CN112011145B - 一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法和应用。该复合材料组分按照重量百分比包括：25%‑60%苯乙烯共聚物，30%‑60%苯乙烯‑丁二烯共聚物，10%‑18%防虫剂，0.5%‑3%阻燃协效剂。该复合材料具有较高的悬臂梁缺口冲击强度，使得苯乙烯类材料在保证透明性的同时具有较好的韧性，并且具有较好的阻燃效果和防虫驱虫效果。

Description

一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于工程塑料领域，特别涉及一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于具有优良的刚性、加工性和表面光泽，苯乙烯系树脂在多种工业领域被广泛应用，如家电、办公室设备和打印机复印机面板等，一般这些场合对材料的阻燃性提出了较高的要求。苯乙烯树脂中可以加入一定量和一定配比的溴系阻燃剂和阻燃协效剂，制备出不同垂直燃烧等级的阻燃材料。但是这类阻燃材料也存在很多缺陷和不足，如气味重、不耐磨、耐热低、耐候性差、冲击强度差等。中国专利CN102372896A公开了一种阻燃苯乙烯系树脂组合物及其制备方法，该组合物包括以下组分及重量份含量：苯乙烯系树脂60-80，冲击改性剂0-10，溴系阻燃剂8-20，阻燃协效剂1-5，含磷化合物0.5-5，水合金属氧化物1-3。该组合物通过添加含磷化合物和水合金属氧化物最大程度的改善组合物的气味，同时材料本身的塑化温度低，热稳定性提高等优势。但是该组合物的悬臂梁缺口冲击强度没有得到改善。

近年来，随着5G无线通信技术的发展，智能家居产品也随之被大量研发和推广应用，各种感应器和探测部件构成智能家居重要组成部分，如监控设备、烟雾报警器、燃气报警器、雨水感应器、人体感应器等。这些感应器在运行过程中有一定程度的发热，会吸引各种昆虫和生物体靠近。而大量聚集的昆虫等会造成感应器失灵，导致智能家居系统无法正常运行。这些设备通常会有大量透明视窗结构，大量昆虫等生物体的聚集必然导致传感和探测信号的偏差甚至丢失。已有专利报道在树脂中加入驱虫剂制备驱虫塑料母粒，例如中国专利CN107722505A公开了一种用于层压成型的韧性片状驱虫塑料母粒及制备方法，该塑料母粒原料包括：载体树脂100重量份、驱虫剂3-15重量份、韧皮纤维20-50重量份、固化剂3-4重量份、无机填料10-25重量份和有机溶剂30-80重量份。该塑料母粒中将驱虫剂融合在载体树脂中，使母粒具有持久长效的驱虫效果。由此可见，在各种感应器和探测部件中加入驱虫剂具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中苯乙烯树脂材料悬臂梁缺口冲击强度较低的缺陷，并且填补现有技术中工程塑料防虫的空白。

本发明提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料，所述复合材料组分按照重量百分比包括：25％-39％苯乙烯共聚物，30％-60％苯乙烯-丁二烯共聚物，10％-18％防虫剂，0.5％-3％阻燃协效剂；所述苯乙烯共聚物为苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物中的至少一种，所述苯乙烯-丁二烯共聚物为重量比3:1-10:1的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBC)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的复配物，所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中丁二烯的重量百分比为20％-35％，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中丁二烯的重量百分比为50％-80％，所述防虫剂为溴代酚类物质，所述防虫剂中溴元素重量百分比为55％-80％，所述阻燃协效剂为液态线形聚硅氧烷及其衍生物中的一种或几种。

所述苯乙烯-丙烯腈共聚物中丙烯腈的重量百分比为15％-25％。

所述苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中甲基丙烯酸甲酯的重量百分比为10％-25％。

所述苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物中丙烯腈的重量百分比为5％-15％，甲基丙烯酸甲酯的重量百分比为5％-15％。

所述溴代酚类物质为溴代酚、溴代酚盐、溴代酚衍生物、溴代酚衍生物盐中的一种或几种。

所述溴代酚包括四溴双酚A、四溴双酚S、三溴苯酚、四溴苯酚、五溴苯酚中的一种或几种。

所述溴代酚衍生物包括甲基三溴苯酚、二甲基三溴苯酚、乙基三溴苯酚、二乙基三溴苯酚、甲基四溴苯酚、乙基四溴苯酚、三溴苄基酚、四溴苄基酚中的一种或几种。

所述溴代酚盐包括溴代酚锂盐、溴代酚钠盐、溴代酚钾盐、溴代酚镁盐、溴代酚铝盐、溴代酚钙盐、溴代酚锌盐中的一种或几种。

所述溴代酚衍生物盐包括溴代酚衍生物锂盐、溴代酚衍生物钠盐、溴代酚衍生物钾盐、溴代酚衍生物镁盐、溴代酚衍生物铝盐、溴代酚衍生物钙盐、溴代酚衍生物锌盐中的一种或几种。

所述液态线形聚硅氧烷包括二甲基硅油、二乙基硅油、甲基苯基硅油、甲氧基硅油、氨基硅油、氟代甲基硅油中的一种或几种。

所述复合材料还包括0.2％-3％助剂。所述助剂是指用于改善复合材料的热稳定性、耐候性、加工性能等性能的添加剂。

所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂、着色剂中的至少一种。

所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂。

所述润滑剂包括酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂和硅酮类润滑剂中的一种或几种。

所述耐候剂包括二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂中的一种或几种。

所述着色剂包括颜料型着色剂、染料型着色剂和其他具有特殊美学效果的着色剂中的一种或几种。

本发明还提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料的制备方法，包括：

将苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、防虫剂和阻燃协效剂混合，然后熔融共混，切粒，得到防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料。

所述混合是在混合机中进行，所述混合转速为1000转/分钟，混合时间为5min。

所述熔融共混是通过同向双螺杆挤出机进行，所述双螺杆挤出机各段温度为180-240℃，螺杆转速为200-800转/分钟。

本发明还提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料在防虫中的应用。例如用于防虫电器设备透明视窗部件。

有益效果

本发明利用两种苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复配，使得悬臂梁缺口冲击强度明显提高，从而使得苯乙烯类材料在保证透明性的同时具有较好的韧性。

本发明将溴代酚类物质加入到苯乙烯材料中，可以赋予材料较好的阻燃效果和防虫驱虫效果。并且溴代酚类物质与硅油类物质协效，表现出更好的阻燃效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明实施例中原料为：

苯乙烯共聚物：苯乙烯-丙烯腈共聚物(Styrene-Acrylonitrile Copolymer，SAN)，DN50，苯领；苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(Styrene-Methyl MethacrylateAcrylic Copolymer，SMMA)，NAS 21，苯领；

苯乙烯-丁二烯共聚物：苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(Styrene Butadiene BlockCopolymer，SBC)，KR03，苯领；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，125，旭化成；

三溴苯酚，青岛天元化工；甲基三溴苯酚，常州化工研究所；三溴苯酚钠，百灵威；

二甲基硅油，新安化工；

助剂：抗氧剂，1010，巴斯夫；润滑剂，EBS，常州可赛；耐候剂，234、770，巴斯夫。

实施例1

本实施例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料，该复合材料组分按照重量百分比包括：39％苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，45％苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，5％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，10％甲基三溴苯酚，0.5％二甲基硅油，0.5％抗氧剂。

上述复合材料的制备方法为：将上述原料在混合机中混合，转速为1000转/分钟，混合时间为5min。然后通过同向双螺杆挤出机进行熔融共混，双螺杆挤出机各段温度为180℃，螺杆转速为200转/分钟，水冷拉条切粒。

实施例2

本实施例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料，该复合材料组分按照重量百分比包括：35％苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，35％苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，10％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，18％三溴苯酚钠，2％添加剂组合(抗氧剂、润滑剂、耐候剂)具体是抗氧剂0.5％、润滑剂0.5％、耐候剂1％。

上述复合材料的制备方法为：将上述原料在混合机中混合，转速为1000转/分钟，混合时间为5min。然后通过同向双螺杆挤出机进行熔融共混，双螺杆挤出机各段温度为200℃，螺杆转速为200转/分钟，水冷拉条切粒。

实施例3

本实施例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料，该复合材料组分按照重量百分比包括：25％苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，45％苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，15％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，8％三溴苯酚，6％甲基三溴苯酚，0.8％二甲基硅油，0.2％润滑剂。

上述复合材料的制备方法为：将上述原料在混合机中混合，转速为1000转/分钟，混合时间为5min。然后通过同向双螺杆挤出机进行熔融共混，双螺杆挤出机各段温度为200℃，螺杆转速为500转/分钟，水冷拉条切粒。

实施例4

本实施例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料，该复合材料组分按照重量百分比包括：16％苯乙烯-丙烯腈共聚物，16％苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，50％苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，5％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，10％三溴苯酚，1％二甲基硅油，2％添加剂组合(润滑剂、耐候剂)具体是润滑剂0.5％、耐候剂1.5％。

上述复合材料的制备方法为：将上述原料在混合机中混合，转速为1000转/分钟，混合时间为5min。然后通过同向双螺杆挤出机进行熔融共混，双螺杆挤出机各段温度为240℃，螺杆转速为800转/分钟，水冷拉条切粒。

实施例5

本实施例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法，根据实施例4，将二甲基硅油的重量百分比修改为3％，不添加添加剂组合，其余均与实施例4相同。

对比例1

本对比例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法，根据实施例1，不添加苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物重量百分比改为50％，其余均与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法，根据实施例1，不添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，将苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物重量百分比改为50％，其余均与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法，根据实施例3，将苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物重量百分比改为40％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物重量百分比改为20％，其余均与实施例3相同。

对比例4

本对比例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法，根据实施例4，将苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物重量百分比改为52％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物重量百分比改为3％，其余均与实施例4相同。

对比例5

根据中国专利CN107722505A，本对比例提供一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料及其制备方法，该复合材料组分按照重量百分比包括：39％苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，45％苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，5％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，10％丙烯菊酯，0.5％二甲基硅油，0.5％抗氧剂。该复合材料的制备方法与实施例1相同。

将实施例1-5和对比例1-5中苯乙烯类复合材料进行性能测试：

(1)臂梁缺口冲击强度按照标准ISO 180方法进行测试；透明度和雾度按照标准ASTM D1003方法进行测试；阻燃性能按照标准UL94方法进行测试。

(2)防虫效果的实验方法：

试验装置：两只尺寸为50cm×50cm×50cm的透明有机玻璃方箱，分别标记为A、B，方箱顶部均留有透气孔，测试时透气孔用防蚊布盖住，方箱左下角均设有放虫孔。方箱之间用一根直径20×100cm的透明有机玻璃管道连接，连接管道两端均设有活动隔板。

试验昆虫：淡色库蚊羽化后未吸血的雌蚊虫。

试验条件：温度26±1℃，湿度65％±10％。

测试方法：将实施例中的圆片(实施例1-5和对比例1-5中复合材料80度烘干，注塑成直径100mm厚度4mm的圆片)分装在圆柱形包装瓶中，打开瓶盖，在室内条件下自然挥发0天、7天、14天、21天、28天后将试样密封备用。用吸蚊管吸取试虫50只，由放虫孔放入A方箱，关闭放虫孔，其中通道活动隔板处于关闭状态，待试虫活动正常后，取1瓶待测试样，拆封后放入A方箱中央，打开通道的活动隔板，计时开始，30分钟后关闭通道活动隔板，记录逃离蚊虫数与击倒蚊虫数，重复测试三次，测试结果取平均值。每次测试后，清洗整个实验装置，然后进行下一个实验。驱避率＝(逃离蚊虫数+击倒蚊虫数)/50×100％。

上述测试结果如表1所示。

表1

由表1可知，本发明实施例1-5采用两种苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复配，对比例1和对比例2分别采用一种苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，本发明实施例1-5复合材料的悬臂梁缺口冲击强度明显高于对比例1、对比例2。同时，对比例3中两种苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复配比值较低，对比例4中两种苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复配比值较高，这两个对比例中复合材料的悬臂梁缺口冲击强度都比较低。由此可见，聚苯乙烯类复合材料只有采用两种苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复配，且复配比值在合适的范围内，才能获得较高的悬臂梁缺口冲击强度。并且，本发明实施例1-5中复合材料采用溴代酚类物质作为防虫剂，其趋避率均可以达到96％以上，比对比例5采用丙烯菊酯的防虫效果好。另外，本发明中阻燃协效剂与溴代酚类物质产生阻燃协效，使阻燃达到了UL94 V-2等级；且复合材料具有良好的透明度，透光率达到65％以上、雾度小于10％。

Claims (7)

1.一种防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料，其特征在于，所述复合材料组分按照重量百分比包括：25％-39％苯乙烯共聚物，30％-60％苯乙烯-丁二烯共聚物，10％-18％防虫剂，0.5％-3％阻燃协效剂；所述苯乙烯共聚物为苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物中的至少一种，所述苯乙烯-丁二烯共聚物为重量比3:1-10:1的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的复配物，所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中丁二烯的重量百分比为20％-35％，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中丁二烯的重量百分比为50％-80％，所述防虫剂为溴代酚类物质，所述防虫剂中溴元素重量百分比为55％-80％，所述阻燃协效剂为液态线形聚硅氧烷及其衍生物中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述溴代酚类物质为溴代酚、溴代酚盐、溴代酚衍生物、溴代酚衍生物盐中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述复合材料，其特征在于，所述溴代酚包括四溴双酚A、四溴双酚S、三溴苯酚、四溴苯酚、五溴苯酚中的一种或几种；溴代酚衍生物包括甲基三溴苯酚、二甲基三溴苯酚、乙基三溴苯酚、二乙基三溴苯酚、甲基四溴苯酚、乙基四溴苯酚、三溴苄基酚、四溴苄基酚中的一种或几种；溴代酚盐包括溴代酚锂盐、溴代酚钠盐、溴代酚钾盐、溴代酚镁盐、溴代酚铝盐、溴代酚钙盐、溴代酚锌盐中的一种或几种；溴代酚衍生物盐包括溴代酚衍生物锂盐、溴代酚衍生物钠盐、溴代酚衍生物钾盐、溴代酚衍生物镁盐、溴代酚衍生物铝盐、溴代酚衍生物钙盐、溴代酚衍生物锌盐中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述液态线形聚硅氧烷包括二甲基硅油、二乙基硅油、甲基苯基硅油、甲氧基硅油、氨基硅油、氟代甲基硅油中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括0.2％-3％助剂；所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂、着色剂中的至少一种。

6.一种如权利要求1所述复合材料的制备方法，包括：

将苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、防虫剂和阻燃协效剂混合，然后熔融共混，切粒，得到防虫透明阻燃苯乙烯类复合材料。

7.一种如权利要求1所述复合材料在防虫中的应用。