一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法
【專利摘要】一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，涉及一種具有阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法制備的含石墨粒子可發(fā)性聚苯乙烯懸浮聚合容易團聚，石墨粒子在聚苯乙烯中的分散不均勻以及可發(fā)性聚苯乙烯的阻燃隔熱性能差的技術(shù)問題。本發(fā)明的制備方法為：一、按重量份數(shù)稱原料；二、制備第一混合物；三、制備第二混合物；四、將第二混合物在攪拌下加入至第一混合物中，反應(yīng)后，加入乳化劑，繼續(xù)反應(yīng)，然后加入戊烷，在反應(yīng)釜中沖入氮氣，升溫并反應(yīng)，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)釜自然冷卻，緩慢放氣至壓力為零時出料，洗滌干燥，即得含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒。本發(fā)明應(yīng)用于阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備領(lǐng)域。
【專利說明】—種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)由于具有優(yōu)異持久的保溫隔熱性、獨特的緩沖抗震性、抗老化性和防水性，因而在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。EPS是一種性能優(yōu)良的外墻保溫建筑材料，隨著其產(chǎn)量及用量的持續(xù)增加，EPS易于燃燒的缺陷已受到人們的廣泛關(guān)注，急需提高其阻燃性能。同時，為了滿足節(jié)能環(huán)保日益嚴格的要求，需要進一步降低EPS的熱傳導(dǎo)率。
[0003]可膨脹石墨是高分子材料良好的阻燃劑，具有無毒、無污染等特點。在高溫時，可膨脹石墨急劇膨脹可窒息火焰，同時隔絕熱能輻射及和氧的接觸；位于可膨脹石墨層間的酸根可促進了基材的炭化，從而通過多種阻燃方式達到良好的效果。石墨的片層結(jié)構(gòu)能有效的隔絕熱能傳遞，同時具有反射紅外線的作用，因此可降低EPS的熱傳導(dǎo)率，所得EPS的熱傳導(dǎo)率為0.035~0.041w/ (m -K)。盡管已公開了一些含石墨粒子EPS泡沫的制備方法，但仍然存在一些問題，如含石墨粒子的聚苯乙烯懸浮聚合容易團聚、石墨粒子在聚苯乙烯中的分散不均勻、EPS的阻燃隔熱性能仍有待提高等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法制備的含石墨粒子可發(fā)性聚苯乙烯懸浮聚合容易團聚，石墨粒子在聚苯乙烯中的分散不均勻以及可發(fā)性聚苯乙烯的阻燃隔熱性能差的技術(shù)問題，從而提供了一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法。
[0005]本發(fā)明一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法是按以下步驟進行:
[0006]一、按重量份數(shù)稱100份取苯乙烯，100~300份水，I~20份可膨脹石墨，0.1~1份過氧化二苯甲酰，0.2~2份分散劑，0.01~1份乳化劑，7~10份戊烷；
[0007]二、將步驟一稱取的可膨脹石墨和0.1~2份阻燃劑加入至步驟一稱取的苯乙烯中，超聲分散30~60分鐘，得到混合物，將步驟一稱取的過氧化二苯甲酰加入至混合物中，在200~400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加熱至80~90°C反應(yīng)I~5小時，得到第一混合物；
[0008]三、將步驟一稱取的分散劑加入至步驟一稱取的水中，經(jīng)超聲振蕩30~60分鐘后，得到第二混合物；
[0009]四、將步驟三得到的第二混合物在200~500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加入至步驟二得到的第一混合物中，在85~95°C下反應(yīng)1~2小時后，加入步驟一稱取的乳化劑，繼續(xù)反應(yīng)2~4小時，然后加入步驟一稱取的戊烷，在反應(yīng)釜中沖入氮氣使壓力達到5~6MPa，以1~10°C /min的速率升溫至100~150°C并反應(yīng)6~8小時，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)釜自然冷卻至40~50°C，緩慢放氣至壓力為零時出料，洗滌干燥，即得含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒。
[0010]本發(fā)明包括以下有益效果:[0011]本發(fā)明采用原位插層聚合法進行聚苯乙烯預(yù)聚，利用聚苯乙烯的聚合熱剝離可膨脹石墨，使石墨粒子以層離的方式存在于聚苯乙烯中，提高其在基體中的分散性及其阻燃隔熱性能；進一步采用懸浮聚合制備可發(fā)性聚苯乙烯球粒，由于在原位插層聚合階段，聚苯乙烯已具備一定的分子量，聚合體系中的懸浮液滴的團聚趨勢將大大降低。
[0012]將本發(fā)明制備的含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒進行成型處理，得到泡沫板材。采用國家標(biāo)準GB8624-2006進行阻燃等級測試，采用國家軍標(biāo)GJB1875-94進行熱導(dǎo)率測試。由測試結(jié)果可知，由本發(fā)明制備得到的泡沫板材阻燃等級為BI級，熱導(dǎo)率值為
0.032W/ (m.K)。 【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一:本實施方式的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法是按以下步驟進行:
[0014]一、按重量份數(shù)稱100份取苯乙烯，100~300份水，I~20份可膨脹石墨，0.1~1份過氧化二苯甲酰，0.2~2份分散劑，0.01~1份乳化劑，7~10份戊烷；
[0015]二、將步驟一稱取的可膨脹石墨和0.1~2份阻燃劑加入至步驟一稱取的苯乙烯中，超聲分散30~60分鐘，得到混合物，將步驟一稱取的過氧化二苯甲酰加入至混合物中，在200~400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加熱至80~90°C反應(yīng)I~5小時，得到第一混合物；
[0016]三、將步驟一稱取的分散劑加入至步驟一稱取的水中，經(jīng)超聲振蕩30~60分鐘后，得到第二混合物；
[0017]四、將步驟三得到的第二混合物在200~500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加入至步驟二得到的第一混合物中，在85~95°C下反應(yīng)I~2小時后，加入步驟一稱取的乳化劑，繼續(xù)反應(yīng)2~4小時，然后加入步驟一稱取的戊烷，在反應(yīng)釜中沖入氮氣使壓力達到5~6MPa，以I~10°C /min的速率升溫至100~150°C并反應(yīng)6~8小時，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)釜自然冷卻至40~50°C，緩慢放氣至壓力為零時出料，洗滌干燥，即得含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒。
[0018]本實施方式包括以下有益效果:
[0019]本實施方式采用原位插層聚合法進行聚苯乙烯預(yù)聚，利用聚苯乙烯的聚合熱剝離可膨脹石墨，使石墨粒子以層離的方式存在于聚苯乙烯中，提高其在基體中的分散性及其阻燃隔熱性能；進一步采用懸浮聚合制備可發(fā)性聚苯乙烯球粒，由于在原位插層聚合階段，聚苯乙烯已具備一定的分子量，聚合體系中的懸浮液滴的團聚趨勢將大大降低。
[0020]將本實施方式制備的含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒進行成型處理，得到泡沫板材。采用國家標(biāo)準GB8624-2006進行阻燃等級測試，采用國家軍標(biāo)GJB1875-94進行熱導(dǎo)率測試。由測試結(jié)果可知，由本實施方式制備得到的泡沫板材阻燃等級為BI級，熱導(dǎo)率值為 0.032W/ (m.K)。
[0021]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述的可膨脹石墨的粒度為50~150 μ m。其它與【具體實施方式】一相同。
[0022]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中所述的可膨脹石墨的粒度為50~100 μ m。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0023]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟一中所述的分散劑為焦磷酸鈉、硫酸鎂、磷酸鈣和聚乙烯醇中的一種或兩種以上按任意比例混合。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0024]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟一中所述的乳化劑為聚乙烯基吡咯烷酮K30或十二烷基苯磺酸鈉。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0025]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟二中所述的阻燃劑為六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、過氧化二枯基、紅磷、氫氧化鎂中的一種或兩種以上按任意比例混合。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0026]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟二中在300轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加熱至85°C反應(yīng)3小時。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0027]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟四中在90°C下反應(yīng)2小時。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0028]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟四中以50C /min的速率升溫至125°C并反應(yīng)6小時。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0029]通過以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果:
[0030]試驗一:本試驗的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法是按以下步驟實現(xiàn):
[0031]一、將2份粒度為50 μ m的可膨脹石墨、0.2份的六溴環(huán)十二烷和0.2份的三氧化二銻加入至100份苯乙烯中，超聲分散30分鐘，得到混合物，將0.5份的過氧化二苯甲酰加入至混合物中，在300轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加熱至85°C反應(yīng)3小時，得到第一混合物；
[0032]二、將0.18份的焦磷酸鈉、0.36份的硫酸鎂和0.2份的聚乙烯醇加入至200份的水中，經(jīng)超聲振蕩45分鐘后，得到第二混合物；
[0033]三、將步驟二得到的第二混合物在300轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加入至步驟一得到的第一混合物中，在90°C下反應(yīng)2小時后，加入0.1份的聚乙烯基吡咯烷酮K30，繼續(xù)反應(yīng)3小時，然后加入8份的戊烷，在反應(yīng)釜中沖入氮氣使壓力達到5MPa，以5°C /min的速率升溫至120°C并反應(yīng)6小時，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)釜自然冷卻至40°C，緩慢放氣至壓力為零時出料，洗滌干燥，即得含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒。
[0034]本試驗采用原位插層聚合法進行聚苯乙烯預(yù)聚，利用聚苯乙烯的聚合熱剝離可膨脹石墨，使石墨粒子以層離的方式存在于聚苯乙烯中，提高其在基體中的分散性及其阻燃隔熱性能；進一步采用懸浮聚合制備可發(fā)性聚苯乙烯球粒，由于在原位插層聚合階段，聚苯乙烯已具備一定的分子量，聚合體系中的懸浮液滴的團聚趨勢將大大降低。
[0035]將本試驗制備的含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒進行成型處理，得到泡沫板材。采用國家標(biāo)準GB8624-2006進行阻燃等級測試，采用國家軍標(biāo)GJB1875-94進行熱導(dǎo)率測試。由測試 結(jié)果可知，由本試驗制備得到的泡沫板材阻燃等級為BI級，熱導(dǎo)率值為
0.032W/ (m.K)。
【權(quán)利要求】
1.一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法是按以下步驟進行: 一、按重量份數(shù)稱100份的取苯乙烯，100~300份的水，1~20份的可膨脹石墨，0.1~1份的過氧化二苯甲酰，0.2~2份的分散劑，0.01~1份的乳化劑，7~10份的戊烷； 二、將步驟一稱取的可膨脹石墨和0.1~2份的阻燃劑加入至步驟一稱取的苯乙烯中，超聲分散30~60分鐘，得到混合物，將步驟一稱取的過氧化二苯甲酰加入至混合物中，在200~400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加熱至80~90°C反應(yīng)I~5小時，得到第一混合物； 三、將步驟一稱取的分散劑加入至步驟一稱取的水中，經(jīng)超聲振蕩30~60分鐘后，得到第二混合物； 四、將步驟三得到的第二混合物在200~500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加入至步驟二得到的第一混合物中，在85~95°C下反應(yīng)I~2小時后，加入步驟一稱取的乳化劑，繼續(xù)反應(yīng)2~4小時，然后加入步驟一稱取的戊烷，在反應(yīng)釜中沖入氮氣使壓力達到5~6MPa，以1~10°C /min的速率升溫至100~150°C并反應(yīng)6~8小時，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)釜自然冷卻至40~50°C，緩慢放氣至壓力為零時出料，洗滌干燥，即得含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟一中所述的可膨脹石墨的粒度為50~150 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟一中所述的分散劑為焦磷酸鈉、硫酸鎂、磷酸鈣和聚乙烯醇中的一種或兩種以上按任意比例混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟一中所述的乳化劑為聚乙烯基吡咯烷酮K30或十二烷基苯磺酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟二中所述的阻燃劑為六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、過氧化二枯基、紅磷、氫氧化鎂中的一種或兩種以上按任意比例混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟二中在300轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下加熱至85°C反應(yīng)3小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟四中在90°C下反應(yīng)2小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含層離石墨的阻燃可發(fā)性聚苯乙烯球粒的制備方法，其特征在于步驟四中以5°C /min的速率升溫至125°C并反應(yīng)6小時。
【文檔編號】C08J9/20GK103788397SQ201410056479
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】胡楨, 王亞飛, 黃玉東, 李震輝, 黎俊, 趙生俊, 易國星, 李楠 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)