CN101486824B - 耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种符合环保要求耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯聚合物及制备方法，涉及树脂改性领域。所述组合物包含有(1)高抗冲聚苯乙烯树脂(重量％)65-80(2)抗低温改性剂5-38；(3)阻燃剂8-25；(4)2-6阻燃协效剂；(5)抗氧剂0.5-1；(6)偶联剂0.5-1；(7)稳定剂1-3；(8)其他加工助剂0.2-6；将各组分按一定配比混合后经双螺杆熔融共混挤出加工制得本发明聚苯乙烯组合物。本发明聚苯乙烯组合物阻燃效性能好，阻燃级别可达到UL-94V-0，对环境友好、无毒、无害，符合欧盟ROHS标准要求，同时表面光泽好，易加工成型，耐低温，可应用于多种恶劣环境。
Description
技术领域：
本发明涉及一种耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物及制备方法
技术背景：
目前适宜于聚合物的环保阻燃剂有无机的氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、磷氮阻燃剂，有机的六溴环十二烷、四溴双酚A、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧树脂等。
无机阻燃剂如氢氧化镁、氢氧化铝符合ROHS标准，要求但添加量大、与材料的相容性不好，性能损失严重。磷系阻燃剂的阻燃效率高同时符合ROHS标准要求，但颜色的局限性和相容性也不是阻燃高抗冲聚苯乙烯的选择。有机阻燃剂六溴环十二烷的使用与无机阻燃剂相比添加量少阻燃效果好，但热稳定性差易分解变色。四溴双酚A阻燃的高抗冲聚苯乙烯力学性能好、阻燃效率高，但耐候性差，制品在使用过程中易变色、变脆。十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧树脂单独使用会有制品色泽陈旧、相容性不良、添加量较多、局部性能发脆等弱点，但经适当匹配混合使用可很好避免。
HIPS是一种常温下综合性能比较好的通用塑料，但存在低温脆性断裂问题，改善HIPS的低温脆性是HIPS改性的主要问题，也是该发明研究的首要问题。与橡胶共混是改善HIPS低温脆性的有效途径，根据溶解度参数相近的原理我们选择了含有橡胶成分的苯乙烯-丁烯-苯乙烯三元共聚物马来酸酐的接枝物(SEBS-gMAH)、三元乙丙橡胶与苯乙烯接枝物(EPDM-g-St)、辛烯-乙烯共聚物与马来酸酐的接枝物(POE-g-MAH)中取至少一种做为低温改性剂，同时也弥补了因阻燃剂的添加给高抗冲聚苯乙烯物性带来的损失。
发明内容：
本发明的目的是提供耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯，它是一种综合性良好的高抗冲聚苯乙烯组合物，阻燃达到UL94V-0级，且与环境友好，符合ROHS标准，流动性高、稳定性好，能满足在多种恶劣环境下特别是低温下的应用。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物包含以下组分：(1)高抗冲聚苯乙烯树脂40-80重量份数，优选为45-75重量份数(2)阻燃剂8-25重量份数，优选为10-20重量份数；(3)阻燃协效剂2-6重量份数，优选为3-5重量份数；(4)抗低温改性剂8-40重量份数，优选为10-38重量份数；(5)抗氧剂1∶1-2∶1重量份数，优选为1∶1-1.5∶1重量份数(6)热稳定剂1-3，优选为1-2.5重量份数；(7)偶联剂0.8-2，优选为0.8-1.5重量份数；(8)其他加工助剂0.2-6，优选为0.2-5重量份数；
本发明所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物中的聚苯乙烯树脂包括通用聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物中的环保阻燃剂是多种阻燃剂的复合物，以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，阻燃剂为8-25重量份数，优选为10-20重量份数；主阻燃剂为新型有卤阻燃剂的复合物如：四溴双酚A双(2，3-二溴丙基)醚、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧树脂这些化合物的混合物。本发明选用的阻燃剂光稳定好，分解温度高，所选阻燃剂的分子量较高，能与基体树脂保持较好的相容性，充分发挥阻燃剂的性能，从而使聚合物在得到好的阻燃性的同时还具有理想的力学性能。
本发明的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物中的阻燃增效剂有硼酸盐、三氧化二锑、锑酸盐、聚四氟乙烯、亚磷酸脂类和这些化合物的混和物，以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，阻燃协效剂为2-6重量份数，优选为3-5重量份数；硼酸盐、三氧化二锑、锑酸盐、聚四氟乙烯可以协助提高阻燃剂的阻燃效率，复合阻燃增效剂的使用能提高组合物的阻燃效果。
本发明所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物，为了改善组合物因阻燃剂的加入力学性能的下降，提高组合物在低温时还保持良好的冲击性能，还包含有增韧改性剂。以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，增韧改性剂为8-40重量份数，优选为10-35重量份数。所述增韧剂为苯乙烯-丁烯-苯乙烯三元共聚物马来酸酐的接枝物(SEBS-gMAH)、三元乙丙橡胶与苯乙烯的接枝物(EPDM-g-St)、辛烯-乙烯共聚物与马来酸酐的接枝物(POE-g-MAH)中的至少一种。增韧剂含量的增加，材料的缺口冲击强度也增加，两种增韧剂时增韧效果更优，这主要是作为分散相的橡胶微粒吸收和分散了大量的冲击能，从而提高改善了组合物的冲击韧性。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物中所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂、含硫抗氧剂、含氮抗氧剂、亚磷酸脂抗氧剂或这些化合物的混合物。以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，抗氧剂1∶1-2∶1重量份数，优选为1∶1-1.5∶1重量份数；受阻酚类抗氧剂有1010、1076，含硫抗氧剂有DSTDP、DLTDP，含氮抗氧剂有DM1042、BSH，含亚磷酸脂抗氧剂有168、626等。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物中的偶联剂为钛酸脂偶联剂，也可以为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂和(或)硅烷偶联剂的混和物。以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，偶联剂0.8-2，优选为0.8-1.5重量份数；所用种类有KH-550、A-143、A-187、TTS-15、DL-411A、DL-411等，偶联剂增强了基体树脂与阻燃剂、增韧剂之间的界面粘合力，提高了组合物的力学性能。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物其中所用的热稳定剂是有机锡类、有机锑类、稀土类金属盐类或这些化含物的混合物；以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，热稳定剂1-3，优选为1-2.5重量份数；所用种类有：有机锡类、金属皂类、稀土类，稳定剂的使用能够防止组合物在加工过程中引起的降解。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物其中所用的加工助剂为脂肪酰氨类、脂肪酸类、烃类化合物和这些化合物的混合物；以高抗冲聚苯乙烯树脂为45-75重量份数计，其他加工助剂0.2-6，优选为0.2-5重量份数；使用加工助剂可以在加工时改善所有组分的分散性，减低组合物溶体的摩擦力，有利于解决组合物注塑制品时出现的熔接痕，有利于脱模等问题。
本发明耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物的制备方法包括将以上所述各组分按所述量经高速混合，再通过熔融、共混、挤出、拉条、切粒、干燥、计量、包装。所用的熔融共混设备为通用设备，如捏合机、双螺杆挤出机、单螺杆挤出机等。
制备方法简述如下：组合物工艺设计采用了二次混合、一次混炼的技术路线，有利于保证的组合物稳定性、可控性、减少污染，即将阻燃剂、协效剂、抗氧剂、偶联剂、稳定剂及加工助剂按所述用量加入高温高速搅拌机中，进行充分混合，搅拌机的温度控制在80-110℃之间；再将混合好的组合物与高抗冲聚苯乙烯树脂、低温改性剂进行均匀混合，并将混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-450r/min，熔融共混加工温度为165-195℃之间；经过所述制得的组合物优点为：用尽量少的添加组分就可以使组合物相熔性好，分散均匀，阻燃效率高，力学性能损失少。
原料：高抗冲聚苯乙烯(HIPS)香港陶氏生产 牌号1300；
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)镇江奇美公司 牌号888H；
十溴二苯乙烷美国大湖公司，含溴量82.27％；
溴化聚苯乙烯美国大湖公司，含溴量68.2％；
三氧化二锑 山东海化公司；
硼酸锌 上海京华化工厂
聚四氟乙烯 广州熵能公司；
辛烯-乙烯共聚物与马来酸酐接枝物(POE-g-MAH) 沈阳科通
三元乙丙橡胶与苯乙烯接枝物(EPDM-g-St) 沈阳科通
抗氧剂1010、168 宁波金海雅宝
硬脂酸钙、硬脂酸锌、EBS 上海华利名科
硫醇丁基锡、锡土稳定剂 成都高分子大学研究所
各实施例制备的组合物标准样条按照国家标准和UL标准测试，如表1所示；
表1 测试执行标准
实施例1-5
将各表中各组分按比例混合后，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机螺杆转速为350r/min，挤出机温度为：一区：165℃；二区：192℃；三区：194℃ 四区：196℃；五区：195℃；六区：193℃；七区：190℃；八区：185℃；机头：170℃的条件下熔融挤出造粒。实例性能检测结果见表2。
表2 实例性能检测结果
Claims (6)
1.一种耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物，其特征为，组成为：(1)高抗冲聚苯乙烯树脂45-80重量份数；(2)阻燃剂8-25重量份数；(3)阻燃协效剂2-6重量份数；(4)抗低温改性剂8-40重量份数；(5)抗氧剂0.5-1重量份数；(6)热稳定剂1-3重量份数；(7)偶联剂0.5-1重量份数；(8)其他加工助剂0.2-6重量份数；所述的抗低温改性剂是苯乙烯-丁烯-苯乙烯三元共聚物马来酸酐的接枝物SEBS-g-MAH、三元乙丙橡胶与苯乙烯的接枝物EPDM-g-St、辛烯-乙烯共聚物与马来酸酐的接枝物POE-g-MAH中的一种或几种；所述的阻燃剂为四溴双酚A、六溴环十二烷、溴化聚苯乙烯、十溴二苯乙烷中的一种或几种；所述的阻燃协效剂为硼酸盐、三氧化二锑、聚四氟乙烯、锑酸盐、亚磷酸酯类中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物，其中所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂、含硫抗氧剂、含氮抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物，其中所述的热稳定剂是金属皂类、有机锡类、稀土类中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物，其中所述的偶联剂是铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物，其中所述的加工助剂为脂肪酰胺类、脂肪酸类、烃类化合物中的一种或几种。
6.一种制备权利要求1所述的耐低温的环保阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物的方法，分别将(1)阻燃剂、阻燃协效剂、偶联剂、热稳定剂均匀混合，(2)高抗冲聚苯乙烯、抗低温改性剂、抗氧剂均匀混合，然后将(1)和(2)及加工助剂充分混合后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、冷却、切粒、干燥包装。
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