本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，特別是指一種PS復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚苯乙烯(PS)具有質輕、無毒、無臭，化學穩(wěn)定性好，電絕緣性能好，且在常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小等優(yōu)點。盡管PS的綜合性能非常優(yōu)異，但是在一些特定的應用領域，PS的物理性能、往往達不到某使用要求，這大大限制了PS的應用范圍。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的是提供一種PS復合材料及其制備方法，以提高PS復合材料的物理性能。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：
一種PS復合材料，由以下重量份的組分制成：
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、丙烯晴加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為20-30：0.1-0.3：0.2-0.4：200-280：1-3。
所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為12-16：10-14：230-260。
所述石墨烯為處理后的石墨烯，所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為20-28：50-60：100-160。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的一種或多種。
所述潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鉀中的一種或多種。
上述任一項所述PS復合材料的制備方法，包括以下步驟：
1)稱取60份-80份的PS、16份-24份的TiO2-g-P(GMA-AN)、8份-12份的石墨烯、0.1份-0.5份抗氧劑、0.1份-0.3份潤滑劑混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料。
優(yōu)選地，所述步驟2)具體為：將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，其中，所述雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，一區(qū)溫度140～160℃，二區(qū)溫度180～220℃，三區(qū)溫度180～220℃，四區(qū)溫度180～220℃，五區(qū)溫度180～220℃，六區(qū)溫度180～220℃，機頭溫度180～220℃；螺桿轉速200～260r/min。
本發(fā)明的有益效果是：
本技術方案利用石墨烯的表面的含氧官能團，通過化學鍵合的方式在表面接枝了合適的長鏈烷烴，長鏈烷烴能有效地阻止了石墨烯的團聚，讓石墨烯能更好地分散在PS復合材料里。同時石墨烯的加入會提升PS復合材料中的抗靜電性能。
本技術方案在TiO2表面上接枝GMA、AN，相比與直接添加TiO2，物理性能更好，這是因為一方面P(GMA-AN)以化學鍵連接著TiO2，表面接枝率更高，有利于把應力傳送到粒子上，另一方面表面接枝物能改善TiO2與PS相容性。
具體實施方式
以下通過實施例來詳細說明本發(fā)明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發(fā)明的技術方案，而不能解釋為是對本發(fā)明技術方案的限制。
本申請?zhí)峁┮环NPS復合材料，由以下重量份的組分制成：
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(GMA)、丙烯晴(AN)加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為20-30：0.1-0.3：0.2-0.4：200-280：1-3。
所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為12-16：10-14：230-260。
所述石墨烯為處理后的石墨烯，所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為20-28：50-60：100-160。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯(簡稱Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(簡稱Irganox1010)或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯(簡稱Irganox1330)中的一種或多種。
所述潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鉀中的一種或多種。
上述任一項所述PS復合材料的制備方法，包括以下步驟：
1)稱取60份-80份的PS、16份-24份的TiO2-g-P(GMA-AN)、8份-12份的石墨烯、0.1份-0.5份抗氧劑、0.1份-0.3份潤滑劑混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料。
優(yōu)選地，所述步驟2)具體為：將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，其中，所述雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，一區(qū)溫度140～160℃，二區(qū)溫度180～220℃，三區(qū)溫度180～220℃，四區(qū)溫度180～220℃，五區(qū)溫度180～220℃，六區(qū)溫度180～220℃，機頭溫度180～220℃；螺桿轉速200～260r/min。
本發(fā)明的實施例中所用的原料如下：
PS(型號350)，臺灣國喬；納米TiO2，蕪湖華泰化工；GMA，寧波泰值化工；AN，濟南遠祥化工；十二烷基硫酸鈉，浙江東越化工；石墨烯，長沙羅斯科技；OP10，江蘇海安石油化工；過硫酸鉀，鄭州騰達化工；十八胺，上海藍靈化工；硬脂酸鈣，湖北中料化工；硬質酸鈉，湖北興銀河化工；硬脂酸鉀，鄭州邦諾化工；抗氧劑(型號Irganox168、Irganox1010、Irganox1330)，瑞士汽巴精化。
本發(fā)明所用的測試儀器如下：
ZSK30型雙螺桿擠出機，德國W&P公司；JL-1000型拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型沖擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司；QD-GJS-B12K型高速攪拌機，北京恒奧德儀器儀表有限公司。
先制備TiO2-g-P(GMA-AN)：
制備例1
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為20：0.1：0.2：200：1。
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(GMA)、丙烯晴(AN)加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為12：10：230。
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
制備例2
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為30：0.3：0.4：280：3。
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(GMA)、丙烯晴(AN)加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為16：14：260。
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
制備例3
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為20：0.3：0.4：280：3。
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(GMA)、丙烯晴(AN)加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為12：14：260。
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
制備例4
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為30：0.1：0.2：200：1。
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(GMA)、丙烯晴(AN)加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為16：10：230。
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
制備例5
所述TiO2-g-P(GMA-AN)的制備方法，包括以下步驟：
1)將TiO2、十二烷基硫酸鈉、乳化劑OP10、去離子水置于四口燒瓶中超聲分散6-10h，再加入一定質量的過硫酸鉀，80-120℃反應4-6h，得到混合溶液A；所述TiO2、所述十二烷基硫酸鈉、所述乳化劑OP10、所述去離子水及所述過硫酸鉀的質量比為25：0.2：0.3：250：2。
2)將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(GMA)、丙烯晴(AN)加入至四口燒瓶中，與混合溶液A進行混合，120-160℃反應8-12h，得到混合溶液B；所述甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯、所述丙烯晴及所述混合溶液A的質量比為14：13：245。
3)將混合溶液B過濾洗滌，得到白色產物，80-100℃反應6-8h即得產物TiO2-g-P(GMA-AN)。
制備處理的石墨烯
制備例6
所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為20：50：100。
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
制備例7
所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為28：60：160。
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
制備例8
所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為20：60：160。
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
制備例9
所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為28：50：100。
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
制備例10
所述處理后的石墨烯的處理方法包括以下步驟：
1)稱取十八胺、乙醇加入至石墨烯的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環(huán)境下，回流反應20-24h；所述十八胺、所述乙醇及所述石墨烯的質量比為25：54：120。
2)將步驟1)所得產物過濾，置于60-80℃的真空箱里干燥20-24h，既得處理后的石墨烯。
實施例1
1)稱取60份PS、16份TiO2-g-P(GMA-AN)、8份石墨烯、0.1份Irganox168、0.1份硬脂酸鈣混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料P1。
其中，雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，第一溫度區(qū)的溫度為140℃，第二溫度區(qū)的溫度為180℃，第三溫度區(qū)的溫度為180℃，第四溫度區(qū)的溫度為180℃，第五溫度區(qū)的溫度為180℃，第六溫度區(qū)的溫度為180℃，雙螺桿擠出機的機頭溫度為180℃，螺桿轉速為200r/min。
實施例2
1)稱取80份PS、24份TiO2-g-P(GMA-AN)、8份石墨烯、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.2份Irganox168、0.3份硬脂酸鈉混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料P2。
其中，雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，第一溫度區(qū)的溫度為160℃，第二溫度區(qū)的溫度為220℃，第三溫度區(qū)的溫度為220℃，第四溫度區(qū)的溫度為220℃，第五溫度區(qū)的溫度為220℃，第六溫度區(qū)的溫度為220℃，雙螺桿擠出機的機頭溫度為220℃，螺桿轉速為260r/min。
實施例3
1)稱取70份PS、20份TiO2-g-P(GMA-AN)、10份石墨烯、0.3份Irganox1330、0.2份硬脂酸鉀混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料P3。
其中，雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，第一溫度區(qū)的溫度為150℃，第二溫度區(qū)的溫度為200℃，第三溫度區(qū)的溫度為200℃，第四溫度區(qū)的溫度為200℃，第五溫度區(qū)的溫度為200℃，第六溫度區(qū)的溫度為200℃，雙螺桿擠出機的機頭溫度為200℃，螺桿轉速為230r/min。
實施例4
1)稱取75份PS、19份TiO2-g-P(GMA-AN)、11份石墨烯、0.2份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.1份硬脂酸鉀、0.1份硬脂酸鈣混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料P4。
其中，雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，第一溫度區(qū)的溫度為160℃，第二溫度區(qū)的溫度為190℃，第三溫度區(qū)的溫度為190℃，第四溫度區(qū)的溫度為190℃，第五溫度區(qū)的溫度為190℃，第六溫度區(qū)的溫度為190℃，雙螺桿擠出機的機頭溫度為190℃，螺桿轉速為250r/min。
實施例5
1)稱取65份的PS、22份TiO2-g-P(GMA-AN)、12份石墨烯、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.1份硬脂酸納混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料P5。
其中，雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，第一溫度區(qū)的溫度為155℃，第二溫度區(qū)的溫度為195℃，第三溫度區(qū)的溫度為195℃，第四溫度區(qū)的溫度為200℃，第五溫度區(qū)的溫度為200℃，第六溫度區(qū)的溫度為200℃，雙螺桿擠出機的機頭溫度為200℃，螺桿轉速為255r/min。
對比例1
1)稱取80份的PS、20份TiO2、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.1份硬脂酸納混合并攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS復合材料D1。
其中，雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區(qū)，第一溫度區(qū)的溫度為150℃，第二溫度區(qū)的溫度為190℃，第三溫度區(qū)的溫度為190℃，第四溫度區(qū)的溫度為190℃，第五溫度區(qū)的溫度為190℃，第六溫度區(qū)的溫度為190℃，雙螺桿擠出機的機頭溫度為190℃，螺桿轉速為220r/min。
性能測試：
將上述實施例1-5及對比例1制備的PS復合材料用注塑機制成樣條測試，
測試數據如下表：
表1各實施例及對比例產品性能測試
從上表可以看出，實施例1-5與對比例1相比，表面電阻率基本都能達到108左右，和對比例中的1014相比已經有不少程度的改善，這說明實施例1-5的抗靜電效果要遠好于對比例1，從表中還可以看出實施例1-5的拉伸強度、彎曲模量、懸臂梁缺口沖擊強度也要好于對比例1。這大大擴展了PS復合材料的應用領域，具有非常重要的意義。
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的描述，應當指出，由于文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。