一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，屬于阻燃劑的合成【技術(shù)領(lǐng)域】。包含下列重量份的原料：一元醇6-10，磷酸酯6-12，膨脹石墨10-17，微硅粉18-25；鋁礬土10-15；氧化鐵粉5-8，碳酸鎂5-12；三聚氰胺粉4-10，聚磷酸銨6-12、硫脲4-8；制作是先將一元醇和磷酸酯與膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂制得到阻燃添加劑前驅(qū)體；再與三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，最后將硫脲加入，制得粉狀最終產(chǎn)品。本發(fā)明具有良好的阻燃性能和摻合性能、而且無鹵素對環(huán)境友好。
【專利說明】—種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及阻燃劑的合成【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑。
【背景技術(shù)】[0002]可發(fā)性聚苯乙烯簡稱EPS，它可制成不同密度、不同形狀的泡沫制品，廣泛用于建筑、保溫、包裝、冷凍、日用品，工業(yè)鑄造等領(lǐng)域。目前為適應(yīng)國家建筑節(jié)能要求，在建筑領(lǐng)域越來越多地采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)來解決我國日益嚴(yán)重的能源短缺問題。房屋建筑使用EPS板保溫體系對墻體外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、以及實施地是建筑節(jié)能的重要組成部分。但EPS含可燃碳?xì)滏湺?、密度小、比表面積大，未經(jīng)阻燃處理的聚苯乙烯是可燃物，遇火會燃燒并熱裂解，產(chǎn)生大量有毒煙霧，給滅火帶來困難，據(jù)統(tǒng)計，火災(zāi)中的死亡事故有80 %左右是由于火災(zāi)前期材料熱裂解時產(chǎn)生的有毒氣體和煙窒息造成的。為此各國都制定了日益嚴(yán)格的防火安全標(biāo)準(zhǔn)，近幾年全球阻燃劑的市場呈快速增長趨勢。阻燃劑也早己成為材料加工的重要添加劑之一。在未來的幾年里，新的阻燃聚合材料會得到充分利用，新型阻燃試驗標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步完善和豐富，更加嚴(yán)格的阻燃規(guī)范將被考慮和制定，新型的阻燃方法和阻燃技術(shù)，包括計算機(jī)模擬和阻燃材料的分子設(shè)計，將被用于研制更加高效的阻燃高聚物。在開發(fā)和研究具有高阻燃性、低成本、易合成阻燃劑的同時，環(huán)保與生態(tài)安全的阻燃劑的開發(fā)成為各國科學(xué)家迫在眉睫要解決的事情。
[0003]目前常用的阻燃劑可分為有機(jī)鹵系(溴系及氯系)、有機(jī)磷系及無機(jī)系三大類。溴系阻燃劑的市場規(guī)模及應(yīng)用領(lǐng)域長期雄居各類阻燃劑之首。但由于溴系阻燃劑在生產(chǎn)及使用過程中造成環(huán)境危害，歐盟已經(jīng)宣布將從2006年7月I日起在電子產(chǎn)品中停止使用溴系阻燃劑。由于溴系阻燃劑的高性價比，今后一段時間內(nèi)在全球其他一些地區(qū)仍會被廣泛應(yīng)用，但其退出阻燃劑市場的結(jié)局將成為今后發(fā)展的趨勢。無機(jī)阻燃劑比如使用在EPS中直接添加石墨，因其特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)很難摻雜到現(xiàn)有材料中去，特別是在對材料性能有著高要求的今天，無機(jī)阻燃劑摻合性能對EPS機(jī)械性能的影響成為阻燃劑的廣泛應(yīng)用的瓶頸?，F(xiàn)在雖然科研工作者提出了試圖通過表面包覆等一些方法來改善無機(jī)阻燃劑的摻合性能問題，但是大量的摻雜仍然會對EPS材料的機(jī)械性能產(chǎn)生很大的影響。
[0004]阻燃技術(shù)利用受到了更高材料要求的挑戰(zhàn)，其在應(yīng)用上存在的主要問題有:(I)阻燃產(chǎn)品技術(shù)水平低，大多數(shù)產(chǎn)品在高溫下會釋放出有毒氣體，或在應(yīng)用一段時間后，阻燃性能明顯下降；(2)阻燃產(chǎn)品的阻燃效果低，價格高、對材料的機(jī)械性能影響大；(3)適用性較差，不同的阻燃劑只能添加到一種或極少的幾種材料中；(4)可設(shè)計性差，一般的阻燃劑同系列的產(chǎn)品很單一，在應(yīng)用中由于材料自身的差異使得阻燃劑的應(yīng)用也受到的限制。
[0005]正是由于這些原因使得阻燃劑的普及和廣泛應(yīng)用受到了限制，開發(fā)和生產(chǎn)具有阻燃效果優(yōu)異、摻合性能好、價格低廉的高性能、適用性強(qiáng)，可設(shè)計性的阻燃劑成為阻燃材料市場發(fā)展的趨勢，也必將帶來巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，不但具有良好的阻燃性能和摻合性能、而且無鹵素對環(huán)境友好。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，由下列重量份的原料制備而成:一元醇6-10，磷酸酯6-12，膨脹石墨10-17，微硅粉18-25 ;鋁礬土10-15 ;氧化鐵粉5-8，碳酸鎂5-12 ;三聚氰胺粉4_10，聚磷酸銨6_12、硫脲4_8 ；
制備工藝是:
第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入一元醇和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉 、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在90~140°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~160°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體；
第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體；
第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持40~70°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物；
第四步，繼續(xù)維持反應(yīng)溫度40~70°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
[0008]上述微硅粉又叫硅灰，是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過程中，隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成。在逸出的煙塵中，SiO2含量約占煙塵總量的90%，顆粒度非常小，平均粒度是納米級別；
上述一元醇最佳為甲醇、乙醇、丙醇中的一種或他們的混合物。
[0009]大量實驗證明，使用本發(fā)明與可發(fā)性聚苯乙烯的質(zhì)量比控制在1:20~30的范圍內(nèi)，對可發(fā)性聚苯乙烯的性質(zhì)和各項性能指標(biāo)的影響不大。而且如果和其它阻燃劑共同使用能產(chǎn)生很好的協(xié)效作用，減小其它阻燃劑的用量。這主要是由于本發(fā)明中的膨脹石墨與微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂在120~160°C反應(yīng)形成為層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，膨脹石墨層間具有可交換性的陽離子、CO2、氫鍵與結(jié)構(gòu)層表面的橋氧相聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)特點使本發(fā)明在燃燒時在受熱時表面能生成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，并釋放出CO2 ;此層具有隔熱、隔氧、抑煙、并能防止熔滴等作用，故具有良好的阻燃性能。所產(chǎn)生的CO2又與本發(fā)明的聚磷酸銨等共同作用，從而分解釋放出難燃性氣體覆蓋在塑料的表面上起輔助隔絕氧氣的作用，使它的片層結(jié)構(gòu)對揮發(fā)物，氧氣，熱都有一定的輔助阻隔作用，因此產(chǎn)生了很好的阻燃作用。
[0010]本發(fā)明的創(chuàng)新點是使用納米級別的微硅粉，使得鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂很容易在膨脹石墨中應(yīng)形成為層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下積極效果:
(I)工藝簡單，成本低，生產(chǎn)過程無環(huán)境污染，產(chǎn)品安全、衛(wèi)生，易于控制和工業(yè)化；(2)體系中加入本發(fā)明阻燃劑可提高了發(fā)泡體的阻燃性能，對EPS摻合性能好，改變了現(xiàn)有的傳統(tǒng)使用效果最好的鹵素阻燃體系，解決了使用鹵素阻燃體系帶來的環(huán)境問題，而且提高了材料的阻燃性能，經(jīng)測定本發(fā)明中的阻燃材料的氧指數(shù)達(dá)到28以上，達(dá)到難燃材料的要求。(3)此發(fā)明可應(yīng)用于建筑材料、汽車部件、體育用品、包裝行業(yè)和其他工業(yè)領(lǐng)域。
【具體實施方式】[0011]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。
[0012]實施例1
一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，由下列重量份的原料制備而成:甲醇6，磷酸酯7，膨脹石墨13，微硅粉22 ;鋁礬土 12 ;氧化鐵粉8，碳酸鎂6 ;三聚氰胺粉8，聚磷酸銨6、硫脲8 ;
制備工藝是:
第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入甲醇和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在120~140°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~150°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體；
第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體；
第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持60~70°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物；
第四步，繼續(xù)維持反應(yīng)溫度60~70°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
[0013]實施例2
一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，由下列重量份的原料制備而成:乙醇10，磷酸酯6，膨脹石墨10，微硅粉25 ;鋁礬土 15 ;氧化鐵粉5，碳酸鎂5 ;三聚氰胺粉10，聚磷酸銨8、硫脲6 ；
制備工藝是:
第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入乙醇和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在90~120°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~140°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體；
第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體；
第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持40~60°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物；
第四步,繼續(xù)維持反應(yīng)溫度40~60°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
[0014]實施例3
一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，由下列重量份的原料制備而成:丙醇10，磷酸酯6，膨脹石墨17，微硅粉18 ;鋁礬土 12 ;氧化鐵粉5，碳酸鎂12 ;三聚氰胺粉4，聚磷酸銨12、硫脲4 ；
制備工藝是: 第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入丙醇和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在90~140°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~160°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體；
第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體；
第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持40~70°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物；
第四步，繼續(xù)維持反應(yīng)溫度40~70°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
[0015]實施例4
一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，由下列重量份的原料制備而成:甲醇和乙醇混合物8，磷酸酯8，膨脹石墨15，微硅粉20 ;鋁礬土 10 ;氧化鐵粉7，碳酸鎂8 ;三聚氰胺粉8，聚磷酸銨10、硫脲6;
其中，甲醇和乙醇混合物的混合質(zhì)量比是1:1 ；
制備工藝是: 第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入甲醇和乙醇混合物和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在100~130°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~160°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體；
第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體；
第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持40~70°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物；
第四步，繼續(xù)維持反應(yīng)溫度40~70°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
[0016]實施例5
一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，由下列重量份的原料制備而成:甲醇、乙醇和丙醇的混合物9，磷酸酯12，膨脹石墨17，微硅粉20 ;鋁礬土 12 ;氧化鐵粉7，碳酸鎂6 ;三聚氰胺粉6，聚磷酸銨6、硫脲5 ；
其中，甲醇、乙醇和丙醇的混合物的混合質(zhì)量比是3:2:1 ;
制備工藝是:
第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入甲醇、乙醇和丙醇的混合物和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在90~140°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~160°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體；
第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體；
第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持40~70°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物；
第四步，繼續(xù)維持反應(yīng)溫度40~70°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:由下列重量份的原料制備而成:一元醇6-10，磷酸酯6-12，膨脹石墨10-17，微硅粉18-25 ;鋁礬土 10-15 ;氧化鐵粉5-8，碳酸鎂5-12 ;三聚氰胺粉4-10，聚磷酸銨6-12、硫脲4_8 ； 制備工藝是: 第一步，在裝有攪拌器、溫度計和冷凝器的反應(yīng)釜中投入一元醇和磷酸酯，依次加入膨脹石墨、微硅粉、鋁礬土、氧化鐵粉、碳酸鎂；攪拌，在90~140°C溫度下進(jìn)行混合反應(yīng)，此時有水蒸氣產(chǎn)生，當(dāng)冷凝器出口無水滴流出時，再維持溫度至120~160°C反應(yīng)2小時，結(jié)束反應(yīng)得到阻燃添加劑前驅(qū)體； 第二步，將阻燃添加劑前驅(qū)體通過有冷卻裝置的成型設(shè)備制成固體片狀，再用高速粉碎機(jī)將固體片狀物料粉碎成細(xì)度200目的粉體； 第三步，在高速捏合機(jī)中按質(zhì)量配比要求依次投入三聚氰胺粉、聚磷酸銨高速攪拌進(jìn)行捏合，反應(yīng)5~10分鐘，溫度維持40~70°C，制得均質(zhì)粉體產(chǎn)物； 第四步，繼續(xù)維持反應(yīng)溫度40~70°C，將硫脲加入均質(zhì)粉體產(chǎn)物中，高速攪拌2~5分鐘，制得粉狀最終產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:所述微硅粉是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過程中，隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成。
3.在逸出的煙塵中，SiO2含量約占煙塵總量的90%，顆粒度非常小，平均粒度是納米級別。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:所述一元醇為甲醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:所述一元醇為乙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:所述一元醇為丙醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:所述一元醇為甲醇和乙醇的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可發(fā)性聚苯乙烯材料的阻燃添加劑，其特征在于:所述一元醇為甲醇、乙醇、丙醇中的的混合物。
【文檔編號】C08L25/06GK103923405SQ201410173657
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】王輝, 王耀毅, 張為鋒, 湯軍 申請人:郴州和利泡沫塑料有限公司, 王輝, 王耀毅