CN109897294A - 一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.喂料：通过失重秤计量下料至挤出机入料口；b.混料：利用挤出机将主料、辅料和液体物料混合均匀；c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送；d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒；f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥；g.筛分：干燥后物料输送至筛机；h.涂层：筛分后物料进行涂层；i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
Description
技术领域
本发明涉及塑料工业领域，尤其涉及一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法。
背景技术
聚苯乙烯是一种被广泛应用于各个领域的常见高分子材料，通过在聚苯乙烯中加入发泡剂可以进一步降低聚苯乙烯的导热系数，使其成为性能优异的隔热保温材料；此外，在可发性聚苯乙烯中加入各种助剂可将其开发为具有阻燃性、高强度、抗菌防霉的工程塑料以用作建筑材料。
目前，可发性聚苯乙烯的制备工艺主要采用悬浮法，即采用磷酸钙作为悬浮剂，磺酸钠作为乳化剂，将苯乙烯单体和引发剂、阻燃剂、阻燃协效剂、增塑剂等助剂在悬浮稳定剂和高速搅拌下分散为液滴，进而生成聚合物颗粒，形成固体分散相；发泡剂在一定条件下浸入固体分散相中，经冷却、脱水、干燥等工序得到可发性聚苯乙烯。然而，悬浮法制备可发性聚苯乙烯工艺较为复杂，过程中需要耗费大量水和能源，且有机挥发组分扩散到大气亦会危害环境。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：通过失重秤计量下料至挤出机入料口；
b.混料：利用挤出机将主料、辅料和液体物料混合均匀；
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
作为一种优选的技术方案，所述混料步骤中的挤出机为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机中的一种或复合。
作为一种优选的技术方案，所述混料步骤中的主料为通用级聚苯乙烯、发泡级聚苯乙烯中的一种或复合。
作为一种优选的技术方案，所述混料步骤中的辅料包含石墨填料、阻燃剂、阻燃协效剂、增塑剂、成核剂、稳定剂和轻质碳酸钙。
作为一种优选的技术方案，所述石墨填料选自可膨胀石墨、微粉石墨、石墨烯中的一种。
作为一种优选的技术方案，所述阻燃剂为卤系阻燃剂。
作为一种优选的技术方案，所述阻燃协效剂选自三氧化二锑、五氧化二锑、过氧化二异丙苯中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
作为一种优选的技术方案，所述混料步骤中的液体物料为烷烃。
本发明的另一方面提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯材料，该材料是根据上述的制备方法得到的。
有益效果：本申请提供的一种超低导热系数聚苯乙烯的制备方法采用直接将原料混合挤出切粒的方法获得材料，相较于现有技术工艺简便，且节水节能；使用该制备方法制得的超低导热系数聚苯乙烯具有更低的导热系数，更高的弯曲强度，且材料还具备优异的防霉性能和燃烧性能，大大扩大了此材料的使用范围。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义,“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：通过失重秤计量下料至挤出机入料口；
b.混料：利用挤出机将主料、辅料和液体物料混合均匀；
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
本申请中，为了将制备原料充分混合均匀，在一些优选的实施方式中，所述混料步骤中的挤出机为单螺杆挤出机和/或双螺杆挤出机；进一步优选的，所述混料步骤中还可使用混合换热器搭配挤出机进行混料。
在一些优选的实施方式中，所述混料步骤中双螺杆挤出机的加热装置分成7个加热区域，由机尾到机头各区域的系统温度设定为：150-310℃、150-310℃、140-300℃、140-300℃、140-290℃、130-295℃、130-290℃。
在一些优选的实施方式中，所述混料步骤中的主料为通用级聚苯乙烯和/或发泡级聚苯乙烯。
在一些优选的实施方式中，所述混料步骤中的辅料包含石墨填料、阻燃剂、阻燃协效剂、增塑剂、成核剂、稳定剂和轻质碳酸钙。
在一些优选的实施方式中，所述石墨填料选自可膨胀石墨、微粉石墨、石墨烯中的一种；进一步优选的，所述石墨填料为可膨胀石墨；更进一步的，所述可膨胀石墨的加入量为主料重量的0.3％～6％。
在一些优选的实施方式中，所述阻燃剂为卤系阻燃剂；进一步优选的，所述卤系阻燃剂为十溴二苯乙烷、四溴对二甲苯、四溴双酚A、四溴双酚A双烯丙基醚、甲基八溴醚、溴化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种。
在一些优选的实施方式中，所述卤系阻燃剂为十溴二苯乙烷；进一步的，所述十溴二苯乙烷的加入量为主料重量的0.5％～10％。
在一些优选的实施方式中，所述阻燃协效剂选自三氧化二锑、五氧化二锑、过氧化二异丙苯中的一种或多种；进一步优选的，所述阻燃协效剂为三氧化二锑；更进一步的，所述三氧化二锑的加入量为主料重量的0.1％～2.5％。
在一些优选的实施方式中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；进一步优选的，所述邻苯二甲酸二丁酯的加入量为主料重量的0.05％～2.5％。
在一些优选的实施方式中，所述成核剂为N,N-二甲基-1,3-丙二胺；进一步优选的，所述N,N-二甲基-1,3-丙二胺的加入量为主料重量的0.5％～6％。
在一些优选的实施方式中，所述稳定剂为(2S)-2-氨基-4-甲硫基丁酸甲酯；进一步优选的，所述(2S)-2-氨基-4-甲硫基丁酸甲酯的加入量为主料重量的0.5％～6％。
在一些优选的实施方式中，所述轻质碳酸钙的加入量为主料重量的0.5％～6％。
在一些实施方式中，所述混料步骤中的液体物料为烷烃；优选的，所述烷烃为正戊烷和异戊烷；进一步优选的，所述正戊烷和异戊烷的比例为6：4；更进一步优选的，所述正戊烷和异戊烷的总加入量为主料重量的1％-9％。
在一些优选的实施方式中，所述输送步骤中的熔体泵的设定温度为130-310℃，设定转速为50-100转/分钟。
在一些优选的实施方式中，所述造粒步骤中的造粒刀盘转速设定为200-2000转/分钟。
在一些优选的实施方式中，所述干燥步骤中的循环水水温设定为30-100℃。
在一些优选的实施方式中，所述涂层步骤中的涂层剂选自硬脂酸锌、单甘脂、三甘脂、聚乙烯蜡、十八酰胺中的一种或多种。
本发明的另一方面提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯材料，该材料是根据上述的制备方法得到的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：通过失重秤计量将主料通过双螺杆挤出机的主喂料口进料，辅料以侧喂料的形式加入；
b.混料：主料和辅料在双螺杆挤出机中熔融并混合，再将熔体注入混合换热器，液体物料以计量泵的形式同样注入混合换热器并在此和主料、辅料混合均匀；
本例的制备原料包括：
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送，熔体泵的设定温度为175℃，设定转速为70转/分钟；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒，造粒刀盘转速设定为800转/分钟；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥，循环水水温设定为70℃；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机；
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
实施例2
实施例2提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：通过失重秤计量将主料通过双螺杆挤出机的主喂料口进料，辅料以侧喂料的形式加入；
b.主料和辅料在双螺杆挤出机中熔融并混合，再将熔体注入混合换热器，液体物料以计量泵的形式同样注入混合换热器并在此和主料、辅料混合均匀；
本例的制备原料包括：
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送，熔体泵的设定温度为175℃，设定转速为70转/分钟；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒，造粒刀盘转速设定为800转/分钟；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥，循环水水温设定为70℃；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机；
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
实施例3
实施例3提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：通过失重秤计量将主料通过双螺杆挤出机的主喂料口进料，辅料以侧喂料的形式加入；
b.混料：主料和辅料在双螺杆挤出机中熔融并混合，再将熔体注入混合换热器，液体物料以计量泵的形式同样注入混合换热器并在此和主料、辅料混合均匀；
本例的制备原料包括：
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送，熔体泵的设定温度为175℃，设定转速为70转/分钟；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒，造粒刀盘转速设定为800转/分钟；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥，循环水水温设定为70℃；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机；
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
实施例4
实施例4提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：将主料通过双螺杆挤出机的主喂料口进料，辅料以侧喂料的形式、液体物料以计量泵的形式加入；
b.混料：所有制备原料在双螺杆挤出机中熔融并混合均匀；
本例的制备原料包括：
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送，熔体泵的设定温度为175℃，设定转速为70转/分钟；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒，造粒刀盘转速设定为800转/分钟；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥，循环水水温设定为70℃；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机；
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
实施例5
实施例5提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
a.喂料：将主料通过双螺杆挤出机的主喂料口进料，辅料以侧喂料的形式加入；
b.混料：主料和辅料在双螺杆挤出机中熔融并混合，再将熔体注入单螺杆挤出机，液体物料以计量泵的形式同样注入单螺杆挤出机并在此和主料、辅料混合均匀；
本例的制备原料包括：
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送，熔体泵的设定温度为175℃，设定转速为70转/分钟；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒，造粒刀盘转速设定为800转/分钟；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥，循环水水温设定为70℃；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机；
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
对比例1
对比例1提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，与实施例1不同之处在于，所述制备原料不含N,N-二甲基-1,3-丙二胺。
对比例2
对比例2提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，与实施例1不同之处在于，所述制备原料不含(2S)-2-氨基-4-甲硫基丁酸甲酯。
对比例3
对比例3提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，与实施例1不同之处在于，所述制备原料不含轻质碳酸钙。
对比例4
对比例4提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，与实施例1不同之处在于，所述制备原料不含N,N-二甲基-1,3-丙二胺和(2S)-2-氨基-4-甲硫基丁酸甲酯。
对比例5
对比例5提供了一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，与实施例1不同之处在于，所述制备原料不含N,N-二甲基-1,3-丙二胺、(2S)-2-氨基-4-甲硫基丁酸甲酯和轻质碳酸钙。
性能评价
1.导热系数
将实施例1-5和对比例1-5所得到的超低导热系数门窗附件隔热材料的制品按照GB/T 10294-2008制成标准试样(300mm×300mm×50mm)，测试其导热系数(单位：W/m·K)，具体实验数据见表1。
2.弯曲强度
将实施例1-5和对比例1-5所得到的超低导热系数门窗附件隔热材料的制品按照GB/T 8812.1-2007制成标准试样(120mm×25mm×20mm)，用弯曲试验机测试其弯曲强度(单位：MPa)，具体实验数据见表1。
3.燃烧性能
将实施例1-5和对比例1-5所得到的超低导热系数可发泡聚苯乙烯制成标准试样进行燃烧性能试验，并按照GB8624-2012对材料的燃烧性能评级，具体分级见表1。
4.防霉性能
将实施例1-5和对比例1-5所得到的超低导热系数门窗附件隔热材料的制品制成50mm×50mm×5mm的方片，根据GB/T 24128-2009测试其防霉性能，具体实验数据见表1。
表1
备注：各数值为平均值。
通过实施例1-5可以得知，使用本发明提供的一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法可以制得导热系数低、弯曲强度高、防霉性能好的发泡聚苯乙烯材料；由对比例1-5可知，因为制备原料中缺少了N,N-二甲基-1,3-丙二胺、(2S)-2-氨基-4-甲硫基丁酸甲酯和轻质碳酸钙，材料的导热性和弯曲强度均劣于实施例1。
最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.喂料：通过失重秤计量下料至挤出机入料口；
b.混料：利用挤出机将主料、辅料和液体物料混合均匀；
c.输送：混合好的物料通过熔体泵向前输送；
d.过滤：混合熔体通过换网器将杂质过滤掉；
e.造粒：过滤后的物料通过转向阀送至造粒机进行造粒；
f.干燥：制成的微颗粒通过循环水送至离心干燥机干燥；
g.筛分：干燥后物料输送至筛机；
h.涂层：筛分后物料进行涂层；
i.成品：涂层后材料通过输送管道，发送至成品罐内，进行包装。
2.如权利要求1所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述混料步骤中的挤出机为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机中的一种或复合。
3.如权利要求1所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述混料步骤中的主料为通用级聚苯乙烯、发泡级聚苯乙烯中的一种或复合。
4.如权利要求1所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述混料步骤中的辅料包含石墨填料、阻燃剂、阻燃协效剂、增塑剂、成核剂、稳定剂和轻质碳酸钙。
5.如权利要求4所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述石墨填料选自可膨胀石墨、微粉石墨、石墨烯中的一种或多种。
6.如权利要求4所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为卤系阻燃剂。
7.如权利要求4所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、五氧化二锑中的一种或多种。
8.如权利要求4所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的超低导热系数可发泡聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述混料步骤中的液体物料为烷烃。
10.一种超低导热系数可发泡聚苯乙烯材料，其特征在于，该材料是根据权利要求1-9中任意一项所述的制备方法得到的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190618 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |