一種膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性聚苯乙烯的制備方法，具體是一種利用膨脹進(jìn)行阻燃的環(huán)保型聚苯乙烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯乙烯(PS)是世界上用量最大的五大通用熱塑性合成樹脂之一，具有良好的熱穩(wěn)定性與電氣性能，熱導(dǎo)率較高，其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度在通用塑料中最高，而且容易成型，價(jià)格低廉，因此在建筑行業(yè)和電子電器行業(yè)有較為廣泛的應(yīng)用。但是其易燃，且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱，容易引發(fā)火災(zāi)，所以人們對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行阻燃改性處理，從而提高其氧指數(shù)與熱穩(wěn)定性，使聚苯乙烯的應(yīng)用更為廣泛。
[0003]可膨脹石墨和聚磷酸銨都是現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛且阻燃效果較好的阻燃劑，由于可膨脹石墨的“爆米花效應(yīng)”，通常將這兩種阻燃劑以合適的比例復(fù)配，從而減弱“爆米花效應(yīng)”，提尚阻燃性能。
[0004]CN 103333424 A公開了“一種聚苯乙烯無(wú)鹵環(huán)保阻燃劑及其制備方法”。以聚磷酸銨、可膨脹石墨、碳酸鈣、成炭促進(jìn)劑共混加入表面活性劑制得復(fù)配阻燃劑，雖然阻燃效果有所提高，但是所用的阻燃劑種類較多，也沒有具體的敘述聚磷酸銨與可膨脹石墨之間的協(xié)同效應(yīng)以及兩者之間合適的配比。
[0005]CN103554598 A公開了 “無(wú)鹵阻燃高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制備方法”。先將可膨脹石墨進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑改性，再與聚磷酸銨、紅磷阻燃母粒復(fù)配制得復(fù)配阻燃劑，用其阻燃高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。得到的產(chǎn)物阻燃性能較好，也說(shuō)明了可膨脹石墨與聚磷酸銨、紅磷之間存在著協(xié)同效應(yīng)，但是沒有具體說(shuō)明可膨脹石墨與聚磷酸銨或紅磷之間的作用，而且也沒有具體闡述三者之間的復(fù)配比例關(guān)系。
[0006]CN101629007 B公開了 “一種低煙無(wú)鹵阻燃熱塑性彈性體復(fù)合材料及其制備方法”。以氫氧化鎂、可膨脹石墨與阻燃協(xié)效劑為復(fù)配阻燃劑，阻燃效果也達(dá)到了預(yù)期效果，但是所用阻燃劑較多，沒有說(shuō)明阻燃劑之間是否有協(xié)同效用，也沒有用到聚磷酸銨，因此對(duì)可膨脹石墨與聚磷酸銨的研究仍然值得深入研究討論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問(wèn)題是以合適的比例將可膨脹石墨與聚磷酸銨進(jìn)行復(fù)配，并提供一種膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯的制備方法。
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0009]—種膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯的制備方法，所述方法是按原料的組成及其質(zhì)量份含量進(jìn)行如下步驟:
[0010](I)將65?75份的聚苯乙烯樹脂、20?25份的可膨脹石墨、5?10份的聚磷酸銨置于烘箱中，在80?100°C下干燥3?4h，脫除原料中的水分；
[0011](2)按可膨脹石墨與聚磷酸銨的質(zhì)量比為3: I稱取兩種阻燃劑，再加入2?3份的表面活性劑，置于800?1000r/min的高速混合器中混合10?20min，干燥后獲得復(fù)配阻燃劑；
[0012](3)將上述步驟(2)的復(fù)配阻燃劑加入上述步驟(I)的聚苯乙烯樹脂中，再加入3?5份的分散劑、2?3份的抗氧劑后，置于高速混合器中混合10?20min，干燥后獲得聚苯乙稀混合物；
[0013](4)將上述步驟(3)中得到的聚苯乙烯混合物，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，獲得膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯。
[0014]進(jìn)一步地，所述方法是按下列步驟進(jìn)行的:
[0015](I)將70份的聚苯乙烯樹脂、22.5份的可膨脹石墨、7.5份的聚磷酸銨置于烘箱中，在80?100°C下干燥3?4h，脫除原料中的水分；
[0016](2)按可膨脹石墨與聚磷酸銨的質(zhì)量比為3: I稱取兩種阻燃劑，再加入2.5份的表面活性劑，置于800?1000r/min的高速混合器中混合10?20min，干燥后獲得復(fù)配阻燃劑；
[0017](3)將上述步驟(2)的復(fù)配阻燃劑加入上述步驟(I)的聚苯乙烯樹脂中，再加入4份的分散劑、2.5份的抗氧劑，后置于高速混合器中混合10?20min，干燥后獲得聚苯乙烯混合物；
[0018](4)將上述步驟(3)中得到的聚苯乙烯混合物經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，獲得膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯。
[0019]在上述的技術(shù)方案中，所述復(fù)配阻燃劑的總添加量是30質(zhì)量份，再加入2.5質(zhì)量份的表面活性劑，置于高速混合機(jī)中混合均勻，其中的復(fù)配阻燃劑由可膨脹石墨與聚磷酸銨組成，其質(zhì)量比是3: I ;所述可膨脹石墨粒度為50?100目，膨脹倍率為300?400ml/g，起始膨脹溫度為150?200°C ;所述聚磷酸銨是II型聚磷酸銨，聚合度η多1000，粒度為50?100目；所述表面活性劑是硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ-550和ΚΗ-570中的一種；所述分散劑是硬脂酸、液體石蠟和硬脂酸鋇中的一種；所述抗氧劑是含硫抗氧劑、多酚抗氧劑1010和多酚抗氧劑168中的一種。
[0020]本發(fā)明上述所提供的一種膨脹環(huán)保阻燃型聚苯乙烯的制備方法，所用的阻燃劑為可膨脹石墨與聚磷酸銨的復(fù)配組合物，并以合適的比例將兩者共混添加到聚苯乙烯樹脂中，選定了最佳的配方并對(duì)其進(jìn)行了制備方法的改進(jìn)，最后得到了阻燃效果較好的阻燃聚苯乙稀。其熱穩(wěn)定性能大大提尚，氧指數(shù)尚達(dá)30%以上。
[0021]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，阻燃分為氣相阻燃和凝聚相阻燃，聚磷酸銨受熱分解為NH3、H2O等不燃性氣體，使基體周圍氧氣濃度降低，阻止基體的燃燒，達(dá)到氣相阻燃的效果；可膨脹石墨受熱膨脹，使基體與熱源之間的距離增大，同時(shí)聚磷酸銨分解產(chǎn)生聚磷酸、偏磷酸等粘結(jié)性物質(zhì)，能夠很好的把膨脹物粘結(jié)到一起，進(jìn)而生成致密的炭層結(jié)構(gòu)，達(dá)到了凝聚相阻燃。這些充分說(shuō)明了所制備的聚苯乙烯有很好的阻燃效果。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明向聚苯乙烯中單獨(dú)加可膨脹石墨燃燒后殘?jiān)腟EM圖。
[0023]圖2是本發(fā)明向聚苯乙烯中單獨(dú)加相同份數(shù)聚磷酸銨燃燒后殘?jiān)腟EM圖。
[0024]圖3是本發(fā)明向聚苯乙烯中同時(shí)加入具有協(xié)效作用的可膨脹石墨和聚磷酸銨燃燒后殘?jiān)腟EM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做出進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026]對(duì)比實(shí)驗(yàn)例I
[0027]對(duì)比實(shí)驗(yàn)例I為只添加可膨脹石墨阻燃劑而沒有加入聚磷酸銨制得的阻燃聚苯乙烯基復(fù)合材料，其可膨脹石墨的添加量等于以下實(shí)施例1中的可膨脹石墨和聚磷酸銨的重量，其余的原料配比和操作規(guī)則與以下實(shí)施例1完全相同。即其具體做法如下:
[0028](I)將70份的聚苯乙烯樹脂、30份的可膨脹石墨置于烘箱中，在90°C下干燥3.5h，脫除原料中的水分；
[0029](2)稱取30份的可膨脹石墨然后加入2.5份的表面活性劑KH-550，置于900r/min的高速混合器中混合15min，干燥后獲得復(fù)配阻燃劑；
[0030](3)將上述步驟(2)的復(fù)配阻燃劑加入上述步驟(I)的聚苯乙烯樹脂中，再加入4份的分散劑液體石錯(cuò)、2.5份的抗氧劑1010，后置于高速混合器中混合15min，干燥后獲得聚苯乙烯混合物；
[0031](4)將上述步驟(3)中得到的聚苯乙烯混合物經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，接著經(jīng)過(guò)注塑機(jī)注塑樣條，獲得膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯。按照GB/T 2406.2-2009測(cè)試樣條的極限氧指數(shù)性能；按照GB/T 2408-2008測(cè)試樣條的水平垂直燃燒性能。
[0032]所制得的聚苯乙烯基復(fù)合材料的氧指數(shù)值為29.0%，經(jīng)過(guò)UL-94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的阻燃效果可達(dá)到V-O級(jí)別。圖1是該配方經(jīng)過(guò)燃燒之后殘?zhí)康腟EM圖，可以看出炭層有明顯的裂紋，雖然阻燃效果較好，但部分氧氣還是會(huì)進(jìn)入基體內(nèi)部，影響復(fù)合材料的燃燒性能。
[0033]對(duì)比實(shí)驗(yàn)例2
[0034]對(duì)比實(shí)驗(yàn)例2為只添加聚磷酸銨阻燃劑而沒有加入可膨脹石墨制得的阻燃聚苯乙烯基復(fù)合材料，其聚磷酸銨的添加量等于以下實(shí)施例1中的可膨脹石墨和聚磷酸銨的重量，其余的原料配比和操作規(guī)則與以下實(shí)施例1完全相同。即其具體做法如下:
[0035](I)將70份的聚苯乙烯樹脂、30份的聚磷酸銨置于烘箱中，在90°C下干燥3.5h，脫除原料中的水分；
[0036](2)稱取30份的聚磷酸銨然后加入2.5份的表面活性劑KH-550，置于900r/min的高速混合器中混合15min，干燥后獲得復(fù)配阻燃劑；
[0037](3)將上述步驟(2)的復(fù)配阻燃劑加入上述步驟(I)的聚苯乙烯樹脂中，再加入4份的分散劑液體石錯(cuò)、2.5份的抗氧劑1010，后置于高速混合器中混合15min，干燥后獲得聚苯乙烯混合物；
[0038](4)將上述步驟(3)中得到的聚苯乙烯混合物經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，接著經(jīng)過(guò)注塑機(jī)注塑樣條，獲得膨脹阻燃環(huán)保型聚苯乙烯。按照GB/T 2406.2-2009測(cè)試樣條的極限氧指數(shù)性能；按照GB/T 2408-2008測(cè)試樣條的水平垂直燃燒性能。
[0039]所制得的聚苯乙烯基復(fù)合材料的氧指數(shù)值只有20.8%，經(jīng)過(guò)UL-94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的阻燃效果沒有級(jí)別。圖2是該配方經(jīng)過(guò)燃燒之后殘?zhí)康腟EM圖，可以看出有炭層的生成，但是呈蠟狀結(jié)構(gòu)，在宏觀上表現(xiàn)為有熔融滴落現(xiàn)象。
[0040]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】通過(guò)以下實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明，而且本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
[0041]實(shí)施例1
[0042](I)將70份的聚苯乙烯樹脂、22.5份的可膨脹石墨、7.5份的聚磷酸銨置于