CN103788397B - 一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法，涉及一种具有阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法。本发明是要解决现有方法制备的含石墨粒子可发性聚苯乙烯悬浮聚合容易团聚，石墨粒子在聚苯乙烯中的分散不均匀以及可发性聚苯乙烯的阻燃隔热性能差的技术问题。本发明的制备方法为：一、按重量份数称原料；二、制备第一混合物；三、制备第二混合物；四、将第二混合物在搅拌下加入至第一混合物中，反应后，加入乳化剂，继续反应，然后加入戊烷，在反应釜中冲入氮气，升温并反应，反应完成后，将反应釜自然冷却，缓慢放气至压力为零时出料，洗涤干燥，即得含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒。本发明应用于阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法。
背景技术
可发性聚苯乙烯(EPS)由于具有优异持久的保温隔热性、独特的缓冲抗震性、抗老化性和防水性，因而在许多领域得到了广泛的应用。EPS是一种性能优良的外墙保温建筑材料，随着其产量及用量的持续增加，EPS易于燃烧的缺陷已受到人们的广泛关注，急需提高其阻燃性能。同时，为了满足节能环保日益严格的要求，需要进一步降低EPS的热传导率。
可膨胀石墨是高分子材料良好的阻燃剂，具有无毒、无污染等特点。在高温时，可膨胀石墨急剧膨胀可窒息火焰，同时隔绝热能辐射及和氧的接触；位于可膨胀石墨层间的酸根可促进了基材的炭化，从而通过多种阻燃方式达到良好的效果。石墨的片层结构能有效的隔绝热能传递，同时具有反射红外线的作用，因此可降低EPS的热传导率，所得EPS的热传导率为0.035～0.041W/(m·K)。尽管已公开了一些含石墨粒子EPS泡沫的制备方法，但仍然存在一些问题，如含石墨粒子的聚苯乙烯悬浮聚合容易团聚、石墨粒子在聚苯乙烯中的分散不均匀、EPS的阻燃隔热性能仍有待提高等。
发明内容
本发明是要解决现有方法制备的含石墨粒子可发性聚苯乙烯悬浮聚合容易团聚，石墨粒子在聚苯乙烯中的分散不均匀以及可发性聚苯乙烯的阻燃隔热性能差的技术问题，从而提供了一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法。
本发明一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法是按以下步骤进行：
一、按重量份数称100份苯乙烯，100～300份水，1～20份可膨胀石墨，0.1～1份过氧化二苯甲酰，0.2～2份分散剂，0.01～1份乳化剂，7～10份戊烷；
二、将步骤一称取的可膨胀石墨和0.1～2份阻燃剂加入至步骤一称取的苯乙烯中，超声分散30～60分钟，得到混合物，将步骤一称取的过氧化二苯甲酰加入至混合物中，在200～400转/分钟的搅拌速度下加热至80～90℃反应1～5小时，得到第一混合物；
三、将步骤一称取的分散剂加入至步骤一称取的水中，经超声振荡30～60分钟后，得到第二混合物；
四、将步骤三得到的第二混合物在200～500转/分钟的搅拌速度下加入至步骤二得到的第一混合物中，在85～95℃下反应1～2小时后，加入步骤一称取的乳化剂，继续反应2～4小时，然后加入步骤一称取的戊烷，在反应釜中冲入氮气使压力达到5～6MPa，以1～10℃/min的速率升温至100～150℃并反应6～8小时，反应完成后，将反应釜自然冷却至40～50℃，缓慢放气至压力为零时出料，洗涤干燥，即得含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒。
本发明包括以下有益效果：
本发明采用原位插层聚合法进行聚苯乙烯预聚，利用聚苯乙烯的聚合热剥离可膨胀石墨，使石墨粒子以层离的方式存在于聚苯乙烯中，提高其在基体中的分散性及其阻燃隔热性能；进一步采用悬浮聚合制备可发性聚苯乙烯球粒，由于在原位插层聚合阶段，聚苯乙烯已具备一定的分子量，聚合体系中的悬浮液滴的团聚趋势将大大降低。
将本发明制备的含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒进行成型处理，得到泡沫板材。采用国家标准GB 8624-2006进行阻燃等级测试，采用国家军标GJB 1875-94进行热导率测试。由测试结果可知，由本发明制备得到的泡沫板材阻燃等级为B1级，热导率值为0.032W/(m·K)。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法是按以下步骤进行：
一、按重量份数称100份苯乙烯，100～300份水，1～20份可膨胀石墨，0.1～1份过氧化二苯甲酰，0.2～2份分散剂，0.01～1份乳化剂，7～10份戊烷；
二、将步骤一称取的可膨胀石墨和0.1～2份阻燃剂加入至步骤一称取的苯乙烯中，超声分散30～60分钟，得到混合物，将步骤一称取的过氧化二苯甲酰加入至混合物中，在200～400转/分钟的搅拌速度下加热至80～90℃反应1～5小时，得到第一混合物；
三、将步骤一称取的分散剂加入至步骤一称取的水中，经超声振荡30～60分钟后，得到第二混合物；
四、将步骤三得到的第二混合物在200～500转/分钟的搅拌速度下加入至步骤二得到的第一混合物中，在85～95℃下反应1～2小时后，加入步骤一称取的乳化剂，继续反应2～4小时，然后加入步骤一称取的戊烷，在反应釜中冲入氮气使压力达到5～6MPa，以1～10℃/min的速率升温至100～150℃并反应6～8小时，反应完成后，将反应釜自然冷却至40～50℃，缓慢放气至压力为零时出料，洗涤干燥，即得含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒。
本实施方式包括以下有益效果：
本实施方式采用原位插层聚合法进行聚苯乙烯预聚，利用聚苯乙烯的聚合热剥离可膨胀石墨，使石墨粒子以层离的方式存在于聚苯乙烯中，提高其在基体中的分散性及其阻燃隔热性能；进一步采用悬浮聚合制备可发性聚苯乙烯球粒，由于在原位插层聚合阶段，聚苯乙烯已具备一定的分子量，聚合体系中的悬浮液滴的团聚趋势将大大降低。
将本实施方式制备的含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒进行成型处理，得到泡沫板材。采用国家标准GB 8624-2006进行阻燃等级测试，采用国家军标GJB 1875-94进行热导率测试。由测试结果可知，由本实施方式制备得到的泡沫板材阻燃等级为B1级，热导率值为0.032W/(m·K)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的可膨胀石墨的粒度为50～150μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的可膨胀石墨的粒度为50～100μm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的分散剂为焦磷酸钠、硫酸镁、磷酸钙和聚乙烯醇中的一种或两种以上按任意比例混合。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的乳化剂为聚乙烯基吡咯烷酮K30或十二烷基苯磺酸钠。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的阻燃剂为六溴环十二烷、三氧化二锑、过氧化二枯基、红磷、氢氧化镁中的一种或两种以上按任意比例混合。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中在300转/分钟的搅拌速度下加热至85℃反应3小时。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中在90℃下反应2小时。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中以5℃/min的速率升温至125℃并反应6小时。其它与具体实施方式一至八之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法是按以下步骤实现：
一、将2份粒度为50μm的可膨胀石墨、0.2份的六溴环十二烷和0.2份的三氧化二锑加入至100份苯乙烯中，超声分散30分钟，得到混合物，将0.5份的过氧化二苯甲酰加入至混合物中，在300转/分钟的搅拌速度下加热至85℃反应3小时，得到第一混合物；
二、将0.18份的焦磷酸钠、0.36份的硫酸镁和0.2份的聚乙烯醇加入至200份的水中，经超声振荡45分钟后，得到第二混合物；
三、将步骤二得到的第二混合物在300转/分钟的搅拌速度下加入至步骤一得到的第一混合物中，在90℃下反应2小时后，加入0.1份的聚乙烯基吡咯烷酮K30，继续反应3小时，然后加入8份的戊烷，在反应釜中冲入氮气使压力达到5MPa，以5℃/min的速率升温至120℃并反应6小时，反应完成后，将反应釜自然冷却至40℃，缓慢放气至压力为零时出料，洗涤干燥，即得含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒。
本试验采用原位插层聚合法进行聚苯乙烯预聚，利用聚苯乙烯的聚合热剥离可膨胀石墨，使石墨粒子以层离的方式存在于聚苯乙烯中，提高其在基体中的分散性及其阻燃隔热性能；进一步采用悬浮聚合制备可发性聚苯乙烯球粒，由于在原位插层聚合阶段，聚苯乙烯已具备一定的分子量，聚合体系中的悬浮液滴的团聚趋势将大大降低。
将本试验制备的含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒进行成型处理，得到泡沫板材。采用国家标准GB 8624-2006进行阻燃等级测试，采用国家军标GJB 1875-94进行热导率测试。由测试结果可知，由本试验制备得到的泡沫板材阻燃等级为B1级，热导率值为0.032W/(m·K)。
Claims (5)
1.一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法，其特征在于含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法是按以下步骤进行：
一、按重量份数称100份的苯乙烯，100～300份的水，1～20份的可膨胀石墨，0.1～1份的过氧化二苯甲酰，0.2～2份的分散剂，0.01～1份的乳化剂，7～10份的戊烷；
二、将步骤一称取的可膨胀石墨和0.1～2份的阻燃剂加入至步骤一称取的苯乙烯中，超声分散30～60分钟，得到混合物，将步骤一称取的过氧化二苯甲酰加入至混合物中，在200～400转/分钟的搅拌速度下加热至80～90℃反应1～5小时，得到第一混合物；
三、将步骤一称取的分散剂加入至步骤一称取的水中，经超声振荡30～60分钟后，得到第二混合物；
四、将步骤三得到的第二混合物在200～500转/分钟的搅拌速度下加入至步骤二得到的第一混合物中，在85～95℃下反应1～2小时后，加入步骤一称取的乳化剂，继续反应2～4小时，然后加入步骤一称取的戊烷，在反应釜中充入氮气使压力达到5～6MPa，以1～10℃/min的速率升温至100～150℃并反应6～8小时，反应完成后，将反应釜自然冷却至40～50℃，缓慢放气至压力为零时出料，洗涤干燥，即得含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒；
步骤一中所述的可膨胀石墨的粒度为50～150μm；
步骤一中所述的分散剂为焦磷酸钠、硫酸镁、磷酸钙和聚乙烯醇中的一种或两种以上按任意比例混合；
步骤一中所述的乳化剂为聚乙烯基吡咯烷酮K30或十二烷基苯磺酸钠；
所述的含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒进行成型处理，得到泡沫板材，采用国家标准GB 8624-2006进行阻燃等级测试，采用国家军标GJB 1875-94进行热导率测试，由测试结果可知，该泡沫板材阻燃等级为B1级，热导率值为0.032W/(m·K)。
2.根据权利要求1所述的一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法，其特征在于步骤二中所述的阻燃剂为六溴环十二烷、三氧化二锑、红磷、氢氧化镁中的一种或两种以上按任意比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法，其特征在于步骤二中在300转/分钟的搅拌速度下加热至85℃反应3小时。
4.根据权利要求1所述的一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法，其特征在于步骤四中在90℃下反应2小时。
5.根据权利要求1所述的一种含层离石墨的阻燃可发性聚苯乙烯球粒的制备方法，其特征在于步骤四中以5℃/min的速率升温至125℃并反应6小时。
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