CN111635471B - 一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途 - Google Patents

一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN111635471B
CN111635471B CN202010560506.3A CN202010560506A CN111635471B CN 111635471 B CN111635471 B CN 111635471B CN 202010560506 A CN202010560506 A CN 202010560506A CN 111635471 B CN111635471 B CN 111635471B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flame retardant
parts
flame
retardant
polystyrene resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010560506.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111635471A (zh
Inventor
李向梅
杨荣杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202010560506.3A priority Critical patent/CN111635471B/zh
Publication of CN111635471A publication Critical patent/CN111635471A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111635471B publication Critical patent/CN111635471B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F112/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F112/02—Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F112/04—Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F112/06—Hydrocarbons
    • C08F112/08—Styrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/12—Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16—Aqueous medium
    • C08F2/18—Suspension polymerisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/44—Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/16—Making expandable particles
    • C08J9/20—Making expandable particles by suspension polymerisation in the presence of the blowing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/22—After-treatment of expandable particles; Forming foamed products
    • C08J9/228—Forming foamed products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
    • C08K5/51—Phosphorus bound to oxygen
    • C08K5/52—Phosphorus bound to oxygen only
    • C08K5/521—Esters of phosphoric acids, e.g. of H3PO4
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
    • C08K5/51—Phosphorus bound to oxygen
    • C08K5/52—Phosphorus bound to oxygen only
    • C08K5/521—Esters of phosphoric acids, e.g. of H3PO4
    • C08K5/523—Esters of phosphoric acids, e.g. of H3PO4 with hydroxyaryl compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/10—Encapsulated ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2325/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
    • C08J2325/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2325/06—Polystyrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2217—Oxides; Hydroxides of metals of magnesium
    • C08K2003/2224—Magnesium hydroxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种难燃型聚苯乙烯树脂，所述聚苯乙烯树脂包括如下质量份数的制备原料：苯乙烯单体100份、表面改性微胶囊化阻燃剂1‑12份、表面改性石墨1‑4份、引发剂0.1‑2份、去离子水100‑200份、水系辅料0.2‑2份，所述水系辅料包括分散剂0.5‑1.5份和乳化剂0.1‑0.5份。本发明制备的聚苯乙烯树脂具有良好的阻燃性能。另外，本发明公开一种难燃型聚苯乙烯泡沫材料，在制备聚苯乙烯树脂粒子过程中加入发泡剂得到聚苯乙烯预发泡粒子，预发泡粒子进行预发泡后制备得到聚苯乙烯泡沫材料，所述泡沫材料具有良好的保温性能。

Description

一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于高分子阻燃材料技术领域，具体涉及一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途。
背景技术
聚苯乙烯(Polystyrene，缩写PS)是一种热塑性塑料，为无臭、无色、无毒的透明颗粒，具有优良的力学性能、隔热性能、电绝缘性、尺寸稳定性、加工流动性及耐化学腐蚀性等优点，广泛应用于建筑、仪表、家电、制药、电子、汽车、家具、生活日用品和包装等各个行业。聚苯乙烯包括通用型聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯和可发性聚苯乙烯(EPS)等。
聚苯乙烯虽然具有很多优良的性能，在生产、生活中应用广泛，但是，聚苯乙烯易于燃烧，且燃烧时产生大量熔滴滴落，伴随有大量黑烟，对人们的生命和财产安全构成巨大威胁，这在一定程度上影响了聚苯乙烯的应用，因此，聚苯乙烯塑料必须经过阻燃处理才能更好的实际应用。
聚苯乙烯的本体阻燃改性方法，是将苯乙烯单体与带有反应性基团的阻燃剂进行共聚，在聚苯乙烯分子链上引入氮、磷、硅、卤族等阻燃元素，从而制备阻燃聚苯乙烯。
一般的，聚苯乙烯阻燃加工方法基本都采用熔融加工法，聚苯乙烯常用的阻燃剂主要有红磷、ATH、MH、APP、次磷酸铝(AP)和EG等，都可以通过熔融加工法制备阻燃聚苯乙烯。然而，熔融加工法制备的阻燃聚苯乙烯仍存在一些不足，如材料的二次加工问题，需要由单体通过聚合反应合成聚苯乙烯，然后再进行加工。不仅成本提高，而且阻燃剂很难达到很好的分散效果，加工过程中原料难降解。
商品聚苯乙烯一般是通过悬浮聚合法制备得到。悬浮聚合法是一种非常重要的聚合方法，主要用于制备一些特殊用途的聚合物颗粒，特别是一些粒径较大的聚合物颗粒。悬浮聚合法具有很多优势，如产品成本低、纯度高、反应热易除去、较高转化率、无回收问题、温度易控制，以及颗粒大小易控等优点。
专利文献CN201010554766.6公开了一种低气味难燃性苯乙烯系树脂组合物及其制备方法，包括以下组分及重量份含量：苯乙烯系树脂65-85、冲击改性剂1-7、气味抑制剂0-5、气味改善剂0-5、阻燃协效剂2-6、溴系阻燃剂5-15，将除气味改善剂外的各组分按配方置于高速混合机中预混，将预混料和气味改善剂分别从主喂料口、侧喂料口加入双螺杆挤出机中，通过输送、熔融、剪切挤出冷却造粒，即得到产品。
专利文献CN201510621076.0公开了一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯是由聚苯乙烯树脂、可膨胀石墨、聚磷酸铵、表面活性剂、分散剂和抗氧剂构成，其中可膨胀石墨和聚磷酸铵按比例高速混合成阻燃剂混合物，然后再按比例加入表面活性剂，置于高速混合机中进行混合获得复配阻燃剂。所述方案采用廉价的可膨胀石墨与聚磷酸铵作为复配阻燃剂，通过改变各组分配比共混挤出，获得V-0难燃级别的阻燃效果。
专利文献CN201210372591.6公开了一种低挥发性有机物含量的阻燃型可发性聚苯乙烯树脂，采用环氧丙烷-苯乙烯联产法生产的苯乙烯作为原料，加入分散剂、引发剂、发泡剂、阻燃剂等助剂，通过悬浮聚合反应制备低VOC含量的阻燃型可发性聚苯乙烯树脂。
上述现有技术均是采用常规复配制备得到具有阻燃效果的聚苯乙烯树脂，真正能实现的阻燃效果并不理想。为了改善现有技术的缺陷，显著提高聚苯乙烯树脂的阻燃效果，本发明提供一种难燃型聚苯乙烯树脂，在采用悬浮聚合法制备的过程中加入石墨颗粒能有效提高产品的阻燃效果。另外，本发明将金属氢氧化物阻燃剂、磷系阻燃剂和有机硅阻燃剂进行复配，使各阻燃剂之间优劣势互补，并且将阻燃剂进行微胶囊化处理，提高阻燃剂与苯乙烯单体的相容性，使阻燃剂在聚苯乙烯树脂中分散程度更好，不易析出，使聚苯乙烯树脂的阻燃效果更突出。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途，本发明的另一个目的是提供一种难燃型EPS泡沫材料及其制备方法和用途。
第一方面，本发明提供一种难燃型聚苯乙烯树脂，所述聚苯乙烯树脂包括如下质量份数的制备原料：苯乙烯单体100份、表面改性微胶囊化阻燃剂1-12份、表面改性石墨1-4份、引发剂0.1-2份、去离子水100-200份、水系辅料0.2-2份，所述水系辅料包括分散剂0.5-1.5份和乳化剂0.1-0.5份。
优选的，所述表面改性微胶囊化阻燃剂与表面改性石墨的质量比为2-5:1，所述表面改性微胶囊化阻燃剂加入量为5-8份。
所述引发剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰叔丁酯中的一种或两种以上的组合。
水系辅料包括分散剂和乳化剂，所述分散剂选自活性磷酸钙、碳酸钙、无水硫酸钠中的一种，所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠。
所述表面改性微胶囊化阻燃剂通过以下方法制备得到：
(1)将金属氢氧化物阻燃剂15-20份搅拌分散至10-15份二(2-乙基己基)磷酸酯中，再加入有机硅阻燃剂10-20份、有机磷阻燃剂5-15份混合均匀，形成混合阻燃剂体系；
(2)向混合阻燃剂体系中缓慢加入密胺树脂预聚体15-25份，搅拌均匀，调节pH为4.0-6.0，升温至70-80℃，保温搅拌反应1-2小时；
(3)停止搅拌，调节pH为7.0-7.5，降至室温，过滤，洗涤，30-40℃下干燥，得到微胶囊化阻燃剂；
(4)在密闭容器中将足量六甲基二硅氮烷加热汽化，使容器中充满六甲基二硅氮烷蒸汽，将步骤(3)得到的微胶囊化阻燃剂在蒸汽中处理20-24小时，取出后通风干燥，得到表面改性微胶囊化阻燃剂。
所述金属氢氧化物阻燃剂选自：氢氧化镁(MH)、氢氧化铝(ATH)中的一种或两种的组合。
本发明使用的金属氢氧化物阻燃剂与聚合物界面相容性较差，而且金属氢氧化物燃烧会产生烟气，为了改善所述缺陷，本发明使用二(2-乙基己基)磷酸酯这种含P的表面活性剂，增加金属氢氧化物与密胺树脂预聚体的相容性，二(2-乙基己基)磷酸酯本身的增塑效果能补偿金属氢氧化物带来的力学性能影响，使其在密胺树脂预聚体中分散更均匀，实现更好的阻燃效果。
所述有机磷阻燃剂选自：阻燃剂有磷酸三苯酯(TPP)、双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)中的一种或两种的组合。
有机硅阻燃剂选自：聚硼硅氧烷，所述聚硼硅氧烷是聚硅氧烷的硅氧骨架中一些硅原子被硼原子取代而得到的聚合物，所述聚合物分子中含有硼氧键和硅氧键，所以在聚硼硅氧烷表面会有一些硅羟基存在。本发明使用六甲基二硅氮烷对微胶囊化阻燃剂进行表面改性，向体系中引入硅原子和氮原子，增加产品阻燃能力，而且六甲基二硅氮烷中的硅氮键可与聚硼硅氧烷表面的硅羟基发生缩合，使表面改性剂六甲基二硅氮烷通过键合稳固的附着于微胶囊化阻燃剂表面。
本发明使用的密胺树脂预聚体可自行制备或通过商业途径购买。在本发明的优选实施方式中，所述密胺树脂预聚体通过以下方法制备得到：在PH＝8-9的碱性条件下，将三聚氰胺5-10份、质量浓度为37％的甲醛溶液10-25份和10-20份去离子水置于容器中，60-80℃下加热搅拌至溶液透明，制得密胺树脂预聚体。
所述表面改性石墨通过以下方法制备得到：
将石墨超声分散至无水乙醇中，加入石墨质量2-4倍的硅烷偶联剂，升温至50-60℃反应过夜，离心去除上清，蒸馏水洗涤3-5次，干燥得到表面改性石墨。
所述硅烷偶联剂选自3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。所述硅烷偶联剂中含有双键，共同与苯乙烯单体发生聚合反应，使石墨嵌入聚苯乙烯树脂中，稳定发挥石墨阻燃效果。
本发明使用的石墨粒径为5-10μm，为了使石墨粒子均匀分散，在进行悬浮聚合反应之前，首先将表面改性石墨加入到苯乙烯单体中超声分散3-5min，得到石墨粒子均匀分散的苯乙烯分散液。
第二方面，本发明提供一种难燃型聚苯乙烯树脂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)称取一定量的去离子水加入反应釜中，搅拌状态下加入水系辅料，调节pH为7.0-9.0后加入含表面改性石墨的苯乙烯单体，快速搅拌15-20min后加入表面改性微胶囊化阻燃剂和引发剂，升温至80-90℃，恒温反应5-6小时；
(2)待粒子下沉、变硬时停止加热，冷却至室温，出料，过滤，洗涤，30-50℃温度下干燥3-5小时，得到难燃型聚苯乙烯树脂粒子。
第三方面，本发明提供一种难燃型可发性聚苯乙烯泡沫材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)称取一定量的去离子水加入反应釜中，搅拌状态下加入水系辅料，调节pH为7.0-9.0后加入含表面改性石墨的苯乙烯单体，快速搅拌15-20min后加入表面改性微胶囊化阻燃剂和引发剂，升温至80-90℃，恒温反应5-6小时；
(2)待粒子下沉、变硬时向体系中加入发泡剂，升温至120-130℃，恒温反应3-4小时；
(3)停止加热，冷却至室温，出料，过滤，洗涤，30-50℃温度下干燥3-5小时，得到可发性聚苯乙烯珠粒；
(4)进行预发泡，得到可发性聚苯乙烯发泡粒子，熟化，成型，得到难燃型可发性聚苯乙烯泡沫材料。
本发明所述的可发性聚苯乙烯泡沫材料是在制备难燃型聚苯乙烯树脂基础上通过添加发泡剂制备得到的。具体的，在聚苯乙烯树脂粒子下沉变硬后，用手触摸粒子不再粘手，添加发泡剂进行高温造粒，得到可发性聚苯乙烯预发泡粒子，将预发泡粒子在预发泡机中进行预发泡，再利用模具制备得到可发性聚苯乙烯泡沫材料。
所述发泡剂选自：正戊烷、异戊烷、异丁烷中的一种或两种的组合。
第四方面，本发明提供一种难燃型可发性聚苯乙烯泡沫材料，所述泡沫材料通过上述方法制备得到。
第五方面，本发明提供一种难燃型聚苯乙烯树脂和难燃型可发性聚苯乙烯泡沫材料在制备建筑保温材料、室内装饰材料、产品包装材料中的应用。
附图说明
图1难燃型聚苯乙烯树脂粒子外观形貌图；
图2可发性聚苯乙烯预发泡粒子外观形貌图；
图3难燃型可发性聚苯乙烯泡沫板外观形貌图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
制备例1密胺树脂预聚体的制备
在装有回流冷凝装置的三口瓶中加入去离子水20mL，将三聚氰胺10g和质量浓度为37％甲醛25mL加入三口瓶中，搅拌混合均匀，用三乙醇胺调节体系的pH＝8.0，加热升温至70℃，以200r/min搅拌至混合溶液完全透明，保温反应30min，降至室温，制得透明粘稠状的密胺树脂预聚体溶液，备用。
制备例2表面改性微胶囊化阻燃剂的制备
S1：将氢氧化镁(MH)10g和氢氧化铝(ATH)5g搅拌分散到质量为10g的二(2-乙基己基)磷酸酯，充分搅拌3-5min至分散均匀，再加入聚硼硅氧烷10g和磷酸三苯酯(TPP)5g，快速搅拌1min左右形成混合阻燃剂体系；
S2：向步骤S1制备的混合阻燃体系中缓慢滴加制备例1得到的密胺树脂预聚体15-25g，快速搅拌，调节体系pH为5.4，升温至80℃，保温反应2小时；
S3：停止搅拌，调节体系pH为7.0，缓慢降至室温，过滤，用去离子水洗涤3次，在30℃干燥箱中干燥4小时，得到微胶囊化阻燃剂；
S4：将10mL六甲基二硅氮烷放置在1L密封玻璃容器中，将容器置于50℃的水浴中，使容器中的六甲基二硅氮烷汽化，容器中充满六甲基二硅氮烷蒸汽，将步骤S3制备的微胶囊化阻燃剂置入六甲基二硅氮烷气氛中处理24小时，取出后通风干燥，得到表面改性微胶囊化阻燃剂。
制备例3表面改性石墨的制备
将5g粒径为5μm的石墨超声分散到无水乙醇中，加入10g 3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌完全溶解后将体系升温至60℃反应过夜，离心除去上清，用蒸馏水洗涤3次，在35℃干燥箱中干燥12小时，得到表面改性石墨。
对比制备例1微胶囊化阻燃剂的制备
制备方法同制备例1，区别仅在于没有将MH和ATH先分散在二(2-乙基己基)磷酸酯的操作，步骤S1是将MH 10g和ATH 5g、聚硼硅氧烷10g和磷酸三苯酯TPP 5g分散均匀，形成混合阻燃剂，直接向混合阻燃剂中滴加密胺树脂预聚体，步骤S2-S4同制备例1，得到没有使用二(2-乙基己基)磷酸酯分散金属氢氧化物的微胶囊化阻燃剂。
对比制备例2微胶囊化阻燃剂的制备
制备方法同制备例1，区别仅在于没有用六甲基二硅氮烷蒸汽进行表面改性的操作，步骤S1-S3同制备例1，得到没有表面改性的微胶囊化阻燃剂。
实施例1聚苯乙烯树脂的制备
S1：将制备例2得到的表面改性石墨2g加入到苯乙烯单体100g中，超声分散5min，得到石墨粒子均匀分散的苯乙烯石墨分散液，备用；
S2：将150mL去离子水加入到5L高温高压反应釜中，开启搅拌器，加入活性磷酸钙0.8g和碳酸钙0.6g作为分散剂，加入十二烷基苯磺酸钠0.3g，搅拌5分钟后调节体系pH为8.0，加入苯乙烯石墨分散液，充分搅拌15min，缓慢加入制备例2制备的表面改性微胶囊化阻燃剂2g，再加入过氧化二苯甲酰和过氧化二异丙苯分别0.5g，升温至90℃，计时开始，在90±0.5℃恒温反应6小时；
S3：待出现粒子下沉、变硬时停止加热，冷却至室温，出料，过滤，蒸馏水洗涤3次，30℃温度下干燥5小时，得到难燃型聚苯乙烯树脂粒子。
如说明书附图1所示，本实施例制备的聚苯乙烯树脂粒子粒径均匀，表面光滑，色泽度较好。
实施例2聚苯乙烯树脂的制备
制备方法和原料同实施例1，区别在于步骤S2中表面改性微胶囊化阻燃剂加入量为5g，阻燃剂与石墨质量比为5:2。
实施例3聚苯乙烯树脂的制备
制备方法和原料同实施例1，区别在于步骤S2中表面改性微胶囊化阻燃剂加入量为8g，阻燃剂与石墨质量比为4:1。
实施例4聚苯乙烯树脂的制备
制备方法和原料同实施例1，区别在于步骤S2中表面改性微胶囊化阻燃剂加入量为12g，阻燃剂与石墨质量比为6:1。
对比实施例1聚苯乙烯树脂的制备
制备方法同实施例1，区别在于步骤S2中使用对比制备例1制备的微胶囊化阻燃剂，其他原料加入量及操作步骤均与实施例1相同。
对比实施例2聚苯乙烯树脂的制备
制备方法同实施例1，区别在于步骤S2中使用对比制备例2制备的微胶囊化阻燃剂，其他原料加入量及操作步骤均与实施例1相同。
对比实施例3聚苯乙烯树脂的制备
制备方法同实施例1，区别在于步骤S1中向苯乙烯单体中分散表面未经过任何改性的粒径为5μm的普通石墨，其他原料加入量及操作步骤均与实施例1相同。
对比实施例4聚苯乙烯树脂的制备
制备方法同实施例1，区别在于步骤S1中向苯乙烯单体中分散表面未经过任何改性的粒径为5μm的普通石墨；步骤S2中加入没有经过任何改性的混合阻燃剂，所述混合阻燃剂是将MH 10g和ATH 5g、聚硼硅氧烷10g和磷酸三苯酯TPP 5g充分混合得到，其他原料加入量及操作步骤均与实施例1相同。
实施例5可发性聚苯乙烯泡沫材料的制备
S1：将制备例2得到的表面改性石墨2g加入到苯乙烯单体100g中，超声分散5min，得到石墨粒子均匀分散的苯乙烯石墨分散液，备用；
S2：将150mL去离子水加入到5L高温高压反应釜中，开启搅拌器，加入活性磷酸钙0.8g和碳酸钙0.6g作为分散剂，加入十二烷基苯磺酸钠0.3g，搅拌5分钟后调节体系pH为8.0，加入苯乙烯石墨分散液，充分搅拌15min，缓慢加入制备例2制备的表面改性微胶囊化阻燃剂2g，再加入过氧化二苯甲酰和过氧化二异丙苯分别0.5g，升温至90℃，计时开始，在90±0.5℃恒温反应6小时；
S3：待粒子下沉、变硬时向反应体系中加入正戊烷6g，升温至120℃，控制在120±0.5℃恒温反应3小时；
S4：停止加热，冷却至室温，出料，过滤，用去离子水洗涤3次，在40℃下干燥3小时，得到可发性聚苯乙烯珠粒；
S5：进行预发泡，得到可发性聚苯乙烯发泡粒子，熟化，成型，得到难燃型可发性聚苯乙烯泡沫材料。
说明书附图2是可发性聚苯乙烯发泡粒子的实体图，可以看出，本发明制备的预发泡粒子粒度较为均匀，色度均匀，表面光滑。附图3是预发泡粒子经过模压成型制成的可发性聚苯乙烯泡沫板材，板材表面较为平整光滑，粒子分布均匀，粒子之间粘合紧密。
利用导热系数测定仪(北京世纪建通环境技术有限公司JTRG-Ⅲ导热系数测试仪)，依据GB/T 10294-2008标准，对实施例5制备的可发性聚苯乙烯泡沫板的导热系数进行测定，其导热系数为0.0300W/(m·K)，说明本发明制备的可发性聚苯乙烯泡沫板具有良好的保温性能，可作为建筑保温材料使用。
效果例1聚苯乙烯树脂粒子粒径分布
粒径及粒径分布(PSD)是聚合物的一个重要性能，影响着聚合物的很多性能，如储存性能、粒子浸渍性能、粒子膨胀后的形貌、加工性能、隔热性能和力学性能等。通过悬浮聚合反应可以制备得到珠状聚苯乙烯颗粒，粒度均匀的珠状颗粒可以直接用来加工成型。对于苯乙烯聚合反应来说，产物粒径是聚合反应过程中聚苯乙烯/苯乙烯液滴之间的分散作用和聚并作用平衡后的结果。苯乙烯聚合产物的粒径分布与添加剂(阻燃剂和石墨)的分散性、添加剂与树脂形容性息息相关的，因此，有必要对本发明实施例1-4，对比实施例1-4制备的聚苯乙烯树脂粒子粒径分布进行研究。
试验目的：研究阻燃剂、石墨的添加量及表面修饰对聚苯乙烯树脂粒子粒径分布的影响。
试验方法：检测实施例1-4和对比实施例1-4制备的聚苯乙烯树脂粒子的平均直径(d32)和粒径分布标准差(σ)，粒径及粒径分布采用标准孔径为200、400、600、800、1000、1250、1430、1600和2000μm的标准筛，从上至下按照筛孔从大到小的顺序排列。将经过干燥的聚苯乙烯树脂粒子依次倒入筛孔直径由大到小的标准筛中，用力震摇后，称取各孔径筛网中的样品质量并记录，粒径大小平均值以及粒径分布标准偏差可通过下式计算：
Figure BDA0002546129260000111
Figure BDA0002546129260000112
式中：
Figure BDA0002546129260000113
表示存留在筛网中的质量分数，％；
Figure BDA0002546129260000114
表示第i和第i+1个筛网的直径平均值，μm。
试验结果：所述聚苯乙烯树脂粒子的平均粒径及粒径分布标准差如下表1所示。
表1平均粒径及粒径分布标准差
Figure BDA0002546129260000115
Figure BDA0002546129260000121
对于苯乙烯聚合反应来说，产物粒径是聚合反应过程中聚苯乙烯/苯乙烯液滴之间的分散作用和聚并作用平衡后的结果。阻燃剂和石墨的加入由于空间效应的影响，会阻碍液滴之间的聚并作用，使产物粒径变大。从表1数据可以看出，实施例1-4制备的聚苯乙烯树脂粒子中实施例1的粒子平均直径最小，这是因为实施例1中阻燃剂的添加比例相对较少，其粒径分布标准差也相对较小，说明阻燃剂的添加量是影响树脂粒径分布的一个主要因素。
另外，对比实施例1-4制备的聚苯乙烯树脂粒子的粒径和分布标准差均比实施例1大，说明阻燃剂和石墨的改性对于粒径也有影响。发明人认为，经过表面改性的阻燃剂和石墨在聚苯乙烯中的分散更均匀，与聚苯乙烯相容性也更好，液滴之间聚并作用的阻碍作用更小。从表1数据也能看出，阻燃剂未经二(2-乙基己基)磷酸酯改性，石墨未经硅烷偶联剂改性均使聚苯乙烯树脂粒子直径增大，尤其是对比实施例4，树脂粒子直径和粒径分布标准差都有明显增大。
效果例2聚苯乙烯树脂粒子热失重分析
试验目的：为了考察本发明实施例1-4，对比实施例1-4制备的聚苯乙烯树脂粒子的热分解行为，对样品进行氮气气氛下的热失重分析。
试验方法：采用德国NETZSCH公司生产的209F1型热重分析仪进行测试。氮气气氛下进行，升温速率为10℃/min，测试温度范围是40-600℃。
试验结果：本发明制备的聚苯乙烯树脂粒子热失重分析数据如下表2所示。
表2聚苯乙烯树脂粒子的热失重分析
组别 T<sub>5％</sub>(℃) T<sub>max</sub>(℃) T<sub>max</sub>下质量损失率/(％/min)
实施例1 351.7 428.2 -25.4
实施例2 357.0 420.0 -23.0
实施例3 362.6 417.8 -20.5
实施例4 371.2 411.5 -20.1
对比实施例1 353.0 419.4 -26.3
对比实施例2 356.7 423.8 -27.9
对比实施例3 360.3 419.6 -27.2
对比实施例4 350.9 432.4 -29.5
注：T5％表示样品失重5％时温度；Tmax表示最大热失重速率时的温度
从表2数据可以看出，在最大热失重速率时的温度下，质量损失率最小的是实施例4(20.1％)，实施例3与其相当，为20.5％，这是因为实施例3和实施例4中阻燃剂的添加量相对较大，说明阻燃剂的加入确实起到了很好的阻燃效果。本发明优选实施例3的制备方法，原因是在表面改性微胶囊化阻燃剂加入量较小的前提下便实现较好的阻燃效果，实施例4中阻燃剂添加量增大，但实际达到的阻燃效果并没有显著提高。对比实施例1-4的数据表明，阻燃剂在聚苯乙烯中的分散性也能影响阻燃剂效果发挥。具体的，对比实施例1中金属氢氧化物阻燃剂没有预先分散在二(2-乙基己基)磷酸酯，使金属氢氧化物阻燃剂分散均匀程度降低，对比实施例3中石墨表面未经硅烷偶联剂修饰，石墨不能在聚合反应中稳固的镶嵌于聚合物中，对比实施例4阻燃效果更差，是因为具有阻燃效果的阻燃剂和石墨均没有进行表面修饰，在聚苯乙烯中出现聚集和析出，导致阻燃性能显著降低。
效果例3聚苯乙烯树脂粒子锥形量热仪分析
锥形量热仪是一种研究材料燃烧性能的小尺寸测试方法，总热释放(THR)、热释放速率(HRR)和热释放速率峰值(PHRR)等是评价材料火灾安全性能的重要参数。
试验目的：考察本发明实施例1-4，对比实施例1-4制备的聚苯乙烯树脂粒子锥形量热数据。
试验方法：采用英国FTT生产的锥形量热仪。辐照功率为35kW/m2，采用ISO5660-1:2002标准进行测试，样品尺寸为100mm×100mm×3mm，CONE数据为三次测量的平均值，且三次测量数据之间的误差小于±10％。
试验结果：本发明制备的聚苯乙烯树脂粒子锥形量热数据如下表3所示。
表3锥形量热数据
Figure BDA0002546129260000141
根据表3数据能看出，总热释放(THR)与热释放速率峰值(PHRR)均与阻燃剂的加入量有关系，但是让发明人意外的是，THR和PHRR并不与阻燃剂的量成正比，当100g苯乙烯单体中加入5-8g本发明制备的表面改性微胶囊化阻燃剂是最好的。另外，阻燃剂与石墨烯在聚苯乙烯中的分散程度也能影响CONE测试数据，尤其是通过对比实施例4的数据可以看出来，与阻燃剂和石墨均没有表面改性的对比实施例4相比，添加等量表面改性微胶囊化阻燃剂和表面改性石墨后，实施例1制备的聚苯乙烯树脂THR和PHRR分别降低了30％和32％。说明分散性良好的阻燃剂能降低聚苯乙烯树脂材料燃烧产生的热和燃烧危险性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种难燃型聚苯乙烯树脂，所述聚苯乙烯树脂包括如下质量份数的制备原料：苯乙烯单体100份、表面改性微胶囊化阻燃剂1-12份、表面改性石墨1-4份、引发剂0.1-2份、去离子水100-200份、水系辅料0.2-2份，所述水系辅料包括分散剂0.5-1.5份和乳化剂0.1-0.5份；所述表面改性微胶囊化阻燃剂通过以下方法制备得到：
（1）将金属氢氧化物阻燃剂15-20份搅拌分散至10-15份二(2-乙基己基)磷酸酯中，再加入有机硅阻燃剂10-20份、有机磷阻燃剂5-15份混合均匀，形成混合阻燃剂体系；
（2）向混合阻燃剂体系中缓慢加入密胺树脂预聚体15-25份，搅拌均匀，调节pH为4.0-6.0，升温至70- 80℃，保温搅拌反应1-2小时；
（3）停止搅拌，调节pH为7.0-7.5，降至室温，过滤，洗涤，30-40℃下干燥，得到微胶囊化阻燃剂；
（4）在密闭容器中将足量六甲基二硅氮烷加热汽化，使容器中充满六甲基二硅氮烷蒸汽，将步骤（3）得到的微胶囊化阻燃剂在蒸汽中处理20-24小时，取出后通风干燥，得到表面改性微胶囊化阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的难燃型聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述表面改性石墨通过以下方法制备得到：
将石墨超声分散至无水乙醇中，加入石墨质量2-4倍的硅烷偶联剂，升温至50-60℃反应过夜，离心去除上清，蒸馏水洗涤3-5次，干燥得到表面改性石墨；所述硅烷偶联剂选自3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的难燃型聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述表面改性微胶囊化阻燃剂与表面改性石墨的质量比为2-5:1。
4.根据权利要求3所述的难燃型聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述表面改性微胶囊化阻燃剂加入量为5-8份。
5.根据权利要求1所述的难燃型聚苯乙烯树脂，其特征在于，所述引发剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰叔丁酯中的一种或两种以上的组合；水系辅料包括分散剂和乳化剂，所述分散剂选自活性磷酸钙、碳酸钙、无水硫酸钠中的一种，所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠；所述金属氢氧化物阻燃剂选自：氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或两种的组合；所述有机磷阻燃剂选自：磷酸三苯酯、双酚A双（二苯基磷酸酯）中的一种或两种的组合；有机硅阻燃剂选自：聚硼硅氧烷。
6.一种权利要求1-5任一所述的难燃型聚苯乙烯树脂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）称取一定量的去离子水加入反应釜中，搅拌状态下加入水系辅料，调节pH为7.0-9.0后加入含表面改性石墨的苯乙烯单体，快速搅拌15-20min后加入表面改性微胶囊化阻燃剂和引发剂，升温至80-90℃，恒温反应5-6小时；
（2）待粒子下沉、变硬时停止加热，冷却至室温，出料，过滤，洗涤，30-50℃温度下干燥3-5小时，得到难燃型聚苯乙烯树脂粒子。
7.一种权利要求1-5任一所述的难燃型聚苯乙烯树脂在制备建筑保温材料、室内装饰材料、产品包装材料中的应用。
CN202010560506.3A 2020-06-18 2020-06-18 一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途 Active CN111635471B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010560506.3A CN111635471B (zh) 2020-06-18 2020-06-18 一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010560506.3A CN111635471B (zh) 2020-06-18 2020-06-18 一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111635471A CN111635471A (zh) 2020-09-08
CN111635471B true CN111635471B (zh) 2021-05-25

Family

ID=72325890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010560506.3A Active CN111635471B (zh) 2020-06-18 2020-06-18 一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111635471B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113045336A (zh) * 2021-04-28 2021-06-29 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司 一种含可膨胀石墨的阻燃型eps复合泡沫及其制备方法
CN114621490B (zh) * 2022-04-25 2023-06-23 辽宁丽天新材料有限公司 可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8431792D0 (en) * 1984-12-17 1985-01-30 Sandoz Ltd Organic compounds
CN101891852A (zh) * 2009-05-22 2010-11-24 上海碧虎节能保温材料有限公司 聚苯乙烯/膨胀石墨复合发泡材料的制备
CN103012636B (zh) * 2012-12-10 2014-12-31 常州大学 一种无卤黑料阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法
WO2015026353A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Empire Technology Development Llc Structured endothermic fire-retardant agents
CN103819597B (zh) * 2014-02-19 2016-01-20 哈尔滨工业大学 含石墨烯的可发性聚苯乙烯聚合物的制备方法
CN104804213A (zh) * 2015-05-08 2015-07-29 北京理工大学 原位无卤阻燃可发性聚苯乙烯的制备
CN105504115B (zh) * 2015-12-18 2018-05-18 武汉轻工大学 消除炭黑或石墨在聚苯乙烯保温材料合成中阻聚效应的原位微胶囊方法
CN106220774B (zh) * 2016-08-31 2019-01-22 齐齐哈尔大学 一种聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料的制备方法
CN106543475B (zh) * 2016-10-31 2018-10-19 无锡云亭石墨烯技术有限公司 一种改性石墨烯的制备及其在可发性聚苯乙烯中的应用
CN110804203A (zh) * 2019-11-29 2020-02-18 新疆蓝山屯河新材料有限公司 一种无卤阻燃剂可发性聚苯乙烯颗粒及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111635471A (zh) 2020-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111635471B (zh) 一种难燃型聚苯乙烯树脂及其制备方法和用途
US5508323A (en) Method for imparting fire retardancy to organic resins
KR20170123263A (ko) 난연제, 복합 난연제, 난연성 대전방지 조성물 및 방염 처리 방법
CN106633189B (zh) 一种高效耐水性膨胀阻燃剂及其在聚丙烯中的应用
CN109880248B (zh) 一种甲基八溴醚阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法
HUE035193T2 (hu) Vinil-aromás polimerek és/vagy vinil-aromás kopolimerek koncentrált polimer kompozíciói
CN114773671B (zh) 一种甲基八溴醚微胶囊的喷雾干燥制备方法及其阻燃xps材料
CN106147104A (zh) 一种阻燃不饱和聚酯树脂及其增强改性方法
CN112745570A (zh) 一种聚丙烯无卤阻燃母粒及其制备方法和应用
JP2006316168A (ja) 難燃剤及びそれを含む合成樹脂組成物
CN105133085A (zh) 环保型阻燃聚酯膨体长丝的制备方法
Xu et al. Investigation of novel intumescent flame retardant low‐density polyethylene based on SiO2@ MAPP and double pentaerythritol
CN110564043A (zh) 一种阻燃玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
CN109575190A (zh) 一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及其制备方法
CN105131449A (zh) 一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯
CN118344575A (zh) 一种阻燃型聚乳酸基复合材料的制备方法
CN114437460A (zh) 一种高耐热阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
CN110408134A (zh) 一种复配阻燃剂及其制备方法和应用
CN112126125B (zh) 一种复合型塑料阻燃剂的制备方法
Shu et al. Preparation and properties of bio-based flame retardant polyvinyl alcohol
CN116715920B (zh) 一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料及其制备方法
CN107446368B (zh) 以硅烷改性勃姆石为阻燃剂的木塑复合材料及其制备方法
CN109280259A (zh) 一种分布调控添加有ommt的eva/pa6阻燃复合材料及制备方法
CN116554597A (zh) 一种高灼热丝阻燃聚丙烯材料及其制备方法
CN114031889B (zh) 一种耐高温abs复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant