然后投入双螺杆挤出机，挤出机各段的的温度为区间为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为300rpm。

实施例2：将65份的丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体KM358、35份的热塑性聚氨酯、0.2份的抗氧剂1010同时加入混料机中共混5分钟，然后投入双螺杆挤出机，挤出机各段的的温度为区间为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为300rpm。

实施例3：将60份的丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体KM358、40份的热塑性聚氨酯、0.2份的抗氧剂1010同时加入混料机中共混5分钟，然后投入双螺杆挤出机，挤出机各段的的温度为区间为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为300rpm。

实施例4：将55份的丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体KM358、45份的热塑性聚氨酯、0.2份的抗氧剂1010同时加入混料机中共混5分钟，然后投入双螺杆挤出机，挤出机各段的的温度为区间为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为300rpm。

实施例5：将50份的丙烯酸酯接枝的苯乙烯类弹性体KM358、50份的热塑性聚氨酯、0.2份的抗氧剂1010同时加入混料机中共混5分钟，然后投入双螺杆挤出机，挤出机各段的的温度为区间为：一区158℃～163，二区162～167℃，三区168～173℃，四区172～176℃，五区177～183℃，六区176～182℃，七区172～175℃，八区168～173℃，九区162～167℃，机头175～182℃；每区停留时间4～5秒；螺杆转速为300rpm。

单独添加TPU与添加本发明的聚甲醛增韧剂获得的增韧聚甲醛的性能对比如下表。

从上表可以看出，在增韧剂添加量相同的情况下，本发明的增韧聚甲醛对比于单独添加TPU的聚甲醛的悬臂梁缺口冲击强度可提高5%～35%左右。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。