CN115160704B - 一种ps光扩散阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PS光扩散阻燃母粒及其制备方法，涉及阻燃母粒技术领域；其中，该PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体、磷酸三丁酯、亚磷酸二乙酯、类水滑石化合物、多孔微球类光扩散剂、抗氧化剂和润滑剂。其制备步骤：步骤一将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，搅拌备用；步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。该PS光扩散阻燃母粒，可用于PS注塑或挤出加工，使得制品获得优异的阻燃性能和光扩散性能。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃母粒技术领域，特别涉及一种PS光扩散阻燃母粒及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步，生活水平的提高，高分子材料尤其合成高分子：如塑料、橡胶等在人们生活中的地位越来越重要，其应用呈现逐年扩大的趋势。但是大多有机高分子材料具有空气中不同程度的易燃的特性，为了实现其在军用、航天、交通、电力及民用等诸多行业的应用，对其进行阻燃改性成为新的课题。比较理想的对塑料阻燃改性方法往往是通过加入阻燃剂或阻燃母粒之类的产品提高塑料的防火性能。
阻燃母粒是当今在塑料及橡胶等树脂中表现最优良的阻燃产品之一，阻燃母粒是在阻燃剂的基础上经过多种阻燃成份的有机结合、改性处理与协效作用，并通过双螺杆或三螺杆挤出机经过混炼、挤出、造粒而制得的一种颗粒状产品。与阻燃剂不同，阻燃母粒具有在树脂中易于添加，清洁卫生，阻燃效率高，添加量小，对树脂的力学性能影响小，添加后不易发生分层、花纹、析出等不良现象，节省人力、物力成本和时间等诸多优点。一般来说阻燃母粒在树脂中的分散性，流动性，与树脂的相容性及热稳定性和耐候性能都大大优于普通阻燃剂，另外配方得当的阻燃母粒其阻燃效率和效能(性价比)也要远优于普通阻燃剂。所以阻燃母粒成为阻燃塑料制品实现防火要求的最佳选择之一，并成为阻燃剂粉料的有效替代品。
市场上以PS(聚苯乙烯)为基底树脂制作的阻燃母粒种类不少，但鲜少有既有光扩散性能又具有阻燃性能的复合功能型阻燃母粒产品。因此，扩充PS光扩散阻燃复合功能母粒的产品种类成为本领域的研究课题。
发明内容
为解决背景技术提到的扩充PS光扩散阻燃复合功能母粒的产品种类，本发明提供的一种光扩散性能和阻燃性能结合的PS光扩散阻燃母粒，可用于PS注塑或挤出加工，使得制品获得优异的阻燃性能和光扩散性能。
具体方案为：
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体20-30份、磷酸三丁酯0.5-1份、亚磷酸二乙酯1-3份、类水滑石化合物0.5-1.5份、多孔微球类光扩散剂1-2份、抗氧化剂0.1-1.2份和润滑剂0.1-0.5份。
在实施上述实施例时，优选地，所述聚苯乙烯树脂基体为挤出级聚苯乙烯树脂。
在实施上述实施例时，优选地，所述磷酸三丁酯和所述亚磷酸二乙酯的重量比为1:2～1:3。
在实施上述实施例时，优选地，所述类水滑石化合物选自水合铝酸碳酸镁、铁类水滑石化合物和铜类水滑石化合物中的至少一种。
在实施上述实施例时，优选地，所述类水滑石化合物为片状纳米级。
在实施上述实施例时，优选地，所述多孔微球类光扩散剂为多孔有机硅微球。
在实施上述实施例时，优选地，所述多孔有机硅微球的孔径分布为1～2μm。
在实施上述实施例时，优选地，所述抗氧化剂为亚磷酸类抗氧剂。
在实施上述实施例时，优选地，所述润滑剂选自脂肪酸类复合物、聚乙烯蜡和甲基硅油中的至少一种。
另一方面，本发明还提供一种上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌200-300rpm，搅拌10-25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200-400RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的PS光扩散阻燃母粒在原料组分中添加磷酸三丁酯与亚磷酸二乙酯，利用磷酸三丁酯与亚磷酸二乙酯复配作为阻燃剂，磷酸三丁酯与亚磷酸二乙酯受热分解不仅可以生成磷酸酯能够覆盖隔绝热氧延缓燃烧，还可以产生水、二氧化碳等不可燃气体，稀释了可燃气体的浓度，从而改善聚材料的阻燃性能。
2、本发明的PS光扩散阻燃母粒在原料组分中添加了多孔微球类光扩散剂，多孔微球类光扩散剂由于多孔的存在，多孔有机硅微球的折射率与聚苯乙烯树脂基体的折射率不同，当光线经过光扩散剂，在多孔以及微球的表面发生多次的折射和反射使光线变得更加的柔和。应用于PS光扩散板时，不仅保留了聚苯乙烯的透光性，当PS光扩散阻燃母粒加入到聚苯乙烯光扩散板后，还可以提高PS光扩散板的雾度，不降低PS光扩散板的透光性。
3、本发明的PS光扩散阻燃母粒在原料组分中添加了类水滑石化合物,利用类水滑石化合物促进聚苯乙烯基体与阻燃组分间的相容性，因为磷酸三丁酯和亚磷酸二乙酯可以附着于类水滑石化合物的层状结构，而类水滑石化合物具有小尺寸效应，能够均匀的分散在聚苯乙烯基体中，以此达到效果。而且，类水滑石化合物且层间含有大量羟基，可以在分子链间以及基体与分子链间形成相互作用力从提高PS制品的力学性能。同时，类水滑石化合物受热分解产生水、二氧化碳等不可燃气体，稀释了可燃气体的浓度，从而改善聚材料的阻燃性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
实施例和对比例的试剂说明如下：
聚苯乙烯树脂基体：GPPS，台塑；
磷酸三丁酯：济南晟宸化工；
亚磷酸二乙酯：CAS762-04-9，济南汇锦川化工；
类水滑石化合物：片状纳米级水合铝酸碳酸镁，CAS 11097-59-9，武汉卡米克；
多孔微球类光扩散剂：多孔有机硅微球,CAS 4656-4682-5555,前海吉圣雅(深圳)科技；
抗氧化剂：抗氧剂168,CAS 31570-04-4,石家庄万臻化工；
润滑剂：甲基硅油,南通玉禾顺茂化工。
需要说明的是，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体20份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、类水滑石化合物1.5份、多孔微球类光扩散剂1份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌200rpm，搅拌25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
实施例2
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体30份、磷酸三丁酯0.5份、亚磷酸二乙酯1份、类水滑石化合物1.5份、多孔微球类光扩散剂2份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌10min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为400RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
实施例3
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体20份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、类水滑石化合物0.5份、多孔微球类光扩散剂1.5份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为300RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
实施例4
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体30份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、类水滑石化合物1.5份、多孔微球类光扩散剂1.8份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为250RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
实施例5
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体20份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、类水滑石化合物1.5份、多孔微球类光扩散1.3份、抗氧化剂0.1份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为350RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
实施例6
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体30份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、类水滑石化合物1.5份、多孔微球类光扩散剂1.6份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.1份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
对比例1
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体30份、类水滑石化合物1.5份、多孔微球类光扩散剂1份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将类水滑石化合物、多孔微球类光扩散剂以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
对比例2
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体30份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、多孔微球类光扩散剂1份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
多孔微球类光扩散剂的孔径分布为1.6μm；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌10min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
对比例3
一种PS光扩散阻燃母粒，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体30份、磷酸三丁酯1份、亚磷酸二乙酯3份、类水滑石化合物1.5份、抗氧化剂1.2份和润滑剂0.5份。
所述类水滑石化合物为片状纳米级；
上述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌300rpm，搅拌25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
将实施例1-6和对比例1-3分别进行阻燃测试和光扩散效果测试，并设计空白组聚苯乙烯树脂进行对比。
阻燃测试：将各实验组的材料按2％质量投入到98％质量的PS进行注塑样条，参照UL-94标准测试阻燃等级。
光扩散测试：将各实验组的材料按2％质量投入到98％质量的PS进行注塑样条，测试样条透光率和雾度值。
其测试结果如下表所示：
根据上表的测试结果，阻燃测试中，实施例1-6的阻燃等级可以达到V-0级，而空白组PS样条阻燃等级为HB，无阻燃效果，证明本发明的PS光扩散阻燃母粒具有阻燃效果；对比例1的组分中缺少磷酸三丁酯和亚磷酸二乙酯阻燃组分，其阻燃测试结果为V-2，阻燃效果较差，但因为组分中含有类水滑石化合物，具有一定的阻燃性能，阻燃效果较空白组稍好；对比例2的组分缺少类水滑石化合物，阻燃组分的分散效果略差，阻燃测试结果为V-1。
光扩散测试中，从实施例1-6的透光率和雾度值与空白例的对比，可清楚地发现PS光扩散阻燃母粒可以基本保持PS样条的透光率，并提高其雾度，从而解决了目前市面上光扩散剂只能实现高雾度却很难实现高透过率，雾度与透过率不能达到平衡的问题；通过对比例3的比较可发现PS光扩散阻燃母粒中起到提升光扩散效果作用的是多孔微球类光扩散剂。
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 (5)
1.一种PS光扩散阻燃母粒，其特征在于，以重量份数计，其原料组成包括:聚苯乙烯树脂基体20-30份、磷酸三丁酯0.5-1份、亚磷酸二乙酯1-3份、类水滑石化合物0.5-1.5份、多孔微球类光扩散剂1-2份、抗氧化剂0.1-1.2份和润滑剂0.1-0.5份；所述多孔微球类光扩散剂为多孔有机硅微球；所述类水滑石化合物为片状纳米级水合铝酸碳酸镁；所述多孔有机硅微球的孔径为1～2μm；所述磷酸三丁酯和所述亚磷酸二乙酯的重量比为1:2～1:3。
2.根据权利要求1所述的PS光扩散阻燃母粒，其特征在于，所述聚苯乙烯树脂基体为挤出级聚苯乙烯树脂。
3.根据权利要求1所述的PS光扩散阻燃母粒，其特征在于，所述抗氧化剂为亚磷酸类抗氧剂。
4.根据权利要求1所述的PS光扩散阻燃母粒，其特征在于，所述润滑剂选自脂肪酸类复合物、聚乙烯蜡和甲基硅油中的至少一种。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的PS光扩散阻燃母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将类水滑石化合物和多孔微球类光扩散剂添加至磷酸三丁酯/亚磷酸二乙酯的混合液中，磁力搅拌200-300rpm，搅拌10-25min，备用；
步骤二、将聚苯乙烯树脂从挤出机的主喂料口投入，将步骤一获得的混合液以及抗氧化剂和润滑剂从挤出机的侧投料口投入，螺杆转速为200-400RPM，料筒温度为180-200℃，机头温度为 190-200℃，螺杆温度为180-190℃，挤出切粒，获得PS光扩散阻燃母粒。
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