CN103242614A - 无卤阻燃hips塑胶改性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料及其制备方法，它由以下重量份的原料组成：HIPS40～45份、MPPO35～45份、无卤阻燃剂5～7份、赤磷粉3～5份、K树脂3～5份、SBS3～5份、润滑剂0.3～0.5份、白矿油0.2～0.5份、炭黑色粉0.5～2份，本发明不仅具备良好的阻燃性能、安全性强，而且具有良好的抗拉伸强度等力学机械性能，应用其制备的电视机外壳抗冲击性能较强、使用寿命长、可以回收再利用；加工原料MPPO与HIPS均以回收料为主，大大降低了改性HIPS塑胶材料的成本；本发明不含卤素，对环境友好，能够产生很大的环境保护效益；本发明的制备方法操作简单、所需设备少，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及高分子化合物的组合物技术领域，尤其涉及一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料及其制备方法。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯（HIPS）是工业生产中最常使用的五大通用塑料之一，其具有比重低、易成型加工、易着色等优点，广泛应用于电子、电器、汽车、家电、玩具等行业，尤其在电视机外壳领域的应用一直稳居各种塑胶材料的前列，随着电视技术的发展，平板电视的尺寸越来越大，HIPS在电视机外壳领域也取得了快速的发展。
但是由于利用高抗冲聚苯乙烯（HIPS）制备的电视机外壳在明火下易燃烧，产生大量的烟雾和有毒气体，存在较大的安全隐患，人们不断研究能够赋予高抗冲聚苯乙烯（HIPS）阻燃自熄性能的阻燃HIPS塑胶改性材料，以往的阻燃HIPS塑胶改性材料是通过向高抗冲聚苯乙烯（HIPS）中添加卤素溴和锑的无机化合物作为阻燃剂，进而使得获得的改性材料具备阻燃的性能。
为了达到良好的阻燃性能，卤素溴和锑的添加分量较多，不仅导致生产成本高昂，而且会对改性后的材料的物理力学性能造成严重的影响，导致改性材料的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度、热变形温度等性能明显下降，导致利用阻燃HIPS塑胶改性材料制得的电视机外壳抗冲击性能较差、使用寿命短，更严重的是阻燃HIPS塑胶改性材料中含有的卤素会严重对大气臭氧层造成严重危害，特别是随着各国环保标准的提高，要求减少或不使用含卤阻燃剂，含卤素的材料将逐渐因为不符合环保要求而遭到淘汰。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种具备良好的阻燃性能、机械力学性能，而且生产成本低，对环境友好的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料。
本发明的另一目的是提供一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：
HIPS 40～50份
MPPO 35～45份
无卤阻燃剂 5～7份
赤磷粉 3～5份
K树脂 3～5份
SBS 3～5份
润滑剂 0.3～0.5份
白矿油 0.2～0.5份
炭黑色粉 0.5～2份。
其中，所述MPPO与HIPS均以回收料为主，经过简单的物理分离即可得到复合加工要求的MPPO与HIPS，不仅达到了废物回收利用的目的，而且能够大大降低改性HIPS塑胶材料的成本，比现有的卤素阻燃的HIPS塑胶材料成本降低30％以上，能够产生很大的经济效益。
其中，所述无卤阻燃剂为磷酸三苯酯（TPP）、双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）中的任意一种或者两种的混合物，所述磷酸三苯酯为白色针状结晶，微具芳香气味，熔点49～51℃，沸点245℃(1．47kPa)，闪点(开口)235℃，折射率1．552，粘度(50 ℃)11mPa·s，能与乙醚、氯仿、丙酮、苯等混溶，具有良好的透明性、柔软性以及抗菌性，具有耐水、耐油、电绝缘性好和相容性好的优点，主要用于纤维素树脂、乙烯基树脂、天然橡胶和合成橡胶的阻燃增塑剂，也可用于三乙酸甘油酯薄酯和软片、硬质聚氨酯泡沫、酚醛树脂、以及PPO等工程塑料的阻燃增塑，阻燃效果好。
所述双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）为一种新型磷系阻燃剂，呈无色或淡黄色透明液体，相对密度1.26(20℃)，磷含量8.9%，毒性LD50=5000mg/Kg，粘度(25℃) 17000 mPa.s，属于无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂，它与HIP、MPPO等高聚物具有良好的相容性，在对HIPS塑胶进行阻燃改性的过程中，既能够有效的提高无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的阻燃性能，又不会对改性后的材料物理机械性能造成很大的影响，获得具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度、抗冲击强度、抗热变形温度等性能的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，应用其制备的电视机外壳抗冲击性能较强、使用寿命长。
其中，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺（EBS），所述乙烯基双硬脂酰胺为一种优良的塑料加工助剂，呈白色至浅黄色蜡状粉末，相对密度0.98，熔点142～144℃，闪点285℃(开杯)，乙烯基双硬脂酰胺具有良好的润滑作用，可改善树脂的溶流动性、提高工效、弥补模具光洁度之不足，使制品有光泽、色彩均匀鲜艳；同时乙烯基双硬脂酰胺具有优良的抗粘连性和抗静电性，能够显著改善塑料或填料的分散性，在塑料改性过程中，能够有效提高各组分之间的相容性，使得改性后的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料在阻燃性能和物理机械性能之间得到协调，提高了无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的质量。
其中，所述赤磷粉为一种阻燃助剂，其外观呈浅紫色粉末，赤磷含量≥99.0%，黄磷含量≤0.005%，水份≤0.2%，游离酸≤0.3%，不含卤素成分，对环境友好，为一种环保阻燃剂。
其中，K树脂是以苯乙烯、丁二烯为单体，以烷基锂为引发剂，采用阴离子溶液聚合技术合成的一种嵌段共聚物，其主要特性是兼有高透明性和良好的抗冲击性、密度小、着色力强，加工性能优异、无毒性，它广泛应用于GPPS、SAN、SMA、PP、HIPS等材料的掺混改性领域，能够有效平衡HIPS等产品的刚性和韧性，保证改性后的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料具备良好的物理机械性能，同时使得成本更优化。
其中，所述SBS具有优良的拉伸强度、弹性和电性能，永久变形小，屈挠和回弹性好，表面摩擦大，作为树脂改性剂，与HIPS共混可明显改善改性后的产品的的低温性能和抗冲击性能，保证无卤阻燃HIPS塑胶改性材料在具备阻燃性能的同时具备良好的物理机械性能。
其中，所述白矿油具有良好的化学稳定性，润滑性能优良，不仅能够改善各组分之间的流动性，提高分散效率，对制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的物理机械性能的提高有显著的改善作用，而且能够减少制备过程中改性材料与机械设备的摩擦程度，便于挤出加工。
其中，所述炭黑色粉是最重要的黑色颜料之一，主要成分是元素碳，表面上含有少量氧、氢、硫等，颗料近似于球形，耐光、耐候、耐化学品的性能极佳，有极高的遮盖力和着色力，主要应用于涂料、塑料着色，能够显著提高制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的黑亮光泽度，产品的黑亮程度高，质量好。
优选的，无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：
HIPS 40～45份
MPPO 35～40份
无卤阻燃剂 5～6份
赤磷粉 3～4份
K树脂 3～4份
SBS 3～4份
润滑剂 0.3～0.4份
白矿油 0.2～0.3份
炭黑色粉 0.5～1份。
作为另一优选的，无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：
HIPS 45～50份
MPPO 40～45份
无卤阻燃剂 6～7份
赤磷粉 4～5份
K树脂 4～5份
SBS 4～5份
润滑剂 0.4～0.5份
白矿油 0.3～0.5份
炭黑色粉 1～2份。
优选的，无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：
HIPS 40份
MPPO 35份
无卤阻燃剂 5份
赤磷粉 3份
K树脂 3份
SBS 3份
润滑剂 0.3份
白矿油 0.2份
炭黑色粉 0.5份。
作为另一优选的，无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：
HIPS 45份
MPPO 40份
无卤阻燃剂 6份
赤磷粉 4份
K树脂 4份
SBS 4份
润滑剂 0.4份
白矿油 0.3份
炭黑色粉 1份。
作为另一优选的，无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：
HIPS 50份
MPPO 45份
无卤阻燃剂 7份
赤磷粉 5份
K树脂 5份
SBS 5份
润滑剂 0.5份
白矿油 0.5份
炭黑色粉 2份。
无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法，由以下步骤组成：
（1）按重量份将MPPO以及部分无卤阻燃剂投入双螺杆子母机或者单螺杆子母机中，在240～250℃的温度下挤出造粒，制得混合物Ⅰ；
（2）按重量份将HIPS、赤磷粉、K树脂、SBS、润滑剂、白矿油、炭黑色粉、剩余的无卤阻燃剂以及步骤（1）制得的混合物Ⅰ投入高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌时间为3～5min，制得混合物Ⅱ；
（3）将步骤（2）制得的混合物Ⅱ投入双螺杆挤出机中在190～210℃下进行熔融挤出，再经冷却、风干、切粒后得到无卤阻燃HIPS塑胶改性材料。
其中，所述步骤（1）中无卤阻燃剂的添加量为无卤阻燃剂的总添加量的1/2～3/5。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过对MPPO、HIPS、TPP/BDP、K树脂、SBS、EBS、白矿油、炭黑色粉、赤磷粉等进行改性，并优化组分配比，从而获得一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其不仅具备良好的阻燃性能、安全性强，而且各组分之间具有良好的相容性，保证了制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度、抗冲击强度、抗热变形温度等物理机械性能性能，应用其制备的电视机外壳抗冲击性能较强、使用寿命长、可以回收再利用。
（2）本发明的加工原料MPPO与HIPS均以回收料为主，经过简单的物理分离即可得到复合加工要求的MPPO与HIPS，不仅达到了废物回收利用的目的，而且能够大大降低改性HIPS塑胶材料的成本，比现有的卤素阻燃的HIPS塑胶材料成本降低30％以上，能够产生很大的经济效益。
（3）本发明的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料不含卤素，对环境友好，能够产生很大的环境保护效益，可满足大多数国家或地区的使用环保要求。
（4）本发明的制备方法操作简单、所需设备少，生产成本低。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1。
一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 40份、MPPO 35份、磷酸三苯酯（TPP）5份、赤磷粉3份、K树脂3份、SBS 3份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.3份、白矿油0.2份、炭黑色粉0.5份。
本实施例的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法，它由以下步骤组成：
（1）按重量份将MPPO以及3份磷酸三苯酯（TPP）投入双螺杆子母机或者单螺杆子母机中，在240℃的温度下挤出造粒，制得混合物Ⅰ；
（2）按重量份将HIPS、赤磷粉、K树脂、SBS、润滑剂、白矿油、炭黑色粉、剩余的磷酸三苯酯（TPP）以及步骤（1）制得的混合物Ⅰ投入高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌时间为3min，制得混合物Ⅱ；
（3）将步骤（2）制得的混合物Ⅱ投入双螺杆挤出机中在190℃下进行熔融挤出，再经冷却、风干、切粒后得到无卤阻燃HIPS塑胶改性材料。
实施例2。
一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 42份、MPPO 37份、双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）5.5份、赤磷粉3.5份、K树脂3.5份、SBS 3.5份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.35份、白矿油0.25份、炭黑色粉0.8份。
本实施例的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法，它由以下步骤组成：
（1）按重量份将MPPO以及3份双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）投入双螺杆子母机或者单螺杆子母机中，在245℃的温度下挤出造粒，制得混合物Ⅰ；
（2）按重量份将HIPS、赤磷粉、K树脂、SBS、润滑剂、白矿油、炭黑色粉、剩余的双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）以及步骤（1）制得的混合物Ⅰ投入高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌时间为4min，制得混合物Ⅱ；
（3）将步骤（2）制得的混合物Ⅱ投入双螺杆挤出机中在200℃下进行熔融挤出，再经冷却、风干、切粒后得到无卤阻燃HIPS塑胶改性材料。
实施例3。
一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 45份、MPPO 39份、磷酸三苯酯（TPP）与双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）的混合物6份、赤磷粉4份、K树脂4份、SBS 4份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.4份、白矿油0.3份、炭黑色粉1份。
本实施例的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法，它由以下步骤组成：
（1）按重量份将MPPO以及3份磷酸三苯酯（TPP）与双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）的混合物投入双螺杆子母机或者单螺杆子母机中，在250℃的温度下挤出造粒，制得混合物Ⅰ；
（2）按重量份将HIPS、赤磷粉、K树脂、SBS、润滑剂、白矿油、炭黑色粉、剩余的磷酸三苯酯（TPP）与双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）的混合物以及步骤（1）制得的混合物Ⅰ投入高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌时间为5min，制得混合物Ⅱ；
（3）将步骤（2）制得的混合物Ⅱ投入双螺杆挤出机中在210℃下进行熔融挤出，再经冷却、风干、切粒后得到无卤阻燃HIPS塑胶改性材料。
实施例4。
一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 46份、MPPO 40份、磷酸三苯酯（TPP）与双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）的混合物6份、赤磷粉4份、K树脂4份、SBS 4份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.4份、白矿油0.3份、炭黑色粉1份。
本实施例的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法同实施例3，只是改变各组分比例，在此不再重复说明。
实施例5。
一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 47份、MPPO 43份、磷酸三苯酯（TPP）与双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）的混合物6.5份、赤磷粉4.5份、K树脂4.5份、SBS 4.5份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.45份、白矿油0.4份、炭黑色粉1.5份。
本实施例的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法同实施例3，只是改变各组分比例，在此不再重复说明。
实施例6。
一种无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 50份、MPPO 45份、磷酸三苯酯（TPP）与双酚A-双(二苯基磷酸酯)（BDP）的混合物7份、赤磷粉5份、K树脂5份、SBS 5份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.5份、白矿油0.5份、炭黑色粉2份。
本实施例的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法同实施例3，只是改变各组分比例，在此不再重复说明。
以下为传统的阻燃HIPS塑胶改性材料制备方法的对比试验：
对比例1。
一种阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 70份、十溴二苯乙烷15份、三氧化二锑5份、SBS 4份、K树脂5份、白矿油0.3份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.5份、炭黑色粉1份。
本对比例的制备方法为将各组分混合搅拌均匀后利用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
对比例2。
一种阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 68份、十溴二苯乙烷10份、四溴双酚A 7份、三氧化二锑5份、SBS 4份、K树脂5份、白矿油0.3份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.5份、炭黑色粉1份。
本对比例的制备方法同对比例1，在此不再重复说明。
对比例3。
一种阻燃HIPS塑胶改性材料，它由以下重量份的原料组成：HIPS 67份、四溴双酚A 18份、三氧化二锑5份、SBS 4份、K树脂5份、白矿油0.3份、乙烯基双硬脂酰胺（EBS）0.5份、炭黑色粉1份。
本对比例的制备方法同对比例1，在此不再重复说明。
对实施例1至6制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料进行性能测试，测试结果参见表1。
表1：
对实施例1至6制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，以及对比例1至3制得的传统阻燃HIPS塑胶改性材料进行成本核算，核算结果参见表2、表3。
表2：
表3：
由表1可知：本发明的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料不仅具备良好的阻燃性能，阻燃性能达到V0级别，安全性强，而且各组分之间具有良好的相容性，保证了制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料具有良好的抗拉伸强度、抗冲击强度、抗热变形温度等物理机械性能性能，应用其制备的电视机外壳抗冲击性能较强、使用寿命长。
由表2、3可知：实施例1至6制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的平均成本为1269.1元，对比例1至3制得的传统的阻燃HIPS塑胶改性材料的平均成本为1861.5元，本发明制得的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料相对传统的阻燃HIPS塑胶改性材料成本下降31.8％, 成本节省30％以上，能够产生很大的经济效益。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
HIPS 40～50份
MPPO 35～45份
无卤阻燃剂 5～7份
赤磷粉 3～5份
K树脂 3～5份
SBS 3～5份
润滑剂 0.3～0.5份
白矿油 0.2～0.5份
炭黑色粉 0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
HIPS 40～45份
MPPO 35～40份
无卤阻燃剂 5～6份
赤磷粉 3～4份
K树脂 3～4份
SBS 3～4份
润滑剂 0.3～0.4份
白矿油 0.2～0.3份
炭黑色粉 0.5～1份。
3. 根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
HIPS 45～50份
MPPO 40～45份
无卤阻燃剂 6～7份
赤磷粉 4～5份
K树脂 4～5份
SBS 4～5份
润滑剂 0.4～0.5份
白矿油 0.3～0.5份
炭黑色粉 1～2份。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
HIPS 40份
MPPO 35份
无卤阻燃剂 5份
赤磷粉 3份
K树脂 3份
SBS 3份
润滑剂 0.3份
白矿油 0.2份
炭黑色粉 0.5份。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
HIPS 45份
MPPO 40份
无卤阻燃剂 6份
赤磷粉 4份
K树脂 4份
SBS 4份
润滑剂 0.4份
白矿油 0.3份
炭黑色粉 1份。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
HIPS 50份
MPPO 45份
无卤阻燃剂 7份
赤磷粉 5份
K树脂 5份
SBS 5份
润滑剂 0.5份
白矿油 0.5份
炭黑色粉 2份。
7.根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：所述无卤阻燃剂为磷酸三苯酯、双酚A-双(二苯基磷酸酯)中的任意一种或者两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，其特征在于：所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺。
9.权利要求1至8任意一项所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法，其特征在于：它由以下步骤组成：
（1）按重量份将MPPO以及部分无卤阻燃剂投入双螺杆子母机或者单螺杆子母机中，在240～250℃的温度下挤出造粒，制得混合物Ⅰ；
（2）按重量份将HIPS、赤磷粉、K树脂、SBS、润滑剂、白矿油、炭黑色粉、剩余的无卤阻燃剂以及步骤（1）制得的混合物Ⅰ投入高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌时间为3～5min，制得混合物Ⅱ；
（3）将步骤（2）制得的混合物Ⅱ投入双螺杆挤出机中在190～210℃下进行熔融挤出，再经冷却、风干、切粒后得到无卤阻燃HIPS塑胶改性材料。
10.根据权利要求9所述的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中无卤阻燃剂的添加量为无卤阻燃剂的总添加量的1/2～3/5。
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