本發(fā)明涉及高分子材料，具體而言，涉及一種苯乙烯系共聚物的制備及其氫化改性方法，用于提升苯乙烯系共聚物的耐熱性、抗氧化性和綜合力學(xué)性能。

背景技術(shù)：

1、苯乙烯系共聚物是目前應(yīng)用最為廣泛的五大通用塑料之一，憑借其優(yōu)異的性能特點(diǎn)，如高透明性、良好的絕緣性、耐水性和耐腐蝕性，得到了廣泛的應(yīng)用。此外，其優(yōu)越的著色性和印刷性能使其在外觀設(shè)計(jì)中表現(xiàn)突出，同時(shí)加工流動(dòng)性良好，易于成型，可生產(chǎn)出美觀的產(chǎn)品。因此，聚苯乙烯在電子、通訊器材、光學(xué)儀器、透明模具、食品包裝材料及日用品等領(lǐng)域得到了廣泛使用。

2、盡管苯乙烯系共聚物具有多種優(yōu)勢，但其固有的結(jié)構(gòu)特性也導(dǎo)致了若干性能上的不足：如脆性較大，不耐環(huán)境應(yīng)力開裂及溶劑侵蝕；耐熱性能不足，熱變形溫度僅為70-98℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(約105℃)也較低；沖擊強(qiáng)度不高，抗氧化性能較差。

3、為了改善這些性能，研究人員提出了多種改性方法，其中一種是通過共聚引入極性官能團(tuán)。例如，苯乙烯與甲基丙烯酸、馬來酸酐或馬來酰亞胺等含極性官能團(tuán)的單體共聚。這種方法可以通過調(diào)節(jié)極性官能團(tuán)單體的組成量來提高耐熱性。然而，該方法存在以下問題：當(dāng)含極性官能團(tuán)的共聚物在高溫環(huán)境下使用時(shí)，由于極性基團(tuán)發(fā)生副反應(yīng)，高分子鏈容易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致生成凝膠狀物質(zhì)，從而大幅提高共聚物的粘度，降低其成型加工性能。

4、另一種改性方法是通過與不含極性官能團(tuán)的單體共聚來提高耐熱性，例如，苯乙烯與α-甲基苯乙烯的共聚物，這種共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較普通聚苯乙烯更高，從而表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐熱性能。

5、此外，通過對(duì)苯乙烯系共聚物進(jìn)行氫化改性，使其苯環(huán)中的大π鍵部分或全部打開，可顯著改善材料的性能。例如，氫化后的苯乙烯系共聚物表現(xiàn)出更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、更強(qiáng)的抗氧化性能、更優(yōu)的耐熱性和規(guī)整度，以及更高的結(jié)晶度和更低的吸水性。這種材料克服了傳統(tǒng)聚苯乙烯的性能局限，為其在通用熱塑性樹脂中的應(yīng)用開辟了新的方向。而在此基礎(chǔ)上，對(duì)苯乙烯與α-甲基苯乙烯的共聚物進(jìn)行氫化改性，其性能表現(xiàn)更加優(yōu)異。

6、綜上所述，目前的改性方法雖然在一定程度上改善了苯乙烯系共聚物的性能，但仍存在副反應(yīng)導(dǎo)致的交聯(lián)、粘度升高等問題，同時(shí)如何進(jìn)一步優(yōu)化共聚物的氫化工藝以最大化改善性能仍是技術(shù)領(lǐng)域的難點(diǎn)。因此，有必要提供一種聚苯乙烯共聚物的制備及其氫化方法，旨在通過科學(xué)合理的制備與氫化工藝，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，進(jìn)一步提升材料的耐熱性、抗氧化性和綜合力學(xué)性能，為苯乙烯系共聚物的高性能化開辟新路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種苯乙烯系共聚物的制備及其氫化方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種苯乙烯系共聚物的制備方法，包括以下步驟：

4、s11、將15-20ml苯乙烯、60-65mlα-甲基苯乙烯和10-30ml環(huán)己烷通過減壓蒸餾精制后按照預(yù)設(shè)比例加入反應(yīng)釜中；

5、s12、添加一定量的引發(fā)劑，加熱至30-150℃并攪拌反應(yīng)；

6、s13、反應(yīng)結(jié)束后加入終止劑脫氣甲醇；

7、s14、聚合溶液經(jīng)過反復(fù)洗脫和溶解，得到苯乙烯系共聚物。

8、進(jìn)一步地，所述α-甲基苯乙烯可替換為對(duì)甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、2，5-二甲基苯乙烯、3，4-二甲基苯乙烯、3，5-二甲基苯乙烯、對(duì)乙基苯乙烯、間乙基苯乙烯、鄰乙基苯乙烯、1，1-二苯基乙烯。

9、進(jìn)一步地，所述步驟s12中，所述引發(fā)劑為正丁基鋰、叔丁基鋰或仲丁基鋰中的至少一種，加入量為0.001-0.01mol。

10、進(jìn)一步地，所述步驟s12中，反應(yīng)溫度為30-150℃，反應(yīng)時(shí)間為2-3小時(shí)。

11、進(jìn)一步地，所述脫氣甲醇加入量為2ml，聚合物洗脫使用乙醇，溶解使用二氯甲烷。

12、本發(fā)明還提供了一種苯乙烯系共聚物的氫化方法，包括以下步驟：

13、s21、取1-20g上述制備方法制備得到的苯乙烯系共聚物溶解于80-120ml十氫萘中；

14、s22、加入鈀催化劑(pd/c)，置于高壓反應(yīng)釜中；

15、s23、用氫氣置換釜內(nèi)空氣，加壓至3-15mpa，設(shè)定反應(yīng)溫度為150-250℃；

16、s24、壓力不再下降時(shí)停止加熱并降溫，對(duì)共聚物進(jìn)行清洗和干燥，得到氫化苯乙烯系共聚物。

17、進(jìn)一步地，所述氫氣加壓范圍為5-8mpa。

18、進(jìn)一步地，所述反應(yīng)溫度為160-200℃。

19、進(jìn)一步地，所述鈀催化劑的用量為苯乙烯系共聚物質(zhì)量的0.1％-0.5％。

20、進(jìn)一步地，制備的氫化苯乙烯系共聚物的氫化程度達(dá)到90％以上，且所述共聚物中苯環(huán)的部分或全部被飽和為環(huán)己烷基結(jié)構(gòu)。

21、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

22、1、本發(fā)明通過使用α-甲基苯乙烯或?qū)谆揭蚁?、間甲基苯乙烯或鄰甲基苯乙烯作為共聚單體，其分子結(jié)構(gòu)分別通過引入α位甲基或?qū)ξ患谆@著增強(qiáng)了分子鏈的剛性。其中，α-甲基苯乙烯通過增加分子鏈主鏈的空間位阻，限制了鏈段的自由運(yùn)動(dòng)；而對(duì)甲基苯乙烯由于對(duì)位甲基的引入，使得苯環(huán)的取代對(duì)稱性提高，從而增強(qiáng)了分子鏈的規(guī)整性。這些結(jié)構(gòu)特性共同提高了聚苯乙烯共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)，使共聚物表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性，能夠適應(yīng)高溫環(huán)境的應(yīng)用需求。

23、2、本發(fā)明采用的氫化反應(yīng)將苯環(huán)結(jié)構(gòu)部分或全部飽和為環(huán)己烷基，消除了苯環(huán)的雙鍵結(jié)構(gòu)，使分子更加穩(wěn)定。這一改性有效降低了聚合物在氧化條件下的降解風(fēng)險(xiǎn)，從而提升了材料的抗氧化能力。

24、3、本發(fā)明氫化后的聚合物因環(huán)己烷基的非極性特性，顯著降低了與極性溶劑的相互作用，從而增強(qiáng)了其耐溶劑性能。同時(shí)，飽和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高了材料在酸堿和氧化環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性，使其適用于苛刻化學(xué)條件。

25、4、氫化后，苯環(huán)的脆性特性被消除，分子鏈的柔順性得到增強(qiáng)，顯著提高了共聚物的韌性和沖擊強(qiáng)度，擴(kuò)展了其在高機(jī)械性能要求領(lǐng)域的應(yīng)用。

26、綜上，通過優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，本發(fā)明制備的共聚物兼具高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，使其廣泛適用于高溫結(jié)構(gòu)材料、耐化學(xué)腐蝕包裝材料和高性能工程塑料等領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種苯乙烯系共聚物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述α-甲基苯乙烯可替換為對(duì)甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、2，5-二甲基苯乙烯、3，4-二甲基苯乙烯、3，5-二甲基苯乙烯、對(duì)乙基苯乙烯、間乙基苯乙烯、鄰乙基苯乙烯、1，1-二苯基乙烯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s12中，所述引發(fā)劑為正丁基鋰、叔丁基鋰或仲丁基鋰中的至少一種，加入量為0.001-0.01mol。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s12中，反應(yīng)溫度為30-150℃，反應(yīng)時(shí)間為2-3小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述脫氣甲醇加入量為2ml，聚合物洗脫使用乙醇，溶解使用二氯甲烷。

6.一種苯乙烯系共聚物的氫化方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氫化方法，其特征在于，所述氫氣加壓范圍為5-8mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氫化方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為160-200℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氫化方法，其特征在于，所述鈀催化劑的用量為苯乙烯系共聚物質(zhì)量的0.1％-0.5％。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氫化方法，其特征在于，制備的氫化苯乙烯系共聚物的氫化程度達(dá)到90％以上，且所述共聚物中苯環(huán)的部分或全部被飽和為環(huán)己烷基結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種苯乙烯系共聚物的制備及其氫化方法，通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了共聚物性能的顯著提升。制備方法包括將苯乙烯、α?甲基苯乙烯及其類似物與環(huán)己烷按比例混合，并在引發(fā)劑作用下聚合。氫化方法是通過將共聚物溶解于十氫萘中，在鈀催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)，將苯環(huán)部分或全部飽和為環(huán)己烷基。本發(fā)明通過α位或?qū)ξ患谆囊腼@著增強(qiáng)了分子鏈剛性和規(guī)整性，提高了共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及耐熱性。氫化改性后，材料的抗氧化能力、耐溶劑性能和化學(xué)穩(wěn)定性顯著提升，韌性和沖擊強(qiáng)度得到增強(qiáng)。本發(fā)明提升了反應(yīng)效率，降低了生產(chǎn)成本，制備的共聚物及其氫化產(chǎn)物可廣泛應(yīng)用于光學(xué)材料、結(jié)構(gòu)材料和工程塑料中。

技術(shù)研發(fā)人員：寧連超,張翔麟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇嘉琪發(fā)化工有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8