CN110577716A

CN110577716A - 一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法

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Publication number: CN110577716A
Application number: CN201910899005.5A
Authority: CN
Inventors: 蒋高建; 秦鹏伟
Original assignee: VIEW ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: VIEW ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2039-09-23
Also published as: CN110577716B

Abstract

本发明公开了一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法，属于高性能高分子材料的制备技术领域。所述专用料是将9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物与蒙脱土反应制得的9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物接枝蒙脱土、氮化铝和防老剂4020与异氰酸酯化氧化石墨烯反应制得的氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、相容剂和高抗冲击性聚苯乙烯进行初混后，经熔融共混、挤出、造粒制备而成。本发明制备的高抗冲击性聚苯乙烯专用料具有优异的阻燃性、导热性和耐热氧老化性，可广泛用于制造家用电器、户外电器、工矿用电器等电器外壳，具有较高的经济价值和社会效益。

Description

一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法

技术领域

本发明属于高性能高分子材料的制备技术领域，具体涉及一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法。

背景技术

高抗冲击性聚苯乙烯是一种聚丁二烯弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性塑料，具有易加工、尺寸稳定性好且电绝缘性优良、抗冲性较高的优势，被广泛地应用于食品包装、家用电器、电子产品及军用物资的外壳包装等领域。但是，高抗冲击性聚苯乙烯产品在使用的过程中存在一系列问题。首先，高抗冲击性聚苯乙烯为碳氢化合物，氧指数较低，仅为18%，易燃烧，为了提高高抗冲击性聚苯乙烯产品的使用安全性，必须对高抗冲击性聚苯乙烯进行阻燃改性。其次，高抗冲击性聚苯乙烯为塑料，导热性较差，电器工作时元器件放热，热量如果不能及时传导出去，会缩短元器件寿命。最后，电器工作时放热，高抗冲击性聚苯乙烯长时间在热和氧的作用下，容易发生热氧老化，致使高抗冲击性聚苯乙烯变脆。因此，对高抗冲击性聚苯乙烯进行阻燃、导热和耐热氧老化改性势在必行。目前，利用熔融共混方法将改性填料分散在高抗冲击性聚苯乙烯基体中，是提高高抗冲击性聚苯乙烯的阻燃性、导电性和耐热氧老化性的主要手段。但是通常这些改性填料与基体之间的相容性较差，改性填料在高抗冲击性聚苯乙烯基体中不易均匀分散，并且随着时间的延长，这些改性填料还会迁移到高抗冲击性聚苯乙烯基体表面，使材料发黏、变脆，进而使材料的性能下降。此外，在当前高抗冲击性聚苯乙烯的改性研究工作中，尚无对高抗冲击性聚苯乙烯的阻燃性、导热性和耐热氧老化性同时进行改善的研究报道。

发明内容

本发明针对高抗冲击性聚苯乙烯在制造电视机外壳时存在容易燃烧、导热性能差、耐热氧老化性能低等缺点，提供一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法。本发明制得的高抗冲击性聚苯乙烯专用料具有优异的阻燃性、导热性和耐热氧老化性，具有较高的经济价值和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料是将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物与蒙脱土反应制得的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土、氮化铝和防老剂4020与异氰酸酯化氧化石墨烯反应制得的氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、相容剂和高抗冲击性聚苯乙烯进行初混后，经熔融共混、挤出、造粒制备而成。

所述电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将1~5 g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物加入到200~500 mL N,N-二甲基甲酰胺中，室温磁力搅拌20~40 min，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液；向上述溶液中加入1~10 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性蒙脱土（吕斌,段徐宾, 高党鸽, 马建中; 亚硫酸化菜籽油/KH570-MMT纳米复合材料的制备, 皮革科学与工程, 2015, 25(2): 36-42），室温超声30~90 min后，升温至60~100 ℃，磁力搅拌反应6~12 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土。

（2）将0.5~1 g异氰酸酯化氧化石墨烯（杨宏军, 蒋振奇, 柏涛, 薛小强, 黄文艳, 蒋必彪; 石墨烯/聚氨酯复合材料的合成及表征, 高分子材料科学与工程, 2016, 32(5): 28-32）加入到300~500 mL四氢呋喃中，室温超声30~60 min，制得异氰酸酯化氧化石墨烯分散液；向上述分散液中加入2~10 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝（严栋; 导电/导热纳米复合材料的制备与性能研究, 北京: 北京化工大学, 2013），室温继续超声30~90 min后，磁力搅拌反应12~24 h；再加入1~3 g 防老剂4020，室温继续磁力搅拌反应8~10h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯。

（3）将5~15 份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土、10~20份氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、5~10份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合10~20 min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为160~190 ^oC，螺杆转速为90~120 rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，得到所述电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料。

所述相容剂为高抗冲击性聚苯乙烯接枝马来酸酐，其中马来酸酐的重量百分比为1.9 %。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）与现有技术（郑行良; 一种含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶的制备方法, 中国发明专利, 申请号: 201810342321.8）相比，本发明利用接枝有高反应活性异氰酸酯基团的氧化石墨烯与γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝反应，可以降低反应温度，减少能量消耗。

（2）将氮化铝和防老剂4020共接枝在氧化石墨烯表面，既可以有效防止氧化石墨烯在高抗冲击性聚苯乙烯基体中团聚，又可以利用石墨烯巨大的比表面积，提高氮化铝和防老剂4020在高抗冲击性聚苯乙烯基体中的分散性。此外，氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯上的有机基团还可以提高其与高抗冲击性聚苯乙烯基体之间的相容性，使氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯在高抗冲击性聚苯乙烯基体中稳定分散。

（3）将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝到蒙脱土的表面，不仅可以有效防止纳米蒙脱土在高抗冲击性聚苯乙烯基体中团聚，又可以利用纳米蒙脱土大的比表面积，提高9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物在高抗冲击性聚苯乙烯基体中的分散性。此外，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土上的有机基团还可以提高其与高抗冲击性聚苯乙烯基体之间的相容性，使9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土在高抗冲击性聚苯乙烯基体中稳定分散。

（4）因为9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、蒙脱土和氧化石墨烯可以赋予高抗冲击性聚苯乙烯优异的阻燃性，氮化铝和氧化石墨烯可以赋予高抗冲击性聚苯乙烯优异的导热性，防老剂4020可以赋予高抗冲击性聚苯乙烯优异的耐热氧老化性能，所以将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土与氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯加入到高抗冲击性聚苯乙烯基体中，可以得到具有优异的阻燃性、导热性和耐热氧老化性的高抗冲击性聚苯乙烯。此外，用蒙脱土代替氧化石墨烯与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物反应，还可以进一步降低产物的生产成本。

（5）本发明制备的高抗冲击性聚苯乙烯专用料具有优异的阻燃性、导热性和耐热氧老化性，垂直燃烧等级为V-1或者V-2级，极限氧指数为22~28，导热系数为0.23~0.41 W/(m·K)，拉伸强度和冲击强度分别为29.5~35.2 MPa和12.2~14.4 kJ/m²，热氧老化后，拉伸强度和冲击强度分别降低了2.2~3.1 MPa和0.8~2.3 kJ/m²，可广泛用于制造家用电器、户外电器、工矿用电器等电器外壳，具有较高的经济价值和社会效益。

具体实施方式

下面通过几组实施例和对比例对本实施方式中电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的优势及其效果作进一步的阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

（1）将1 g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物加入到200 mL N,N-二甲基甲酰胺中，室温磁力搅拌20 min，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液；向上述溶液中加入1 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性蒙脱土，室温超声30 min后，升温至60 ℃，磁力搅拌反应12 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土。

（2）将0.5 g异氰酸酯化氧化石墨烯加入到300 mL四氢呋喃中，室温超声30 min，制得异氰酸酯化氧化石墨烯分散液；向上述分散液中加入2 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝，室温继续超声30 min后，磁力搅拌反应12 h；再加入1 g 防老剂4020，室温继续磁力搅拌反应8 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯。

（3）将5 份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土、10份氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、5份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合10 min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为160 ^oC，螺杆转速为90 rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，得到所述电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料。

实施例2

（1）将3 g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物加入到350 mL N,N-二甲基甲酰胺中，室温磁力搅拌30 min，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液；向上述溶液中加入5 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性蒙脱土，室温超声60 min后，升温至80 ℃，磁力搅拌反应9 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土。

（2）将0.8 g异氰酸酯化氧化石墨烯加入到400 mL四氢呋喃中，室温超声45 min，制得异氰酸酯化氧化石墨烯分散液；向上述分散液中加入6 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝，室温继续超声60 min后，磁力搅拌反应18 h；再加入2 g 防老剂4020，室温继续磁力搅拌反应9 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯。

（3）将10 份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土、15份氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、8份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合15 min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为180 ^oC，螺杆转速为110 rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，得到所述电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料。

实施例3

（1）将5 g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物加入到500 mL N,N-二甲基甲酰胺中，室温磁力搅拌40 min，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液；向上述溶液中加入10 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性蒙脱土，室温超声90 min后，升温至100 ℃，磁力搅拌反应6 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土。

（2）将1 g异氰酸酯化氧化石墨烯加入到500 mL四氢呋喃中，室温超声60 min，制得异氰酸酯化氧化石墨烯分散液；向上述分散液中加入10 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝，室温继续超声90 min后，在氮气保护下，回流磁力搅拌反应24 h；待反应体系冷却到室温，加入3 g 防老剂4020，室温磁力搅拌10 min，继续回流磁力搅拌反应10 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯。

（2）将1 g异氰酸酯化氧化石墨烯加入到500 mL四氢呋喃中，室温超声60 min，制得异氰酸酯化氧化石墨烯分散液；向上述分散液中加入10 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝，室温继续超声90 min后，磁力搅拌反应24 h；再加入3 g 防老剂4020，室温继续磁力搅拌反应10 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯。

（3）将15 份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土、20份氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、10份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合20 min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为190 ^oC，螺杆转速为120rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，得到所述电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料。

对比例1

将2.5份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、2.5份蒙脱土、1.5份氧化石墨烯、5.5份氮化铝、3份防老剂4020、5份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合10 min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为160 ^oC，螺杆转速为90 rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，制得成品。

对比例2

将4份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、6份蒙脱土、1.5份氧化石墨烯、10份氮化铝、3.5份防老剂4020、8份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合15min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为180 ^oC，螺杆转速为110 rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，制得成品。

对比例3

将5份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、10份蒙脱土、1.5份氧化石墨烯、14份氮化铝、4.5份防老剂4020、10份相容剂和100份高抗冲击性聚苯乙烯利用高速混合机混合20 min，初混料经双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度为190 ^oC，螺杆转速为120 rpm，上述熔融共混物经挤出、造粒和干燥，制得成品。

将三组实施例和三组对比例制得的产物按GB/T 2408-1996进行垂直燃烧等级测试，对于V-2、V-1和V-0之外的燃烧等级标为NC（没有级别），按GB/T 2406-1993进行极限氧指数测试，按ASTM D5470进行导热系数测试，按GB/T 1040-2006进行拉伸强度测试，按GB/T1043-2008进行冲击强度测试，热氧老化试验在热老化烘箱中进行，试验温度为80^oC，试验时间为30 d，测试结果如下表所示。

表1 性能测试结果

。

从三组实施例和三组对比例的测试结果可以看出，三组实施例的阻燃性、导热性和耐热氧老化性均显著优于三组对比例的阻燃性、导热性和耐热氧老化性，且远优于高抗冲击性聚苯乙烯的阻燃性、导热性和耐热氧老化性。这说明将氮化铝和防老剂4020共接枝在氧化石墨烯表面，以及将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝在蒙脱土表面，并将它们分散到高抗冲击性聚苯乙烯中，可以制得具有优异的阻燃性、导热性和耐热氧老化性的电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法，其特征在于：将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物与蒙脱土反应制得的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土、氮化铝和防老剂4020与异氰酸酯化氧化石墨烯反应制得的氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯、相容剂和高抗冲击性聚苯乙烯进行初混后，经熔融共混、挤出、造粒制备而成；具体包括以下步骤：

（1）将1~5 g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物加入到200~500 mL N,N-二甲基甲酰胺中，室温磁力搅拌20~40 min，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液；向上述溶液中加入1~10 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性蒙脱土，室温超声30~90 min后，升温至60~100 ℃，磁力搅拌反应6~12 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物接枝蒙脱土；

（2）将0.5~1 g异氰酸酯化氧化石墨烯加入到300~500 mL四氢呋喃中，室温超声30~60min，制得异氰酸酯化氧化石墨烯分散液；向上述分散液中加入2~10 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝，室温继续超声30~90 min后，磁力搅拌反应12~24 h；再加入1~3 g 防老剂4020，室温继续磁力搅拌反应8~10 h，过滤、洗涤、冷冻干燥，制得氮化铝和防老剂4020共接枝氧化石墨烯；

2. 根据权利要求1所述的电视机外壳用高抗冲击性聚苯乙烯专用料的制备方法，其特征在于：所述相容剂为高抗冲击性聚苯乙烯接枝马来酸酐，其中马来酸酐的重量百分比为1.9 %。