CN116120676A - 一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C08L25领域，尤其涉及一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料及其制备方法，所述改性料的制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，阻燃剂，填料，润滑剂，抗氧剂。本发明所制备的改性料通过对聚苯乙烯的改性，很大程度的改善了聚苯乙烯强度不高、所制成保温板熟化时间久的问题，通过在常见的磷氮阻燃剂中创造性的加入改性埃洛石纳米管，在空间结构上改善了阻燃剂在聚苯乙烯中的分子排布，不仅可以提高阻燃效果，减少黑烟的生成，还意外的提高了聚苯乙烯的强度。
Description
技术领域
本发明涉及C08L25领域，尤其涉及一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯保温板是经由特殊工艺连续挤出发泡成型的硬质泡沫保温板材，是建筑业界常用的隔热、防潮材料，已被广泛应用于墙体保温，平面混凝土屋顶及钢结构屋顶的保温、低温储藏、地面、泊车平台、机场跑道、高速公路等领域的防潮保温及控制地面膨胀等方面。聚苯乙烯作为保温板的主要材料在实际应用中存在诸多问题，比如强度较差，容易产生开裂现象，保温层出现脱落现象，且易燃，燃烧后产生大量有毒气体，对建筑周围人群存在潜在危险。
中国专利CN103437436B公开了一种环保节能阻燃型挤塑式聚苯乙烯保温板及其制备方法，通过多种成分的复配，使得保温板具有强度高，质量轻，导热系数低、阻燃的特点；中国专利CN114085061 B公开了一种复合阻燃保温板，可有效隔断空气的进入，阻止火势的蔓延，防火安全性能好。但现有技术中仍然缺乏一种强度高、耐用性强且阻燃性好的保温板用母料，以解决苯乙烯强度不高、所制成保温板熟化时间久的问题。
发明内容
本发明的第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，阻燃剂，填料，润滑剂，抗氧剂。
作为一种优选的实施方式，按重量份计，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯80-100份，阻燃剂5-15份，填料20-30份，润滑剂5-10份，抗氧剂1-5份。
传统的聚苯乙烯在制备发泡保温板的过程中存在很多技术问题，比如自身的强度不高，成形后保温板容易开裂，尤其是在北方温差较大的区域，此外，单一的聚苯乙烯制备的保温板还存在质量不够稳定的问题，在出厂前需要经过一段成熟期彻底熟化后才可以使用。针对上述的技术问题，发明人对聚苯乙烯进行改性。
优选的，所述丙烯酸乳液改性聚苯乙烯的制备方法如下：
S1.丙烯酸-聚苯乙烯粒子制备：将聚苯乙烯颗粒投入包衣机中，同时注入丙烯酸乳液，待聚苯乙烯颗粒完全被丙烯酸乳液浸润后，继续投入碳纳米管，包衣机转动5-8分钟后，制得丙烯酸-聚苯乙烯粒子；
S2.将丙烯酸-聚苯乙烯粒子、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、增韧剂投入高速混合机进行混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，制得丙烯酸乳液改性聚苯乙烯。
优选的，所述聚苯乙烯的拉伸强度为400-450kg/cm2，购买自余姚市斯威特塑化有限公司，牌号为GP5250。
优选的，所述丙烯酸乳液的旋转粘度小于1000mPa·S，购买自常州吉隆化工有限公司，货号为6084。
优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为1-2nm，长度为5-30μm，购买自先丰纳米，牌号为XFQ047。
优选的，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构SBS，购买自美国科腾，型号为D1116。
优选的，所述增韧剂为Em500，购买自铨盛国际供应链管理(广东)有限公司。
优选的，所述丙烯酸乳液改性聚苯乙烯的制备方法如下：
S1.丙烯酸-聚苯乙烯粒子制备：按重量份，将30-50份聚苯乙烯颗粒投入包衣机中，同时注入足量丙烯酸乳液，待聚苯乙烯颗粒完全被丙烯酸乳液浸润后，过滤多余的丙烯酸乳液，继续投入5-15份碳纳米管，包衣机转动5-8分钟后，制得丙烯酸-聚苯乙烯粒子；
S2.将30-50份丙烯酸-聚苯乙烯粒子、5-10份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、3-5份增韧剂投入高速混合机进行混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，制得丙烯酸乳液改性聚苯乙烯。
作为一种优选的实施方式，所述阻燃剂包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-卤系阻燃剂、磷-氮系阻燃剂中的至少一种。
优选的，所述阻燃剂包括磷系阻燃剂、氮系阻燃剂。
优选的，所述阻燃剂还包括改性埃洛石纳米管。
优选的，所述磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、改性埃洛石纳米管的重量比为1：(1-5)：(1-3)。
优选的，所述磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、有机磷盐中的至少一种。
优选的，所述磷系阻燃剂为磷酸酯，具体为磷酸三乙酯。
优选的，所述氮系阻燃剂包括三聚氰胺、双氰胺、胍盐中的至少一种。
优选的，所述氮系阻燃剂为三聚氰胺，具体为氰尿酸三聚氰胺，购买自山东力昂新材料科技有限公司，牌号为LA4515。
优选的，所述改性埃洛石纳米管为硅烷偶联剂改性埃洛石纳米管。
为了提高阻燃性能，所述改性埃洛石纳米管的制备方法如下：
按重量份，将10-20份埃洛石纳米管加入到50-60份NaOH(30wt％)水溶液中，超声反应10-20mi n后取出干燥，得碱化埃洛石纳米管；在10-20份碱化埃洛石纳米管中加入10-20份聚乙二醇和1-2份硅烷偶联剂，80-100℃下搅拌反应2-3h，制得硅烷改性埃洛石纳米管。
优选的，所述硅烷偶联剂为道康宁硅烷偶联剂OFS-6040，化学名称为γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷。
作为一种优选的实施方式，所述填料包括蒙脱土、石墨烯、二氧化硅、滑石粉、钛白粉、高岭土中的至少一种。
作为一种优选的实施方式，所述填料的粒径为5-15μm。
优选的，所述填料为二氧化硅，具体为高纯超细二氧化硅，平均粒径(D100)为10μm。
作为一种优选的实施方式，所述润滑剂包括环氧大豆油、氯化石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种。
作为一种优选的实施方式，所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂911、抗氧剂1076中的至少一种。
本发明的第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1.将阻燃剂，填料，润滑剂，抗氧剂按重量份投入搅拌釜搅拌均匀，得到混合料1；
S2.在混合料1中加入丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，得到混合物2，混合物2先加热至180-230℃，后降温至100-130℃，送入挤塑机，挤出成型。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所制备的改性料通过对聚苯乙烯的改性，很大程度的改善了聚苯乙烯强度不高、所制成保温板熟化时间久的问题；
2.本发明通过在常见的磷氮阻燃剂中创造性的加入改性埃洛石纳米管，在空间结构上改善了阻燃剂在聚苯乙烯中的分子排布，不仅可以提高阻燃效果，减少黑烟的生成，还意外的提高了聚苯乙烯的强度；
3.本发明制备工艺简单，可操作性高，具有市场应用前景。
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作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。
实施例1
本实施例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，按重量份计，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯80份，阻燃剂5份，填料20份，润滑剂5份，抗氧剂1份。
丙烯酸乳液改性聚苯乙烯的制备方法如下：
S1.丙烯酸-聚苯乙烯粒子制备：按重量份，将30份聚苯乙烯颗粒投入包衣机中，同时注入足量丙烯酸乳液，待聚苯乙烯颗粒完全被丙烯酸乳液浸润后，过滤多余的丙烯酸乳液，继续投入5份碳纳米管，包衣机转动8分钟后，制得丙烯酸-聚苯乙烯粒子；
S2.将30份丙烯酸-聚苯乙烯粒子、5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、3份增韧剂投入高速混合机进行混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，制得丙烯酸乳液改性聚苯乙烯。
所述聚苯乙烯的拉伸强度为400-450kg/cm2。
所述丙烯酸乳液的旋转粘度小于1000mPa·S。
所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为1-2nm，长度为5-30μm。
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为星型结构SBS。
所述阻燃剂为磷酸三乙酯、氰尿酸三聚氰胺、改性埃洛石纳米管以重量比为1：1：1复配。
所述改性埃洛石纳米管的制备方法如下：
按重量份，将10份埃洛石纳米管加入到50份NaOH(30wt％)水溶液中，超声反应10mi n后取出干燥，得碱化埃洛石纳米管；在10份碱化埃洛石纳米管中加入10份聚乙二醇和1份道康宁硅烷偶联剂OFS-6040，90℃下搅拌反应3h，制得硅烷改性埃洛石纳米管。
所述填料为高纯超细二氧化硅，平均粒径(D100)为10μm。
所述润滑剂为氯化石蜡。
所述抗氧剂为抗氧剂168。
本实施例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1.将阻燃剂，填料，润滑剂，抗氧剂按重量份投入搅拌釜搅拌均匀，得到混合料1；
S2.在混合料1中加入丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，得到混合物2，混合物2先加热至200℃，后降温至120℃，送入挤塑机，挤出成型。
实施例2
本实施例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
按重量份计，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯100份，阻燃剂15份，填料30份，润滑剂10份，抗氧剂5份。
丙烯酸乳液改性聚苯乙烯的制备方法如下：
S1.丙烯酸-聚苯乙烯粒子制备：按重量份，将50份聚苯乙烯颗粒投入包衣机中，同时注入足量丙烯酸乳液，待聚苯乙烯颗粒完全被丙烯酸乳液浸润后，过滤多余的丙烯酸乳液，继续投入15份碳纳米管，包衣机转动8分钟后，制得丙烯酸-聚苯乙烯粒子；
S2.将50份丙烯酸-聚苯乙烯粒子、10份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、5份增韧剂投入高速混合机进行混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，制得丙烯酸乳液改性聚苯乙烯。
所述阻燃剂为磷酸三乙酯、氰尿酸三聚氰胺、改性埃洛石纳米管以重量比为1：5：3复配。
所述改性埃洛石纳米管的制备方法如下：
按重量份，将20份埃洛石纳米管加入到60份NaOH(30wt％)水溶液中，超声反应20mi n后取出干燥，得碱化埃洛石纳米管；在20份碱化埃洛石纳米管中加入20份聚乙二醇和2份道康宁硅烷偶联剂OFS-6040，100℃下搅拌反应3h，制得硅烷改性埃洛石纳米管。
本实施例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
实施例3
本实施例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
按重量份计，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯90份，阻燃剂13份，填料25份，润滑剂8份，抗氧剂3份。
丙烯酸乳液改性聚苯乙烯的制备方法如下：
S1.丙烯酸-聚苯乙烯粒子制备：按重量份，将40份聚苯乙烯颗粒投入包衣机中，同时注入足量丙烯酸乳液，待聚苯乙烯颗粒完全被丙烯酸乳液浸润后，过滤多余的丙烯酸乳液，继续投入10份碳纳米管，包衣机转动8分钟后，制得丙烯酸-聚苯乙烯粒子；
S2.将40份丙烯酸-聚苯乙烯粒子、8份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、4份增韧剂投入高速混合机进行混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，制得丙烯酸乳液改性聚苯乙烯。
所述阻燃剂为磷酸三乙酯、氰尿酸三聚氰胺、改性埃洛石纳米管以重量比为1：3：2复配。
所述改性埃洛石纳米管的制备方法如下：
按重量份，将15份埃洛石纳米管加入到50份NaOH(30wt％)水溶液中，超声反应15mi n后取出干燥，得碱化埃洛石纳米管；在15份碱化埃洛石纳米管中加入15份聚乙二醇和2份道康宁硅烷偶联剂OFS-6040，100℃下搅拌反应2h，制得硅烷改性埃洛石纳米管。
本实施例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
对比例1
本对比例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，具体实施方式同实施例3，不同之处在于，采用聚苯乙烯替代丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，所述聚苯乙烯购买自东莞市富美塑料有限公司，牌号为RG-525B。
本对比例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
对比例2
本对比例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，购买自先丰纳米，牌号为XFS29。
本对比例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
对比例3
本对比例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述阻燃剂为磷酸三乙酯、氰尿酸三聚氰胺以重量比为1：3复配。
本对比例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
对比例4
本对比例第一个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，具体实施方式同实施例3，不同之处在于，采用乙烯基三甲氧基硅烷替代道康宁硅烷偶联剂OFS-6040。
本对比例第二个方面提供了一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
性能测试
将上述实施例和对比例所得到的改性料制备成保温板，厚度为80mm，进行如下性能测试，对于制备方法不进行限定，具体可参考现有技术。
保温性测试：参考GB/T29906-2013测试导热系数。
阻燃性能测试：参考GB 8624-2012测试燃烧速率。
冲击强度测试：参考GB/T 1843-2008。
综上实验数据，由本发明的改性料制备成保温板，实施例3中的导热系数可以达到W/(m·K)，冲击强度可以达到15.3KJ/m2，具有良好的阻燃效果和力学强度。
对比例1中，采用聚苯乙烯替代丙烯酸乳液改性聚苯乙烯后，导热系数和冲击强度均明显下降，未经改性的聚苯乙烯自身的强度不高，成形后保温板容易开裂质量不够稳定。
对比例2中，将多壁碳纳米管调整为单壁碳纳米管后，导热系数和冲击强度均明显下降，单壁碳纳米管在协助增效分散性明显不如多壁碳纳米管。
对比例3-4中，调整了阻燃剂的配方，燃烧速率则显著上升，表明了本发明改性埃洛石纳米管在阻燃剂中的协同增效作用是不可或缺的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，阻燃剂，填料，润滑剂，抗氧剂；
所述丙烯酸乳液改性聚苯乙烯的制备方法如下：
S1.丙烯酸-聚苯乙烯粒子制备：将聚苯乙烯颗粒投入包衣机中，同时注入丙烯酸乳液，待聚苯乙烯颗粒完全被丙烯酸乳液浸润后，继续投入碳纳米管，包衣机转动5-8分钟后，制得丙烯酸-聚苯乙烯粒子；
S2.将丙烯酸-聚苯乙烯粒子、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、增韧剂投入高速混合机进行混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，制得丙烯酸乳液改性聚苯乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，按重量份计，制备原料包括：丙烯酸乳液改性聚苯乙烯80-100份，阻燃剂5-15份，填料20-30份，润滑剂5-10份，抗氧剂1-5份。
3.根据权利要求2所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，
所述丙烯酸乳液的旋转粘度小于1000mPa·S。
4.根据权利要求3所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，所述聚苯乙烯的拉伸强度为400-450kg/cm2。
5.根据权利要求2所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，所述阻燃剂包括所述阻燃剂包括改性埃洛石纳米管,所述改性埃洛石纳米管的制备方法如下：
按重量份，将10-20份埃洛石纳米管加入到50-60份NaOH(30wt％)水溶液中，超声反应10-20min后取出干燥，得碱化埃洛石纳米管；在10-20份碱化埃洛石纳米管中加入10-20份聚乙二醇和1-2份硅烷偶联剂，80-100℃下搅拌反应2-3h，制得硅烷改性埃洛石纳米管。
6.根据权利要求2所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，所述填料包括蒙脱土、石墨烯、二氧化硅、滑石粉、钛白粉、高岭土中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，所述填料的粒径为5-15μm。
8.根据权利要求2所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，所述润滑剂包括环氧大豆油、氯化石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的一种聚苯乙烯保温板用阻燃改性料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂911、抗氧剂1076中的至少一种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的聚苯乙烯保温板用阻燃改性料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1.将阻燃剂，填料，润滑剂，抗氧剂按重量份投入搅拌釜搅拌均匀，得到混合料1；
S2.在混合料1中加入丙烯酸乳液改性聚苯乙烯，得到混合物2，混合物2先加热至180-230℃，后降温至100-130℃，送入挤塑机，挤出成型。
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