CN101985505A - 无机粉末改性处理可发性聚苯乙烯珠粒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可发性聚苯乙烯珠粒的无机粉体改性工艺及其成份，其中包括有不超过10％质量百分比的无机粉末作为聚苯乙烯颗粒的阻燃增强材料。无机粉末材料以天然矿粉为主，可在聚苯乙烯的聚合反应之前、期间或反应之后加入体系中，通过该类无机粉体具有的特殊物理化学性能或与其它类阻燃剂的共同作用，使得到的可发性聚苯乙烯具有优良阻燃和隔热性能。

Description

无机粉末改性处理可发性聚苯乙烯珠粒 

技术领域

本发明涉及一种可发性聚苯乙烯珠粒的无机粉体改性处理工艺及其成份，其中包括有质量百分比不高于10w％(基于苯乙烯聚合物计)的无机粉末作为聚苯乙烯颗粒的阻燃增强材料，无机粉末材料以天然矿粉为主，并可在聚苯乙烯的聚合反应之前、期间或反应之后加入体系中，通过该类无机粉体具有的特性或再与其它类阻燃剂的共同作用，得到具有优良阻燃和隔热性能的可发性聚苯乙烯珠粒。 

背景技术

可发性聚苯乙烯颗粒expandable polystyrene(EPS)自50年代由德国BASF公司开发出其珠粒生产工艺后，由于成型工艺及设备简易可行，并可制成各种形状、不同密度的产品，因而发展迅速。现在已成为苯乙烯树脂三大产品(GPPS、HIPS、EPS)中重要的品种之一。EPS的生产方法有一步法浸渍工艺和二步法浸渍工艺。所谓一步，指聚合和发泡剂浸渍在同一釜中一次完成，而二步法是用悬浮法生产的粗粒型聚苯乙烯，再经发泡剂浸渍处理(即加入物理发泡剂)而成为含有液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒。所得到的EPS再经过预发泡、熟化和发泡模塑，根据压制和发泡条件的不同，制造出不同泡型(开孔或闭孔)、不同密度的泡沫塑料制品，最常见的可发性聚苯乙烯是含有异戊烷作为发泡剂的聚苯乙烯球形粒料。 

发泡聚苯乙烯材料由于具有容易制备，重量轻，力学强度好的特点，被广泛用于包装、保温材料，但由于其受分子特性限制，发泡聚苯乙烯材料的阻燃性能不好，容易着火燃烧，在使用时受到很大的消防限制。 

在中国公开专利(CN1500815)公开了一种采用5.6-7.8份溴素作为添加阻燃剂制备阻燃型可发泡聚苯乙烯颗粒的工艺；以及中国公开专利(CN101092462)公布的采用六溴十二烷作为添加阻剂，制备阻燃型可发泡聚苯乙烯颗粒，这些技术的实施在一定程度上减缓了发泡聚苯乙烯材料的阻燃压力。 

但由于可发泡聚苯乙烯颗粒在聚合过程中对卤系阻燃剂比较敏感，如果一味追加阻燃效果，大量的添加该类阻燃剂，会导致聚合过程得到的聚苯乙烯颗粒物理力学性能不合格，甚至可能导致聚合过程不能顺利完成。并且由于环保方面的原因，发泡材料中卤素阻燃材料的使用应当减少，甚至禁止使用。 

巴斯夫公司在中国的公开专利(CN1329634A)公布了一种含有5-50wt％膨胀石墨和任选2-20wt％磷化合物作为阻燃剂，在悬浮聚合反应中实施得到具有满足防火等级B1或B2要求的发泡聚苯乙烯材料，该方法提供了一种新思路。 

中国未审查专利公开的(CN101796114A)可发性聚苯乙烯采用10-60wt％金属或非金属氧化物，金属或非金属氢氧化物、硅酸盐、硼酸盐和碳酸盐中的一种或多种粉末材料作为阻燃剂添加后，可以获得具有改善阻燃和绝缘效果的发泡聚苯乙烯泡沫。我们在实际使用中发现，在聚合过程中超过10wt％的水滑石等无机粉体材料的添加也会导致聚合过程不稳定，发泡聚苯乙烯材料的性能下降程度过大，不利于产品的最终性能的保障。因此在本发明专利中我们限定对无机粉体材料的添加比例不能超过10wt％，对于其阻燃效果的名作可以采用添加少量卤系，磷系、锑系、硼系等阻燃剂达到。 

本发明的主要目的是通过优选具有特殊结构(层状结构、片层结构、含结晶水等)和阻燃特性的无机粉体，通过与可发性聚苯乙烯材料的结合，在保持可发泡聚苯乙烯材料性能的前提下，提升可发性聚苯乙烯产品的阻燃特性，减少或不再依赖对卤系阻燃物质的使用，使生产的聚苯乙烯粒子发泡材料，其消防性能满足防火等级B1或B2要求。 

发明内容

本发明人经过多次实验研究，结果发现在苯乙烯单体悬浮聚合制备过程中可以实现改性，该工艺具有操控性能好，灵活方便，便于更改配方等优点。该发明与中国专利(CN1329634A)有所不同，注重通过采取使用水滑石等其它无机矿物粉体(不排除其中使用低于5wt％的石墨)，来保障最后得到的可发性聚苯乙烯材料的力学性能，并通过与其他卤系等阻燃剂的配合来实现最终发泡材料的阻燃性能满足防火要求。 

本发明与和中国未审查专利公开的(CN101796114A)也不同，我们采用的是价廉，容易获得的，有物理化学结构特点的无机矿粉为主的无机粉体材料，而且在实际使用过程中发现，在聚合过程中超过10wt％的水滑石等无机粉体材料的添加也会导致聚合过程不稳定，发泡聚苯乙烯材料的性能下降程度过大，不利于产品的最终性能的保障。因此在本发明专利中我们限定对无机粉体材料的添加比例不能超过10wt％，然后再添加少量卤系，磷系，锑系、硼系等阻燃剂达到防火等级要求。 

根据本发明的一个方面，可发性聚苯乙烯颗粒的无机粉体改性处理工艺可以是苯乙烯单体与无机粉末材料和阻燃添加剂经悬浮聚合过程中完成，并经过压力灌入发泡剂获得。 

根据本发明的另一个方面，可发性聚苯乙烯颗粒的无机粉体改性处理工艺，也可以是在苯乙烯聚合物与上述无机粉体和阻燃添加剂通过熔融混合后，再经过造粒过程并灌入发泡剂获得。 

根据本发明的另一个方面，提供制造改性后的预发泡聚苯乙烯的发泡方法 和随后的模塑产品的方法，该方法包括下述步骤： 

将改性后的预发泡聚苯乙烯放入EPS蒸汽发泡设备内进行发泡处理并通过蒸汽压力和发泡时间，控制好发泡倍率；随后将发泡好的聚苯乙烯颗粒放入EPS蒸汽模塑机内，并施加高压蒸汽到模塑机内，使发泡聚苯乙烯颗粒彼此粘连，从而起到定模成型的效果。 

具体实施方式

实施例1：悬浮聚合制备水滑石阻燃可发性聚苯乙烯珠粒 

选用20公斤苯乙烯单体，分散于20升去离子水中(水相中含有焦磷酸钠100克)，向其中加入水滑石粉末1公斤处理后的水滑石粉末(平均粒度为5微米)，和0.5％的溴素，以及引发剂-过氧化苯甲酰60克，并加入发泡剂戊烷2.0公斤后密闭反应器。经过充分搅拌后悬浮液升温到90℃一小时，100℃一小时，110℃一小时，130℃二小时并维持压力为7个大气压。最后经过过滤、洗涤、干燥得到改性可发性聚苯乙烯珠粒，防火等级可满足B1或B2要求。 

实施例2：聚苯乙烯与水镁石熔融混合改性制备可发性聚苯乙烯珠粒 

聚苯乙烯树脂以及9.5wt％水镁石粉末(平均粒度为50微米)和1.8％红磷，1.5％三氧化二锑粉末，在螺杆挤出机内熔融挤出，并经过水下造粒系统得到珠状粒子，将该粒子分散在去离子水中，加入乳化分散剂和发泡剂戊烷，在压力釜中于130℃下，维持7个大气压将发泡剂灌入，制得水镁石改性可发性聚苯乙烯珠粒，防火等级可满足B1或B2要求。 

实施例3：滑石粉-红磷包裹制备阻燃可发性聚苯乙烯珠粒 

选用聚苯乙烯溶解在甲苯的溶液，作为涂层成膜物质，95克滑石微粉、15克微粉红磷，配成粘度适合的溶液，使用糖衣包覆机或者动态流化装置在不断强烈搅拌的同时，将以上配置的涂层液体喷雾到1公斤普通可发性聚苯乙烯珠粒表面，并采用热空气干燥涂层中的可挥发份，最终使成膜物质牢固的附着在聚苯乙烯颗粒上，得到滑石粉-红磷包裹改性可发性聚苯乙烯珠粒。 

Claims (8)

1.一种可发性聚苯乙烯珠粒，其中包括有不超过质量百分比10wt％(基于苯乙烯聚合物计)的无机粉末作为其阻燃增强材料，无机粉末材料以天然矿粉为主，可在苯乙烯的聚合反应之前、期间或反应之后加入聚苯乙烯体系中，通过该类无机粉体具有的物理化学特性或与其它阻燃剂的共同作用，得到具有优良阻燃和隔热性能的可发性聚苯乙烯珠粒。

2.权利要求1所述的无机粉末包括膨润土、滑石粉、水滑石、云母粉、天然水镁石、石墨、硅灰粉、凹凸棒、高岭土、白土、白垩石、石英粉、硼酸盐等天然材料，优选含结晶水、内有片层结构的膨润土、水滑石矿粉。

3.权利要求1所述的无机粉末材料的粒径可以为1-300微米的范围。

4.权利要求1所述的无机粉末材料如果有选用石墨，那么其质量百分比，基于苯乙烯聚合物计，不超过5wt％。

5.权利要求1所述的其它阻燃剂可以是添加的卤系、磷系、锑系、硼系等物质。

6.权利要求1所述的可发性聚苯乙烯珠粒中，所述的无机粉末材料可以是包含在所述可发性聚苯乙烯珠粒内部，也可以是粘合在其外层。

7.权利要求1所述的可发性聚苯乙烯珠粒，可以是通过苯乙烯单体与无机粉末材料经悬浮聚合并灌入发泡剂获得，也可以是聚苯乙烯与无机粉末熔融共混后，再经过造粒过程并灌入发泡剂获得。

8.按照上述方式生产的可发性聚苯乙烯珠粒，可用于生产各种聚苯乙烯粒子发泡材料，其消防性能满足防火等级B1或B2要求。