CN103923405B - 一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，属于阻燃剂的合成技术领域。包含下列重量份的原料：一元醇6-10，磷酸酯6-12，膨胀石墨10-17，微硅粉18-25；铝矾土10-15；氧化铁粉5-8，碳酸镁5-12；三聚氰胺粉4-10，聚磷酸铵6-12、硫脲4-8；制作是先将一元醇和磷酸酯与膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁制得到阻燃添加剂前驱体；再与三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，最后将硫脲加入，制得粉状最终产品。本发明具有良好的阻燃性能和掺合性能、而且无卤素对环境友好。

Description

一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂

技术领域

本发明涉及阻燃剂的合成技术领域，具体涉及一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂。

背景技术

可发性聚苯乙烯简称EPS，它可制成不同密度、不同形状的泡沫制品，广泛用于建筑、保温、包装、冷冻、日用品，工业铸造等领域。目前为适应国家建筑节能要求，在建筑领域越来越多地采用先进的节能技术来解决我国日益严重的能源短缺问题。房屋建筑使用EPS板保温体系对墙体外墙外保温、外墙内保温、以及实施地是建筑节能的重要组成部分。但EPS含可燃碳氢链段、密度小、比表面积大，未经阻燃处理的聚苯乙烯是可燃物，遇火会燃烧并热裂解，产生大量有毒烟雾，给灭火带来困难，据统计，火灾中的死亡事故有80％左右是由于火灾前期材料热裂解时产生的有毒气体和烟窒息造成的。为此各国都制定了日益严格的防火安全标准，近几年全球阻燃剂的市场呈快速增长趋势。阻燃剂也早己成为材料加工的重要添加剂之一。在未来的几年里，新的阻燃聚合材料会得到充分利用，新型阻燃试验标准将进一步完善和丰富，更加严格的阻燃规范将被考虑和制定，新型的阻燃方法和阻燃技术，包括计算机模拟和阻燃材料的分子设计，将被用于研制更加高效的阻燃高聚物。在开发和研究具有高阻燃性、低成本、易合成阻燃剂的同时，环保与生态安全的阻燃剂的开发成为各国科学家迫在眉睫要解决的事情。

目前常用的阻燃剂可分为有机卤系(溴系及氯系)、有机磷系及无机系三大类。溴系阻燃剂的市场规模及应用领域长期雄居各类阻燃剂之首。但由于溴系阻燃剂在生产及使用过程中造成环境危害，欧盟已经宣布将从2006年7月1日起在电子产品中停止使用溴系阻燃剂。由于溴系阻燃剂的高性价比，今后一段时间内在全球其他一些地区仍会被广泛应用，但其退出阻燃剂市场的结局将成为今后发展的趋势。无机阻燃剂比如使用在EPS中直接添加石墨，因其特殊的结构性质很难掺杂到现有材料中去，特别是在对材料性能有着高要求的今天，无机阻燃剂掺合性能对EPS机械性能的影响成为阻燃剂的广泛应用的瓶颈。现在虽然科研工作者提出了试图通过表面包覆等一些方法来改善无机阻燃剂的掺合性能问题，但是大量的掺杂仍然会对EPS材料的机械性能产生很大的影响。

阻燃技术利用受到了更高材料要求的挑战，其在应用上存在的主要问题有：(1)阻燃产品技术水平低，大多数产品在高温下会释放出有毒气体，或在应用一段时间后，阻燃性能明显下降；(2)阻燃产品的阻燃效果低，价格高、对材料的机械性能影响大；(3)适用性较差，不同的阻燃剂只能添加到一种或极少的几种材料中；(4)可设计性差，一般的阻燃剂同系列的产品很单一，在应用中由于材料自身的差异使得阻燃剂的应用也受到的限制。

正是由于这些原因使得阻燃剂的普及和广泛应用受到了限制，开发和生产具有阻燃效果优异、掺合性能好、价格低廉的高性能、适用性强，可设计性的阻燃剂成为阻燃材料市场发展的趋势，也必将带来巨大的社会和经济效益。

发明内容

本发明为解决上述现有技术存在的不足之处，提供了一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，不但具有良好的阻燃性能和掺合性能、而且无卤素对环境友好。

本发明的技术方案是：一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，由下列重量份的原料制备而成：一元醇6-10，磷酸酯6-12，膨胀石墨10-17，微硅粉18-25；铝矾土10-15；氧化铁粉5-8，碳酸镁5-12；三聚氰胺粉4-10，聚磷酸铵6-12、硫脲4-8；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入一元醇和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在90～140℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～160℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持40～70℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度40～70℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

上述微硅粉又叫硅灰，是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。在逸出的烟尘中，SiO₂含量约占烟尘总量的90%，颗粒度非常小，平均粒度是纳米级别；

上述一元醇最佳为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或他们的混合物。

大量实验证明，使用本发明与可发性聚苯乙烯的质量比控制在1:20～30的范围内，对可发性聚苯乙烯的性质和各项性能指标的影响不大。而且如果和其它阻燃剂共同使用能产生很好的协效作用，减小其它阻燃剂的用量。这主要是由于本发明中的膨胀石墨与微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁在120～160℃反应形成为层状结构的硅酸盐，膨胀石墨层间具有可交换性的阳离子、CO₂、氢键与结构层表面的桥氧相联。这种结构特点使本发明在燃烧时在受热时表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，并释放出CO₂；此层具有隔热、隔氧、抑烟、并能防止熔滴等作用，故具有良好的阻燃性能。所产生的CO₂又与本发明的聚磷酸铵等共同作用，从而分解释放出难燃性气体覆盖在塑料的表面上起辅助隔绝氧气的作用，使它的片层结构对挥发物，氧气，热都有一定的辅助阻隔作用，因此产生了很好的阻燃作用。

本发明的创新点是使用纳米级别的微硅粉，使得铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁很容易在膨胀石墨中应形成为层状结构的硅酸盐。与现有技术相比，本发明具有如下积极效果：(1)工艺简单，成本低，生产过程无环境污染，产品安全、卫生，易于控制和工业化；(2)体系中加入本发明阻燃剂可提高了发泡体的阻燃性能，对EPS掺合性能好，改变了现有的传统使用效果最好的卤素阻燃体系，解决了使用卤素阻燃体系带来的环境问题，而且提高了材料的阻燃性能，经测定本发明中的阻燃材料的氧指数达到28以上，达到难燃材料的要求。(3)此发明可应用于建筑材料、汽车部件、体育用品、包装行业和其他工业领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1

一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，由下列重量份的原料制备而成：甲醇6，磷酸酯7，膨胀石墨13，微硅粉22；铝矾土12；氧化铁粉8，碳酸镁6；三聚氰胺粉8，聚磷酸铵6、硫脲8；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入甲醇和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在120～140℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～150℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持60～70℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度60～70℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

实施例2

一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，由下列重量份的原料制备而成：乙醇10，磷酸酯6，膨胀石墨10，微硅粉25；铝矾土15；氧化铁粉5，碳酸镁5；三聚氰胺粉10，聚磷酸铵8、硫脲6；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入乙醇和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在90～120℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～140℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持40～60℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度40～60℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

实施例3

一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，由下列重量份的原料制备而成：丙醇10，磷酸酯6，膨胀石墨17，微硅粉18；铝矾土12；氧化铁粉5，碳酸镁12；三聚氰胺粉4，聚磷酸铵12、硫脲4；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入丙醇和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在90～140℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～160℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持40～70℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度40～70℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

实施例4

一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，由下列重量份的原料制备而成：甲醇和乙醇混合物8，磷酸酯8，膨胀石墨15，微硅粉20；铝矾土10；氧化铁粉7，碳酸镁8；三聚氰胺粉8，聚磷酸铵10、硫脲6；

其中，甲醇和乙醇混合物的混合质量比是1：1；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入甲醇和乙醇混合物和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在100～130℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～160℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持40～70℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度40～70℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

实施例5

一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，由下列重量份的原料制备而成：甲醇、乙醇和丙醇的混合物9，磷酸酯12，膨胀石墨17，微硅粉20；铝矾土12；氧化铁粉7，碳酸镁6；三聚氰胺粉6，聚磷酸铵6、硫脲5；

其中，甲醇、乙醇和丙醇的混合物的混合质量比是3：2：1；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入甲醇、乙醇和丙醇的混合物和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在90～140℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～160℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持40～70℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度40～70℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

Claims (6)

1.一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，其特征在于：由下列重量份的原料制备而成：一元醇6-10，磷酸酯6-12，膨胀石墨10-17，微硅粉18-25；铝矾土10-15；氧化铁粉5-8，碳酸镁5-12；三聚氰胺粉4-10，聚磷酸铵6-12、硫脲4-8；

制备工艺是：

第一步，在装有搅拌器、温度计和冷凝器的反应釜中投入一元醇和磷酸酯，依次加入膨胀石墨、微硅粉、铝矾土、氧化铁粉、碳酸镁；搅拌，在90～140℃温度下进行混合反应，此时有水蒸气产生，当冷凝器出口无水滴流出时，再维持温度至120～160℃反应2小时，结束反应得到阻燃添加剂前驱体；

第二步，将阻燃添加剂前驱体通过有冷却装置的成型设备制成固体片状，再用高速粉碎机将固体片状物料粉碎成细度200目的粉体；

第三步，在高速捏合机中按质量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸铵高速搅拌进行捏合，反应5～10分钟，温度维持40～70℃，制得均质粉体产物；

第四步，继续维持反应温度40～70℃，将硫脲加入均质粉体产物中，高速搅拌2～5分钟，制得粉状最终产品。

2.根据权利要求1所述的一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，其特征在于：所述一元醇为甲醇。

3.根据权利要求1所述的一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，其特征在于：所述一元醇为乙醇。

4.根据权利要求1所述的一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，其特征在于：所述一元醇为丙醇。

5.根据权利要求1所述的一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，其特征在于：所述一元醇为甲醇和乙醇的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种用于可发性聚苯乙烯材料的阻燃添加剂，其特征在于：所述一元醇为甲醇、乙醇、丙醇中的的混合物。