CN102504429A - 一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料及其制备方法属于聚苯乙烯复合阻燃材料技术领域；所要解决的技术问题为提供了一种热稳定性较高的聚苯乙烯阻燃纳米复合材料及其制备方法；所采用的技术方案为：聚苯乙烯阻燃纳米复合材料由聚苯乙烯和有机改性蒙脱土按照一定配比混合，然后将原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料；本发明一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料具有良好的阻燃效果，氧指数可达24%，蒙脱土纳米片层在聚苯乙烯中发生剥离，热稳定性能相对聚苯乙烯来说有很大提高，可制备成阻燃聚苯乙烯材料或阻燃母粒加以应用，广泛应用于聚苯乙烯阻燃纳米复合材料领域。
Description
技术领域
本发明一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料及其制备方法属于聚苯乙烯复合阻燃材料技术领域。
背景技术
聚苯乙烯具有卓越的电绝缘性、加工流动性、良好的耐化学腐蚀性和刚性等优点而成为世界第三大塑料。但是，聚苯乙烯及其同系聚合物材料，与其他大部分聚合物材料一样，在空气中容易燃烧，并且燃烧时产生大量黑色的浓烟。
发明内容
本发明为了克服己有技术的不足，提供一种热稳定性较高的聚苯乙烯阻燃纳米复合材料及其制备方法。
为了解决上述的问题，本发明的技术方案为：
一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料，它由聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土复合而成，其原料的重量份数为：聚苯乙烯5-8份，聚苯醚1-2份，有机改性蒙脱土1-3份。
所述的有机改性蒙脱土改性方法为球磨改性，有机改性剂为十八烷基三甲基氯化铵。
一种制备所述复合材料的制备方法，按照以下步骤进行：
第一步，将聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯5-8份，聚苯醚1-2份，有机改性蒙脱土1-3份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第二步，将所述原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
所述制备方法的第二步中双螺杆挤出机工艺参数为：长径比为30-40 mm；螺杆直径为15-24mm；螺杆转速为500-800r/min，料筒温度为180℃-210℃，机头温度为190℃-205℃，螺杆温度为180℃-195℃。
所述制备方法的第二步中双螺杆挤出机工艺参数为：长径比为36；螺杆直径为20mm；螺杆转速为600r/min，料筒温度为200℃，机头温度为200℃，螺杆温度为185℃。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料具有良好的阻燃效果，并且热稳定性能相对聚苯乙烯来说有很大提高，氧指数可达24%，可制备成阻燃聚苯乙烯材料或阻燃母粒加以应用。此种复合材料消除了可燃、易燃、燃烧时热释放速率大、热值高、火焰传播速度快、不易熄灭、融滴严重等缺点；避免了燃烧后产生大量的浓烟和有毒气体、对环境造成危害；避免威胁到人们的生命和财产安全。
2、经利用球磨技术有机改性后得到的有机改性蒙脱土，层间距增加0.07nm，减小了粒径使分布更加均匀，有利于大分子链的插入，实现了蒙脱土片层的剥离，提高了蒙脱土与聚苯乙烯的相容性和热稳定性。
具体实施方式
实施例1
第一步，蒙脱土改性
a、将蒙脱土与60℃的去离子水混合，蒙脱土与去离子水的重量份比为1:0.5搅拌均匀，得到蒙脱土浆；
b、用重量百分比浓度3%的氢氧化钠溶液，调节所述蒙脱土浆pH值至8-9，得到碱性蒙脱土浆；
c、将碱性蒙脱土浆与十八烷基三甲基氯化铵按照重量份比为30:1混合，搅拌均匀，得到蒙脱土改性混合物；
d、将蒙脱土改性混合物放入球磨机中，球磨1小时，得到粗制有机改性蒙脱土；
e、将粗制有机改性蒙脱土放入烘箱烘干，温度70℃，时间15小时，得到干燥粗制有机改性蒙脱土；
f、将干燥粗制有机改性蒙脱土在球磨机中再次球磨2小时，然后过筛，筛孔为400目，得到有机改性蒙脱土。
第二步，将聚苯乙烯、聚苯醚和有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯5.6份，聚苯醚1.7份，有机改性蒙脱土2.7份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第三步，将原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，其中双螺杆挤出机工作参数为：长径比为30 mm；螺杆直径15mm；螺杆转速500r/min，料筒180℃、机头190℃和螺杆温度180℃，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
实施例2
第一步，蒙脱土改性
a、将蒙脱土与65℃的去离子水混合，蒙脱土与去离子水的重量份比为1:1搅拌均匀，得到蒙脱土浆；
b、用重量百分比浓度4%的氢氧化钠溶液，调节所述蒙脱土浆pH值至8-9，得到碱性蒙脱土浆；
c、将碱性蒙脱土浆与十八烷基三甲基氯化铵按照重量份比为40:1混合，搅拌均匀，得到蒙脱土改性混合物；
d、将蒙脱土改性混合物放入球磨机中，球磨2小时，然后放入烘箱72℃，烘干17小时，得到有机改性蒙脱土。
第二步，将聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯7.5份，聚苯醚1.2份，有机改性蒙脱土1.3份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第三步，将原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，其中双螺杆挤出机工作参数为：长径比为32mm；螺杆直径18mm；螺杆转速550r/min，料筒190℃、机头195℃和螺杆温度182℃，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
实施例3
第一步，蒙脱土改性
a、将蒙脱土与70℃的去离子水混合，蒙脱土与去离子水的重量份比为1:1搅拌均匀，得到蒙脱土浆；
b、用重量百分比浓度5%的氢氧化钠溶液，调节所述蒙脱土浆pH值至8-9，得到碱性蒙脱土浆；
c、将碱性蒙脱土浆与十八烷基三甲基氯化铵按照重量份比为45:1混合，搅拌均匀，得到蒙脱土改性混合物；
d、将蒙脱土改性混合物放入球磨机中，球磨2.5小时，得到粗制有机改性蒙脱土；
e、将粗制有机改性蒙脱土放入烘箱烘干，温度75℃，时间20小时，得到干燥粗制有机改性蒙脱土；
f、将干燥粗制有机改性蒙脱土在球磨机中再次球磨1.5小时，然后过筛，筛孔为325目，得到有机改性蒙脱土。
第二步，将聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯6.6份，聚苯醚1.5份，有机改性蒙脱土1.9份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第三步，将原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，其中双螺杆挤出机工作参数为：长径比为36 mm；螺杆直径20mm；螺杆转速600r/min，料筒200℃、机头200℃和螺杆温度185℃，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
实施例4
第一步，蒙脱土改性
a、将蒙脱土与80℃的去离子水混合，蒙脱土与去离子水的重量份比为1:1.5搅拌均匀，得到蒙脱土浆；
b、用重量百分比浓度7%的氢氧化钠溶液，调节所述蒙脱土浆pH值至8-9，得到碱性蒙脱土浆；
c、将碱性蒙脱土浆与十八烷基三甲基氯化铵按照重量份比为55:1混合，搅拌均匀，得到蒙脱土改性混合物；
d、将蒙脱土改性混合物放入球磨机中，球磨3小时，然后放入烘箱78℃，烘干22小时，得到有机改性蒙脱土。
第二步，将聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯7份，聚苯醚1.9份，有机改性蒙脱土1.1份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第三步，将原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，其中双螺杆挤出机工作参数为：长径比为38 mm；螺杆直径22mm；螺杆转速700r/min，料筒205℃、机头203℃和螺杆温度190℃，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
实施例5
第一步，蒙脱土改性
a、将蒙脱土与85℃的去离子水混合，蒙脱土与去离子水的重量份比为1:2搅拌均匀，得到蒙脱土浆；
b、用重量百分比浓度8%的氢氧化钠溶液，调节所述蒙脱土浆pH值至8-9，得到碱性蒙脱土浆；
c、将碱性蒙脱土浆与十八烷基三甲基氯化铵按照重量份比为60:1混合，搅拌均匀，得到蒙脱土改性混合物；
d、将蒙脱土改性混合物放入球磨机中，球磨4小时，得到粗制有机改性蒙脱土；
e、将粗制有机改性蒙脱土放入烘箱烘干，温度80℃，时间25小时，得到干燥粗制有机改性蒙脱土；
f、将干燥粗制有机改性蒙脱土在球磨机中再次球磨0.5小时，然后过筛，筛孔为270目，得到有机改性蒙脱土。
第二步，将聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯6份，聚苯醚1.8份，有机改性蒙脱土2.2份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第三步，将原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，其中双螺杆挤出机工作参数为：长径比为40mm；螺杆直径24mm；螺杆转速800r/min，料筒210℃、机头205℃和螺杆温度195℃，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
本发明不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料，其特征在于它由聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土复合而成，其原料的重量份数为：聚苯乙烯5-8份，聚苯醚1-2份，有机改性蒙脱土1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料，其特征在于所述的有机改性蒙脱土改性方法为球磨改性，有机改性剂为十八烷基三甲基氯化铵。
3.一种制备如权利要求1或2所述复合材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
第一步，将聚苯乙烯、聚苯醚、有机改性蒙脱土按照重量份数为：聚苯乙烯5-8份，聚苯醚1-2份，有机改性蒙脱土1-3份混合，用高速搅拌机混匀，得到原料混合物；
第二步，将所述原料混合物经双螺杆挤出机熔融挤出成型，得到聚苯乙烯阻燃纳米复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的第二步中双螺杆挤出机工艺参数为：长径比为30-40 mm；螺杆直径为15-24mm；螺杆转速为500-800r/min，料筒温度为180℃-210℃，机头温度为190℃-205℃，螺杆温度为180℃-195℃。
5.根据权利要求4所述的一种聚苯乙烯阻燃纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的第二步中双螺杆挤出机工艺参数为：长径比为36；螺杆直径为20mm；螺杆转速为600r/min，料筒温度为200℃，机头温度为200℃，螺杆温度为185℃。
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