CN105131449A

CN105131449A - 一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯

Info

Publication number: CN105131449A
Application number: CN201510621076.0A
Authority: CN
Inventors: 魏丽乔; 杨巨生; 高向华; 张威星; 张磊; 管路遥
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2015-12-09

Abstract

一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯是由聚苯乙烯树脂、可膨胀石墨、聚磷酸铵、表面活性剂、分散剂和抗氧剂构成，其中可膨胀石墨和聚磷酸铵按比例高速混合成阻燃剂混合物，然后再按比例加入表面活性剂，置于高速混合机中进行混合获得复配阻燃剂。本发明采用廉价的可膨胀石墨与聚磷酸铵作为复配阻燃剂，通过改变各组分配比共混挤出，获得V-0难燃级别的阻燃效果，进一步提高了阻燃效率，降低了烟释放量，而且无卤无毒，对环境无污染，可广泛应用于建筑以及电子等材料。

Description

一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯

技术领域

本发明涉及一种改性聚苯乙烯，具体是一种通过可膨胀石墨和聚磷酸铵混合，构成阻燃混合物，然后再加入表面活性剂进行高速混合的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯。

背景技术

聚苯乙烯(PS)是由苯乙烯(SM)聚合而成的树脂，是世界上用量最多的五大合成树脂之一。热导率较高，热稳定性较好，其拉伸和弯曲强度在通用塑料中最高，成型便捷，价格低廉，在建筑行业、包装领域、电子电器行业等都有较为广泛的应用。但是塑料都有一个致命的弱点就是易燃，聚苯乙烯也不例外，遇火时剧烈燃烧，伴随的有熔融滴落现象，而且会有大量的热放出，极易引发火灾，严重限制了聚苯乙烯的适用范围。随着物质生活水平的提高以及科技的不断进步，对聚苯乙烯进行阻燃改性成为一大趋势。

聚苯乙烯的阻燃剂种类较多，一般分为反应型和添加型两类。反应型阻燃剂是指随温度变化过程中，具有阻燃作用的基团会接到高分子链上，使基体本身的阻燃性得到了提高。它具有稳定性能好、阻燃效率高、持久性好等优点，但是合成阻燃剂的过程复杂，还会有副产物的生成。因此，在生活生产中占主导地位的还是添加型阻燃剂，由于卤系阻燃剂有着良好的阻燃性能，因此长期以来其在添加型阻燃剂中占主导地位，如十溴二苯乙烷、溴化烷烃、溴化环氧树脂等，但是阻燃过程中会放出有毒或是有腐蚀性的气体，烟释放量大，给人们再次带来危害。许多国家已经提出或实施限用或禁用卤系阻燃剂的规定。因此，环保型阻燃剂的使用受到了人们的青睐。

随之而兴起的是磷系、氮系、硅系以及膨胀类阻燃剂。在这些阻燃剂之中，人们用的最广的是具有协同效应的阻燃剂。然而阻燃剂之间的比例又决定着协同效应的强弱，从而决定了塑料的阻燃性能的好坏。

如现有技术CN103333423A公开了“一种复配阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法”。其所述的阻燃剂为可膨胀石墨、聚磷酸铵、碳酸钙以及成炭促进剂的混合物，将基体、阻燃剂以及各种助剂共混挤出，可得到阻燃性能较好的聚苯乙烯组合物，其极限氧指数达到30％左右。然而并没有讨论可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的协同效应以及比例关系。

如现有技术CN100419028公开了“兼具阻燃和导电功能的聚合物基功能复合材料”。所述的阻燃剂为可膨胀石墨与辅助阻燃剂(磷酸三乙酯、红磷和聚磷酸铵)，简单的讨论了可膨胀石墨与辅助阻燃剂之间的比例，但是并没有具体说明可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的比例关系。

如现有技术CN103467807A公开了“一种无卤阻燃PE给水管”。其中使用了阻燃剂可膨胀石墨、聚磷酸铵、氢氧化镁、季戊四醇油酸酯等。虽然得到了阻燃性能较好的PE给水管，但是也没有具体阐述可膨胀石墨与聚磷酸铵之间比例以及协同效应。

发明内容

本发明要解决的具体问题是探讨可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的比例以及两者的协同效应，同时获得阻燃性能较好的一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：60～80份的聚苯乙烯树脂；5～25份的可膨胀石墨；5～25份的聚磷酸铵；2～3份的表面活性剂；3～5份的分散剂；2～3份的抗氧剂，其中，可膨胀石墨和聚磷酸铵是阻燃剂，两者的质量比是1∶3～4∶1。

进一步地，所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是70份的聚苯乙烯树脂、22.5份可膨胀石墨、7.5份聚磷酸铵，2.5份表面活性剂，4分散剂和3抗氧剂；其中，可膨胀石墨和聚磷酸铵是阻燃剂，两者的复配质量比是为3∶1。

在上述技术方案中，所述阻燃剂是由可膨胀石墨与聚磷酸铵进行复配制成，复配方法是按可膨胀石墨与聚磷酸铵的质量份计总添加量是20～40，然后再按质量份计加2～3份的表面活性剂，置于高速混合机中进行混合，获得复配阻燃剂。所述可膨胀石墨粒度为50～100目，膨胀倍率为300～400ml/g，起始膨胀温度为150～200℃；所述聚磷酸铵是Ⅱ型聚磷酸铵，聚合度n≥1000，粒度为50～100目；所述表面活性剂是硅烷偶联剂KH-550和KH-570中的一种；所述分散剂是硬脂酸、液体石蜡、硬脂酸钡中的一种；所述抗氧剂是含硫抗氧剂、多酚抗氧剂1010和多酚抗氧剂168中的一种。

实现上述本发明所提供的一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，采用膨胀类阻燃剂石墨以及磷系阻燃剂聚磷酸铵进行复配，探讨两者之间的复配比例对其协同效应的影响，并获得了最佳的配方，进一步提高了阻燃效率及热稳定性。

在本发明的上述技术方案中，添加可膨胀石墨和聚磷酸铵两种阻燃剂，其中可膨胀石墨遇热膨胀体积变大，增大了基体与热源之间距离；聚磷酸铵遇热分解为NH₃、H₂O等不燃性气体，进一步降低了基体周围氧浓度，而且也会产生聚磷酸、偏磷酸等粘结性物质，能够很好地将膨胀物粘结到一起，生成致密的炭层，起到了气相阻燃与凝聚相阻燃的作用，进而使聚苯乙烯热稳定性提高，达到了良好的阻燃效果。

在本发明的上述技术方案中，以合适的比例进行复配时，其极限氧指数可达到30％以上，UL-94为V-0级别；烟释放量降低，无熔融滴落现象；产生的炭层厚而密实，这些都是由于协同效应的效果。而且在整个阻燃过程中，没有毒气体产生，热释放量很少，对环境友好，而且价格低廉。在建筑、汽车、电子电器以及包装等领域具有很大的发展前途。

附图说明

图1是本发明实验向聚苯乙烯中加入相同份数(30份)不同比例阻燃剂之后所测得的极限氧指数图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做出进一步的说明，但本发明并不限于这些具体实施方式。

实施例1

实施一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：70份的聚苯乙烯(PS)树脂；24份的可膨胀石墨(EG)；6份的聚磷酸铵(APP)；2.5份的表面活性剂；4份的分散剂；3份的抗氧剂。

其中，可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的质量比为4∶1。

将上述配方中可膨胀石墨、聚磷酸铵以及表面活性剂KH-550在高速混合机中以800r/min混合10分钟，取出在烘箱中80℃下烘干，得到复配阻燃剂；再将复配好的阻燃剂和PS、分散剂液体石蜡、抗氧剂1010置于高速混合机中再以800r/min混合15分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机的各段温度分别为：一区间190℃；二区间205℃；三区间220℃；四区间215℃；机头210℃；后经过注塑机注塑样条进行检测，按照GB/T2406.2-2009测试样条的极限氧指数性能，按照GB/T2408-2008测试样条的水平垂直燃烧性能。

所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值为30.2％，经过UL-94标准测试的阻燃效果可达到V-0级别且没有熔融滴落现象，且两者之间存在着协同效应。

实施例2

实施一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是70份的聚苯乙烯(PS)树脂；22.5份的可膨胀石墨(EG)；7.5份的聚磷酸铵(APP)；2.5份的表面活性剂；4份的分散剂；3份的抗氧剂。

其中，可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的质量比为3∶1。

将上述配方按照实施例1中的加工工艺成型，制得环保型阻燃聚苯乙烯基复合材料。

所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值为31.8％，经过UL-94标准测试的阻燃效果可达到V-0级别且没有熔融滴落现象。对比实施例1可知在该比例下EG与APP的协同效应非常显著。

上述实施例使用无卤环保阻燃剂可膨胀石墨与聚磷酸铵，不仅对环境友好无污染，而且仅使用了两种阻燃剂复配就能使产品的阻燃性能有了很大的提高；通过实验获得了两种阻燃剂之间的最佳复配比例，取得了预料不到的协同效应，是现有技术中未能达到的。

实施例3

实施一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：70份的聚苯乙烯(PS)树脂；20份的可膨胀石墨(EG)；10份的聚磷酸铵(APP)；2.5份的表面活性剂；4份的分散剂；3份的抗氧剂。

其中，可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的质量比为2∶1。

所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值为30.6％，经过UL-94标准测试的阻燃效果可达到V-0级别且没有熔融滴落现象。对比实施例1和实施例2可知在该配方下EG与APP有协同效应作用，但是相对实施例2其协同效应较弱。

实施例4

实施一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：70份的聚苯乙烯(PS)树脂；15份的可膨胀石墨(EG)；15份的聚磷酸铵(APP)；2.5份的表面活性剂；4份的分散剂；3份的抗氧剂。

其中，可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的质量比为1∶1。

所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值为28.2％，经过UL-94标准测试的阻燃效果可达到V-0级别且没有熔融滴落现象。对比实施例1和实施例2可知在该配方下EG与APP之间的协同效应不显著。

实施例5

实施一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：70份的聚苯乙烯(PS)树脂；10份的可膨胀石墨(EG)；20份的聚磷酸铵(APP)；2.5份的表面活性剂；4份的分散剂；3份的抗氧剂。

其中可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的质量比为1∶2。

所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值只有26.0％，经过UL-94标准测试的阻燃效果可达到V-0级别且没有熔融滴落现象。对比实施例1和实施例2可知在该配方下EG与APP之间不存在协同效应。

实施例6

实施一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的技术方案，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：70份的聚苯乙烯(PS)树脂；7.5份的可膨胀石墨(EG)；22.5份的聚磷酸铵(APP)；2.5份的表面活性剂；4份的分散剂；3份的抗氧剂。

其中，可膨胀石墨与聚磷酸铵之间的质量比为1∶3。

所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值仅为24.6％，经过UL-94标准测试的阻燃效果达到了V-0级别且没有熔融滴落现象。对比实施例1和实施例2可知在该配方下EG与APP不存在协同效应。

Claims

1.一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，其所述聚苯乙烯的组成及其含量按质量份是：60～80份的聚苯乙烯树脂；5～25份的可膨胀石墨；5～25份的聚磷酸铵；2～3份的表面活性剂；3～5份的分散剂；2～3份的抗氧剂；其中，可膨胀石墨和聚磷酸铵是阻燃剂，两者的质量比是1∶3～4∶1。

2.如权利要求1所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述聚苯乙烯进一步的组成及其含量按质量份是70份的聚苯乙烯树脂、22.5份可膨胀石墨、7.5份聚磷酸铵，2.5份表面活性剂，4分散剂和3抗氧剂，其中，可膨胀石墨和聚磷酸铵是阻燃剂，两者的复配质量比是为3∶1。

3.如权利要求1或2所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述阻燃剂是由可膨胀石墨与聚磷酸铵进行复配制成，复配方法是按可膨胀石墨与聚磷酸铵的质量份计总添加量是20～40，然后再按质量份计加2～3份的表面活性剂，置于高速混合机中进行混合，获得复配阻燃剂。

4.如权利要求1或2所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述可膨胀石墨粒度为50～100目，膨胀倍率为300～400ml/g，起始膨胀温度为150～200℃。

5.如权利要求1或2所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述聚磷酸铵是Ⅱ型聚磷酸铵，聚合度n≥1000，粒度为50～100目。

6.如权利要求1或2所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述表面活性剂是硅烷偶联剂KH-550和KH-570中的一种。

7.如权利要求1或2所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述分散剂是硬脂酸、液体石蜡、硬脂酸钡中的一种。

8.如权利要求1或2所述的膨胀阻燃环保型聚苯乙烯，所述抗氧剂是含硫抗氧剂、多酚抗氧剂1010和多酚抗氧剂168中的一种。