CN108178883A - 一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法，它涉及一种无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法。本发明是要解决现有无卤阻燃聚苯乙烯中阻燃剂阻燃效率低，在火灾中燃烧产生大量熔滴，增加了火灾蔓延带来的威胁和消防救援过程中火灾的扑灭难度。阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯按重量份数由聚苯乙烯、阻燃剂、成炭剂和阻燃协效剂制成。方法：按配比称量聚苯乙烯、阻燃剂、成炭剂、阻燃协效剂加入到由液氮包裹的粉碎腔中，粉碎获得阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子，将上述粒子加入模具热压成型获得阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。本发明用于制备阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。

Description

一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，是目前用量最大的五种通用塑料之一，因具有良好的热稳定性与电气性能，极高的拉伸强度和弯曲强度，成型容易，价格低廉，而在建筑、装饰、交通和电气电子行业广泛应用。然而，聚苯乙烯同多数聚合物一样，是一种有机碳氢化合物，氧指数仅有18％，属于易燃材料，一旦与火焰接触极易被点燃，移开火源后仍能持续燃烧,且燃烧过程发烟放热量大，并释放有毒气体，此外，聚苯乙烯燃烧时产生的带有明火的熔融滴落能够引燃其它可燃物，进一步增加材料燃烧时带来的火灾威胁和消防救援过程中火灾的扑灭难度。因此，如何获得一种高效无卤的阻燃聚苯乙烯材料显得十分必要。现阶段，无卤阻燃聚苯乙烯存在阻燃剂阻燃效率低、阻燃剂用量大、阻燃性能不高的问题。
发明内容
本发明是要解决现有无卤阻燃聚苯乙烯中阻燃剂阻燃效率低，在火灾中燃烧产生大量熔滴，增加了火灾蔓延带来的威胁和消防救援过程中火灾的扑灭难度。而提供一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯及其制备方法。
本发明一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯按重量份数由75～85份聚苯乙烯、5～15份阻燃剂、5～15份成炭剂和0.1～1份阻燃协效剂制成；所述阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的极限氧指数为28％～37％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值为120MJ/m2～160MJ/m2。
上述一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按重量份数称取75～85份聚苯乙烯、5～15份阻燃剂、5～15份成炭剂和0.1～1份阻燃协效剂，得到原料粉体；
二、阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子：将原料粉体加入到由液氮包裹的粉碎腔中，打开粉碎机并在25000r/min～34000r/min的转速下粉碎3～8min，得到阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子；所述粉碎腔的直径≤20cm；
三、成型：将阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子置于模具中，在温度为170℃～210℃和压力为3MPa～10MPa的条件下保压3min～5min，然后将压力从3MPa～10MPa升至15MPa～20MPa并在温度为170℃～210℃和压力为15MPa～20MPa的条件下保压3min～5min，自然冷却，得到阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。
本发明的有益效果：
1、本发明中通过液氮冷却提高了聚苯乙烯粒子的脆性，破碎中阻燃剂由于静电等界面效应包裹于新生成的聚苯乙烯粒子表面，在热压成型过程中，阻燃剂在聚苯乙烯粒子表面和间隙实现富集，即阻燃剂对聚苯乙烯粒子表现出网络状包覆结构，聚苯乙烯阻燃性能明显提高。
2、本发明制备的阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯，阻燃剂用量低，阻燃效果好。所制备阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的极限氧指数为28％～37％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值(PHRR)为120MJ/m2～160MJ/m2；点燃时间为40s～60s。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯按重量份数由75～85份聚苯乙烯、5～15份阻燃剂、5～15份成炭剂和0.1～1份阻燃协效剂制成；所述阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的极限氧指数为28％～37％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值为120MJ/m2～160MJ/m2。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵和三聚氰胺磷酸盐中的一种或其中几种的混合物。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：所述成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇和酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。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：所述阻燃协效剂为石墨烯、纳米石墨微片和纳米石墨粉中的一种或其中几种的混合物；所述纳米石墨微片的厚度为5nm～30nm；所述纳米石墨粉的粒径为0.1μm～10μm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按重量份数称取75～85份聚苯乙烯、5～15份阻燃剂、5～15份成炭剂和0.1～1份阻燃协效剂，得到原料粉体；
二、阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子：将原料粉体加入到由液氮包裹的粉碎腔中，打开粉碎机并在25000r/min～34000r/min的转速下粉碎3～8min，得到阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子；所述粉碎腔的直径≤20cm；
三、成型：将阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子置于模具中，在温度为170℃～210℃和压力为3MPa～10MPa的条件下保压3min～5min，然后将压力从3MPa～10MPa升至15MPa～20MPa并在温度为170℃～210℃和压力为15MPa～20MPa的条件下保压3min～5min，自然冷却，得到阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一中所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵和三聚氰胺磷酸盐中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：步骤一中所述成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇和酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤一中所述阻燃协效剂为石墨烯、纳米石墨微片和纳米石墨粉中的一种或其中几种的混合物；所述纳米石墨微片的厚度为5nm～30nm；所述纳米石墨粉的粒径为0.1μm～10μm。其它与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：步骤二中所述阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子的粒径为50μm～300μm。其它与具体实施方式五至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是：步骤三中所述阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的极限氧指数为28％～37％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值为120MJ/m2～160MJ/m2。其它与具体实施方式五至九之一相同。
通过以下试验验证本发明的效果：
实施例一：一种的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按重量份数称取80份聚苯乙烯、10份聚磷酸铵和10份季戊四醇，得到原料粉体；
二、阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子：将原料粉体加入到由液氮包裹的粉碎腔中，打开粉碎机并在25000r/min的转速下粉碎5min，得到阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子；所述粉碎腔的直径为15cm；
三、成型：将阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子平铺填充至3mm厚的金属模具中，模具上下由聚酯膜和金属板覆盖；将模具置于在180℃平板硫化机中，在温度为180℃和压力为5MPa的条件下保压3min，然后将压力从5MPa升至15MPa并在温度为180℃和压力为15MPa的条件下保压5min，自然冷却，得到阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。
将阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯进行测试，极限氧指数28％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值(PHRR)为150MJ/m2。
实施例二：一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按重量份数称取80份聚苯乙烯、10份聚磷酸铵、9.5份酚醛树脂和0.5份纳米石墨微片，得到原料粉体；
二、阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子：将原料粉体加入到由液氮包裹的粉碎腔中，打开粉碎机并在30000r/min的转速下粉碎3min，得到阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子；所述粉碎腔的直径为10cm；
三、成型：将阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子平铺填充至3mm厚的金属模具中，模具上下由聚酯膜和金属板覆盖；将模具置于在190℃平板硫化机中，在温度为190℃和压力为3MPa的条件下保压5min，然后将压力从3MPa升至15MPa并在温度为190℃和压力为15MPa的条件下保压5min，自然冷却，得到阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。
将阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯进行测试，极限氧指数31％，UL-94为V-0级，点燃时间为40s。
实施例三：一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按重量份数称取75份聚苯乙烯、12.5份聚磷酸铵、12.3份酚醛树脂和0.2份石墨烯，得到原料粉体；
二、阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子：将原料粉体加入到由液氮包裹的粉碎腔中，打开粉碎机并在30000r/min的转速下粉碎5min，得到阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子；所述粉碎腔的直径为15cm；
三、成型：将阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子平铺填充至3mm厚的金属模具中，模具上下由聚酯膜和金属板覆盖；将模具置于在200℃平板硫化机中，在温度为200℃和压力为5MPa的条件下保压3min，然后将压力从5MPa升至15MPa并在温度为200℃和压力为15MPa的条件下保压3min，自然冷却，得到阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。
将阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯进行测试，极限氧指数35％，UL-94为V-0级。

Claims (10)

1.一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯，其特征在于阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯按重量份数由75～85份聚苯乙烯、5～15份阻燃剂、5～15份成炭剂和0.1～1份阻燃协效剂制成；所述阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的极限氧指数为28％～37％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值为120MJ/m2～160MJ/m2。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯，其特征在于所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵和三聚氰胺磷酸盐中的一种或其中几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯，其特征在于所述成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇和酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯，其特征在于所述阻燃协效剂为石墨烯、纳米石墨微片和纳米石墨粉中的一种或其中几种的混合物；所述纳米石墨微片的厚度为5nm～30nm；所述纳米石墨粉的粒径为0.1μm～10μm。
5.如权利要求1所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按重量份数称取75～85份聚苯乙烯、5～15份阻燃剂、5～15份成炭剂和0.1～1份阻燃协效剂，得到原料粉体；
二、阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子：将原料粉体加入到由液氮包裹的粉碎腔中，打开粉碎机并在25000r/min～34000r/min的转速下粉碎3～8min，得到阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子；所述粉碎腔的直径≤20cm；
三、成型：将阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子置于模具中，在温度为170℃～210℃和压力为3MPa～10MPa的条件下保压3min～5min，然后将压力从3MPa～10MPa升至15MPa～20MPa并在温度为170℃～210℃和压力为15MPa～20MPa的条件下保压3min～5min，自然冷却，得到阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯。
6.根据权利要求5所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于步骤一中所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵和三聚氰胺磷酸盐中的一种或其中几种的混合物。
7.根据权利要求5所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于步骤一中所述成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇和酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。
8.根据权利要求5所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于步骤一中所述阻燃协效剂为石墨烯、纳米石墨微片和纳米石墨粉中的一种或其中几种的混合物；所述纳米石墨微片的厚度为5nm～30nm；所述纳米石墨粉的粒径为0.1μm～10μm。
9.根据权利要求5所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于步骤二中所述阻燃剂包覆的聚苯乙烯粒子的粒径为50μm～300μm。
10.根据权利要求5所述的一种阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于步骤三中所述阻燃剂选择性分布的无卤阻燃聚苯乙烯的极限氧指数为28％～37％，UL-94为V-0级，热释放速率的峰值为120MJ/m2～160MJ/m2。
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