CN103387632A - 一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，该聚合物的结构如下式所示：
Description
技术领域
本发明涉及一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，特别涉及苯乙烯与反应型阻燃剂N-三溴苯基马来酰亚胺共聚生成本体阻燃聚苯乙烯的制备方法。该聚合物适用于制备阻燃聚苯乙烯防火板、可发性阻燃聚苯乙烯、及其阻燃聚苯乙烯器件等。
背景技术
随着科技的进步，合成高分子材料工业得到了快速发展。其中，由于聚苯乙烯是一种易加工成型的热塑性树脂，且价格低廉，因此得到了广泛的应用。但其具有易燃性，常会带来火灾隐患对人们的生命财产造成危害，所以解决聚苯乙烯的阻燃问题引起了人们的重视。
本发明主要是解决聚苯乙烯及其泡沫板目前存在的防火处理难题，即解决添加阻燃剂易析出、易挥发、不易分散均匀、影响机械强度、影响发泡、阻燃效能低等的难题。解决上述问题的方法是在苯乙烯聚合过程中加入高效反应型阻燃剂与苯乙烯单体共聚，合成本体阻燃聚苯乙烯，提高阻燃剂在材料中的均匀分散性，使其具有永久不析出性，能充分发挥阻燃效能，不影响材料的机械性能，不影响发泡，不影响材料的透明性，且应用加工性能好。
本发明对促进我国阻燃材料的发展，弥补国内阻燃材料的不足，填补国内空白，满足国内需求，减少火灾隐患具有重大意义。
发明内容
本发明的目的之一在于解决聚苯乙烯及可发性聚苯乙烯的阻燃难题，提出一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯。其物理化学性能稳定，阻燃效能高，应用加工方便，不影响材料的机械性能，不影响发泡，透明性好，成本低等，可克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯聚合物，其特征在于，该聚合物的结构如下式所示：
式中：n＞m
本发明的另一目的在于提出一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，其工艺简单，易于规模化生产，技术方案如下：
如上所述一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，该方法为：
一定比例的苯乙烯和N-三溴苯基马来酰亚胺，加入乳化剂、引发剂，在水相乳液聚合反应，在一定温度下聚合反应一段时间，经冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状乳液法本体阻燃聚苯乙烯。
如上所述一定比例的苯乙烯和N-三溴苯基马来酰亚胺，应选苯乙烯和N-三溴苯基马来酰亚胺的质量比在97∶3-50∶50，即共聚中N-三溴苯基马来酰亚胺的加入量在3％-50％，从工业化考虑，优选3％-20％，产品收率较高、成本较低、阻燃性能已能满足大多应用要求。
如上所述加入引发剂，可选过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化对氯苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化十二烷酰，加入量可选单体总重量的0.8％-1.5％。
如上所述在一定温度下聚合反应，可选70℃-95℃。
如上所述乳化剂，可选聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠，加入量可选分别为单体总重量的1％-2.0％，0.5％-1.5％；优选分别为1.5％，1.0％。
如上所述在一定温度下聚合反应一段时间，可选6h-8h。
本发明的乳化法本体阻燃聚苯乙烯为白色粒状固体，其产率为93％～98％。其适合作为聚苯乙烯防火板、阻燃聚苯乙烯器件、可发性阻燃聚苯乙烯等的基材之用，该乳化法本体阻燃聚苯乙烯的聚合原理如下式所示：
式中：n＞m，R·为引发剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
①由于本发明本体阻燃聚苯乙烯结构中引入了阻燃元素，使材料具有本体永久性阻燃、阻燃元素分散均匀、阻燃效能高等优点，完全克服了由于阻燃剂的加入带来的机械性能下降、影响发泡、影响透明、阻燃剂易析出等缺点。
②在聚苯乙烯中由于刚性N-三溴苯基马来酰亚胺的引入得到阻燃功能的同时，还明显提高了阻燃聚苯乙烯的玻璃化温度，提高了聚苯乙烯的耐热性能。
③本发明制备方法简单，原料易得，成本低，以水为溶剂乳液聚合，有利于环保，易于规模化生产。因此有很好的应用、开发前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯9.7g、N-三溴苯基马来酰亚胺0.3g、过氧化苯甲酰0.11g，开动搅拌，升温至90℃，保温5h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率94％，玻璃化温度为90℃。
实施例2在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯9.5g、N-三溴苯基马来酰亚胺0.5g、过氧化苯甲酰0.1g，开动搅拌，升温至80℃，保温6h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率97％，玻璃化温度为96℃。
实施例3在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯9.3g、N-三溴苯基马来酰亚胺0.7g、0.09g过氧化苯甲酸叔丁酯，开动搅拌，升温至70℃，保温7h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率96％，玻璃化温度为101℃。
实施例4在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯9.0g、N-三溴苯基马来酰亚胺1.0g、偶氮二异丁腈0.12g，开动搅拌，升温至70℃，保温7h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率96％，玻璃化温度为107℃。
实施例5在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯8.5g、N-三溴苯基马来酰亚胺1.5g、过氧化对氯苯甲酰0.15g，开动搅拌，升温至80℃，保温6h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率95％，玻璃化温度为113℃。
实施例6在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯8.0g、N-三溴苯基马来酰亚胺2.0g、过氧化苯甲酰0.1g，开动搅拌，升温至90℃，保温6h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率95％，玻璃化温度为117℃。
实施例7在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯7.5g、N-三溴苯基马来酰亚胺2.5g、偶氮二异丁腈0.1g，开动搅拌，升温至80℃，保温6h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率94％，玻璃化温度为125℃。
实施例8在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯7.0g、N-三溴苯基马来酰亚胺3.0g、过氧化十二烷酰0.15g，开动搅拌，升温至60℃，保温7h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率93％，玻璃化温度为128℃。
实施例9在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯6.0g、N-三溴苯基马来酰亚胺4.0g、过氧化苯甲酰0.1g，开动搅拌，升温至90℃，保温8h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率98％，玻璃化温度为131℃。
实施例10在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯5.0g、N-三溴苯基马来酰亚胺5.0g、过氧化苯甲酰0.1g，开动搅拌，升温至95℃，保温8h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯，产率98％，玻璃化温度为135℃。
本案发明人还将上述合成的乳液法本体阻燃聚苯乙烯参照：GB/T2406-2008《塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》测产物的阻燃性能。取产物乳液法本体阻燃聚苯乙烯用挤出机挤出，并制成长15cm，直径为3mm的样条并对其阻燃性能进行了测试，试验结果如下表1所示：
表1乳液法本体阻燃聚苯乙烯阻燃性能测试数据表
由上表1可知，乳液法本体阻燃聚苯乙烯随着N-三溴苯基马来酰亚胺所占质量百分比增大，极限氧指数增大，表现有很好的阻燃效果，可根据应用不同的要求，选择不同的比例。
Claims (5)
1.一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯聚合物，其特征在于，该聚合物的结构如下式所示：
式中：n＞m。
2.如权利要求1所述一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，该方法为：一定比例的苯乙烯和N-三溴苯基马来酰亚胺，加入适量乳化剂、引发剂，在水相乳液聚合反应，在70-95℃温度下聚合反应5-8h，经冷却、过滤出产品粒子，用水洗涤，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯。
3.如权利要求2所述一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于：所述一定比例的苯乙烯和N-三溴苯基马来酰亚胺为苯乙烯和N-三溴苯基马来酰亚胺的质量比在97∶3-50∶50，即共聚中N-三溴苯基马来酰亚胺的加入量在3％-50％。
4.如权利要求2所述一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于：所述加入适量乳化剂，乳化剂为聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠，加入量可选分别为单体总重量的1％-2％，0.5％-1.5％。
5.如权利要求2所述一种乳液法本体阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于：所述加入适量引发剂，引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化对氯苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化十二烷酰，加入量为单体总重量的0.8％-1.5％。
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