CN106674856A - 一种低散发阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低散发阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法，由下列重量百分比的原料组成：HIPS 70～86％，改性木质素10～20％，PS‑g‑MAH 2～5％，吸附剂1～5％，抗氧剂0.1～0.5％，其它添加剂0～1.5％。本发明的优点是：1、本发明使用含有氮、磷阻燃元素接枝的改性木质素替代传统的阻燃剂，制备聚苯乙烯材料维持了原有的力学性能，同时具有低散发性和良好的阻燃效果；2、本发明制备的聚苯乙烯材料生产工艺简单，成本较低，容易工业化。

Description

一种低散发阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低散发阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)树脂是苯乙烯与少量丁二烯单体接枝改性的聚合物,被广泛应用于电器、家具、建筑等领域。由于HIPS树脂容易燃烧，且燃烧时释放大量黑烟，具有潜在的火灾隐患。在大多数情况下需要其具有很高的阻燃性，通常要求能够达到UL-94的V-0级要求，常见的阻燃方法是加入溴系、磷系或者无机阻燃剂等制备阻燃HIPS树脂。
同时，随着公众环保健康意识增强，人们对室内气味及空气质量提出更高要求。除了要保证足够的机械性能外，同时要求材料本身低气味，具有低散发性的特点。现有降低材料散发性的技术一般是通过添加VOC吸附剂或者生产工艺上加强抽真空、后期高温烘料干燥等方式来达到减少材料散发性的目的。
木质素作为一种广泛存在、可再生的重要资源，在制备可降解、可再生的高分子复合材料方面有重要发展前景。由于木质素可作为一种较好的成炭剂起到阻燃作用，木质素填充的聚烯烃复合材料有一定的阻燃效果，但单纯使用木质素时阻燃效果有限，需要与其他阻燃剂协同才能满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低散发阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法，制得聚苯乙烯材料维持了原有的力学性能，同时具有低散发性和良好的阻燃效果。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其由下列重量百分比的原料组成：
所述的改性木质素的制备方法，其步骤为：1)在碱性条件下，木质素与甲醛反应进行羟甲基化改性；2)将咪唑与三乙胺加入溶剂DMF中，80℃条件滴定加入三氯氧磷恒温反应6～8小时制备中间体；3)将羟基化木质素与中间体于95℃条件下反应12小时制备PN-木质素。
相对于未改性木质素，改性木质素分别引入6～10％氮、磷阻燃元素。
所述的PS-g-MAH其接枝率为1～3％。
所述的吸附剂是粘土或凹凸棒土的一种或两种组合物。其中粘土为疏水型粘土，SiO2/Al2O3的摩尔比为35～500；凹凸棒土经季铵盐型表面活性剂改性处理，季铵盐型表面活性剂的用量与凹凸棒土的阳离子交换量的摩尔比为0.5～2。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为1010、3114、1076中的一种或几种组合物；所述的辅抗氧剂为168、618中的一种或两种组合物。
所述的其它添加剂为各种色粉添加剂或色母粒、光稳定剂，抗静电剂或润滑剂等。
上述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按重量配比称取原料；
(2)将各种原料和添加剂在高速混合器中混合5～15分钟；
(3)将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，其工艺条件为：双螺杆挤出机长径比为32～40，螺杆各区温度应保持在：180～240℃，整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为10～20MPa。
本发明的优点是：
1、本发明使用含有氮、磷阻燃元素接枝的改性木质素替代传统的阻燃剂，制备聚苯乙烯材料维持了原有的力学性能，同时具有低散发性和良好的阻燃效果；
2、本发明制备的聚苯乙烯材料生产工艺简单，成本较低，容易工业化。
具体实施方式
在实施例及对比例聚苯乙烯材料配方中，HIPS选用扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司476L。所用的改性木质素和PS-g-MAH为自制。凹凸棒土选用江苏盱眙凹凸棒石粘土公司，纯度80％，细度300目，可交换钙离子量为12mmol/100g。季铵盐型表面活性剂选用化学纯的十六烷基三甲基溴化铵，市售。主抗氧剂选用瑞士Ciba公司生产的Irganox 1010。辅抗氧剂选用瑞士Ciba公司生产的Irganos 168。
将各种原料和添加剂在高速混合器中干混5～15分钟；将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，冷却造粒得到聚苯乙烯材料。
性能评价方式及实行标准:
将上述方法制备的粒子材料，在80～85℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后将干燥后的粒子在注塑机上进行成型制样。
拉伸性能测试：按ISO 527-2标准进行，试样尺寸为170*10*4mm，拉伸速度为50mm/min。
弯曲性能测试：按ISO 178标准进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm，弯曲模量按切线方向进行。
简支梁缺口冲击强度测试：按ISO 179标准进行，试样尺寸为80*10*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。
阻燃性能测试：按照UL-94标准进行。
气味特性按标准PV3900测试，试样质量为40～60g，容器容量大小为1L；
总碳散发特性按标准PV3341，用毛细管气相色谱仪进行测试，试样为lg粒料。
实施例及对比例的配方及各项性能测试结果见下各表：
表1实施例1～4和对比例1～3材料配方表(重量％)
表2实施例1～4和对比例1～3测试结果
从实施例1～4可以看出，改性木质素的加入，赋予聚苯乙烯良好的阻燃性能，吸附剂的加入可以明显降低材料的散发性能，材料总碳散发降低到200μgC/g以下。实施例2与对比例1～3可以看出，相对于未改性木质素配方，改性木质素的阻燃性能明显提高；传统阻燃剂配方需要添加更多的吸附剂才能获得一定的散发性能。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：其由下列重量百分比的原料组成：
2.根据权利要求1所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的改性木质素的制备方法，其步骤为：
1)在碱性条件下，木质素与甲醛反应进行羟甲基化改性；
2)将咪唑与三乙胺加入溶剂DMF中，80℃条件滴定加入三氯氧磷恒温反应6～8小时制备中间体；
3)将羟基化木质素与中间体于95℃条件下反应12小时制备PN-木质素。
3.根据权利要求2所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的改性木质素分别引入6～10％氮、磷阻燃元素。
4.根据权利要求1所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的PS-g-MAH其接枝率为1～3％。
5.根据权利要求1所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的吸附剂是粘土或凹凸棒土的一种或两种组合物。
6.根据权利要求5所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的粘土为疏水型粘土，SiO2/Al2O3的摩尔比为35～500；所述的凹凸棒土经季铵盐型表面活性剂改性处理，季铵盐型表面活性剂的用量与凹凸棒土的阳离子交换量的摩尔比为0.5～2。
7.根据权利要求1所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为1010、3114、1076中的一种或几种组合物；所述的辅抗氧剂为168、618中的一种或两种组合物。
8.根据权利要求1所述的一种低散发阻燃聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的其它添加剂为各种色粉添加剂或色母粒、光稳定剂，抗静电剂或润滑剂。
9.权利要求1-8任意之一所述的低散发阻燃聚苯乙烯材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按重量配比称取原料；
(2)将各种原料和添加剂在高速混合器中混合5～15分钟；
(3)将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，其工艺条件为：双螺杆挤出机长径比为32～40，螺杆各区温度应保持在：180～240℃，整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为10～20MPa。
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