CN112831132B - 一种用于xps发泡保温板的阻燃色母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。本发明公开的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，是由以下重量份数的原料组成：聚苯乙烯载体20‑70份、EAA‑EBS复合分散剂3‑20份、着色剂0‑60份、复合阻燃剂10‑40份、润滑剂2‑5份，所述聚苯乙烯载体为硅藻土改性聚苯乙烯复合材料。本发明提供的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒具有良好的着色性能和阻燃性，色母粒各组分间具有优异的相容性和分散性，该色母粒的颜色均匀，该色母粒与XPS发泡保温板之间有较好的相容性，在保证其颜色均匀和阻燃性好的同时，提高了XPS发泡保温板的力学性能。

Description

一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒及其制备方法。
背景技术
XPS保温板就是挤塑式聚苯乙烯隔热保温板，它是以聚苯乙烯树脂原料加上其它的原辅料与聚合物通过加热，混合同时注入催化剂，然后挤出、压出成型，而制造的硬质泡沫塑料板。XPS具完美的闭孔蜂窝结构，这种结构让XPS保温、隔热、高强度、抗压、憎水、防潮，质地轻，使用方便，稳定性、防腐性好，产品环保，极低的吸水性的优点，广泛用于建筑物、屋面保温、墙体保温、地面保温等。随着人们对生活水平的提高，对保温板的外观要求也越来越高，而现有保温板的颜色是载体的本色，一般是在保温板的涂上一层涂料来满足人们对保温板外观色彩的追求，但涂料使用一段时间后易褪色，维护麻烦；且现有的XPS材料不具备阻燃防火性能。
现有的塑胶制品在制备过程中，通常通过添加色母粒来进行着色，而随着色母粒的不断发展，色母粒不仅可添加色彩，还能提高材料的一些特殊性能，如阻燃性、抗静电性、耐候性、耐老化性等。色母粒分为通用色母粒和专用色母粒，通用色母粒可适用于除其载体树脂之外的其它树脂，但其着色效果的预见性差，影响塑料制品的强度、韧性，且所需颜料要求高，致使成本也较高；而专用色母粒是选用相同或相容性好的载体作为用户指定塑料制品中，虽然使用范围较小，但与塑料制品中本色树脂有很好的相容性，着色均匀，稳定，并能提高塑料制品的质量，因此，目前一般选用专用色母粒用于塑料制品中对色彩和性能方面进行改进。由此可见，有必要开发一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，满足人们对外观和阻燃性能的需求，并且能保证XPS发泡保温板制件的力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，该色母粒各组分间具有优异的相容性和分散性，该色母粒的颜色均匀，具有良好的着色性能和阻燃性，该色母粒与XPS发泡保温板之间有较好的相容性，在保证其颜色均匀和阻燃性好的同时，提高了XPS发泡保温板的力学性能。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，所述阻燃色母粒是由以下重量份数的原料组成：聚苯乙烯载体20-70份、EAA-EBS复合分散剂3-20份、着色剂0-60份、复合阻燃剂10-40份、润滑剂2-5份；
所述聚苯乙烯载体为硅藻土改性聚苯乙烯复合材料；
所述着色剂为有机颜料或无机颜料；当着色剂为有机颜料时，有机颜料的粒径不大于0.1μm，分散剂的用量为12-20份；当着色剂为无机颜料时，无机颜料的粒径不大于0.5μm，分散剂的用量为3-15份。
进一步的，所述聚苯乙烯载体的制备方法具体包括以下步骤：
S1.硅藻土预处理：将硅藻土置于球磨机中进行研磨，研磨至粒径小于10μm，然后将研磨后的硅藻土加入至质量分数为60％盐酸，在80-90℃温度下搅拌2-4h，进行过滤、洗涤、干燥，得到预处理的硅藻土；
S2.将上述预处理后的硅藻土置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入质量比为3:1的异丙醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201),升温至100℃继续搅拌15-30min，得到改性硅藻土；
S3.将聚苯乙烯置于高速搅拌机中，然后加入甲基丙烯酸羟乙酯搅拌均匀，再加入上述改性硅藻土，升温至50-60℃，搅拌30min，取出，置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得聚苯乙烯载体。
进一步的，所述预处理的硅藻土与钛酸酯偶联剂NDZ-201的质量比为(8-15):1，所述聚苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯与改性硅藻土的质量比为(6-8):0.4：(2-5)。
进一步的，所述EAA-EBS复合分散剂是由乙烯丙烯酸共聚物蜡和乙撑双硬脂酰胺复合而成，所述乙烯丙烯酸共聚物蜡和乙撑双硬脂酰胺的质量比为(1.5-2.7):1。
进一步的，所述复合阻燃剂的制备方法具体包括以下步骤：将质量比为2:1的PEG和尿素加入到二氯甲烷中，升温至80-100℃，搅拌30min，再加入次磷酸铝，反应2h，冷却，经过滤后用去离子水清洗，干燥、粉碎，制得复合阻燃剂。
进一步的，所述PEG与次磷酸铝的质量比为2：(0.5-1.5)，所述PEG与二氯甲烷的质量比为1：(2.5-3)。
进一步的，所述润滑剂为滑石粉。
一种如上述所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按重量份数称取所需的原料，将聚苯乙烯载体和着色剂加入到混料器中，高速搅拌5-8min，搅拌速率为260-350r/min，升温至50-60℃，加入复合阻燃剂和EAA-EBS复合分散剂，高速搅拌30min，搅拌速率为300-360r/min，得到混合物；
(2)将上述混合物和润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，螺杆转速为100-300r/min，进行挤出造粒，获得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明采用硅藻土改性聚苯乙烯复合材料作为色母粒载体，其对硅藻土进行先研磨再酸处理，除去硅藻土微孔中的杂质，得到SiO2含量94％以上的高精度硅藻土，增加硅藻土的孔隙率，提高了硅藻土的比表面积和吸附性；然后对预处理的硅藻土采用稀释的钛酸偶联剂进行表面改性，增大其表面活性，提高了其与聚苯乙烯界面结合力，使其能与聚苯乙烯更好的相容，同时提高了聚苯乙烯载体的比表面积和吸附性，使颜料能与聚苯乙烯载体更好的相容，提高了聚苯乙烯载体的着色性，从而使颜料不易从色母粒中析出。聚苯乙烯通过硅藻土的改性，提高了聚苯乙烯载体的力学强度和韧性，进一步提高了本发明色母粒塑料制品(XPS发泡保温板)的力学性能和韧性。
2、本发明的分散剂是由乙烯丙烯酸共聚物蜡(EAA蜡)和乙撑双硬脂酰胺(EBS)复合而成，EAA蜡是改性蜡，由于极性基团和分子间作用力，其与本发明的聚苯乙烯载体之间既有很好的相容性，提高了颜料在聚苯乙烯载体中的分散性，着色力提高；EBS是一种含有极性基团和非极性基团的分散剂，其对有机颜料或无机颜料均有优良的分散剂，对聚苯乙烯载体有良好的着色力。本发明将EAA蜡与EBS经过一定比例进行复配，产生很好的分散协同效果，大幅度提高了颜料在色母粒中的分散性，使着色力提高明显，并一定程度上提高了色母粒强度，从而进一步保证了色母粒塑料制品(XPS发泡保温板)的颜色均一，增加了色母粒与XPS发泡保温板间的相容性，提高了XPS发泡保温板的力学性能。
3、本发明的PEG和尿素在二氯甲烷的作用下与次磷酸铝(ALHP)反应生成的复合阻燃剂，其具有优异的阻燃性，该复合阻燃剂比单一组分或两者复配制成的阻燃剂具有更优的阻燃效果，并且可提高阻燃剂与色母粒中其它组分的相容性，保证色母粒的力学性能不受影响，该复合阻燃剂应用在本发明中，可使本发明色母粒的阻燃级别达到V-0级，并使色母粒应用的XPS发泡保温板的阻燃级别最优可达到V-0级。
4、本发明的EAA-EBS复合分散剂还具有优异的润滑性，可与滑石粉相互协同作用，提高了色母粒的加工性能，保证色母粒的品质，进一步提高了XPS发泡保温板的加工性能，保证塑料制品的品质。
5、本发明采用硅藻土改性聚苯乙烯作为色母粒载体，通过加入EAA-EBS复合分散剂、着色剂、复合阻燃剂等进行改性，制得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，该色母粒加入到XPS发泡材料中制备保温板，可生产多色彩保温板，丰富保温板外观，不会褪色，维护方便，并提高了XPS发泡保温板的使用寿命。本发明中复合阻燃剂大大提高了色母粒的阻燃性，从而使XPS发泡保温板具有阻燃防火功能，提高了建筑材料的防火性能，能确保火灾时人们安全撤离，并保护人们免受蔓延火势的侵袭。
具体实施方式
下面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一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明使用的钛酸酯偶联剂NDZ-201是异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，是由昆山晟安生物科技限公司生产，其型号为D1UL。
本发明使用着色剂为有机颜料或无机颜料，其中有机颜料粒径不大于0.1μm，无机颜料的粒径不大于0.5μm。下面实施例中使用的有机颜料为科莱恩颜料宝红L4B01，无机颜料为巴斯夫BASF Sicotan K1010 FG无机颜料。
下面结合具体实施例对本发明的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒予以说明。
实施例1
一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法：将45份聚苯乙烯载体和32份宝红L4B01加入到混料器中，以320r/min的搅拌速率搅拌6min，然后升温至50℃，加入32份复合阻燃剂和16.3份EAA-EBS复合分散剂，以320r/min的速率搅拌30min，得到混合物；将混合物和3.6份滑石粉混合均匀，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，螺杆转速设置为250r/min，进行挤出造粒，制得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
上述聚苯乙烯载体为硅藻土改性聚苯乙烯复合材料，其制备方法为具体包括以下步骤：
S1.将硅藻土置于球磨机中进行研磨，研磨至粒径小于10μm，然后将研磨后的硅藻土加入至质量分数为60％盐酸，在90℃温度下搅拌3h，进行过滤、洗涤、干燥，得到预处理的硅藻土。
S2.将上述预处理后的硅藻土120份置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入混合后的30份异丙醇和10份钛酸酯偶联剂NDZ-201混合物,升温至100℃继续搅拌30min，得到改性硅藻土。
S3.将70份聚苯乙烯置于高速搅拌机中，然后加入4份甲基丙烯酸羟乙酯搅拌均匀，再加入上述35份改性硅藻土，升温至60℃，搅拌30min，取出，置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得聚苯乙烯载体。
上述EAA-EBS复合分散剂是由质量比为2.2:1的EAA蜡和EBS复合而成。
上述复合阻燃剂的制备方法为：将20份PEG和10份尿素加入到60份二氯甲烷中，升温至100℃，搅拌30min，再加入12份次磷酸铝，反应2h，冷却，经过滤后用去离子水清洗，干燥、粉碎，制得复合阻燃剂。
将本实施例制得的阻燃色母粒以质量比为1：25加入到XPS发泡保温板的基材中，制得的XPS发泡保温板的阻燃等级为V-1。
实施例2
一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法：将60份聚苯乙烯载体和26份K1010 FG加入到混料器中，以260r/min的搅拌速率搅拌8min，然后升温至60℃，加入18份复合阻燃剂和8.5份EAA-EBS复合分散剂，以360r/min的速率搅拌30min，得到混合物；将混合物和2份滑石粉混合均匀，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，螺杆转速设置为300r/min，进行挤出造粒，制得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
上述聚苯乙烯载体的制备方法与实施例1中的相同，不同的是，本实施例中预处理后的硅藻土为80份，聚苯乙烯为80份，改性硅藻土为50份。
上述EAA-EBS复合分散剂是由质量比为1.5:1的EAA蜡和EBS复合而成。
上述复合阻燃剂的制备方法为：将20份PEG和10份尿素加入到50份二氯甲烷中，升温至80℃，搅拌30min，再加入5份次磷酸铝，反应2h，冷却，经过滤后用去离子水清洗，干燥、粉碎，制得复合阻燃剂。
将本实施例制得的阻燃色母粒以质量比为1：25加入到XPS发泡保温板的基材中，制得的XPS发泡保温板的阻燃等级为V-1。
实施例3
一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法：将40份聚苯乙烯载体加入到混料器中，升温至50℃，加入40份复合阻燃剂和12份EAA-EBS复合分散剂，以360r/min的速率搅拌30min，得到混合物；将混合物和3份滑石粉混合均匀，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，螺杆转速设置为300r/min，进行挤出造粒，制得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
上述聚苯乙烯载体的制备方法与实施例1中的相同，不同的是，本实施例中预处理后的硅藻土为150份，聚苯乙烯为60份，改性硅藻土为20份。
上述EAA-EBS复合分散剂是由质量比为2.7:1的EAA蜡和EBS复合而成。
上述复合阻燃剂的制备方法为：将20份PEG和10份尿素加入到52份二氯甲烷中，升温至100℃，搅拌30min，再加入15份次磷酸铝，反应2h，冷却，经过滤后用去离子水清洗，干燥、粉碎，制得复合阻燃剂。
将本实施例制得的阻燃色母粒以质量比为1：25加入到XPS发泡保温板的基材中，制得的XPS发泡保温板的阻燃等级为V-0。
实施例4
一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法：将20份聚苯乙烯载体和12份宝红L4B01加入到混料器中，以350r/min的搅拌速率搅拌5min，然后升温至60℃，加入10份复合阻燃剂和12份EAA-EBS复合分散剂，以360r/min的速率搅拌30min，得到混合物；将混合物和3份滑石粉混合均匀，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，螺杆转速设置为300r/min，进行挤出造粒，制得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
上述聚苯乙烯载体的制备方法与实施例1中的相同，不同的是，本实施例中预处理后的硅藻土为110份，聚苯乙烯为60份，改性硅藻土为30份。
上述EAA-EBS复合分散剂是由质量比为2:1的EAA蜡和EBS复合而成。
上述复合阻燃剂的制备方法为：将20份PEG和10份尿素加入到55份二氯甲烷中，升温至80℃，搅拌30min，再加入30份次磷酸铝，反应2h，冷却，经过滤后用去离子水清洗，干燥、粉碎，制得复合阻燃剂。
将本实施例制得的阻燃色母粒以质量比为1：25加入到XPS发泡保温板的基材中，制得的XPS发泡保温板的阻燃等级为V-1。
实施例5
一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法：将80份聚苯乙烯载体和60份K1010 FG加入到混料器中，以350r/min的搅拌速率搅拌8min，然后升温至60℃，加入40份复合阻燃剂和15份EAA-EBS复合分散剂，以360r/min的速率搅拌30min，得到混合物；将混合物和2份滑石粉混合均匀，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，螺杆转速设置为300r/min，进行挤出造粒，制得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
本实施例的聚苯乙烯载体、EAA-EBS复合分散剂和复合阻燃剂的组分和制备方法与实施例1中相同，具体参照实施例1。
将本实施例制得的阻燃色母粒以质量比为1：25加入到XPS发泡保温板的基材中，制得的XPS发泡保温板的阻燃等级为V-0。
值得注意的是，本发明的阻燃色母粒添加到XPS发泡保温板的塑料树脂中时，阻燃色母粒的添加量是依据XPS发泡保温板的颜色需求和阻燃性能而定的。
对比例1
一种用于XPS发泡保温板的色母粒，其组成、原料和制备方法均与实施例1中相同，唯一不同的是，本对比例中未加入硅藻土。
对比例2
一种用于XPS发泡保温板的色母粒，其组成、原料和制备方法均与实施例1中相同，唯一不同的是，本对比例中阻燃剂为次磷酸铝。
对比例3
一种用于XPS发泡保温板的色母粒，其组成、原料和制备方法均与实施例1中相同，唯一不同的是，本对比例中的分散剂为EBS。
将上述实施例1-5与对比例1-3制备的色母粒进行力学性能测试，其检测结果如下表1所示。
表1色母粒力学性能检测结果表
拉伸强度MPa 断裂伸长率％ 弯曲强度MPa 冲击强度kJ.m<sup>-2</sup>
实施例1 41.7 25.6 54.8 22.5
实施例2 45.4 24.0 55.2 26.4
实施例3 40.1 28.4 52.3 21.9
实施例4 39.8 29.3 48.6 20.3
实施例5 43.9 24.7 55.8 23.6
对比例1 32.6 22.9 45.3 18.4
对比例2 40.6 26.1 53.4 22.4
对比例3 35.7 23.2 47.2 20.3
从表1的检测结果可以看出，本发明的聚苯乙烯通过硅藻土的改性，一定程度上提高其力学性能，并且EAA-EBS复合分散剂的加入，能提高色母粒各组分间的分散性，对色母粒的力学性能一定的提升。
将上述实施例1-5与对比例1-3制备的色母粒进行着色效果和阻燃性测试，其检测结果如下表2所示。
表2色母粒着色效果和阻燃性检测结果表
Figure BDA0002924723650000101
Figure BDA0002924723650000111
根据以上表2的对比试验结果，可以看出，本发明加入复合阻燃剂后，明显提高了色母粒的阻燃性能；硅藻土和EAA-EBS复合分散剂的加入，均提高了颜料的分散性，是色母粒的颜色均匀，提高了色母粒的着色性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，其特征在于，所述阻燃色母粒是由以下重量份数的原料组成：聚苯乙烯载体20-70份、EAA-EBS复合分散剂3-20份、着色剂0-60份、复合阻燃剂10-40份、润滑剂2-5份；
所述聚苯乙烯载体为硅藻土改性聚苯乙烯复合材料；
所述着色剂为有机颜料或无机颜料；当着色剂为有机颜料时，有机颜料的粒径不大于0.1μm，分散剂的用量为12-20份；当着色剂为无机颜料时，无机颜料的粒径不大于0.5μm，分散剂的用量为3-15份；
所述聚苯乙烯载体的制备方法具体包括以下步骤：
S1.硅藻土预处理：将硅藻土置于球磨机中进行研磨，研磨至粒径小于10μm，然后将研磨后的硅藻土加入至质量分数为60%盐酸，在80-90℃温度下搅拌2-4h，进行过滤、洗涤、干燥，得到预处理的硅藻土；
S2.将上述预处理后的硅藻土置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入质量比为3:1的异丙醇和钛酸酯偶联剂NDZ-201,升温至100℃继续搅拌15-30min，得到改性硅藻土；
S3.将聚苯乙烯置于高速搅拌机中，然后加入甲基丙烯酸羟乙酯搅拌均匀，再加入上述改性硅藻土，升温至50-60℃，搅拌30min，取出，置于双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得聚苯乙烯载体。
2.根据权利要求1所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，其特征在于，所述预处理的硅藻土与钛酸酯偶联剂NDZ-201的质量比为（8-15）:1，所述聚苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯与改性硅藻土的质量比为（6-8）:0.4：（2-5）。
3.根据权利要求1所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，其特征在于，所述EAA -EBS复合分散剂是由乙烯丙烯酸共聚物蜡和乙撑双硬脂酰胺复合而成，所述乙烯丙烯酸共聚物蜡和乙撑双硬脂酰胺的质量比为（1.5-2.7）:1。
4.根据权利要求1所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，其特征在于，所述复合阻燃剂的制备方法具体包括以下步骤：将质量比为2:1的PEG和尿素加入到二氯甲烷中，升温至80-100℃，搅拌30min，再加入次磷酸铝，反应2h，冷却，经过滤后用去离子水清洗，干燥、粉碎，制得复合阻燃剂。
5.根据权利要求4所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，其特征在于，所述PEG与次磷酸铝的质量比为2：（0.5-1.5），所述PEG与二氯甲烷的质量比为1：（2.5-3）。
6.根据权利要求1所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒，其特征在于，所述润滑剂为滑石粉。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）按重量份数称取所需的原料，将聚苯乙烯载体和着色剂加入到混料器中，高速搅拌5-8min，搅拌速率为260-350r/min，升温至50-60℃，加入复合阻燃剂和EAA-EBS复合分散剂，高速搅拌30min，搅拌速率为300-360r/min，得到混合物；
（2）将上述混合物和润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，进行挤出造粒，获得用于XPS发泡保温板的阻燃色母粒。
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