CN110194813A - 一种阻燃聚苯乙烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，涉及高分子加工领域；该方法是在聚苯乙烯聚合过程中加入不含卤素的磷酸三苯酯作为阻燃剂。本发明提供了一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，以磷酸三苯酯作为阻燃剂，该阻燃剂是在苯乙烯本体聚合过程中进行添加，可以缓解阻燃剂渗析、团聚且在加工过程中易挥发、分解从而导致阻燃性失效的不利情况；同时该阻燃剂不含卤素，在燃烧过程不会像含卤素阻燃剂那样产生大量的有毒气体导致人身伤害，也不污染环境，为环保型产品。

Description

一种阻燃聚苯乙烯的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子加工领域，具体是一种阻燃聚苯乙烯的制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(Polystyrene，缩写PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。
目前在制备阻燃聚苯乙烯过程中添加的常规阻燃剂为含卤素阻燃剂，如六溴环十二烷等，因其优异的阻燃性能，相应的产品目前被广泛应用。虽然产品性能优越但就环保方面存在环境污染的因素，不仅其本身毒性较大，以其为阻燃剂的高聚物的裂解和燃烧产物也具有较大的毒性，而且产生的腐蚀性气体对环境及人身也造成很大伤害，如高温裂解生成的溴化氢气体对设备会造成严重的腐蚀影响，因此停机后必须将机器内用纯树脂冲洗干净，造成人员和资源的严重浪费。人体长期处于这种有毒环境中也会造成神经系统紊乱，影响人身健康，同时这种气体也是火灾中最危险的因素，它的扩散速度远大于火焰的扩散速度，在火灾中妨碍了人们的撤离和扑灭工作，使生命财产遭到严重损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，该方法是在聚苯乙烯聚合过程中加入不含卤素的磷酸三苯酯作为阻燃剂。
在进一步的方案中：包括以下步骤：
1)准备以下按照质量百分比的原料：聚苯乙烯91-94％、磷酸三苯酯4-6％、辅料1-3％；
2)将磷酸三苯酯和辅料在常温下混合搅拌，得到混合料；
3)将聚苯乙烯投入到预聚釜中，加入混合料，一边分散一边进行预聚合，得到预聚合料，经预聚合后产品转化率为40±2％；
4)将预聚合料由熔体泵泵入聚合釜中，一般分散一边进行再聚合，得到聚合料，经聚合后产品转化率为82±2％；
5)将聚合料经落条式脱挥器进行前脱、后脱脱挥处理以挥发出其中的残留苯乙烯单体，得到半成品料；
6)将半成品料由管道输送至切粒机进行切粒、甩干，最终制得阻燃聚苯乙烯。
在进一步的方案中：所述辅料为硬脂酸锌。
在进一步的方案中：所述步骤1)中各原料的质量百分比为：聚苯乙烯93％、磷酸三苯酯5％、辅料2％。
在进一步的方案中：所述步骤3)中聚合温度146℃，压力95MPa，搅拌速率90rpm。
在进一步的方案中：所述步骤4)中聚合温度146℃，压力75MPa，搅拌速率90rpm。
在进一步的方案中：所述步骤5)中脱挥温度238℃。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供了一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，以磷酸三苯酯作为阻燃剂，该阻燃剂是在苯乙烯本体聚合过程中进行添加，可以缓解阻燃剂渗析、团聚且在加工过程中易挥发、分解从而导致阻燃性失效的不利情况；同时该阻燃剂不含卤素，在燃烧过程不会像含卤素阻燃剂那样产生大量的有毒气体导致人身伤害，也不污染环境，为环保型产品。
附图说明
图1为A组和B组热释放速率HRR对比图。
图2为A组和B组有效燃烧热EHC对比图。
具体实施方式
本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
实施例1
本发明实施例中，一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
1)准备以下按照质量百分比的原料：聚苯乙烯91％、磷酸三苯酯6％、辅料3％；
2)将磷酸三苯酯和辅料在常温下混合搅拌，得到混合料；
3)将聚苯乙烯投入到预聚釜中，加入混合料，一边分散一边进行预聚合，得到预聚合料，聚合温度146℃，压力95MPa，搅拌速率90rpm，经预聚合后产品转化率为40±2％；
4)将预聚合料由熔体泵泵入聚合釜中，一般分散一边进行再聚合，得到聚合料，聚合温度146℃，压力75MPa，搅拌速率90rpm，经聚合后产品转化率为82±2％；
5)将聚合料经落条式脱挥器进行前脱、后脱脱挥处理以挥发出其中的残留苯乙烯单体，得到半成品料，脱挥温度238℃，脱挥温度238℃；
6)将半成品料由管道输送至切粒机进行切粒、甩干，最终制得阻燃聚苯乙烯。
所述辅料为硬脂酸锌。
实施例2
本发明实施例中，一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
1)准备以下按照质量百分比的原料：聚苯乙烯93％、磷酸三苯酯5％、辅料2％；
2)将磷酸三苯酯和辅料在常温下混合搅拌，得到混合料；
3)将聚苯乙烯投入到预聚釜中，加入混合料，一边分散一边进行预聚合，得到预聚合料，聚合温度146℃，压力95MPa，搅拌速率90rpm，经预聚合后产品转化率为40±2％；
4)将预聚合料由熔体泵泵入聚合釜中，一般分散一边进行再聚合，得到聚合料，聚合温度146℃，压力75MPa，搅拌速率90rpm，经聚合后产品转化率为82±2％；
5)将聚合料经落条式脱挥器进行前脱、后脱脱挥处理以挥发出其中的残留苯乙烯单体，得到半成品料，脱挥温度238℃，脱挥温度238℃；
6)将半成品料由管道输送至切粒机进行切粒、甩干，最终制得阻燃聚苯乙烯。
所述辅料为硬脂酸锌。
实施例3
本发明实施例中，一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：
1)准备以下按照质量百分比的原料：聚苯乙烯94％、磷酸三苯酯4％、辅料1％；
2)将磷酸三苯酯和辅料在常温下混合搅拌，得到混合料；
3)将聚苯乙烯投入到预聚釜中，加入混合料，一边分散一边进行预聚合，得到预聚合料，聚合温度146℃，压力95MPa，搅拌速率90rpm，经预聚合后产品转化率为40±2％；
4)将预聚合料由熔体泵泵入聚合釜中，一般分散一边进行再聚合，得到聚合料，聚合温度146℃，压力75MPa，搅拌速率90rpm，经聚合后产品转化率为82±2％；
5)将聚合料经落条式脱挥器进行前脱、后脱脱挥处理以挥发出其中的残留苯乙烯单体，得到半成品料，脱挥温度238℃，脱挥温度238℃；
6)将半成品料由管道输送至切粒机进行切粒、甩干，最终制得阻燃聚苯乙烯。
所述辅料为硬脂酸锌。
性能测试
研发历史阻燃科学与技术的发展，对阻燃材料燃烧行为的评估、测试手段提出了越来越高的要求。传统的测试方法(氧指数法、垂直燃烧法、水平燃烧法)虽然具有操作简单、快速、重复性好等特点，仍在许多燃烧测试实验室中广泛使用，但这些方法普遍存在测试参数单一，测试结果不能定量化等缺点，难以与材料在真实火情中的燃烧行为相关联，有时对同一种材料的评估，采用不同的实验方法得到相互矛盾的结果。本发明使用最先进的阻燃性能表征方法，使用锥形量热仪对其阻燃性能进行了测试。
测试对象：以未添加阻燃剂的聚苯乙烯作为A组，以实施例3制得的聚苯乙烯作为B组。
测试标准：ISO5660-1。
测试结果：见附图1-2以及表1。
附图1中，HRR是指在预置的入射热流强度下，材料被点燃后，单位面积的热量释放速率，由图1可以看出B组样品的热释放速率有明细减小趋势。
附图2中，EHC为有效燃烧热，其大小也在一定程度上反应材料在燃烧时造成的危害，从图2中可以看出，B组样品中磷酸三苯酯的添加能降低其有效燃烧热，从而降低火灾可能及危害。
测试项目 A组 B组
点燃时间TTI(s) 104 89
总释放热THR(MJ/m<sup>2</sup>) 96.85 79.52
总烟释放量TSR(m<sup>2</sup>/m<sup>2</sup>) 99.32 128.12
平均质量损失速率MLR(g/s) 0.1028 0.1034
平均有效燃烧热EHC(MJ/kg) 21.42 18.34
表1具体测试数值
从表1中可以看出，B组样品的点燃时间有提前的趋势，A组样品受热后燃烧产生的热量比较容易向材料内部扩散，使得表层达到热降解释放出可燃性挥发物所需的时间变长。平均质量损失速率添加阻燃剂和未添加的接近，总烟释放量添加阻燃剂后有所增加，但添加阻燃剂后有效燃烧热有明显减小的趋势。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，在聚苯乙烯聚合过程中加入不含卤素的磷酸三苯酯作为阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备以下按照质量百分比的原料：聚苯乙烯91-94％、磷酸三苯酯4-6％、辅料1-3％；；
2)将磷酸三苯酯和辅料在常温下混合搅拌，得到混合料；
3)将聚苯乙烯投入到预聚釜中，加入混合料，一边分散一边进行预聚合，得到预聚合料，经预聚合后产品转化率为40±2％；
4)将预聚合料由熔体泵泵入聚合釜中，一般分散一边进行再聚合，得到聚合料，经聚合后产品转化率为82±2％；
5)将聚合料经落条式脱挥器进行前脱、后脱脱挥处理以挥发出其中的残留苯乙烯单体，得到半成品料；
6)将半成品料由管道输送至切粒机进行切粒、甩干，最终制得阻燃聚苯乙烯。
3.根据权利要求2所述的阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述辅料为硬脂酸锌。
4.根据权利要求3所述的阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中各原料的质量百分比为：聚苯乙烯93％、磷酸三苯酯5％、辅料2％。
5.根据权利要求2所述的阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中聚合温度146℃，压力95MPa，搅拌速率90rpm。
6.根据权利要求2所述的阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中聚合温度146℃，压力75MPa，搅拌速率90rpm。
7.根据权利要求2所述的阻燃聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中脱挥温度238℃。
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