CN102459435A - 颗粒状可发性聚苯乙烯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种颗粒状可发性聚苯乙烯(EPS)，可以加工成为具有微小泡孔结构且低密度的泡沫，该颗粒状可发性聚苯乙烯包含阻燃材料，以改善其防火性。本发明进一步涉及一种制备颗粒状可发性聚苯乙烯(EPS)的方法，其中在高温并存在一种或者多种添加剂的情况下，苯乙烯单体发生聚合反应。

Description

颗粒状可发性聚苯乙烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种颗粒状可发性聚苯乙烯(EPS)，其可以加工成具有微小泡孔结构且低密度的泡沫，EPS中包含阻燃材料以改善其防火性。本发明进一步涉及一种制备颗粒状EPS的方法，其中在高温并存在一种或者多种添加剂的情况下，苯乙烯单体发生聚合反应。
背景技术
对本发明人而言，序言中提到的聚苯乙烯可从欧洲专利公开EP 1514895中得知；其中石墨(尤其是可发性型石墨)用作阻燃材料，含量为40重量(wt.)％-80wt.％。
美国专利号3,063,954涉及一种生产阻燃可发性聚苯乙烯颗粒的方法；其中形成苯乙烯单体和溴化聚苯乙烯的水性悬浮溶液，通过加热该悬浮溶液并随后加入挥发性烃(尤其指异戊烷和正戊烷的混合物)，聚合该溶液，使该烃并入上述颗粒中，从而使该颗粒具有可发性。
美国专利申请US 2007/0238794涉及一种生产阻燃可发性苯乙烯聚合物的方法；其中有机溴化物用作阻燃剂，过氧化物用作增效剂。阻燃剂预先混合在该苯乙烯聚合物熔体中，并加入到含有发泡剂的苯乙烯聚合物熔体中，然后在挤出机中挤出。
美国专利US 5,112,898涉及一种阻燃高冲力聚苯乙烯混合物，其包含高冲力聚苯乙烯、锑基增效剂和低分子量的溴化聚苯乙烯(也就是聚合度为3-20的低聚物)的组合物。以低聚物和聚苯乙烯混合物的总重量为基准，溴化聚苯乙烯低聚物的有效量在3wt.％和20wt.％之间。
除了用作包装材料之外，颗粒状EPS通常用于建筑用途，比如在房屋建造中作为面板。这样的面板是根据具体要求制作的，如隔热、隔音和阻燃。本发明尤其涉及一种颗粒状EPS的开发，其中对阻燃材料并入EPS进行了优化，这意味着该应用必须遵从目前严格的消防要求(fire requirements)，尤其是德国标准(DIN)4101-B2防火等级试验的要求。
在EPS基材料中，阻燃剂的使用在另一个方面给环境带来负担。在含有EPS材料的技术寿命或者经济寿命结束时，该材料会被认为是废弃物，人们希望能最小化该材料对环境的负担。因此意味着必选择阻燃材料的含量和类型，以将其对环境的负担降至最小。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种含有阻燃材料的颗粒状可发性聚苯乙烯(EPS)，由此得到的聚苯乙烯满足防火的严格要求。
本发明的另一个目的是提供一种颗粒状可发性聚苯乙烯(EPS)，其中阻燃材料的含量减到最少，最终产品对环境的负担低。
如序言中所述，本发明的特征在于，溴化聚苯乙烯作为阻燃材料存在于所述聚苯乙烯颗粒中，以所述苯乙烯聚合物的量为基准，所述溴化聚苯乙烯的量为0.5wt.％-5wt.％。
通过使用所述溴化聚苯乙烯，可以实现所述目的中的一个或者多个。以所述苯乙烯聚合物的量为基准，如果作为所述阻燃材料的所述溴化聚苯乙烯的量为1wt.％-3wt.％是特别优选的；其中，本发明人发现所述溴化聚苯乙烯的分子量优选在10,000-400,000的范围内、尤其在120,000-280,000的范围内。
如果所述溴化聚苯乙烯中的溴含量最多为75wt.％、优选最多为50wt.％、尤其是在20wt.％-40wt.％的范围内，可以得到很好的阻燃性。
进一步地，如果溴含量，尤其是母料(也就是，得到颗粒的组分混合物)中的溴含量在0.4wt.％和更高量之间、优选在0.8wt.％和更高量之间、尤其在1.2wt.％和更高量之间是优选地。在优选实施例中，所用溴含量的上限是4wt.％、尤其是3wt.％、优选是2.5wt.％。如本文所述，上述值在聚合工序和挤压工序中都适用。
如果向阻燃材料中加入一种或者多种增效剂，其中所述增效剂选自由过氧化物和溴化双酚化合物组成的组，对EPS中存在的所述溴化聚苯乙烯的阻燃性进行了特别观察。合适的增效剂是过氧化二异丙苯，以所述苯乙烯聚合物的量为基准，所述过氧化二异丙苯的量为0.1wt.％-3wt.％、尤其为0.5wt.％-2wt.％。溴化双酚化合物类型的合适增效剂包括：四溴化双酚A烯丙醚、四溴化双酚A、苯氧基封端四溴双酚A碳酸酯齐聚物和四溴化双酚A双(2，3-二溴丙基醚)。
本发明人发现，与只使用溴化聚苯乙烯而没有所述一种或者多种增效剂的EPS相比，使用所述一种或者多种增效剂和溴化聚苯乙烯的组合使得能大大降低所需溴化聚苯乙烯的量，以满足当前使用的DIN 4101-B2等级。因此，已经发现除了溴化聚苯乙烯的存在，还希望使用一种增效剂的组合，尤其是过氧化二异丙苯和四溴化双酚A烯丙醚。
尤其优选地，只使用溴化聚苯乙烯作为阻燃材料，但在其它应用中除了其它的添加剂，比如石墨烯、金属氧化物、金属染料、硅酸盐、玻璃纤维、发泡剂，还可以存在石墨。
如序言中所提及的，本发明进一步涉及一种制备颗粒状可发性聚苯乙烯(EPS)的方法，其中在聚合反应发生前，向苯乙烯单体中加入溴化聚苯乙烯，然后在一种或者多种添加剂的存在下发生聚合反应；以所述聚苯乙烯的量为基准，所述溴化聚苯乙烯的加入量为0.5wt.％-5wt.％。特别适合的添加剂是过氧化物类型的增效剂，尤其是过氧化二异丙苯；以苯乙烯聚合物的量为基准，所述添加剂的量为0.1wt.％-3wt.％、尤其是0.5wt.％-2wt.％。
反应器内容物的聚合反应和随后的冷却完成后，最好使形成的EPS颗粒设置有涂层。一种适宜的涂层如欧洲专利申请EP 1907461所公开的，以本发明的名义，关于所述特殊涂层的所述欧洲申请完全并入本文。由此聚合的EPS颗粒设置有所述涂层后，尤其在预发泡至10kg/m3-30kg/m3的密度后，在压力机中进一步加工所述预发泡的颗粒，形成想要的模制制件，比如绝缘板。
除上述的聚合方法外，还可以通过一种挤出工序制备可发性聚苯乙烯(EPS)。如国际申请WO 00/43442中所知，其中，在一种或者多种添加剂的存在下，向挤出机中加入苯乙烯聚合物，其中加入溴化聚苯乙烯作为阻燃材料，在所述挤出机中进行混合，随后冷却挤出的材料并进一步缩小成颗粒。然而，还可以对苯乙烯聚合物与挤出机中作为阻燃材料的溴化聚苯乙烯同时进行加工，然后用发泡剂对得到的中间产物进行浸渍处理，以得到起始材料，进一步冷却所述起始材料并加工成颗粒。
具体实施方式
现在，通过实例对本发明进行更详细地解释。然而，应注意本发明并不限于某一具体实例。
实例1
在计量器中，向一定量的苯乙烯单体中加入1.1wt.％(以要得到的苯乙烯聚合物的量为基准)的溴化聚苯乙烯(溴含量：41wt.％)。母料(MB)中溴含量是0.4wt.％。溶解后，将得到的溶液注入聚合反应器中，同时在用于聚合的普通添加剂(比如引发剂)的存在下，以重量比为0.3wt.％的量加入过氧化二异丙苯作为增效剂。将聚合反应器中的内容物加热至92℃，随后加入戊烷作为发泡剂。然后，进一步将反应器内容物加热至120℃，以发生聚合反应。反应器内容物冷却后，干燥并筛选出形成的颗粒。按照欧洲申请EP 1907461所公开的，使得到的颗粒设置有涂层，且预发泡至20kg/m3的密度。成熟(mature)至少4小时后，进一步加工预发泡的颗粒，以形成板。
按照DIN 4101-B2对得到的板进行防火试验，测试的材料都满足B2试验的要求。
实例2
重复实例1，不同的是除了加入过氧化二异丙苯外，还加入了量为0.1wt.％(以要得到的苯乙烯聚合物的量为基准)的四溴双酚A烯丙醚作为增效剂。进一步加工得到的颗粒，以形成板，随后按照DIN 4101-B2对该板进行防火试验，结果显示该板满足B2试验的要求。
实例3
使用一半量的溴化聚苯乙烯重复实例2。结果显示，在两种增效剂组合物的存在下，该颗粒形成的板满足按照DIN 4101-B2防火试验的要求。
实例4
重复实例1，不同的是溴化聚苯乙烯含量增加到5wt.％(以要得到的苯乙烯聚合物的量为基准)。得到与实例1相同的结果，但是并未观察到防火试验的结果有显著性提高。
比较例1
重复实例1，不同的是溴化聚苯乙烯含量增加到8wt.％(以要得到的苯乙烯聚合物的量为基准)。经检验，发现溴化聚苯乙烯在最终产品中的分布是不均匀的，因此没有进行防火试验。
比较例2
重复实例1，不同的是溴化聚苯乙烯的含量减少到2wt.％(以要得到的苯乙烯聚合物的量为基准)。得到与实例1相同的结果。
比例3
重复实例1，不同的是溴化聚苯乙烯的含量减少到0.35wt.％(以要得到的苯乙烯聚合物的量为基准)。进一步加工得到的颗粒，以形成板，该板不满足防火试验的要求。
实例5
在挤出机中，含5.5％戊烷的无阻燃性EPS颗粒(型号Styrex 1016R，颗粒大小1.0mm-1.6mm)与同时加入的6％的聚合物BPS40(也就是溴含量为40％的溴化聚苯乙烯)熔融。因此，加入溴的有效量是2.4％。除此之外，还加入颗粒大小为2μm-4μm的5％的石墨。预发泡至20gr/l的密度，形成板之后，该材料满足DIN 4101-B2试验。
实例6
在挤出机中，含5.5％戊烷的无阻燃性EPS颗粒(型号Styrex 1016R，颗粒大小1.0mm-1.6mm)与同时加入的6％聚合物BPS40(也就是溴含量为40％的溴化聚苯乙烯)熔融。因此，加入溴的有效量是2.4％。除此之外，通过母料还加入了有效测量量为0.35％的过氧化二异丙苯。进一步地，还加入颗粒大小为2μm-4μm的5％的石墨。预发泡至20gr/l的密度，形成板之后，该材料满足DIN 4101-B2试验。

Claims (16)

1.一种颗粒状可发性聚苯乙烯EPS，可以加工成具有微小泡孔结构且低密度的泡沫，所述颗粒状可发性聚苯乙烯包含阻燃材料，以改善其防火性；其特征在于，溴化聚苯乙烯作为所述阻燃材料存在于所述聚苯乙烯颗粒中，以所述苯乙烯聚合物的量为基准，所述溴化聚苯乙烯的量为0.5重量％-5重量％。
2.根据权利要求1所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，以所述苯乙烯聚合物的量为基准，作为所述阻燃材料的所述溴化聚苯乙烯的量为1重量％-3重量％。
3.根据前述权利要求的一项或者两项所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，所述溴化聚苯乙烯的分子量在10,000-400,000的范围内、尤其在120,000-280,000的范围内。
4.根据前述权利要求的一项或者多项所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，所述溴化聚苯乙烯中的溴含量最多为75重量％、优选最多为50重量％。
5.根据前述权利要求的一项或者多项所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，所述溴化聚苯乙烯中的溴含量在20重量％-40重量％的范围内。
6.根据前述权利要求的一项或者多项所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，在一种或者多种增效剂的存在下，使用阻燃材料；其中，所述增效剂选自由过氧化物和溴化双酚化合物组成的组。
7.根据前述权利要求的一项或者多项所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，以所述苯乙烯聚合物的量为基准，使用量为0.1重量％-3重量％、尤其为0.5重量％-2重量％的过氧化二异丙苯作为增效剂。
8.根据前述权利要求的一项或者多项所述的颗粒状可发性聚苯乙烯，其特征在于，以所述苯乙烯聚合物的量为基准，使用量为0.1重量％-3重量％、尤其是0.5重量％-2重量％的四溴双酚A烯丙醚作为增效剂。
9.一种制备颗粒状可发性聚苯乙烯的方法，其中，在高温并存在一种或者多种添加剂的情况下，苯乙烯单体发生聚合反应，其特征在于，在所述聚合反应发生前，向所述苯乙烯单体中加入溴化聚苯乙烯，然后在所述一种或者多种添加剂的存在下发生聚合反应；以所述聚苯乙烯的量为基准，所述加入的溴化聚苯乙烯的量为0.5重量％-5重量％。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合反应和随后的冷却完成后，使形成的EPS颗粒设置有涂层，且预发泡至10kg/m3-30kg/m3的密度。
11.根据权利要求9-10中的一项或两项所述的方法，其特征在于，在压力机中进一步加工所述预发泡的颗粒，形成模制制件。
12.根据权利要求9-11中的一项或者多项所述的方法，其特征在于，在要进行所述聚合反应的所述组合物中，以所述组合物的重量为基准，所述溴含量至少为0.4重量％、优选至少为0.8重量％。
13.一种制备颗粒状可发性聚苯乙烯的方法，其中，在一种或者多种添加剂的存在下挤出EPS，其特征在于，在所述一种或者多种添加剂的存在下EPS颗粒在挤出机中与作为阻燃材料的溴化聚苯乙烯混合；由此得到的材料进行预发泡和成模处理；以所述苯乙烯聚合物的量为基准，所述溴化聚苯乙烯的加入量为0.5重量％-5重量％。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在要进行挤出工序的所述组合物中，以所述组合物的重量为基准，所述溴的量至少为0.4重量％、优选至少为0.8重量％。
15.根据前述权利要求9-14中的一项或者多项所述的方法，其特征在于，在一种或者多种增效剂的存在下使用所述阻燃材料；其中，所述增效剂选自由过氧化物和溴化双酚化合物组成的组。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，加入过氧化二异丙苯和四溴双酚A烯丙醚；以所述苯乙烯聚合物的量为基准，所述过氧化二异丙苯和四溴双酚A烯丙醚的含量均为0.1重量％-3重量％、尤其是0.5重量％-2重量％。
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