CN101157780A

CN101157780A - 阻燃苯乙烯聚合物泡沫塑料

Info

Publication number: CN101157780A
Application number: CNA2007101502170A
Authority: CN
Inventors: 胡胜利; 卓萍; 支洋波
Original assignee: Tianjin Fire Fighting Institute Ministry of Public Security
Current assignee: Tianjin Fire Fighting Institute Ministry of Public Security
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明涉及一种阻燃苯乙烯聚合物泡沫塑料，它包含苯乙烯聚合物和阻燃剂化合物，含磷化合物的重量分数为苯乙烯聚合物总重量的2％～4％；HBCD的重量分数至少为苯乙烯聚合物总重量的5％～8％；氧化锑类化合物的重量分数至少为苯乙烯聚合物总重量的2％；膨胀阻燃化合物的重量分数为苯乙烯聚合物总重量的6％～12％。本发明是利用回收聚苯乙烯泡沫塑料，通过普通聚苯乙烯泡沫塑料挤出生产工艺得到具有优良阻燃性能的聚苯乙烯泡沫塑料板材(阻燃性能满足GB8624关于隔热用泡沫塑料的要求)。本发明得到的挤出型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料板材具有导热系数低(节能效率高)、强度高，同时其阻燃性能满足国家建筑防火规范的要求，将取代模塑型聚苯乙烯泡沫塑料，在建筑保温、管道夹层隔热保温等方面具有良好的应用前景。

Description

阻燃苯乙烯聚合物泡沫塑料

技术领域

本发明涉及阻燃聚苯乙烯泡沫塑料，特别是一种阻燃苯乙烯聚合物泡沫塑料，利用回收苯乙烯聚合物泡沫塑料，通过普通聚苯乙烯挤出发泡工艺生产出具有优良阻燃性能和一定厚度的平面板材。

背景技术

数十年来，随着聚苯乙烯泡沫塑料在建筑隔热保温、包装(工业和生活用品)等方面的广泛应用，大量废弃的聚苯乙烯泡沫塑料造成大面积的“白色污染”，给人民生活和生产带来危害。因此，大多数国内生产厂家采用回收废PS经过处理以后的产品进行挤出聚苯乙烯泡沫塑料板的生产，它从一个方面解决了废旧聚苯乙烯泡沫塑料的环保问题。同时我国建筑业管理部门已经提出，原来的模塑型聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)将逐渐被导热系数更低、强度更好、成本低的挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)所代替。因此，挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)在建筑隔热保温方面具有较为广阔的发展前景。

聚苯乙烯泡沫塑料是一种热塑性高聚物，属于易燃材料，熔融温度低，火灾中容易产生熔融滴落，燃烧的滴落物还可能引燃其它可燃材料，聚苯乙烯泡沫塑料在燃烧过程中，会放出大量的CO₂、CO等有毒气体，给灭火和火灾中的人员逃生都造成了极大危害。因此，根据不同的用途，聚苯乙烯泡沫塑料必须满足相应的建筑防火规范的要求。“建筑设计防火规范GBJ16-87”对于通风管道用保温材料，要求使用非燃材料或难燃材料；对于管道隔热保温用泡沫塑料，应该满足下列要求：

管道隔热保温泡沫塑料的难燃试验项目及要求

检验项目依据标准指标

氧指数(％) GB/T2406 ＞32

平均燃烧时间(s) GB/T8333 ≤30

平均燃烧高度(mm) GB/T8333 ≤250

烟密度等级 GB/T8627 ≤75

为满足国家建筑防火规范的要求，已采用各种方法改进热塑性聚合物的阻燃性，以降低材料的燃烧速度，防止火焰的蔓延。通常热塑性聚合物可通过添加阻燃剂(含卤、磷、锑的无机或有机阻燃剂，以及其它的的无机阻燃添加剂)而赋予材料阻燃性。通过试验，六溴环十二烷(HBCD)的阻燃效率最高。但是仅仅通过添加以上几种阻燃剂，聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的阻燃性，一般用氧指数法测量，只能达到26左右，继续加大阻燃剂的添加量，氧指数并没有大幅度的增加，仅仅在27左右，同时过量的阻燃剂影响制品的成型、表观质量以及其它理化性能。因此，采取复合阻燃剂的形式，HBCD-有机磷阻燃剂-氧化锑类阻燃剂-膨胀阻燃剂，是聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的阻燃性达到要求是由本发明完成的。

复合阻燃剂对提高热塑性的聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的阻燃性是十分有效的，但是，其添加量对制品的理化性能、结构、表观、生产工艺影响较大，造成1)粉末阻燃剂在泡沫塑料中差的分散性，造成非均匀膨胀及差的表皮质量，2)苯乙烯聚合物的高度降解及由于过度加热导致挤出方法中高度再研磨材料，造成苯乙烯聚合物泡沫塑料和再研磨苯乙烯聚合物的分子量降低，且造成物理性能下降.复合阻燃剂的阻燃剂不应超过30％，同时复合阻燃剂含有一定的改性剂，改善塑料的流动性能等。这些通过本发明可以完成。

聚苯乙烯泡沫塑料板材一般通过挤出方法制得，其间聚合物通过热及压力转化成均质的熔体且经模具使其形成所需的形状和尺寸。回收聚苯乙烯泡沫塑料由于材料来源和再生工艺不同，每个批次的聚苯乙烯塑料产品的组成也不同，因此该种聚合物与原装聚苯乙烯塑料的生产工艺也不同，原装的聚苯乙烯塑料的发泡剂已经在塑料造粒过程中加入到塑料母粒之中，挤出过程中通过发泡剂受热分解成惰性气体使熔融体膨胀，冷却成型。对于回收聚苯乙烯塑料，为获得多孔结构，一般在塑料挤出过程中加入惰性气体作为发泡剂，冷却成型。两种材料的加工工艺有所差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻燃苯乙烯聚合物泡沫塑料，它是提供挤出聚苯乙烯泡沫塑料聚合物组合物，其使用复合阻燃剂作为体系的阻燃剂，可以克服已有技术的缺点，合理的配方和添加量保证了产品的结构质量及/或表皮质量。采取复合阻燃剂的形式，HBCD-有机磷阻燃剂-氧化锑类阻燃剂-膨胀阻燃剂，是聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的阻燃性达到要求该阻燃配方，包含六溴环十二烷(HBCD)及含磷化合物的混合物，获得了较高的阻燃性.因为使用较低含量的HBCD。同时，使用此阻燃组合物能获得具有较低发泡密度的聚苯乙烯泡沫塑料(一般低于42kg/m²)，大大节约了成本。本发明利用回收苯乙烯聚合物泡沫塑料，通过普通聚苯乙烯挤出发泡工艺生产出具有优良阻燃性能厚度平面板材。

本发明提供的一种聚合物泡沫塑料组合物，包含苯乙烯聚合物和阻燃剂化合物，所述的阻燃剂化合物配方为：

1)含磷化合物，重量分数为苯乙烯聚合物总重量的2％～4％；

2)HBCD，重量分数至少为苯乙烯聚合物总重量的5％～8％；

3)氧化锑类化合物，重量分数至少为苯乙烯聚合物总重量的2％；

4)膨胀阻燃化合物，重量分数为苯乙烯聚合物总重量的6％～12％。

所述的含磷化合物是化学式为 (RO)₃PO的磷酸酯，该磷酸酯选自TPP、磷酸三丁基酯、磷酸三乙基酯、磷酸三甲基酯、磷酸三丙基酯、磷酸三辛基酯、甲基磷酸二苯基酯、磷酸三一(2一乙基己基)酯、二苯基磷酸异癸基酯、二苯基磷酸异辛基酯、二苯基磷酸二苯基酯、磷酸三(二甲苯基)酯或磷酸三异丙基苯基酯。

所述的含磷化合物的用量是苯乙烯聚合物总重量的2.0～2.5％。

本发明提供的一种聚合物泡沫塑料组合物，上述的HBCD的用量是不少于苯乙烯聚合物总重量的2.0％。

所述的膨胀阻燃剂选自：膨胀石墨，P-N-C膨胀阻燃剂、膨胀蛭石粉，所述的P-N-C膨胀阻燃剂的配比为聚磷酸铵∶三聚氰胺∶季戊四醇＝3∶1∶1。

所述的膨胀阻燃剂的用量是苯乙烯聚合物总重量的9.0～11.0％。

所述的阻燃剂氧化锑选自三氧化二锑或五氧化二锑。

所述的氧化锑阻燃剂的用量是苯乙烯聚合物总重量的2％～4％。

本发明的制备方法是将苯乙烯聚合物(回收苯乙烯聚合物)母粒与配方量的阻燃剂原料均匀混合，注入发泡剂，控制挤出机转速和温度，挤出成型。

本发明所述的苯乙烯聚合物是由回收废旧的聚苯乙烯泡沫塑料经过通用的处理工艺得到的聚苯乙烯母粒颗粒，平均粒径不小于50目。

本发明提供的挤出聚苯乙烯泡沫塑料聚合物组合物，其使用复合阻燃剂作为体系的阻燃剂，可以克服已有技术的缺点，合理的配方和添加量保证了产品的结构质量及/或表皮质量。采取复合阻燃剂的形式，HBCD-有机磷阻燃剂-氧化锑类阻燃剂-膨胀阻燃剂，是聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的阻燃性达到要求，该阻燃配方，包含六溴环十二烷(HBCD)及含磷化合物的混合物，使用含磷化合物能使其它阻燃剂得到较好的分散性，获得了较高的阻燃性，使苯乙烯聚合物的玻璃化转变温度降低，亦会形成具有较低密度的泡沫塑料。因为使用较低含量的HBCD。同时，使用此阻燃组合物能获得具有较低发泡密度的聚苯乙烯泡沫塑料(一般低于42kg/m²)，大大节约了成本。

本发明利用回收苯乙烯聚合物泡沫塑料，通过普通聚苯乙烯挤出发泡工艺生产出具有优良阻燃性能和一定厚度的泡沫塑料制品，尤其平面板材。

本发明中非常重要一点就是引入了膨胀阻燃剂，该阻燃剂通过遇热膨胀性质，形成的膨胀炭层使高聚物表面与空气中的氧隔绝，从而提高了材料的阻燃性。膨胀阻燃剂通常分为化学膨胀阻燃剂和物理膨胀阻燃剂两种，其中化学膨胀阻燃剂通常由聚磷酸铵、多元醇、惰性发泡剂组成，物理膨胀阻燃剂一般由膨胀蛭石或膨胀石墨及炭层稳定剂等组成。

本发明中选用的发泡剂为工业上常用的HCFC(含氢氯氟烃)，符合环保要求。

本发明提供的挤出型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料板的阻燃性能最终可以达到：氧指数(LOI)≥32.0；平均续燃时间≤30s，平均燃烧高度250mm；烟密度≤75。(制品的密度为40kg/m³)。

本发明得到的挤出型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料板材具有导热系数低(节能效率高)、强度高，同时其阻燃性能满足国家建筑防火规范的要求，将取代模塑型聚苯乙烯泡沫塑料，在建筑保温、管道夹层隔热保温等方面具有良好的应用前景。

具体实施方式

本发明的实施例，不应被用以限制目的，除非有其它指示，所有百分率、份数或比例都以重量计。

实施例

首先把回收聚苯乙烯塑料与下述配方的(表1)各种阻燃剂通过机械混合均匀，然后由加料机加入到长径比为30∶1的KSJ-30双螺杆塑料挤出机中，控制螺杆转速：30转/min，进料温度：170℃，中段温度：180～195℃，出口温度：145℃。HCFC的压力20mpa。

试验采取的工艺路线如下：

其中，回收废旧的聚苯乙烯泡沫塑料经过通用的处理工艺得到的聚苯乙烯母粒颗粒，平均粒径不小于50目。

通过出口模具控制聚苯乙烯泡沫塑料板的厚度，实验厚度为2.0cm，切割长度为2.4m，最终得到的阻燃聚苯乙烯泡沫塑料板的密度利用天平和游标卡尺测定，结果为40kg/m³；阻燃性能按照GB8624测试，结果为：氧指数(LOI)≥32.0；平均续燃时间≤30s，平均燃烧高度250mm；烟密度≤45。

表1实施例1～3和比较实施例A～C具体配方(重量分数％)

配方及阻燃性能(LOI)	样品编号
	样品编号						1	2	3	A	B	C
	聚苯乙烯	100	100	100	100	100	1	2	3	A	B	C	100
六溴环十二烷	聚苯乙烯	100	100	100	100	100	0	7.5	7.5	5	7.5	10	100
六溴环十二烷	三氧化二锑	0	2.5	2.5	2	2.5	0	7.5	7.5	5	7.5	10	3.5
磷酸三甲基酯	三氧化二锑	0	2.5	2.5	2	2.5	2	2	2	2	2	2	3.5
磷酸三甲基酯	膨胀石墨阻燃剂	10	6	10	0	0	2	2	2	2	2	2	0
HCFC	膨胀石墨阻燃剂	10	6	10	0	0	10	10	10	10	10	10	0
HCFC	阻燃性能(LOI)	20.0	26.0	33.0	23.0	25.0	10	10	10	10	10	10	28.0

实施例及比较实施例A～C：

依据本发明的闭孔阻燃聚苯乙烯泡沫塑料使用KSJ-30双螺杆塑料挤出机(长径比为30∶1)来制备，其间注入发泡剂，出口处设有一定厚度的模具。实施例1～3及比较实施例A～C是依据上述工艺流程进行加工的，其成品的性能见表2：

表2成品的性能

编号	泡沫塑料性能
	泡沫塑料性能					厚度cm	密度kg/m³	导热系数W/m·k	氧指数(LOI)	垂直法
	1	2.3	39.5	0.029	20	厚度cm	密度kg/m³	导热系数W/m·k	氧指数(LOI)	垂直法	FV-2
2	1	2.3	39.5	0.029	20	2.3	39.5	0.029	26	FV-1	FV-2
2	3	2.3	39.5	0.029	33	2.3	39.5	0.029	26	FV-1	FV-0
A	3	2.3	39.5	0.029	33	2.3	39.5	0.029	23.0	FV-2	FV-0
A	B	2.3	39.5	0.029	25.0	2.3	39.5	0.029	23.0	FV-2	FV-1
C	B	2.3	39.5	0.029	25.0	2.3	39.5	0.029	28.0	FV-0	FV-1

Claims

1.一种阻燃发泡聚合物组合物，包含苯乙烯聚合物，阻燃化合物，其特征在于所述的阻燃配方为：

1)含磷化合物，重量分数为苯乙烯聚合物总重量的2％～4％；

2)HBCD，重量分数至少为苯乙烯聚合物总重量的5％～8％；

2.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的含磷化合物是化学式为(RO)₃PO的磷酸酯，该磷酸酯选自TPP、磷酸三丁基酯、磷酸三乙基酯、磷酸三甲基酯、磷酸三丙基酯、磷酸三辛基酯、甲基磷酸二苯基酯、磷酸三一(2-乙基己基)酯、二苯基磷酸异癸基酯、二苯基磷酸异辛基酯、二苯基磷酸二苯基酯、磷酸三(二甲苯基)酯或磷酸三异丙基苯基酯。

3.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的含磷化合物的用量是苯乙烯聚合物总重量的2.0～2.5％。

4.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的HBCD的用量是不少于苯乙烯聚合物总重量的2.0％。

5.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的膨胀阻燃剂选自：膨胀石墨、P-N-C膨胀阻燃剂、膨胀蛭石粉。

6.根据权利要求5所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的P-N-C膨胀阻燃剂的配比为聚磷酸铵∶三聚氰胺∶季戊四醇＝3∶1∶1。

7.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的膨胀阻燃剂的用量是苯乙烯聚合物总重量的9.0～11.0％。

8.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的阻燃剂氧化锑选自三氧化二锑或五氧化二锑。

9.根据权利要求1所述的阻燃发泡聚合物组合物，其特征在于所述的氧化锑阻燃剂的用量是苯乙烯聚合物总重量的2％～4％。

10.权利要求1～9任一项所述的阻燃发泡聚合物组合物制成的阻燃聚苯乙烯泡沫塑料制品。