Способ получения ударопрочного полистирола

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДАРОПРОЧНОГО ПОЛИСТИРОЛА путем периодической форполимеризации в массе раствора каучука в стироле до конверсии мономера 25-30% в присутствии соединения, содержащего ненасыщенные связи, суспендирования форполимера в воде в присутствиии стабилизатора суспензии и последующей полимеризации в суспензии, отличающийся тем, что, с целью улучшения физико-механических свойств ударопрочного полистирола, в качестве соединения, содержащего ненасыщенные связи, используют 7-36% от веса исходных компонентов форполимера, полученного полимеризацией раствора каучука в стироле до конверсии стирола 25-30%.

Изобретение относится к способам получения ударопрочных сополимеров стирола с каучуками, в частности к периодическому блочно-суспензионному способу. Ударопрочный полистирол широко используется как конструкционный материал в различных отраслях промышленности.
К конструкционным полимерным материалам предъявляются повышенные требования в отношении физико-механических и эксплуатационных свойств, особенно к их ударопрочности.
Известно, что ударная вязкость ударопрочного полистирола возрастает с увеличением содержания в нем усиливающего каучука. Однако при этом падают предел прочности при растяжении и теплостойкость материала и затрудняется его переработка. Оптимального сочетания физико-механических свойств ударопрочного полистирола добиваются различными приемами.
Известен способ получения ударопрочного полистирола, согласно которому раствор каучука в стироле полимеризуют в массе до конверсии 10-50%, затем в водной суспензии в присутствии стабилизатора суспензии - смеси поливинилового спирта с гидроокисью магния. Для повышения ударопрочности продукта в форполимер на стадии полимеризации в массе после того, как произошла инверсия фаз, вводят дополнительное количество каучука в виде водного латекса с размером частиц 0,1-1,0 мкм. Латекс смешивают с форполимером, добавляют до 2% (от массы латекса) коагулянта и после коагуляции продолжают полимеризацию.
Недостатком известного способа является снижение значений разрушающего напряжения при растяжении и теплостойкости по Вика полученного полимера, обладающего, впрочем, высокой ударопрочностью, обусловленной высоким содержанием каучука. Это ограничивает области применения полимера, полученного описанным способом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ получения ударопрочного полистирола путем периодической форполимеризации в массе раствора каучука в стироле до конверсии мономера 25-30% в присутствии соединения, содержащего ненасыщенные связи (олигобутадиена с концевыми моноперацетальными группами и мол.м. 3000-7000), суспендирования форполимера в воде в присутствии стабилизатора суспензии и последующей полимеризации в суспензии.
Сополимеры, полученные известным способом, имеют глянцевитую поверхность, ударную вязкость (по Изоду с надрезом) порядка 9 кГс см/см² при содержании каучука в продукте 5 мас.% относительное удлинение 33-38%.
Указанные физико-механические свойства (ударная вязкость и относительное удлинение) продукта недостаточно высоки для некоторых областей применения ударопрочного полистирола. Кроме того, олигодиены с концевыми перекисными группами дороги, что приводит к удорожанию продукта на 2-5%.
Целью изобретения является улучшение физико-механических свойств ударопрочного полистирола, особенно его ударной вязкости.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения ударопрочного полистирола путем периодической форполимеризации в массе раствора каучука в стироле до конверсии мономера 25-30% в присутствии соединения, содержащего ненасыщенные связи, суспендирования форполимера в воде в присутствии стабилизатора суспензии и последующей полимеризации в суспензии, в качестве соединения, содержащего ненасыщенные связи, используют 7-36% от веса исходных компонентов форполимера, полученного полимеризацией раствора каучука в стироле до конверсии стирола 25-30%.
Указанный форполимер может быть приготовлен специально или взят от предыдущего цикла полимеризации. Его вводят в раствор каучука в стироле одновременно с пластификатором, инициатором полимеризации и другими добавками.
В качестве инициатора полимеризации могут быть использованы, например, перекись бензоила, трет-бутилпербензоат, перекись лауроила, их смеси и др.
Изобретение позволяет получать привитые ударопрочные сополимеры стирола с различными каучуками (бутадиеновым, изопреновым, стиролбутадиеновым) при соотношении 88-97 мас.% стирола и 3-12 мас.% каучука.
П р и м е р 1. В аппарат, снабженный мешалкой и охлаждающей рубашкой, загружают стирол, регулятор молекулярной массы - нормальный лаурилмеркаптан, бутадиеновый каучук марки СКДПС (с мол.м. 250000-300000) и проводят растворение каучука при температуре 70^оС в течение 2,5 ч при перемешивании со скоростью 100 об/мин. Раствор каучука перекачивают в автоклав емкостью 14 л, в раствор вводят заранее полученный форполимер с конверсией стирола 25% , а также пластификатор - медицинское вазелиновое масло - и инициатор полимеризации (1 порция) - перекись бензоила. Рецептура загрузки мас.%: Стирол 84,40 Каучук 5,54 Форполимер 7,60
Медицинское вазели- новое масло 2,00 Перекись бензоила 0,07 Н-Лаурилмеркаптан 0,01
После смешения концентрация полистирола в реакционной массе 2 мас.%.
Содержимое автоклава нагревают до 90^оС и при этой температуре проводят форполимеризацию до конверсии стирола 30 мас.% в течение 3-3,5 ч.
После завершения форполимеризации в реактор с неохлажденным форполимером загружают водную фазу, полученную сливанием растворов солей хлористого кальция и тринатрийфосфата в деминерализованной воде вместе с углекислым кальцием и вторичным алкилсульфатом натрия.
Рецептура загрузки водной фазы, мас.ч.: Вода 64,17 Трикальцийфосфат 0,33
Вторалкилсульфат натрия 0,002 Углекислый кальций 0,1
Соотношение форполимера и водной фазы 5 : 3 по объему, скорость перемешивания 300 об/мин. В суспензию вводят 0,23 мас.% перекиси бензоила и 0,15 мас. % . трет-бутилпербензоата и ведут полимеризацию в токе азота в следующем режиме:
Подъем темпера- туры до 90^оС, ч 1 Выдержка при 90^оС, ч 4
Подъем темпера- туры до 130^оС, ч 3 Выдержка при 130^оС, ч 2
Процесс стабилен, налипание полимера на стенках аппарата практически отсутствует.
После окончания процесса суспензию подкисляют до рН = 2-4, полимерный бисер отделяют, промывают и сушат. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
П р и м е р 2. Процесс поводят, как в примере 1, но загружают 79,5 мас. ч. стирола, 5,23 мас. ч. каучука и 12,8 мас.ч. Форполимера с конверсией стирола 30 мас.%. Форполимеризацию проводят до конверсии 2 мас.%. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
П р и м е р 3. Процесс проводят, как в примере 1, но загружают 66,74 мас. ч. стирола, 4,40 мас.ч. каучука и 26,4 мас.ч. форполимера. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
П р и м е р 4. Процесс проводят, как в примере 1, но берут 21,35 мас.ч. стирола, 4,80 мас.ч. каучука и 11,3 мас.ч. форполимера. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
П р и м е р 5. Процесс проводят, как в примере 1, но берут 4,30 мас.ч. стирола, 7,75 мас.ч. каучука и 35,5 мас.ч. форполимера. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
П р и м е р 6 (контрольный). Процесс проводят, как в примере 1, но без введения форполимера. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
П р и м е р 7 (контрольный). Процесс проводят, как в примере 6, но берут 5,5 мас. % каучука. Физико-механические свойства продукта приведены в таблице.
Как видно из таблицы, введение в исходных раствор каучука в стироле форполимера в количестве 7-36% от общей загрузки приводит к значительному улучшению таких физико-механических свойств продукта, как ударопрочность и относительное удлинение, при сохранении в норме прочих показателей.
Таким образом, изобретение позволяет получать ударопрочный полистирол с улучшенными физико-механическими свойствами.