CN108623968A - 一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料及制备方法 - Google Patents

一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料及其制备方法，按重量份由以下组分组成：HIPS树脂为60份‑74份，增韧剂为3‑8份，高耐热聚苯乙烯为5‑15份，阻燃剂为12份‑16份，三氧化二锑为3份‑5份，润滑剂为0.5份‑1.5份，增强剂为3份‑10份，抗氧剂为0.1份‑0.5份。本技术方案通过间规聚苯乙烯的加入，使得分子结构刚性强、热变形温度高，加入后可以抑制HIPS分子链的运动，提高复合材料整体的耐热性、刚性，减少收缩；增强剂可以与间规聚苯乙烯产生协同作用，解决了单一加入增强剂或间规聚苯乙烯而引起的冲击强度下降问题。

Description

一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料及制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料及制备方法。
背景技术
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是一种广泛应用的高分子材料，它具有良好的成型加工性、较好的耐热性等优点。在家电领域的某些应用，往往对HIPS材料提出了一些新的要求，比如材料需具有阻燃性以及更高的尺寸稳定性，普通HIPS无法满足要求。
针对这种情况，发明人通过多年的行业经验，创新制得了一种具有较高尺寸稳定性的阻燃HIPS复合材料，这种材料至今尚未见于报道，这对于扩展PS复合材料的应用具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料及制备方法，以解决高抗冲聚苯乙烯的应用范围的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，按重量份由以下组分组成：
所述HIPS树脂是指在200℃/5kg条件下的熔体流动速率为2-15g/10min的聚苯乙烯树脂。
所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯中的至少一种。
所述高耐热聚苯乙烯为苯乙烯的间规聚合物。
所述阻燃剂为十溴二苯乙烷或三(三溴苯基)氰尿酸酯中的至少一种。
所述三氧化二锑为纯度在99.8％以上，粒径为0.3-2μm。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙或聚乙烯蜡中的至少一种。
所述增强剂为短切玻纤、连续玻纤、云母粉、硫酸钙晶须中的至少一种。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯或双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种的混合。
上述任一项低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取原材料；
(2)将步骤(1)中称取的原材料放入混合机中搅拌2～10min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、水冷、风干、切粒后即得到阻燃高抗冲聚苯乙烯材料。
步骤(2)中增强剂通过侧喂料按比例加入。
本发明的有益效果是：
1、间规聚苯乙烯的加入：分子结构刚性强、热变形温度高，加入后可以抑制HIPS分子链的运动，提高复合材料整体的耐热性、刚性，减少收缩；
2、增强剂的加入：①增强剂为具有一定长径比或片状材料，在无定型的基材HIPS中具有取向作用，抑制了材料成型以后的收缩变形；②增强剂可以与间规聚苯乙烯产生协同作用，解决了单一加入增强剂或间规聚苯乙烯而引起的冲击强度下降问题。
具体实施方式
以下通过实施例来详细的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。
下述实施例中使用的高抗冲HIPS树脂选用上海赛科石油化学有限责任公司；增韧剂SBS采用韩国锦湖的产品，间规聚苯乙烯采用日本出光化学的产品；阻燃剂和三氧化二锑采用济南泰星化工有限公司的产品；增强剂采用泰山玻璃纤维有限公司业有限公司的产品。
一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，按重量份由以下组分组成：
HIPS树脂是指在200℃/5kg条件下的熔体流动速率为2-15g/10min的聚苯乙烯树脂。
增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯SEBS或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯SEPS中的至少一种。
高耐热聚苯乙烯为苯乙烯的间规聚合物。
阻燃剂为十溴二苯乙烷或三(三溴苯基)氰尿酸酯中的至少一种。
三氧化二锑为纯度在99.8％以上，粒径为0.3-2μm。
润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙或聚乙烯蜡中的至少一种。
增强剂为短切玻纤、连续玻纤、云母粉、硫酸钙晶须中的至少一种。
抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称抗氧剂168)或双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂627A)中的一种或几种的混合。
上述任一项低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取原材料；
(2)将步骤(1)中称取的原材料放入混合机中搅拌2～10min，更优选地，搅拌的时间为3～5min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、水冷、风干、切粒后即得到阻燃高抗冲聚苯乙烯材料。
在本申请的其它实施例中，步骤(2)中增强剂通过侧喂料按比例加入。
步骤(2)中双螺杆挤出机的温度为180-240℃，螺杆转速为150～500rpm，更优选地，双螺杆挤出机从加料口到出口可分为10个温控区，各温控区的具体温度为180℃、210℃、220℃、230℃、230℃、220℃、230℃、230℃、230℃、220℃，螺杆转速为200～400rpm。
实施例1
(1)按重量份计，分别称取72份HIPS树脂、4份增韧剂SBS、5份间规聚苯乙烯、12份阻燃剂十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.1份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.8份润滑剂PETS、3份短切玻纤；
(2)将步骤(1)中除增强剂以外的原材料加入高速混合机中搅拌5min，得到混合均匀的混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入加入双螺杆挤出机，侧喂加入短切玻纤，经熔融、挤出、水冷、风干、切粒得到低收缩率阻燃HIPS复合材料H1，其中双螺杆挤出机的温度区设定为180℃、210℃、220℃、230℃、230℃、220℃、230℃、230℃、230℃、220℃，螺杆转速为300rpm。
实施例2
(1)按重量份计，分别称取64份HIPS树脂、4份增韧剂SBS、14份聚苯醚、11份阻燃剂十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.1份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.8份润滑剂PETS、3份短切玻纤；
(2)将步骤(1)中除增强剂以外的原材料加入高速混合机中搅拌5min，得到混合均匀的混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入加入双螺杆挤出机，侧喂短切玻纤，经熔融、挤出、水冷、风干、切粒得到低收缩率阻燃HIPS复合材料H2，其中双螺杆挤出机的温度区设定为180℃、210℃、220℃、230℃、230℃、220℃、230℃、230℃、230℃、220℃，螺杆转速为300rpm。
实施例3
(1)按重量份计，分别称取62份HIPS树脂、6份增韧剂SBS、10份聚苯醚、12份阻燃剂十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.1份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、1份润滑剂PETS、6份短切玻纤；
(2)将步骤(1)中除增强剂以外的原材料加入高速混合机中搅拌5min，得到混合均匀的混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入加入双螺杆挤出机，侧喂加入短切玻纤，经熔融、挤出、水冷、风干、切粒得到低收缩率阻燃HIPS复合材料H3，其中双螺杆挤出机的温度区设定为180℃、210℃、220℃、230℃、230℃、220℃、230℃、230℃、230℃、220℃，螺杆转速为300rpm。
对比例1
(1)按重量份计，分别称取75份HIPS树脂、4份增韧剂SBS、12份阻燃剂十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.1份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、1份润滑剂EBS、5份短切玻纤；
(2)将步骤(1)中除增强剂以外的原材料加入高速混合机中搅拌5min，得到混合均匀的混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入加入双螺杆挤出机，侧喂加入短切玻纤，经熔融、挤出、水冷、风干、切粒得到低收缩率阻燃HIPS复合材料E1，其中双螺杆挤出机的温度区设定为180℃、210℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃，螺杆转速为300rpm。
对比例2
(1)按重量份计，分别称取75份HIPS树脂、4份增韧剂SBS、5份间规聚苯乙烯、12份阻燃剂十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.1份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂EBS；
2)将步骤(1)中原材料加入高速混合机中搅拌5min，得到混合均匀的混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入加入双螺杆挤出机，经熔融、挤出、水冷、风干、切粒得到低收缩率阻燃HIPS复合材料E2，其中双螺杆挤出机的温度区设定为180℃、210℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃，螺杆转速为300rpm。
对比例3
(1)按重量份计，分别称取80份HIPS树脂、4份增韧剂SBS、12份阻燃剂十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.1份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂EBS；
(2)将步骤(1)中的原材料加入高速混合机中搅拌5min，得到混合均匀的混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入加入双螺杆挤出机，经熔融、挤出、水冷、风干、切粒得到低收缩率阻燃HIPS复合材料E3，其中双螺杆挤出机的温度区设定为180℃、210℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃，螺杆转速为300rpm。
复合材料注塑成产品后后应用评价分析，具体结果如下：
表1低收缩阻燃HIPS的主要物理性能和应用评价
各测试条件或标准如下：
物理性能测试条件：基于ISO 1133标准测试HIPS材料的熔体流动速率(MFR)，试验温度200℃，标称负荷5Kg；基于ISO 527标准测试HIPS材料的拉伸强度(TS)，测试采用IA型试样，试验速度为50mm/min；基于ISO 178标准测试HIPS材料的弯曲强度(FS)和弯曲模量(FM)，试样尺寸为80mm*10mm*4mm，跨度(L)：64mm，测试速度2mm/min；基于ISO 180标准测试HIPS材料的悬臂梁缺口冲击强度(Izod)，试样尺寸为80mm*10mm*4mm，A型缺口；基于ISO 75标准测试HIPS材料的热变形温度(HDT))，试样尺寸为10mm*10mm*4mm，载荷：50N，加热速率50℃/h。
注塑件收缩应用评价：将干燥充分的阻燃HIPS材料注塑成后某品牌液晶电视后壳后进行高低温交变存放试验，对后壳的横向尺寸(长度)和纵向尺寸(宽度)以及变形情况进行检验具体检验细节如下：
尺寸测量：以后壳生产完5h时的尺寸作为原始尺寸，并开始进行高低温交变试验，试验完成后，24h测量产品的尺寸。
高低温交变试验：
气候交变试验：满足(+60/-20)℃的气候交变试验，每周期6h，共做4个周期，试验后产品放置环境23±2℃，相对湿度调节到50±2％，具体测试如下：
一个周期持续360min(6h)，由下面的步骤构成：
-30min，升温阶段，温度升至60℃，湿度由30％调节到90％；
-100min，保持阶段，保持温度60℃不变，相对湿度为90％；
-100min，降温阶段，温度降低至-20℃；
-100min，保持阶段，保持温度-20℃不变，相对湿度为30％；
-30min，升温阶段，温度升至23℃，相对湿度调节到30％。
由表1可以看出，本发明实例1、2和3中得到的低收缩的阻燃HIPS材料H1、H2和H3具有比较均衡的物理性能，产品在经过高低温交变试验后，外观无明显的变化；相对于E1、E2、E3，实例1、2、3材料所生产的产品，在尺寸的变化上明显较小，这在对于类似大尺寸产品的生产中具有重要意义，解决了实际存在的问题。
本申请进一步提供了低收缩率、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料在液晶电视后壳、前框中的应用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，按重量份由以下组分组成：
所述HIPS树脂是指在200℃/5kg条件下的熔体流动速率为2-15g/10min的聚苯乙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述高耐热聚苯乙烯为苯乙烯的间规聚合物。
4.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷或三(三溴苯基)氰尿酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述三氧化二锑为纯度在99.8％以上，粒径为0.3-2μm。
6.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙或聚乙烯蜡中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述增强剂为短切玻纤、连续玻纤、云母粉、硫酸钙晶须中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯或双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种的混合。
9.上述权利要求1至8中任一项低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按比例称取原材料；
(2)将步骤(1)中称取的原材料放入混合机中搅拌2～10min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中得到的混合料送入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、水冷、风干、切粒后即得到阻燃高抗冲聚苯乙烯材料。
10.根据权利要求9所述的低收缩、阻燃高抗冲聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中增强剂通过侧喂料按比例加入。
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