CN106046230A - 一种聚苯乙烯树脂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚苯乙烯树脂及其应用，涉及高分子材料技术领域。聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体80～120份、水10～15份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸0.5～3份、聚乙烯蜡0.5～2.5份、丙烯酰胺3～5份、纤维素0.5～1.5份、乳化剂0.3～0.6份、引发剂0.5～1份、抗氧剂0.3～0.6份和阻燃剂3.5～4份。本发明提供的聚苯乙烯树脂具有良好的阻燃性能，而且其利用水替代化学制剂作为发泡剂，也更环保。

Description

一种聚苯乙烯树脂及其应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体而言，涉及一种聚苯乙烯树脂及其应用。
背景技术
聚苯乙烯是最早工业化(1939年)的塑料品种之一，它具有刚性、透明、耐水和耐化学品等良好性能，加之优异的电绝缘性，成型加工性、着色性和低的吸湿性，且价格低廉，因而被广泛应用于日用品、装潢、包装、仪器仪表零件及保温材料等领域。目前，聚苯乙烯树脂已成为世界上仅次于聚乙烯、聚氯乙烯的第三大塑料品种。
可发性聚苯乙烯(expandable polystyrene，EPS)是聚苯乙烯中的一种，其又可以称为发泡聚苯乙烯树脂，是20世纪40年代初由德国巴斯夫公司首先发明的一种具有出色的低密度和绝热性能的泡沫材料。发泡聚苯乙烯树脂的用途非常广泛，由于其具有高强度、质量轻、极佳的保温绝热性能和高吸收能量能力，可以用作各种仪表、贵重物品、精密仪器、蔬菜水果和水产品等的包装材料；而因为其具有热传导率低、吸水性小、电绝缘性好、隔音、防潮以及成型工艺简单等优良特性，而被广泛应用在道路桥梁的路基铺设和房屋建筑以及渔业捕捞和冷藏行业的保温材料等方面。其中，作为一种优良的建筑材料，发泡聚苯乙烯树脂主要用于建筑物的屋面和墙体，其作为外保温复合墙体具有十分良好的节能效果；而作为保温屋面适用于住宅、工厂、平式和柏油屋面，可以起到隔音、挡水蒸汽、密封和保温隔热等作用。作为建筑用保温材料，首要考虑的几个性能指标是低的热导率，高的阻燃能力，较好的粘接性能和较好的自身强度。
发泡聚苯乙烯树脂的结构特点是比表面积很大，且材料内部结构为泡孔状，并且泡孔之间为泡壁、支柱或者聚苯乙烯薄膜，其材料内部大部分体积为空气所占有，当其着火后非常容易发生火焰扩散。因此，发泡聚苯乙烯树脂制品的阻燃要比其它普通树脂材料困难很多。而且，发泡聚苯乙烯树脂燃烧时会产生橙色火焰，发出苯乙烯的气味，并伴随大量黑烟，毒性很大。另外，在发泡聚苯乙烯树脂的生产过程中，使用的发泡剂(化学制剂)的挥发性较大，对环境也存在污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯乙烯树脂，此聚苯乙烯树脂具有良好的阻燃性能，而且其利用水替代化学制剂作为发泡剂，也更环保。
本发明的另一目的在于提供上述聚苯乙烯树脂在泡沫板材中的应用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
一种聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体80～120份、水10～15份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸0.5～3份、聚乙烯蜡0.5～2.5份、丙烯酰胺3～5份、纤维素0.5～1.5份、乳化剂0.3～0.6份、引发剂0.5～1份、抗氧剂0.3～0.6份和阻燃剂3.5～4份。
优选地，在本发明较佳实施例中，按重量份数计，苯乙烯单体105～110份、水11～12份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸2～2.5份、聚乙烯蜡0.8～1.2份、丙烯酰胺3.5～4.5份、纤维素0.5～0.7份、乳化剂0.4～0.5份、引发剂0.6～0.7份、抗氧剂0.4～0.5份和阻燃剂3.6～3.7份。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述引发剂选自过硫酸钾、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷、2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷、过氧化氢异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰中的一种或多种，优选1,1双(叔丁基过氧基)环己烷或2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述抗氧剂选自抗氧剂264、抗氧剂246、抗氧剂1076、抗氧剂DLTP中的一种或多种。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述阻燃剂选自六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种，优选六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝的质量比为3～4:1:0.3～0.5的混合物。
优选地，在本发明较佳实施例中，按重量份数计，苯乙烯单体中溶有1～2份石墨。
优选地，在本发明较佳实施例中，按重量份数计，原料还包括无机填料0.05～0.1份，无机填料的粒径为0.3～0.4μm。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述水选自去离子水、蒸馏水、超纯水中的一种或多种。
另外，上述聚苯乙烯树脂在泡沫板材中的应用。
相对于现有技术，本发明包括以下有益效果：本发明在原料中，利用丙烯酸、丙烯酰胺在苯乙烯中的反相乳液聚合，将丙烯酸和丙烯酰胺聚合形成的吸水树脂控制并分散在聚苯乙烯基体中，以形成的吸水树脂微球为水的载体，采用苯乙烯与吸水树脂微球原位聚合的方法制备了一种聚苯乙烯树脂。其中，水被成功引入到聚苯乙烯树脂中，而且由于各原料用量比例的限定，使得到的聚合体系能够达到稳定状态，其阻燃性好，分散性也较好。另外，由于添加了引发剂、抗氧剂等助剂，这些助剂也能够促进反应、增强树脂性能。少量的丙烯酸酯的添加，还能够提高基体树脂与橡胶相的亲和性，从而提高制得的聚苯乙烯树脂的表面光泽度和雾度，使聚苯乙烯的透明度较好。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的聚苯乙烯树脂及其应用进行具体说明。
聚苯乙烯树脂主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体80～120份、水10～15份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸0.5～3份、聚乙烯蜡0.5～2.5份、丙烯酰胺3～5份、纤维素0.5～1.5份、乳化剂0.3～0.6份、引发剂0.5～1份、抗氧剂0.3～0.6份和阻燃剂3.5～4份。
优选的，按重量份数计，苯乙烯单体105～110份、水11～12份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸2～2.5份、聚乙烯蜡0.8～1.2份、丙烯酰胺3.5～4.5份、纤维素0.5～0.7份、乳化剂0.4～0.5份、引发剂0.6～0.7份、抗氧剂0.4～0.5份和阻燃剂3.6～3.7份。
其中，水选自去离子水、蒸馏水、超纯水中的一种或多种。这几种水都是经过处理的水，所以不会引入其它杂质，从而影响后期的聚合反应。
乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。乳化剂是表面活性物质，其分子中同时具有亲水基和亲油基，它聚集在油/水界面上，可以降低界面张力和减少形成乳状液所需要的能量，其能够改善乳浊液中各种构成相之间的表面张力，使之形成均匀稳定的分散体系或乳浊液。乳化剂优选十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠易于得到，成本低。
引发剂选自过硫酸钾、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷、2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷、过氧化氢异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰中的一种或多种，优选1,1双(叔丁基过氧基)环己烷或2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷。引发剂是容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。而其中的1,1双(叔丁基过氧基)环己烷和2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷都是双官能团引发剂，采用双官能团引发剂大大的提高了聚苯乙烯的分子量，为之后通过悬浮聚合制备优良力学性能的聚苯乙烯树脂提供了基础。
抗氧剂选自抗氧剂264、抗氧剂246、抗氧剂1076、抗氧剂DLTP中的一种或多种。优选抗氧剂1076，抗氧剂1076无污染，耐热和耐水抽出性好。
阻燃剂选自六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种，优选六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝的质量比为3～4:1:0.3～0.5的混合物。阻燃剂能够赋予易燃聚合物难燃性。选择六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝的混合物作为阻燃剂，能够得到非常好的阻燃性能，将六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝按照3～4:1:0.3～0.5进行配比时，能够使制得的聚苯乙烯树脂的自熄时间非常短，达到难燃级别。优选的，六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝的质量比为3.5:1:0.4。
按重量份数计，苯乙烯单体中溶有1～2份石墨。此处所说到的按重量份数计，是指苯乙烯单体为80～120份，而这80～120份之中，含有1～2份石墨。石墨结构特殊，自身带有大量自由电子，这使得石墨能较好的吸收红外线和反射红外线，从而降低材料的热导率，同时，由于石墨具有较好的耐火性，所以，在苯乙烯单体中添加石墨，能够增强制得的聚苯乙烯树脂的阻燃性，降低其低热导率。
按重量份数计，原料还包括无机填料0.05～0.1份，无机填料的粒径为0.3～0.4μm。粒径小的无机填料加入到原料中，能够提高制得的聚苯乙烯树脂的抗冲击性。无机填料选自硅灰石、二氧化硅粉、碳酸钙、硅石微球、滑石粉中的一种或几种。
本发明还提供了上述聚苯乙烯树脂在泡沫板材中的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例一
本实施例提供的聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体80份、去离子水10份、丙烯酸酯3份、丙烯酸0.5份、聚乙烯蜡0.5份、丙烯酰胺3份、纤维素0.5份、十二烷基硫酸钠0.3份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.5份、抗氧剂2460.3份和六溴环十二烷3.5份。
制备时，将上述原料混合后，在90℃下反应5h，然后置于3Pa、充满氮气的条件下，再处理7h即可。
本实施例提供的聚苯乙烯树脂应用于泡沫板材中。
实施例二
本实施例提供的聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体120份、蒸馏水15份、丙烯酸酯5份、丙烯酸3份、聚乙烯蜡2.5份、丙烯酰胺5份、纤维素1.5份、十二烷基磺酸钠0.6份、过氧化二苯甲酰1份、抗氧剂DLTP 0.6份、六溴环十二烷3.5份和氢氧化镁0.5份。
120份的苯乙烯单体中溶有2份石墨。
制备时，将上述原料混合后，在120℃下反应3h，然后置于8Pa、充满氮气的条件下，再处理5h即可。
本实施例提供的聚苯乙烯树脂应用于泡沫板材中。
实施例三
本实施例提供的聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体105份、去离子水11份、丙烯酸酯3份、丙烯酸2份、聚乙烯蜡0.8份、丙烯酰胺3.5份、纤维素0.5份、十二烷基苯磺酸钠0.4份、过硫酸钾0.6份、抗氧剂DLTP 0.4份、三氧化二锑3.6份和碳酸钙0.05份，碳酸钙的粒径为0.3μm。
制备时，将上述原料混合后，在95℃下反应4.5h，然后置于5Pa、充满氮气的条件下，再处理6.5h即可。
本实施例提供的聚苯乙烯树脂应用于泡沫板材中。
实施例四
本实施例提供的聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体110份、去离子水12份、丙烯酸酯5份、丙烯酸2.5份、聚乙烯蜡1.2份、丙烯酰胺4.5份、纤维素0.7份、十二烷基苯磺酸钠0.5份、2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷0.7份、抗氧剂1076 0.5份和氢氧化镁3.7份。
110份的苯乙烯单体中溶有1份石墨。
制备时，将上述原料混合后，在110℃下反应3.5h，然后置于6Pa、充满氮气的条件下，再处理5.5h即可。
本实施例提供的聚苯乙烯树脂应用于泡沫板材中。
实施例五
本实施例提供的聚苯乙烯树脂，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体108份、去离子水11.5份、丙烯酸酯4份、丙烯酸2.3份、聚乙烯蜡1份、丙烯酰胺4份、纤维素0.6份、十二烷基苯磺酸钠0.4份、2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷0.4份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.3份、抗氧剂1076 0.5份、六溴环十二烷2.6份、三氧化二锑0.7、氢氧化铝0.3份和二氧化硅粉0.08份，二氧化硅粉的粒径为0.4μm。
108份的苯乙烯单体中溶有1份石墨。
制备时，将上述原料混合后，在105℃下反应4h，然后置于5.5Pa、充满氮气的条件下，再处理6h即可。
将制备得到的阻燃发泡聚苯乙烯树脂进行成型处理，以便得到泡沫板材。然后，将得到的泡沫板材进行性能测试【阻燃等级测试采用：建筑材料及制品燃烧性能分级国家标准(GB 8624-2006)；强度测试采用：国家标准GB6344-96；热导率测试采用：国家军标GJB1875-94】。测试结果为：本实施例五制备得到的泡沫板材，其阻燃等级B1级，雾度为30％(相对厚度为1mm的泡沫板材而言)，热导率比市售发泡苯乙烯板材低9.1％。
另外，将其它实施例提供的聚苯乙烯树脂用于进行上述实验，获得的结果与上述实验结果一致。
本实施例提供的聚苯乙烯树脂应用于泡沫板材中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚苯乙烯树脂，其特征在于，主要由以下原料制成，按重量份数计，苯乙烯单体80～120份、水10～15份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸0.5～3份、聚乙烯蜡0.5～2.5份、丙烯酰胺3～5份、纤维素0.5～1.5份、乳化剂0.3～0.6份、引发剂0.5～1份、抗氧剂0.3～0.6份和阻燃剂3.5～4份。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，按重量份数计，所述苯乙烯单体105～110份、所述水11～12份、所述丙烯酸酯3～5份、所述丙烯酸2～2.5份、所述聚乙烯蜡0.8～1.2份、所述丙烯酰胺3.5～4.5份、所述纤维素0.5～0.7份、所述乳化剂0.4～0.5份、所述引发剂0.6～0.7份、所述抗氧剂0.4～0.5份和所述阻燃剂3.6～3.7份。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钾、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷、2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷、过氧化氢异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰中的一种或多种，优选1,1双(叔丁基过氧基)环己烷或2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷。
5.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂264、抗氧剂246、抗氧剂1076、抗氧剂DLTP中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述阻燃剂选自六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种，优选六溴环十二烷、三氧化二锑、氢氧化铝的质量比为3～4:1:0.3～0.5的混合物。
7.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，按重量份数计，所述苯乙烯单体中溶有1～2份石墨。
8.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，按重量份数计，所述原料还包括无机填料0.05～0.1份，所述无机填料的粒径为0.3～0.4μm。
9.根据权利要求1所述的聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述水选自去离子水、蒸馏水、超纯水中的一种或多种。
10.权利要求1～9任一项所述的聚苯乙烯树脂在泡沫板材中的应用。
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