專利名稱:一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料及其制備方法
技術領域:
本發(fā)明屬于有機/無機復合材料領域,涉及一種無鹵黑料阻燃苯乙烯復合材料的制備方法。
背景技術:
近年來,在建筑材料領域內(nèi),節(jié)能、環(huán)保問題引起人們越來越多地關注。聚苯乙烯(PS)泡沫塑料,作為絕熱保溫材料的一種,可以通過減少冷熱區(qū)域之間的熱流從而防止能源損耗,充分的顯示出了其節(jié)能方面的優(yōu)勢 。從環(huán)保角度上來講,它是眾多泡沫塑料中唯一一種可不用氟利昂發(fā)泡的泡沫塑料,而可用相對環(huán)保的飽和碳氫化合物(如戊烷)、二氧化碳或水作為發(fā)泡劑發(fā)泡,從而不會引發(fā)環(huán)境污染問題。另外,PS泡沫塑料易于溶解,粉碎,可以回收再造,也進一步減少了浪費。因此,PS泡沫塑料在建筑領域內(nèi)的使用已經(jīng)呈現(xiàn)出與日俱增的趨勢,在屋項、墻壁、地窖、管道等建筑構件中都得到了廣泛的應用。聚苯乙烯(PS)泡沫塑料的易燃性及燃燒時釋放大量煙霧,限制了其作為保溫材料的應用范圍。賦予PS泡沫塑料一定的阻燃性,是解決此問題的關鍵。由于環(huán)保原因,聚苯乙烯塑料中鹵素的使用應該減少。無鹵阻燃是阻燃領域的一種發(fā)展趨勢,
發(fā)明內(nèi)容
針對國內(nèi)現(xiàn)有技術的不足,本發(fā)明的目的是提供一種無鹵阻燃苯乙烯黑料的制備方法。該復合材料可以加工成防火等級為B和C的無鹵高阻燃型發(fā)泡板材。本發(fā)明具體可以通過以下技術解決方案實現(xiàn)
本發(fā)明一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料,由以下質量分數(shù)的原料制成
苯乙烯100份、
可膨脹石墨10-20份、
過氧化苯甲酰O. 8-1. 2份、
引發(fā)劑O. 3-0. 5份、
羥基磷酸鈣1. 2-2. O份、
明膠1.5-2. 5份、
十二烷基苯磺酸鈉O. 004-0. 012份、
聚苯乙烯5-20份、
聚乙烯蠟O. 2-0. 4份。本發(fā)明中天然鱗片狀石墨由很多層狀納米片組成,具有典型的層狀結構,由于石墨的特殊物理性質,易團聚很難在聚合物基體中均勻分散,不僅影響了聚合物的力學性能,同時使石墨的優(yōu)越性能難以發(fā)揮,從而,大大限制了其應用范圍。同時,石墨表面具有一定的苯醌和醌式阻聚基團,對聚合反應有一定的阻聚效應.這就要求,在反應之前,對石墨進行表面處理,使石墨在苯乙烯單體中有良好的分散性,最終得到石墨/聚苯乙烯顆粒。可膨脹石墨尺寸50-500目,優(yōu)選200-400目??膳蛎浭砑恿繛楸揭蚁﹩误w質量的5_50%,優(yōu)選 5-20%ο其中可膨脹石墨的處理方法按照下述步驟進行
(I) 100份可膨脹石墨,加10份NaOH,90份去離子水,煮沸30min后,用去離子水洗至中性。(2)往上述可膨脹石墨中加10份HNO3, 90份去離子水,煮沸30min后,用去離子水洗至中性。(3)往上述可膨脹石墨中加10份無水乙醇,I份去離子水,O. 5份硅烷偶聯(lián)劑KH550,在 90°C下煮沸 30min。·(4)放入烘箱,烘干備用。所用引發(fā)劑為過氧化物,有過氧化二異丙苯,過氧化苯甲酸叔丁基酯,過氧化二苯甲酰中的一種或幾種組合,引發(fā)劑用量為苯乙烯單體重量的O. 9-1. 5%。懸浮聚合常用的分散劑有,有機類的聚乙烯基吡咯烷酮、羥丙基纖維素、聚丙烯酸、聚乙二醇、明膠,無機類的十二烷基苯磺酸鈉、羥基磷酸鈣、磷酸三鈣、硫酸鎂和磷酸鈉。制備上述無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒的方法,按照以下步驟進行
(I)制備懸浮聚合體系反應釜中加100份去離子水,依次加入1. 2-2. O份羥基磷酸鈣、1.5-2. 5份明膠、O. 004-0. 012份十二烷基苯磺酸鈉,攪拌均勻。再取40-60份苯乙烯,加入O. 4-0. 6份過氧化苯甲酰、O. 1-0. 3份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,倒入上述懸浮液中,升溫至90°C,在300轉/分轉速下攪拌,進行懸浮聚合。(2)制備預聚體系取剩余部份苯乙烯,加入5-20份聚苯乙烯,O. 2-0. 4份聚乙烯蠟,10-20份200-500目處理可膨脹石墨攪拌均勻,然后加入O. 4-0. 6份過氧化苯甲酰、O. 2-0. 4份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,升溫至85°C進行預聚,預聚一段時間后,得到苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。(3)懸浮聚合體系聚合IOOmin后,往懸浮液中倒入上述制備好的苯乙烯/可膨脹石墨預聚體;均勻混合,恒溫4小時懸浮聚合后,得到具有一定大小分布的聚苯乙烯顆粒。(4)最后,濾去水分,用去離子水清洗干凈,得到無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒。該方法,開始苯乙烯單體一分為二,其中懸浮聚合體系中,苯乙烯含量占苯乙烯總重量占40-60%。該方法,開始苯乙烯單體一分為二,其中預聚體系中,苯乙烯含量占苯乙烯總重量占40-60%。預聚溫度80-90°C,預聚時間為40min-70min。該方法,懸浮體系和預聚體系各自聚合一段時間后,向苯乙烯懸浮聚合體系中加入另一部分苯乙烯/可膨脹石墨預聚體的時間為懸浮體系聚合90min-150min后。該復合顆粒是在水相中懸浮聚合得到的,體系中水相的重量占50-70%。本方法采用的懸浮劑為無機/有機復合體系,所用原料為上述懸浮劑的一種或幾種的組合,用量為苯乙烯單體質量的O. 01-2. 5%。采用上述方法,具有以下優(yōu)點
由于石墨有很強的位阻作用,隨著石墨用量的增加,對苯乙烯懸浮聚合產(chǎn)生不利影響。通常采用的一步法,最高可使膨脹石墨的添加量可以做到5-10%。而通過采用本方法,可使膨脹石墨的添加量增加到10-20%。本方法先對反應的苯乙烯單體一分為二,分成兩個體系進行聚合,同時向預聚體系中添加聚苯乙烯,以提高預聚體系中苯乙烯的粘度,使可膨脹石墨在苯乙烯中能夠得到極好的分散。同時針對不同體系,添加不同量的引發(fā)劑,使各自體系在前期都能得到很好的聚合。最后又將兩個體系合二為一,進行懸浮聚合,制得,粒徑分布集中,阻燃性能優(yōu)異的苯乙烯顆粒。
圖1為10%可膨脹石墨的聚苯乙烯顆粒;
圖2為15%可膨脹石墨的聚苯乙烯顆粒;
圖3為20%可膨脹石墨的聚苯乙烯顆粒。
具體實施方式
以下結合實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明(其中所有的份數(shù)如無特別標注,皆為質量份數(shù))。其中實施例中可膨脹石墨的處理方法,按照下述步驟進行
(I) 100份可膨脹石墨,加10份NaOH,90份去離子水,煮沸30min后,用去離子水洗至中性。(2)往上述可膨脹石墨中加10份HNO3, 90份去離子水,煮沸30min后,用去離子水洗至中性。(3)往上述可膨脹石墨中加10份無水乙醇,I份去離子水,O. 5份硅烷偶聯(lián)劑KH550,在 90°C下煮沸 30min。(4)放入烘箱,烘干備用。實施例1
苯乙烯100份、200目處理可膨脹石墨10份、過氧化苯甲酰O. 8份、過氧化二異丙苯O. 3份、羥基磷酸鈣1. 2份、明膠1. 5份、十二烷基苯磺酸鈉O. 004份、聚苯乙烯5份、聚乙烯蠟O. 3份
制備上述無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒的方法,包括以下步驟
(I)制備懸浮聚合體系。反應釜中加100份去離子水,依次加入1. 2份羥基磷酸鈣、1. 5份明膠、O. 004份十二烷基苯磺酸鈉,攪拌均勻。再取50份苯乙烯,加入O. 4份過氧化苯甲酰、O. 2份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,倒入上述懸浮液中,升溫至90°C,在300轉/分轉速下攪拌,進行懸浮聚合。(2)制備預聚體系。取50份苯乙烯,加入5份聚苯乙烯,O. 3份聚乙烯蠟,5份200目處理可膨脹石墨攪拌均勻,然后加入O. 4份過氧化苯甲酰、O.1份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,升溫至85°C進行預聚,預聚一段時間后,得到苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。(3)懸浮聚合體系聚合IOOmin后,往懸浮液中倒入上述制備好的苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。均勻混合,恒溫4小時懸浮聚合后,得到具有一定大小分布的聚苯乙烯顆粒。(4)最后,濾去水分,用去離子水清洗干凈,得到無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒。實施例2
苯乙烯100份、400目處理可膨脹石墨20份、過氧化苯甲酰1. 2份、過氧化二異丙苯O. 5份、羥基磷酸鈣2. O份、明膠2. 5份、十二烷基苯磺酸鈉O. 012份、聚苯乙烯10份、聚乙烯蠟O. 4份
制備上述無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒的方法,包括以下步驟
(I)制備懸浮聚合體系。反應釜中加100份去離子水,依次加入2. O份羥基磷酸鈣、2. 5份明膠、O. 012份十二烷基苯磺酸鈉,攪拌均勻。再取50份苯乙烯,加入O. 4份過氧化苯甲酰、O. 4份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,倒入上述懸浮液中,升溫至90°C,在500轉/分轉速下攪拌,進行懸浮聚合。(2)制備預聚體系。取50份苯乙烯,加入10份聚苯乙烯,O. 4份聚乙烯蠟,20份400目處理可膨脹石墨攪拌均勻,然后加入0.8份過氧化苯甲酰、O.1份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,升溫至85°C進行預聚,預聚一段時 間后,得到苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。(3)懸浮聚合體系聚合IOOmin后,往懸浮液中倒入上述制備好的苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。均勻混合,恒溫6小時懸浮聚合后,得到具有一定大小分布的聚苯乙烯顆粒。(4)最后,濾去水分,用去離子水清洗干凈,得到無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒。實施例3
苯乙烯100份、300目處理可膨脹石墨15份、過氧化苯甲酰I份、過氧化二異丙苯O. 4份、羥基磷酸鈣1. 5份、明膠1. 8份、十二烷基苯磺酸鈉O. 008份、聚苯乙烯8份、聚乙烯蠟O. 3份
制備上述無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒的方法,包括以下步驟
(I)制備懸浮聚合體系。反應釜中加100份去離子水,依次加入1. 5份羥基磷酸鈣、1. 8份明膠、O. 008份十二烷基苯磺酸鈉,攪拌均勻。再取50份苯乙烯,加入O. 2份過氧化苯甲酰、O.1份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,倒入上述懸浮液中,升溫至90°C,在400轉/分轉速下攪拌,進行懸浮聚合。(2)制備預聚體系。取50份苯乙烯,加入8份聚苯乙烯,O. 3份聚乙烯蠟,15份300目處理可膨脹石墨攪拌均勻,然后加入O. 8份過氧化苯甲酰、O. 3份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,升溫至85°C進行預聚,預聚一段時間后,得到苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。(3)懸浮聚合體系聚合IOOmin后,往懸浮液中倒入上述制備好的苯乙烯/可膨脹石墨預聚體。均勻混合,恒溫5小時懸浮聚合后,得到具有一定大小分布的聚苯乙烯顆粒。(4)最后,濾去水分,用去離子水清洗干凈,得到無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒。圖1為10%可膨脹石墨的聚苯乙烯顆粒;圖2為15%可膨脹石墨的聚苯乙烯顆粒;
圖3為20%可膨脹石墨的聚苯乙烯顆粒。從圖1-3可以看出,隨著聚苯乙烯中石墨含量的增加,石墨分散的更加均勻,合成的聚苯乙烯顆粒的黑度逐漸增加。采用上述方法制得的聚苯乙烯性能測試如下
權利要求
1.一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料,其特征在于由以下質量分數(shù)的原料制成苯乙烯100份、可膨脹石墨10-20份、過氧化苯甲酰O. 8-1. 2份、引發(fā)劑O. 3-0. 5份、羥基磷酸鈣1. 2-2. O份、明膠1.5-2. 5份、十二烷基苯磺酸鈉O. 004-0. 012份、聚苯乙烯5-20份、聚乙烯蠟O. 2-0. 4份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料,其特征在于所用引發(fā)劑為過氧化二異丙苯,過氧化苯甲酸叔丁基酯,過氧化二苯甲酰中的一種或幾種組合,引發(fā)劑用量為苯乙烯單體重量的O. 9-1. 5%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料,其特征在于其中所述的可膨脹石墨,按照下述步驟進行處理(1)100份可膨脹石墨,加10份NaOH,90份去離子水,煮沸30min后,用去離子水洗至中性;(2)往上述可膨脹石墨中加10份HNO3,90份去離子水,煮沸30min后,用去離子水洗至中性;(3)往上述可膨脹石墨中加10份無水乙醇,I份去離子水,O.5份硅烷偶聯(lián)劑KH550,在90°C 下煮沸 30min ;(4)放入烘箱,烘干備用。
4.權利要求1所述的一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料的制備方法,其特征在于按照以下步驟進行(1)制備懸浮聚合體系反應釜中加100份去離子水,依次加入1.2-2. O份羥基磷酸鈣、1.5-2. 5份明膠、O. 004-0. 012份十二烷基苯磺酸鈉,攪拌均勻;再取40-60份苯乙烯,加入O. 4-0. 6份過氧化苯甲酰、O. 1-0. 3份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,倒入上述懸浮液中,升溫至90°C,在300轉/分轉速下攪拌,進行懸浮聚合;(2)制備預聚體系取剩余部份苯乙烯,加入5-20份聚苯乙烯,O.2-0. 4份聚乙烯蠟,10-20份200-500目處理可膨脹石墨攪拌均勻,然后加入O. 4-0. 6份過氧化苯甲酰、O. 2-0. 4份過氧化二異丙苯,攪拌均勻后,升溫至85°C進行預聚,預聚一段時間后,得到苯乙烯/可膨脹石墨預聚體;(3)懸浮聚合體系聚合IOOmin后,往懸浮液中倒入上述制備好的苯乙烯/可膨脹石墨預聚體;均勻混合,恒溫4小時懸浮聚合后,得到具有一定大小分布的聚苯乙烯顆粒;(4)最后,濾去水分,用去離子水清洗干凈,得到無鹵黑料阻燃苯乙烯顆粒。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料的制備方法,其特征在于該方法,開始苯乙烯單體一分為二,其中懸浮聚合體系中,苯乙烯含量占苯乙烯總重量占40-60%ο
6.根據(jù)權利要求4所述的一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料的制備方法,其特征在于該方法,開始苯乙烯單體一分為二,其中預聚體系中,苯乙烯含量占苯乙烯總重量占40-60% ;預聚溫度80-90°C,預聚時間為40min-70min。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料的制備方法,其特征在于該方法,懸浮體系和預聚體系各自聚合一段時間后,向苯乙烯懸浮聚合體系中加入另一部分苯乙烯/可膨脹石墨預聚體的時間為懸浮體系聚合90min-150min后。
全文摘要
本發(fā)明一種無鹵黑料阻燃聚苯乙烯復合材料及其制備方法,屬于有機/無機復合材料領域。由于石墨有很強的位阻作用,隨著石墨用量的增加,對苯乙烯懸浮聚合產(chǎn)生不利影響。通常采用的一步法,最高可使膨脹石墨的添加量可以做到5-10%。而通過采用本方法,可使膨脹石墨的添加量增加到10-20%。本方法先對反應的苯乙烯單體一分為二,分成兩個體系進行聚合,同時向預聚體系中添加聚苯乙烯,以提高預聚體系中苯乙烯的粘度,使可膨脹石墨在苯乙烯中能夠得到極好的分散。同時針對不同體系,添加不同量的引發(fā)劑,使各自體系在前期都能得到很好的聚合。最后又將兩個體系合二為一,進行懸浮聚合,制得粒徑分布集中、阻燃性能優(yōu)異的聚苯乙烯顆粒。
文檔編號C08K3/04GK103012636SQ20121052815
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者王標兵, 李志超 申請人:常州大學