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CN108084587A - 一种发泡聚苯乙烯树脂组合物及制品与制备方法 - Google Patents

一种发泡聚苯乙烯树脂组合物及制品与制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发泡聚苯乙烯树脂组合物及制品与制备方法，所述发泡聚苯乙烯树脂组合物由如下组分组成：聚苯乙烯树脂95‑105重量份；抗氧化剂0.3‑0.5重量份；阻燃剂5‑15重量份；发泡剂10‑15重量份；填充剂15‑25重量份。采用发泡聚苯乙烯树脂组合物通过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，所述发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为180‑200℃，在模头压力为15‑20MPa、温度为170‑180℃的条件下保持0.01‑30kg.h‑1/mm2的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。本发明具有发泡质量稳定、阻燃效果好的优点。

Description

一种发泡聚苯乙烯树脂组合物及制品与制备方法
技术领域
本发明涉及功能高分子技术领域，具体涉及一种发泡聚苯乙烯树脂组合物及制品与制备方法。
背景技术
至今背着“白色污染”恶名的聚苯乙烯发泡材料，由于在自然界中极难降解，所以被认为是造成污染的非环保材料。研究表明聚苯乙烯材料埋于北美的土壤之中，60年以上不降解。由此可以得知，其“白色污染”恶名应属于名至实归了。所以世界各国都严令禁止聚苯乙烯泡沫包装的任何产品进入其国内。但是概念转换一下，极难降解的缺陷又可成为其优势，若将其制成建筑材料，则耐降解与耐腐蚀性能也许没有其他塑料可以与之匹敌了。
聚苯乙烯泡沫极为优秀的保温、隔热性能必将令其在全世界节能、环保、低碳的呼声之中，在节能、保温领域大放异彩。聚苯乙烯泡沫材料是十分疏水的，通过挤出发泡方法制作的闭孔聚苯乙烯泡沫用作浮力制品时，在水中即便被利刃刺得百孔千疮，也几乎不减其浮力。加之其极为优异的抗压性能，对于在寒冷地区极易受冰冻而损毁的高速列车路基、高速公路路基、飞机跑道路基、机库以及停机坪基础的防护应用领域，XPS大有用武之地。
聚氨酯泡沫也存在几个致命弱点。首先聚氨酯泡沫虽很容易发泡，但发泡剂主要是选用氟利昂和与水反应生成的二氧化碳。前者由于破坏大气臭氧层而被世界所禁用，后者又存在大量消耗聚氨酯而造成的浪费问题。实际上发泡塑料的隔热保温效果并不决定于塑料本身，而是取决于发泡气体，也即发泡剂。所有发泡剂中隔热保温效果最好的是氟利昂，其次为CO2，其下依次为饱和烃、醚类、醇类，最差的是水。此外价格高、生产极不环保也是聚氨酯泡沫的弊病之一，但最致命的问题是聚氨酯泡沫一旦着火，即会分解出剧毒的氢氰酸，这也是上海胶州路火灾造成人员伤亡的主要原因之一。虽然也有不少采用聚苯乙烯珠粒发泡的材料，简称为EPS，原主要用于包装领域。虽然该材料很容易制备，但由于是通过发泡珠粒熔接而成，所以珠粒极易分离，更主要的是雨水与湿气很容易通过珠粒界面深入材料，使材料隔热保温效果遭到破坏。材料本身力学性能也很差，使其不可能在房屋外墙保温、高速列车路基、飞机跑道路基、机库以及停机坪基础等领域有所作为。可见新一代的节能、保温建筑材料非挤出发泡方法制作的闭孔聚苯乙烯泡沫莫属了。
在现有技术中，采用超临界二氧化碳发泡剂制备发泡聚苯乙烯塑料，但是采用此方法微孔塑料的化学注塑成型制备工艺涉及泡孔的形核、长大、并泡及固化定型等过程，而注塑加工工艺直接影响树脂熔体中泡孔的形核、长大以及微孔塑料最终成型后的泡孔数量、尺寸和分布，对微孔发泡制品的性能和质量影响深远。树脂熔体中气体的溶解度、扩散过程与所处温度和压力存在紧密关系。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发泡聚苯乙烯树脂组合物及制品与制备方法，解决了发泡聚苯乙烯树脂采用超临界二氧化碳的发泡质量不稳定的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，由如下组分组成：
发泡聚苯乙烯树脂组合物中添加抗氧化剂、阻燃剂、发泡剂和填充剂，其中填充剂可有效节约成本，也可作为气泡成核剂，诱导发泡，提升发泡倍率；其中阻燃剂提升聚苯乙烯塑料的功能，扩大应用范围；抗氧化剂延缓塑料光老化，延长塑料的使用寿命。
进一步地，所述聚苯乙烯树脂的重均相对分子质量Mw为4.0×105-5.0×105。
聚苯乙烯树脂的分子质量控制在重均相对分子质量Mw为4.0×105-5.0×105的范围内，次范围内的聚苯乙烯树脂的性能综合最高，能制备得到最优的发泡聚苯乙烯树脂。
进一步地，所述抗氧化剂为硫代二丙酸二月桂酯、N，N'-二(2-萘基)对苯二胺、4，4'-硫代双(6-特丁基间甲酚)、4，4'-二(苯基异丙基)二苯胺、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、苯乙烯化苯酚和/或4，4'-[1，1'-联苯基]亚基二膦酸-四[2，4-二叔丁苯基]酯中的至少一种。
抗氧化剂为有机物中含硫取代物、含氮取代物和/或含磷取代物，采用的抗氧化剂延缓自由基老化，在常规的抗氧化剂中选择最适合此试验的抗氧化剂，在抗氧化作用和成本间综合选择得到较为优选的抗氧化剂。
进一步地，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)、[3-[(羟甲基)氨基]-3-羰基丙基]-膦酸二甲酯、[(6-氧代-6H-二苯并[c，e][1，2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸、间苯二酚四苯基二磷酸酯和/或硫代磷酸三苯基异氰酸酯中的至少一种。
阻燃剂选择磷系阻燃剂，对人体和环境的危害小，含卤阻燃剂对环境污染大，含氮阻燃剂对人体危害大，磷系阻燃剂的阻燃效果好，且抗氧化剂为有机物中含硫取代物、含氮取代物和/或含磷取代物，在抗氧化的同时还具有一定的阻燃性能，两者功能不抵制，协同进行。
进一步地，所述发泡剂由超临界二氧化碳与发泡助剂组成。
进一步地，所述发泡助剂二甲醚、二乙醚、甲醇和/或二氯甲烷中的至少一种。
超临界二氧化碳的发泡倍率高，开孔含量小，其中发泡助剂的沸点低，易挥发，利于发泡形成气泡，且选择的有机溶剂的极性较大，溶解度大，对人体的伤害较小，安全高效。
随着环境的温度和压力变化，任何一种物质都存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点.液，气两相相界面消失的状态点叫超临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同。超临界流体是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等。物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为超临界流体。
进一步地，所述填充剂为滑石粉、石墨、碳酸钙、二氧化硅和/或氧化铝中的至少一种；所述填充剂的粒度≥500目。
填充剂选择成本低、粒度小的无机粉末，无机粉末可以作为发泡剂的成核剂，且粉末粒度小，分散好，均匀度高，接触表面积大。
一种发泡聚苯乙烯塑料制品，所述塑料制品含有上述发泡聚苯乙烯树脂组合物。
一种发泡聚苯乙烯塑料制品的制备方法，通过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，挤出发泡装置包括挤出机、计量机构、静态混合器、闭气系统和发泡口模，所述发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为180-200℃，在模头压力为15-20MPa、温度为170-180℃的条件下保持0.01-30kg.h-1/mm2的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。
发泡聚苯乙烯塑料制品的制备过程中，将温度和压力控制在如上范围内，温度对泡孔的平均直径和泡孔密度，模具的温度和压力在此范围内具有协同作用，在协同作用下发泡以泡孔成核为主；如上的压力范围内，气体更易扩散成核，利于泡孔成长。
本发明的有益效果是：
1.发泡聚苯乙烯树脂组合物中添加抗氧化剂、阻燃剂、发泡剂和填充剂，其中填充剂可有效节约成本，也可作为气泡成核剂，诱导发泡，提升发泡倍率；其中阻燃剂提升聚苯乙烯塑料的功能，扩大应用范围；抗氧化剂延缓塑料光老化，延长塑料的使用寿命；
2.阻燃剂选择磷系阻燃剂，对人体和环境的危害小，磷系阻燃剂的阻燃效果好，且抗氧化剂为有机物中含硫取代物、含氮取代物和/或含磷取代物，在抗氧化的同时还具有一定的阻燃性能，两者功能不抵制，协同进行；
3.超临界二氧化碳的发泡倍率高，开孔含量小，其中发泡助剂的沸点低，易挥发，利于发泡形成气泡，且选择的有机溶剂的极性较大，溶解度大，对人体的伤害较小，安全高效；
4.填充剂选择成本低、粒度小的无机粉末，无机粉末可以作为发泡剂的成核剂，且粉末粒度小，分散好，均匀度高，接触表面积大；
5.发泡聚苯乙烯塑料制品的制备过程中，将温度和压力控制在如上范围内，温度对泡孔的平均直径和泡孔密度，模具的温度和压力在此范围内具有协同作用，在协同作用下发泡以泡孔成核为主；如上的压力范围内，气体更易扩散成核，利于泡孔成长。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，由如下组分组成：
具体地，所述聚苯乙烯树脂的重均相对分子质量Mw为4.0×105-5.0×105。
具体地，所述抗氧化剂为硫代二丙酸二月桂酯、N，N'-二(2-萘基)对苯二胺、4，4'-硫代双(6-特丁基间甲酚)、4，4'-二(苯基异丙基)二苯胺、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、苯乙烯化苯酚和/或4，4'-[1，1'-联苯基]亚基二膦酸-四[2，4-二叔丁苯基]酯中的至少一种。
具体地，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)、[3-[(羟甲基)氨基]-3-羰基丙基]-膦酸二甲酯、[(6-氧代-6H-二苯并[c，e][1，2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸、间苯二酚四苯基二磷酸酯和/或硫代磷酸三苯基异氰酸酯中的至少一种。
具体地，所述发泡剂由超临界二氧化碳与发泡助剂组成。
具体地，所述发泡助剂二甲醚、二乙醚、甲醇和/或二氯甲烷中的至少一种。
具体地，所述填充剂为滑石粉、石墨、碳酸钙、二氧化硅和/或氧化铝中的至少一种；所述填充剂的粒度≥500目。
实施例1-实施例4的具体制备参数如表1所示，其中实施例1-实施例4为本发明中技术参数限定的范围。
表1
实施例1中所述发泡聚苯乙烯树脂组合物通过过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，挤出发泡装置包括挤出机、计量机构、静态混合器、闭气系统和发泡口模，发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为180℃，在模头压力为150MPa、温度为170℃的条件下保持0.010kg.h-1/mm2的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。
实施例2中所述发泡聚苯乙烯树脂组合物通过过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，挤出发泡装置包括挤出机、计量机构、静态混合器、闭气系统和发泡口模，发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为190℃，在模头压力为18MPa、温度为175℃的条件下保持15kg.h-1/mm2的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。
实施例3中所述发泡聚苯乙烯树脂组合物通过过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，挤出发泡装置包括挤出机、计量机构、静态混合器、闭气系统和发泡口模，发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为200℃，在模头压力为20MPa、温度为180℃的条件下保持30kg.h-1/mm2的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。
实施例4中所述发泡聚苯乙烯树脂组合物通过过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，挤出发泡装置包括挤出机、计量机构、静态混合器、闭气系统和发泡口模，发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为190℃，在模头压力为18MPa、温度为175℃的条件下保持15kg.h-1/mm2的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。
实施例1-实施例4的的平均泡孔直径和泡孔密度如表2所示：
实施例 1 2 3 4
平均泡孔直径/mm 80 100 95 110
泡孔密度/105个.cm-3 4.3 4.5 4.4 4.7
表2
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，由如下组分组成：
聚苯乙烯树脂 95-105重量份；
抗氧化剂 0.3-0.5重量份；
阻燃剂 5-15重量份；
发泡剂 10-15重量份；
填充剂 15-25重量份。
2.根据权利要求1所述的一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，所述聚苯乙烯树脂的重均相对分子质量Mw为4.0×105-5.0×105。
3.根据权利要求1所述的一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，所述抗氧化剂为硫代二丙酸二月桂酯、N，N'-二(2-萘基)对苯二胺、4，4'-硫代双(6-特丁基间甲酚)、4，4'-二(苯基异丙基)二苯胺、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、苯乙烯化苯酚和/或4，4'-[1，1'-联苯基]亚基二膦酸-四[2，4-二叔丁苯基]酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)、[3-[(羟甲基)氨基]-3-羰基丙基]-膦酸二甲酯、[(6-氧代-6H-二苯并[c，e][1，2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸、间苯二酚四苯基二磷酸酯和/或硫代磷酸三苯基异氰酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，所述发泡剂由超临界二氧化碳与发泡助剂组成。
6.根据权利要求5所述的一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，所述发泡助剂二甲醚、二乙醚、甲醇和/或二氯甲烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种发泡聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于，所述填充剂为滑石粉、石墨、碳酸钙、二氧化硅和/或氧化铝中的至少一种；所述填充剂的粒度≥500目。
8.一种发泡聚苯乙烯塑料制品，其特征在于，所述塑料制品含有权利要求 1-8任一项所述的发泡聚苯乙烯树脂组合物。
9.权利要求8所述的一种发泡聚苯乙烯塑料制品的制备方法，通过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造，挤出发泡装置包括挤出机、计量机构、静态混合器、闭气系统和发泡口模，其特征在于，所述发泡聚苯乙烯塑料制品的熔融段温度为180-200℃，在模头压力为15-20MPa、温度为170-180℃的条件下保持0.01-30kg.h-1/mm2 的挤出流量通过发泡口模进行挤出发泡，得到发泡聚苯乙烯塑料制品。
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