CN101372548A - 高抗冲聚苯乙烯共混物及其制备方法 - Google Patents

高抗冲聚苯乙烯共混物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种合成材料，尤其涉及无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物及其制备方法。高抗冲聚苯乙烯共混物，包括高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为35～75％；无机阻燃剂，其质量百分比为7～45％；膨胀型阻燃剂，其质量百分比为5～20％；阻燃增效剂，其质量百分比为1～5％；增韧剂，其质量百分比为10～20％；偶联剂，其质量百分比为0.5～2.0％；润滑剂，其质量百分比为0.5～3.0％；抗氧剂，其质量百分比为0.2～3.0％。上述无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物采用高速预混合和挤出造粒工艺制备，具有环保、阻燃、低烟、耐候、热稳定、力学性能好、易加工成型等优点。

Description

高抗冲聚苯乙烯共混物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合成材料，尤其涉及无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物及其制备方法。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)一般是苯乙烯与少量丁二烯单体接枝改性的聚苯乙烯，具有优良的加工性能、机械性能、电气特性，并且尺寸稳定、成型制品外观良好、价格低廉，因而广泛用于家用电器、办公设备、仪器仪表、汽车零部件、日用器具及包装材料等。近年来，国际石油价格节节攀升，石化行业下游产品如树脂原材料价格普涨，给家电、化工、建筑等行业造成了巨大的生产压力。原来采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)生产的制品，目前多数改用价格较低的HIPS代替生产，HIPS比ABS每吨成本可降低2000～3000元。但HIPS非常易燃，燃烧时释放出大量黑烟和有毒气体，使其应用受到限制，为了拓宽其应用范围，必须进行阻燃改性。传统阻燃HIPS最常用的阻燃剂是含溴化合物，虽然此类阻燃剂阻燃效率较高，价格比较合理，但燃烧时会释放出有毒气体，污染环境，特别是多溴二苯醚类化合物在热降解或燃烧时会释放有毒致癌的PBDD(多溴代苯并噁英)和PBDF(多溴代二苯并呋喃)，欧盟的ROHS指令已经提出禁止使用多溴联苯、多溴联苯醚等溴系阻燃剂。据统计，火灾中的死亡事故有80％左右是由于火灾前期材料热裂解时产生的有毒气体和烟所窒息造成的，因此在提高材料阻燃性的同时必须减少材料在燃烧和热裂解时生成的有毒气体量和发烟量。可见，发展新型无卤阻燃剂是研究的热点之一。本项目研制的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，具有环保、阻燃性好、低发烟、燃烧后无二次污染、耐候、热稳定、力学性能好、易加工成型等优点，在家用电器、家具、汽车、办公设备、建筑等行业中也有着广泛的市场应用前景，对提升我国家电等行业塑料制品的研发水平，开发新型环保型阻燃材料具有积极的指导意义。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物。
本发明的另一目的是提供一种制备上述高抗冲聚苯乙烯共混物的方法。
为实现上述第一目的，本发明提供如下技术方案:
高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为35～75％；
无机阻燃剂，其质量百分比为7～45％；
膨胀型阻燃剂，其质量百分比为5～20％；
阻燃增效剂，其质量百分比为1～5％；
增韧剂，其质量百分比为10～20％；
偶联剂，其质量百分比为0.5～2.0％；
润滑剂，其质量百分比为0.5～3.0％；
抗氧剂，其质量百分比为0.2～3.0％。
为实现上述另一目的，本发明提供如下技术方案:
无卤高抗冲聚苯乙烯共混物的制备方法采用高速混合预分散，二次挤出方法。首先，将高抗冲聚苯乙烯树脂于70～90℃下干燥2～8小时，然后将增韧剂、部分高抗冲聚苯乙烯树脂和部分无机阻燃剂按重量比例1:(1～2):(1～3)混合后经双螺杆挤出机挤出加工为增韧剂改性粒料，之后将其余高抗冲聚苯乙烯树脂、其余无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂、阻燃增效剂、增韧剂改性粒料、偶联剂、润滑剂、抗氧剂按配比一起加入高速混合机中混合搅拌，搅拌速度600～1000转/分钟，混合时间20～40分钟，温度60～90℃，最后，将混合分散好的混合物经双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒、包装得到成品，其中，挤出工艺参数是:螺杆长径比为30～45，螺杆转速250～450转/分钟，机筒各分区温度I区:85～100℃；II区:160～180℃；III区:180～200℃；IV区:200～230℃，挤出过程设有真空排气。
上述无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物，具有环保、阻燃、低烟、耐候、热稳定、力学性能好、易加工成型等优点，可广泛用于制造家电行业的外壳，如显示器、录像机、复印机、传真机、打印机、空调器、电冰箱等浅色家电，同时在家具、汽车、建筑等行业中也有着广泛应用。由于目前HIPS比工程塑料ABS具有比较明显的性价比优势，原材料每吨可节约成本2000～3000元，因而HIPS的用量迅速增长，具有广阔的市场开发前景。
具体实施方式
本发明所述的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物包括如下组分及质量比:
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为35～75％；
无机阻燃剂，其质量百分比为7～45％；
膨胀型阻燃剂，其质量百分比为5～20％；
阻燃增效剂，其质量百分比为1～5％；
增韧剂，其质量百分比为10～20％；
偶联剂，其质量百分比为0.5～2.0％；
润滑剂，其质量百分比为0.5～3.0％；
抗氧剂，其质量百分比为0.2～3.0％。
所述的无机阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硬脂酸改性氢氧化镁、硬脂酸改性氢氧化铝、有机硅改性氢氧化镁、有机硅改性氢氧化铝中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。
所述的膨胀型阻燃剂，酸源为聚磷酸铵、磷酸盐、磷酸酯、五氧化二磷中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。炭源为季戊四醇、环氧树脂、山梨醇、甘露醇、酚醛树脂、热塑性聚氨酯、淀粉中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。气源为三聚氰胺、三聚氰胺多聚磷酸盐、双氰胺中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。
所述的阻燃增效剂为硼酸锌、三氧化二锑、氧化钼中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。
所述的增韧剂为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶接枝乙烯基三乙氧基硅烷、硅橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。
所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。包括A1100、A1120、A1160、KH151、KH171、单烷氧基脂肪酸钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯。
所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、脂肪酸酰胺中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯类、酚类、含硫酯类中的一种或上述物质中的多种组成的混合物。适合本体系的酚类抗氧剂包括1010、1076和3114，亚磷酸酯类包括168、618和626，含硫酯类包括DLTDP和DSTDP，复合抗氧剂215、225、561和900。
上述无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物解决了如下现有技术中所存在的几个关键问题:
(1)阻燃剂的表面改性技术。未经表面改性的氢氧化镁往往会降低HIPS的冲击强度和电性能，且影响HIPS的加工流动性。因此选用合适的表面改性剂如低分子量的有机硅氧烷对纳米氢氧化镁进行表面包覆处理，可以制备出与树脂基体相容性好的改性阻燃剂，在尽量减少阻燃剂用量的情况下，保证HIPS具有优良的阻燃性能、力学性能和电性能。
(2)阻燃剂的复配技术。单一采用氢氧化镁或氢氧化铝作为阻燃剂，需要较大用量才能达到一定的阻燃效果，但同时损害了HIPS树脂的冲击强度和加工性能。因而采用膨胀型阻燃剂和纳米氢氧化镁或氢氧化铝配合，可发挥两类阻燃剂的阻燃作用，尽量减少氢氧化镁或氢氧化铝的用量，同时提高阻燃性能。
(3)HIPS的增韧改性技术。添加无机阻燃剂在改善HIPS阻燃性的同时，提高了树脂的刚性，但降低了韧性，采用橡胶或热塑性弹性体与HIPS共混增韧，有效提高了HIPS的冲击强度。
下面介绍上述无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物的制备方法:
首先，将高抗冲聚苯乙烯树脂于70～90℃下干燥2～8小时，然后将增韧剂、部分高抗冲聚苯乙烯树脂和部分无机阻燃剂按重量比例1:(1～2):(1～3)混合后经双螺杆挤出机挤出加工为增韧剂改性粒料，之后将其余高抗冲聚苯乙烯树脂、其余无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂、阻燃增效剂、增韧剂改性粒料、偶联剂、润滑剂、抗氧剂按配比一起加入高速混合机中混合搅拌，搅拌速度600～1000转/分钟，混合时间20～40分钟，温度60～90℃，最后，将混合分散好的混合物经双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒、包装得到成品，其中，挤出工艺参数是:螺杆长径比为30～45，螺杆转速250～450转/分钟，机筒各分区温度I区:85～100℃；II区:160～180℃；III区:180～200℃；IV区:200～230℃，挤出过程设有真空排气。
实施例一
在本实施例中，高抗冲聚苯乙烯共混物，包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为38％；
氢氧化镁，其质量百分比为26.7％；
聚磷酸铵质量百分比为7.6％、三聚氰胺质量百分比为3.0％、季戊四醇质量百分比为3.8％；
硼酸锌，其质量百分比为3.8％；
三元乙丙橡胶接枝乙烯基三乙氧基硅烷，其质量百分比为15.2％；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其质量百分比为0.76％；
硬脂酸锌，其质量百分比为0.76％；
抗氧剂215，其质量百分比为0.38％。
通过对上述配比的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物进行物理性能测试，结果如下，熔融指数3.2；拉伸强度24.5MPa；断裂伸长率55％；Izod缺口冲击强度8.7kJ/m2；热变形温度89℃；弯曲模量2250MPa；弯曲强度37MPa；燃烧等级为V-0级(1.6mm，UL94)。
实施例二
在本实施例中，高抗冲聚苯乙烯共混物，包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为38％；
有机硅包覆改性氢氧化镁，其质量百分比为26.7％；
聚磷酸铵质量百分比为7.6％、三聚氰胺质量百分比为3.0％、季戊四醇质量百分比为3.8％；
硼酸锌，其质量百分比为3.8％；
乙烯-辛烯共聚物，其质量百分比为15.2％；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其质量百分比为0.76％；
硬脂酸锌，其质量百分比为0.76％；
抗氧剂225，其质量百分比为0.38％。
通过对上述配比的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物进行物理性能测试，结果如下，熔融指数4.2；拉伸强度25.6MPa；断裂伸长率66％；Izod缺口冲击强度9.5kJ/m2；热变形温度92℃；弯曲模量2300MPa；弯曲强度38.2MPa；燃烧等级为V-0级(1.6mm，UL94)。
实施例三
在本实施例中，高抗冲聚苯乙烯共混物，包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为38％；
氢氧化铝，其质量百分比为26.7％；
聚磷酸铵质量百分比为7.6％、三聚氰胺质量百分比为3.0％、环氧树脂质量百分比为3.8％；
氧化钼，其质量百分比为3.8％；
苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，其质量百分比为15.2％；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其质量百分比为0.76％；
硬脂酸锌，其质量百分比为0.76％；
抗氧剂215，其质量百分比为0.38％。
通过对上述配比的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物进行物理性能测试，结果如下，熔融指数3.3；拉伸强度23.8MPa；断裂伸长率50％；Izod缺口冲击强度8.5kJ/m2；热变形温度90℃；弯曲模量2150MPa；弯曲强度35MPa；燃烧等级为V-0级(1.6mm，UL94)。
实施例四
在本实施例中，高抗冲聚苯乙烯共混物，包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为60％；
硬脂酸改性氢氧化铝，其质量百分比为22.5％；
五氧化二磷质量百分比为2.8％、双氰胺质量百分比为0.8％、酚醛树脂质量百分比为1.4％；
三氧化二锑，其质量百分比为1.3％；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其质量百分比为10％；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其质量百分比为0.5％；
硬脂酸钙，其质量百分比为0.5％；
抗氧剂225，其质量百分比为0.2％。
通过对上述配比的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物进行物理性能测试，结果如下，熔融指数4.6；拉伸强度25.3MPa；断裂伸长率51％；Izod缺口冲击强度8.2kJ/m2；热变形温度91℃；弯曲模量2180MPa；弯曲强度32.5MPa；燃烧等级为V-1级(1.6mm，UL94)。
实施例五
在本实施例中，高抗冲聚苯乙烯共混物，包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为35％；
有机硅改性氢氧化铝，其质量百分比为40％；
聚磷酸铵质量百分比为4％、双氰胺质量百分比为1％、酚醛树脂质量百分比为2％；
硼酸锌，其质量百分比为2％；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其质量百分比为12％；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其质量百分比为2.5％；
硬脂酸钙，其质量百分比为0.8％；
抗氧剂215，其质量百分比为0.7％。
通过对上述配比的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物进行物理性能测试，结果如下，熔融指数3.0；拉伸强度24.3MPa；断裂伸长率41％；Izod缺口冲击强度7.8kJ/m2；热变形温度95℃；弯曲模量2250MPa；弯曲强度33.6MPa；燃烧等级为V-0级(1.6mm，UL94)。
通过对上述实施例配比的高抗冲聚苯乙烯共混物进行物理性能测试，以及其他多种配比的测试，均得到了较好的物理性能效果。
以上几个具体实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为35～75％；
无机阻燃剂，其质量百分比为7～45％；
膨胀型阻燃剂，其质量百分比为5～20％；
阻燃增效剂，其质量百分比为1～5％；
增韧剂，其质量百分比为10～20％；
偶联剂，其质量百分比为0.5～2.0％；
润滑剂，其质量百分比为0.5～3.0％；
抗氧剂，其质量百分比为0.2～3.0％。
2.根据权利要求1所述的高抗中聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述的无机阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硬脂酸改性氢氧化镁、硬脂酸改性氢氧化铝、有机硅改性氢氧化镁、有机硅改性氢氧化铝之一，或者上述物质中两种或两种以上物质的混合物。
3.根据权利要求1所述的高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述的膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源和气源，酸源为聚磷酸铵、磷酸盐、磷酸酯、五氧化二磷中一种或多种物质的混合物，炭源为季戊四醇、环氧树脂、山梨醇、甘露醇、酚醛树脂、热塑性聚氨酯、淀粉中一种或多种物质的混合物，气源为三聚氰胺、三聚氰胺多聚磷酸盐、双氰胺中一种或多种物质的混合物。
4.根据权利要求1所述的高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述阻燃增效剂为硼酸锌、三氧化二锑、氧化钼中的一种或多种物质的混合物。
5.根据权利要求1所述的高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述增韧剂为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶接枝乙烯基硅烷偶联剂、硅橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种物质的混合物。
6.根据权利要求1所述的高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种物质的混合物。
7.根据权利要求1所述的高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、脂肪酸酰胺中的一种或多种物质的混合物。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:
所述的抗氧剂为亚磷酸酯类、酚类、含硫酯类物质中的一种或多种物质的混合物。
9.根据权利要求8所述的高抗冲聚苯乙烯共混物，
其特征在于:包括
高抗冲聚苯乙烯树脂，其质量百分比为38％；
氢氧化镁，其质量百分比为26.7％；
聚磷酸铵质量百分比为7.6％、三聚氰胺质量百分比为3.0％、季戊四醇质量百分比为3.8％；
硼酸锌，其质量百分比为3.8％；
三元乙丙橡胶，其质量百分比为15.2％；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其质量百分比为0.76％；
硬脂酸锌，其质量百分比为0.76％；
抗氧剂215，其质量百分比为0.38％。
10.制备权利要求1所述高抗冲聚苯乙烯共混物的方法，
其特征在于:
无卤高抗冲聚苯乙烯共混物的制备方法采用高速混合预分散，二次挤出方法；首先，将高抗冲聚苯乙烯树脂于70～90℃下干燥2～8小时，然后将增韧剂、部分高抗冲聚苯乙烯树脂和部分无机阻燃剂按重量比例1:(1～2):(1～3)混合后经双螺杆挤出机挤出加工为增韧剂改性粒料，然后，将其余高抗冲聚苯乙烯树脂、其余无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂、阻燃增效剂、增韧剂改性粒料、偶联剂、润滑剂、抗氧剂一起加入高速混合机中混合搅拌，搅拌速度600～1000转/分钟，混合时间20～40分钟，温度60～90℃，最后，将混合分散好的混合物经双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒、包装得到成品，其中，挤出工艺参数是:螺杆长径比为30～45，螺杆转速250～450转/分钟，机筒各分区温度I区:85～100℃；II区:160～180℃；III区:180～200℃；IV区:200～230℃，挤出过程设有真空排气。
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