CN106479076A - 一种阻燃耐刮擦ps复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃耐刮擦ps复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阻燃耐刮擦PS复合材料及其制备方法，由以下重量份的组份制成：PS为60份‑80份；超细氢氧化铝为45份‑50份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.4份‑0.8份；其中超细氢氧化铝经过偶联剂处理。本技术方案提供的超细氢氧化铝经硅烷偶联剂处理后，能更好地分散在PS中，这有利于保持PS复合材料的物理性能。其中的超细氢氧化铝受热分解为氧化铝，它一方面可形成表面碳化层，阻止热量和氧气的进入，提高复合材料的阻燃效果，另一方面它还能提高PS复合材料的硬度，提高材料的耐刮擦性能。

Description

一种阻燃耐刮擦PS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种阻燃耐刮擦PS复合材料及其制备方法。
背景技术
苯乙烯(PS)是一种重要的热塑性聚合物，尺寸稳定性好，绝缘性佳，耐油，广泛应用于家用电器、机械配件、办公用品和通讯器材等领域。随着人们生活水平的提高，对使用的材料有了越来越高的要求，PS由于阻燃性差、耐刮擦性能不好，在一定程度上限制了PS复合材料的应用范围。
目前，提高PS的耐刮擦性的最常用的方法是在其中添加滑石粉、碳酸钙、玻璃微珠等无机填料，提高PS阻燃性的常用方法是添加阻燃剂，但是这种方法在提高其耐刮擦性和阻燃性的同时，其物理性能会有不少程度的降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃耐刮擦PS复合材料及其制备方法，以解决因为在PS中添加无机填料影响PS复合材料性能的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种阻燃耐刮擦PS复合材料，由以下重量份的组份制成：
其中超细氢氧化铝经过偶联剂处理。
所述超细氢氧化铝为粒径均匀，粒径为0.6-1.5μm的氢氧化铝。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬质酸钠中的一种或两种组合。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550或者KH570中的一种。
所述氢氧化铝和偶联剂的质量比为60-80：4-8。
一种阻燃耐刮擦PS复合材料制备方法，包括以下步骤：
1)称取重量份为60份-80份的PS、45份-50份的超细氢氧化铝、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
步骤1)中各原料在进行混合前在100℃下干燥5h。
步骤1)中的超细氢氧化铝经过偶联剂处理，具体为将氢氧化铝颗粒加入到偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到超细氢氧化铝；
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550或者KH570中的一种；
所述氢氧化铝和偶联剂的质量比为60-80：4-8。
步骤2)的挤出造粒是将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为140℃～170℃，第二温度区的温度为180℃～240℃，第三温度区的温度为180℃～240℃，第四温度区的温度为180℃～240℃，第五温度区的温度为180℃～240℃，第六温度区的温度为180℃～240℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃～240℃，螺杆转速为120r/min～300r/min。
本发明的有益效果是：
本技术方案提供的超细氢氧化铝经硅烷偶联剂处理后，能更好地分散在PS中，这有利于保持PS复合材料的物理性能。
本技术方案中的超细氢氧化铝受热分解为氧化铝，它一方面可形成表面碳化层，阻止热量和氧气的进入，提高复合材料的阻燃效果，另一方面它还能提高PS复合材料的硬度，提高材料的耐刮擦性能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irganox1010)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox168)或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(Irganox1330)。
本申请实施例中所选用的原料如下：
PS(型号350),制造商为台湾国乔；超细氢氧化铝，山东淄博吉领工贸；抗氧剂(型号Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸钙，湖北中料化工；硬质酸钠，湖北兴银河化工；硅烷偶联剂(KH550、KH570)，南京奥诚化工。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
超细氢氧化铝的制备：
选取氢氧化铝颗粒与偶联剂按质量比为60-80：4-8，其中偶联剂为硅烷偶联剂KH550或KH570；具体制备方法为：
制备例1
称取60千克的氢氧化铝颗粒、4千克的KH550偶联剂，首先将4千克的KH550偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证4千克的KH550偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH550偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例2
称取60千克的氢氧化铝颗粒、8千克的KH550偶联剂，首先将8千克的KH550偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证8千克的KH550偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH550偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例3
称取80千克的氢氧化铝颗粒、4千克的KH550偶联剂，首先将4千克的KH550偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证4千克的KH550偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH550偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例4
称取80千克的氢氧化铝颗粒、8千克的KH550偶联剂，首先将8千克的KH550偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证8千克的KH550偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH550偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例5
称取70千克的氢氧化铝颗粒、6千克的KH550偶联剂，首先将6千克的KH550偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证6千克的KH550偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH550偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例6
称取60千克的氢氧化铝颗粒、4千克的KH550偶联剂，首先将4千克的KH570偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证4千克的KH570偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH570偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例7
称取60千克的氢氧化铝颗粒、8千克的KH570偶联剂，首先将8千克的KH570偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证8千克的KH570偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH570偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例8
称取80千克的氢氧化铝颗粒、4千克的KH550偶联剂，首先将4千克的KH570偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证4千克的KH570偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH570偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例9
称取80千克的氢氧化铝颗粒、8千克的KH570偶联剂，首先将8千克的KH570偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证8千克的KH570偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH570偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
制备例10
称取70千克的氢氧化铝颗粒、6千克的KH570偶联剂，首先将6千克的KH570偶联剂溶于乙醇中，在本申请中，对乙醇的用量没有要求，仅保证6千克的KH570偶联剂能够完全溶于乙醇中为准，将氢氧化铝颗粒加入到溶有KH570偶联剂的乙醇溶液中，同时用超声波分散，超声波分散时间为0.5-5小时，然后经过过滤，清洗及干燥等程序得到超细氢氧化铝，超细氢氧化铝的粒径为0.6-1.5μm。
实施例1
1)称取重量份为60份PS、45份制备例1或制备例6的超细氢氧化铝、0.1份Irganox1330和0.4份硬质酸钠，并将上述各原料在100℃下干燥5h，干燥后的各原料混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料P1，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为140℃，第二温度区的温度为180℃，第三温度区的温度为180℃，第四温度区的温度为180℃，第五温度区的温度为180℃，第六温度区的温度为180℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃，螺杆转速为120r/min。
实施例2
1)称取重量份为80份PS、50份制备例2或制备例7的超细氢氧化铝、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬质酸钙，并将上述各原料在100℃下干燥5h，干燥后的各原料混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料P2，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为170℃，第二温度区的温度为240℃，第三温度区的温度为240℃，第四温度区的温度为240℃，第五温度区的温度为240℃，第六温度区的温度为240℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为240℃，螺杆转速为300r/min。
实施例3
1)称取重量份为70份PS、48份制备例3或制备例8的超细氢氧化铝、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.3份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料P3，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为165℃，第二温度区的温度为210℃，第三温度区的温度为210℃，第四温度区的温度为210℃，第五温度区的温度为210℃，第六温度区的温度为210℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为210℃，螺杆转速为210r/min。
实施例4
1)称取重量份为75份PS、45份制备例4或制备例9的超细氢氧化铝、0.2份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.5份硬质酸钠，并将上述各原料在100℃下干燥5h，干燥后的各原料混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料P4,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为160℃，第二温度区的温度为200℃，第三温度区的温度为200℃，第四温度区的温度为200℃，第五温度区的温度为200℃，第六温度区的温度为200℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为210℃，螺杆转速为240r/min。
实施例5
1)称取重量份为78份PS、46份制备例5或制备例10的超细氢氧化铝、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料P5,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为150℃，第二温度区的温度为190℃，第三温度区的温度为190℃，第四温度区的温度为200℃，第五温度区的温度为200℃，第六温度区的温度为210℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为210℃，螺杆转速为250r/min。
对比例1
1)称取重量份为75份PS、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料D1,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为160℃，第二温度区的温度为200℃，第三温度区的温度为210℃，第四温度区的温度为200℃，第五温度区的温度为200℃，第六温度区的温度为210℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为210℃，螺杆转速为250r/min。
将上述实施例1-5及对比例1制备的PS复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
通过上表对比可看出，本发明制得的PS复合材料较对比例中PS相比，不但其耐摩擦性能、阻燃性能得到了很大的提升，而且拉伸强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度均很大程度上得到了保持，这大大扩展PS复合材料的应用领域，具有非常现实的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阻燃耐刮擦PS复合材料，其特征在于，由以下重量份的组份制成：
其中超细氢氧化铝经过偶联剂处理。
2.根据权利要求1所述的阻燃耐刮擦PS复合材料，其特征在于，所述超细氢氧化铝为粒径均匀，粒径为0.6-1.5μm的氢氧化铝。
3.根据权利要求1所述的阻燃耐刮擦PS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的阻燃耐刮擦PS复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬质酸钠中的一种或两种组合。
5.根据权利要求1所述的阻燃耐刮擦PS复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550或者KH570中的一种。
6.根据权利要求1或5所述的阻燃耐刮擦PS复合材料，其特征在于，所述氢氧化铝和偶联剂的质量比为60-80：4-8。
7.一种阻燃耐刮擦PS复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取重量份为60份-80份的PS、45份-50份的超细氢氧化铝、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
8.根据权利要求7所述的阻燃耐刮擦PS复合材料制备方法，其特征在于，步骤1)中各原料在进行混合前在100℃下干燥5h。
9.根据权利要求7所述的阻燃耐刮擦PS复合材料制备方法，其特征在于步骤1)中的超细氢氧化铝经过偶联剂处理，具体为将氢氧化铝颗粒加入到偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到超细氢氧化铝；
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550或者KH570中的一种；
所述氢氧化铝和偶联剂的质量比为60-80：4-8。
10.根据权利要求7所述的阻燃耐刮擦PS复合材料制备方法，其特征在于步骤2)的挤出造粒是将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为140℃～170℃，第二温度区的温度为180℃～240℃，第三温度区的温度为180℃～240℃，第四温度区的温度为180℃～240℃，第五温度区的温度为180℃～240℃，第六温度区的温度为180℃～240℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃～240℃，螺杆转速为120r/min～300r/min。
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