CN109880248B - 一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法，所述甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，按重量份计，包含：聚苯乙烯70‑90份，甲基八溴醚1‑10份，溴系阻燃协效剂0.2‑5份，磷氮系阻燃剂1‑10份，润滑分散剂1‑10份，填料1‑20份。本发明还公开了其制备方法，将各组分搅拌均匀后，经挤出机挤出，挤出机的温度为170‑210℃。本发明采用甲基八溴醚替代常用的聚苯乙烯阻燃剂六溴环十二烷，同时添加磷氮系阻燃剂等作为协效，使得制备的聚苯乙烯复合材料在具有优异的阻燃性能的同时，机械性能优异，拉伸强度为31.2‑34.6MPa，弯曲强度42.3‑47.0MPa，极限氧指数为30‑39%。

Description

一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯PS是一种通用型热塑性树脂，因其价格低廉而且易于加工成型，在建筑保温等领域得到广泛的应用。目前应用最为广泛的聚苯乙烯树脂是可发性聚苯乙烯EPS和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料XPS，由于其具有优异的保温性能、价格低廉、成型设备简单易于实施，发泡聚苯乙烯材料被广泛应用于建筑外墙保温等领域。但是由于聚苯乙烯全部由碳、氢元素组成，本质上极易燃烧，其极限氧指数仅为18%，属于易燃材料。而且燃烧时发烟量大、容易产生熔滴而引燃其它材料，因此该材料在堆放及施工中极易发生火灾。

目前PS发泡材料常用的阻燃剂是六溴环十二烷HBCD，尽管HBCD具有优异的阻燃效果，但是其对人类和环境却构成了潜在的长期危害，联合国环保署专家组织建议在全球逐步淘汰HBCD，以保护人类健康和环境。近年来，由于环保意识的提高，要求将使用完的聚苯乙烯发泡材料再次进行使用，这就对体系的热稳定性提出了更高的要求。

日本第一工业制药株式会社制备了四溴双酚A双(2，3-二溴-2-甲基丙基)醚，其具有更加优异的热稳定性能。但是其阻燃性能与HBCD相比，阻燃效果低，需要增加用量才能保证阻燃效果。使得苯乙烯复合材料的机械性能下降，而且引起成本的大幅度在增加。因此研制环保、高热稳定性、机械性能优异的阻燃聚苯乙烯复合材料有着十分重要的现实意义。

公开号为CN109180881A的中国专利公开了一种高效阻燃聚苯乙烯的制备方法，该方法通过在聚苯乙烯结构中引入阻燃元素，阻燃元素分散均匀，阻燃性能好，克服了物理添加阻燃剂导致的机械性能下降、阻燃剂易析出等缺陷；采用甲基八溴醚、溴化SBS和溴化聚苯醚多种阻燃剂，阻燃剂之间相互作用能提高与基体的稳定性和共溶性，起到更好的阻燃效果；通过控制一定比例的苯乙烯和甲基八溴醚、溴化SBS、溴化聚苯醚，加入适量乳化剂、复合引发剂、相转移催化剂、抗氧化剂、pH缓冲剂、水和有机溶剂，在混合溶剂中聚合反应，在一定温度下聚合反应一段时间，经蒸馏除去有机溶剂、冷却、过滤出产品粒子，用水洗涤，抽干，干燥，得到具有高效阻燃性的聚苯乙烯。

CN109180881A是通过自由基聚合物法制备聚苯乙烯阻燃材料，该方法工艺复杂，不能在挤出机上完成阻燃聚苯乙烯复合材料的加工成型，工艺复杂、不易于推广，不适用于下游生产厂家加工应用。

申请号为CN201410579388.5的中国专利公开了一种阻燃聚苯乙烯树脂，包括以下组分及重量百分含量：聚苯乙烯为70-75％，聚乙烯为3-5％，冲击改性剂为1-5％，助剂为0.1-0.6％，阻燃剂为13-25％，阻燃协助剂3-5％及偶联剂为0.7-1％。CN201410579388.5中选用的阻燃剂为钛白粉多层包覆红磷、亚磷酸脂类或磷酸酯类，阻燃剂之间不能复配，制备的复合材料不环保性和机械性能差，特别是热稳定性不高，应用受到限制。

申请号为CN201410449938.1的中国专利公开了一种不影响材料的力学性能的聚苯乙烯阻燃材料，由下列重量比原料组成：聚苯乙烯原料：80-90；分散润滑剂：0.5-1.5；抗氧剂：1.0；抗滴落剂：1.0；三氧化二锑：1.0-3.0；水合氢氧化镁:2.0-4.0；十溴联苯醚：1.0-3.0；苯乙烯类树脂：4.0-6.0；扩散油：4.0-6.0。采用氢氧化镁及十溴联苯醚来制备低烟阻燃聚苯乙烯，而十溴联苯醚为非环保型阻燃剂，2017年2月9日，欧盟于官方公报发布法规(EU) 2017/227，正式将阻燃剂-十溴联苯醚（DecaBDE）加入到REACH法规(EC) No 1907/2006附录XVII中，成为REACH附录XVII第67条款的管控物质，其应用已大受局限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法，将甲基八溴醚、溴系阻燃协效剂、磷氮系阻燃剂等复配，提供一种环保、高热稳定性、机械性能优异、阻燃效果好的聚苯乙烯复合材料，以实现以下发明目的：

（1）本发明的制备方法，工艺简单，加工应用便捷。可在挤出机上即可完成阻燃聚苯乙烯复合材料的加工成型，工艺简单易于推广。

（2）本发明的制备方法得到的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，采用甲基八溴醚与磷氮系阻燃剂等复配，甲基八溴醚等阻燃剂添加量少，成本低廉、复合材料具有优异的机械性能。

（3）本发明的制备方法得到的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，阻燃性能优异，达到建筑阻燃A1级，制备的复合材料具有优异的热稳定性，可以多次重复循环利用。

为了实现本发明的目的，本发明采取了以下技术方案：

一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，所述甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，拉伸强度为31.2-34.6MPa，弯曲强度42.3-47.0MPa，极限氧指数为30-39%。

以下是对技术方案的进一步优化：

所述的一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，按重量份计，其包含下列组成部分：聚苯乙烯70-90份，甲基八溴醚1-10份，溴系阻燃协效剂1-10份，磷氮系阻燃剂1-5份，润滑分散剂1-5份，填料1-20份，交联剂1-5份。

所述的聚苯乙烯包括普通聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、间规聚苯乙烯中的一种或者以上几种的混合物。

所述的甲基八溴醚是指四溴双酚A双(2，3-二溴-2-甲基丙基)醚或者由四溴双酚A双(2，3-二溴-2-甲基丙基)醚经表面改性得到的混合物。

所述的溴系阻燃协效剂，包括：四溴双酚A、四溴双酚S双（2,3-二溴丙基）醚、四溴双酚A(2，3-二溴丙基)醚中的一种或者以上几种的混合物。

所述的磷氮系阻燃剂，包括：次磷酸铝、二乙基次磷酸铝、二丙基次磷酸铝、聚磷酸铵、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐的一种或以上几种的混合物。

所述的润滑分散剂，包括：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、二甲基硅油润滑剂中的一种或者以上几种的混合物。

所述的填料，包括：二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁、石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨、层状硅酸盐、水滑石、碳酸钙中的一种或者以上一种的混合物。

所述的层状硅酸盐，包括：蒙脱土、膨润土、凹凸棒、高岭土、黏土中的一种或者以上几种的混合物。

本发明还提供了一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，所述甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括：（1）按重量分数称取各组分；（2）将各组分在高速混合机内搅拌均匀后，经计量装置送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温度控制在170-210℃，在螺杆的输送、剪切下，物料挤出、冷却、造粒得到甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料。

本发明的积极效果如下：

（1）本发明的制备方法，工艺简单，加工应用便捷。可在挤出机上即可完成阻燃聚苯乙烯复合材料的加工成型，工艺简单易于推广。

（2）本发明的制备方法得到的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，采用甲基八溴醚与磷氮系阻燃剂等复配，甲基八溴醚等阻燃剂添加量少，成本低廉、复合材料具有优异的机械性能：拉伸强度为31.2-34.6MPa，弯曲强度42.3-47.0MPa。

（3）本发明的制备方法得到的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，阻燃性能优异，极限氧指数测试得到的氧指数30-39%，UL94-1.6mm达到V0级，达到建筑阻燃A1级，制备的复合材料具有优异的热稳定性，可以多次重复循环利用。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。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、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

实施例1-6：甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法

本发明实施例1-6涉及的一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的组分及各组分的重量含量如表1所示。

本发明的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法步骤如下：

（1）按重量分数称取各组分；

（2）将各组分在高速混合机内搅拌均匀后，经计量装置送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温度控制在170-210℃，在螺杆的输送、剪切下，物料挤出、冷却、造粒得到甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料。

表1：实施例1-6

对比例1-3：

对比例1-3涉及的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的组分及各组分的重量含量如表2所示。

对比例的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法步骤如下：

（1）按重量分数称取各组分；

（1）将各组分在高速混合机内搅拌均匀后，经计量装置送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温度控制在170-210℃，在螺杆的输送、剪切下，物料挤出、冷却、造粒得到甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料。

表2：对比例1-3

将得到的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料按照GB标准注塑成各种标准力学性能及UL94标准的样条进行测试。将制备的甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料挤塑发泡，测试其阻燃性能。

性能测试：

按照UL94标准在水平垂直燃烧测定仪CZF-5A上对样条进行可燃性实验测试；

按照GB/T2406-2009在氧指数仪1600上进行极限氧指数测试；

按照GB8624标准对样条进行建筑材料及制品燃烧性能测试；

按照GB/T1040-2006在电子拉力试验机DXLL-5000上测试样品的拉伸强度及弯曲强度。

表3：聚苯乙烯复合材料的性能

由表3可知：

本发明实施例1-6的一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，在电子拉力试验机DXLL-5000上测试样品的拉伸强度为31.2-34.6MPa，弯曲强度42.3-47.0MPa，极限氧指数测试得到的氧指数30-39%，UL94-1.6mm达到V0级，建筑阻燃等级在A级以上。

可见，采用甲基八溴醚、溴系协效阻燃剂、磷氮系阻燃剂复配制备出的阻燃聚苯乙烯复合材料的阻燃剂添加量小、复合材料的机械性能优异、阻燃性能优异，可以达到建筑阻燃A级阻燃等级。说明采用本发明制备的阻燃聚苯乙烯复合材料具有优异的综合性能。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数，本发明所述的比例，均为质量比例。

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、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，

原料按重量份计，由以下成分组成：聚苯乙烯70份，甲基八溴醚1份，溴系阻燃协效剂0.2份，磷氮系阻燃剂0.8份，硬脂酸锌3份，硬脂酸钙3份，碳酸钙20份，蒙脱土2份；

所述溴系阻燃协效剂为四溴双酚A；

所述磷氮系阻燃剂为二乙基次磷酸铝与三聚氰胺氰尿酸盐按照质量比为1:1混合；

所述甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法包括：将各组分在高速混合机内搅拌均匀后，经计量装置送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温度控制在170-210℃，在螺杆的输送、剪切下，物料挤出、冷却、造粒得到甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料。