CN101704982B - 一种阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物及其制备方法。所述阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，含有组分和组分重量百分数如下：高抗冲聚苯乙烯40～60％，纳米级高岭土8～12％，酚醛树脂8～10％，溴氮类阻燃剂8～12％，三氧化二锑5～10％，复合增韧剂10～16％，抗氧化剂0.6～1.0％，其制备的高抗冲聚苯乙烯复合物材料性能符合欧盟环保要求，即防火性能1/12″达到UL94V-0要求，可广泛用于家用电器、办公设备和仪器仪表等对材料阻燃性能有较高要求的场合，其制造工艺简单，加工效率高，取材方便，成本低，产品白度高，阻燃性和物性好。
Description
技术领域
本发明涉及高抗冲击性聚苯乙烯改性技术领域，具体地，涉及一种阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物及其制备方法。
背景技术
在聚苯乙烯(PS)中添加微米级聚丁基橡胶颗粒，通过枝接把二者连接在一起，得到高抗冲聚苯乙烯(High Impact Polystyrene，HIPS)，其克服可聚苯乙烯性脆的弱点，但同时大幅度降低了材料的刚性和韧性，另外，HIPS容易燃烧，限制了其推广应用。
目前，市面上出现了许多为满足上述用途而开发的阻燃HIPS，包括卤素阻燃和无卤素阻燃两个系列，以卤素阻燃为主。卤素阻燃HIPS通常采用溴氮类阻燃剂和三氧化二锑按一定比例复配来达到阻燃的效果，但当防火剂总添加量大于20％以后，材料抗冲击性能大幅度下降，因此，如要保持材料的抗冲击性能，同时使其防火性能1/12”达到UL94V-0要求，1/10″时达到5VA要求，在添加防火剂的同时，必须添加一定量的增韧剂进行增韧改性，这样生产的产品不仅成本高，物性差，与国际同类产品缺少竞争优势。
在不影响防火性能和环保性能前提下，向HIPS中添加填充滑石粉、BaSO4也可以降低防火HIPS成本，但滑石粉是片状结构，对HIPS物性影响大；而BaSO4比重太大，严重影响防火HIPS的比重，对HIPS来说并非理想的填充材料。
发明内容
本发明的目的之一是解决现有技术的不足，提供一种阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，采用纳米级高岭土和酚醛树脂与溴氮类阻燃剂和三氧化二锑混合，协同对HIPS阻燃改性，具有制造工艺简单，加工效率高，取材方便，成本低，产品白度高，阻燃性和物性好等优点，并可满足工业化大规模生产与应用所需，向社会提供高性价比的阻燃HIPS产品。
本发明的目的之二是提供所述阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物的制备方法。
本发明的技术方案如下：一种阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，含有组分和组分重量百分数如下：高抗冲聚苯乙烯40～60％，纳米级高岭土8～12％，酚醛树脂8～10％，溴氮类阻燃剂8～12％，三氧化二锑5～10％，复合增韧剂10～16％，抗氧化剂0.6～1.0％。
所述的阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，所述组分和组分重量含量如下：高抗冲聚苯乙烯50～57％，纳米级高岭土5～10％，酚醛树脂9～10％，溴氮类阻燃剂8～10％，三氧化二锑3～5％，复合增韧剂8～10％，抗氧化剂0.6～0.8％。
所述的阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，所述纳米级高岭土含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁和二氧化锑等有防火功效成分。
所述的阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，所述复合增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和丙烯腈-苯乙烯树脂(AS)的混合物。
所述的阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，所述抗氧化剂为酚类抗氧化剂和磷酸酯类抗氧剂化剂的混合物。如酚类抗氧化剂有2，4，6-BHT、E-330、2246、1010，亚磷酸类抗氧化剂为TNP、168等
所述阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)取纳米级高岭土，烘干，放入高速混料机中，加温，搅拌，当温度升到120℃，加入螯合型塑料助剂，进行亲和改性；
(2)将步骤(1)所得亲和改性后的纳米级高岭土与高抗冲聚苯乙烯、酚醛树脂、溴氮类阻燃剂、三氧化二锑、复合增韧剂和抗氧化剂，放入搅拌机搅拌；
(3)将步骤(2)所得混合后的原料熔融，压力为15～30MPa，温度为175℃～230℃；
(4)将步骤(3)所得熔融后的原料从搅拌机挤出，切粒，包装。
本发明所用的溴氮阻燃剂为溴代三嗪，十溴二苯醚，十溴联苯醚，十二溴二苯氧基本，四溴双酚等，上述阻燃剂均可市购。
HIPS阻燃改性通常采用溴氮类阻燃剂和三氧化二锑按一定比例复配的方法，但当防火剂总添加量到一定比例后，材料物性大幅度下降，要想保持材料物性，必须再添加一定量的增韧剂进行增韧改性。而且，要想符合欧盟环保要求，即防火性能1/12″达到UL94V-0要求，1/10″时达到5VA要求，必须要增加更多的防火剂和增韧剂，这样，改性后的材料物性差，改性成本高，与国际同类产品缺少竞争优势。本发明采用纳米级高岭土和氧指数较高的酚醛树脂与溴氮类防火剂进行复配，再与二氧化锑协同对HIPS阻燃改性，既可以降低溴氮类阻燃剂与三氧化二锑的用量，又降低材料成本，提高材料物性。同时，采用采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene block copolymer，SBS)和丙烯腈-苯乙烯树脂(acrylonitrile-styrene resin，AS)的混合物为复合增韧体系综合提高材料韧性，采用酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂复配提高材料抗老化性能。
在本发明中采用纳米级高岭土作为阻燃增效的填充剂，燃烧时，纳米高岭土在复合材料表面形成一种碳化硅酸盐结构，对里面未燃烧的材料起到了隔热和分离的作用，使受热易分解的气体难以逸出，减少了可挥发产物的扩散，降低了复合材料的质量损失速率，从而提高了阻燃性能，另一方面，由于粘土片层的比表面积较大，均匀分散的片层阻挡了气体分子在复合材料中的扩散，使其运动路径大大延长，进一步减少了可挥发产物的扩散，提高了阻燃性能。
另外，在制备工艺中，将纳米级高岭土进行亲和改性。亲和改性过程中采用的活化剂具有多种不同性质官能团，一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与高岭土表面形成稳定的氢键，形成牢固的粘合，在纳米材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了纳米材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止不与其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。大幅度的提高物化性能。没有改性过的纳米填料在塑料材料中很难保持应有的纳米功效，不仅影响物理性能，而且影响防火性能。
使用纳米级高岭土作为阻燃增效的填充剂的优势还在于纳米级高岭土来源于高岭土矿床，含杂质少，晶层表面具有电荷中性，纯度和白度高，可以用于浅色或白色塑料和橡胶行业。
本发明还采用氧指数较高的酚醛树脂作为阻燃填充剂，其氧指数为32％～36％，具有低烟释放、低烟毒性等特点，其燃烧发烟起始温度在500℃之上，外加阻燃剂更进一步可提高其阻燃性，其表征发烟程度的最大消光系数为0.02(此值越小表示发烟程度越低)。
本发明的优势在于：(1)纳米级高岭土和酚醛树脂与溴氮类阻燃剂和三氧化二锑复配后，协同阻燃HIPS，既可以降低溴氮类防火剂与三氧化二锑的用量，又降低成本，提高材料性能。(2)将纳米防火级高岭土进行亲和性改性，没有改性过的纳米填料在塑料材料中很难保持应有的纳米功效，不仅影响物理性能，而且影响防火性能，亲和改性后的高岭土对HIPS物性影响不大，而且表面光滑。(3)本发明制备的HIPS复合材料性能符合欧盟环保要求，即防火性能1/12″达到UL94V-0要求，1/10″时达到5VA要求，可广泛用于家用电器、办公设备和仪器仪表等对材料阻燃性能有较高要求的场合，其制造工艺简单，加工效率高，取材方便，成本低，产品白度高，阻燃性和物性好。
具体实施方式
制备方法为：取含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁、二氧化锑有防火功效成分的纳米级高岭土，烘干，放入高速混料机中，加温，搅拌，当温度升到120℃，加入螯合型塑料助剂，进行亲和性改性；将改性后的纳米级高岭土和高抗冲聚苯乙烯，酚醛树脂，溴氮类阻燃剂，三氧化二锑，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，丙烯腈-苯乙烯树脂，酚类抗氧化剂和磷酸酯类抗氧剂，放入搅拌机，搅拌均匀；将搅拌均匀后的混合物熔融，压力为15～30MPa，温度为175℃～230℃，从搅拌机挤出，切粒，包装。
本实验采用丁二烯橡胶含量为3～10％的的HIPS，溴氮阻燃剂采用溴代三嗪和十溴二苯醚。
各实施例制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，各实施例的物理性能分别按我国国家标准测试，如表1所示。各实施例配方及物理性能如表2所示。
表1
| 物理性能 | 单位 | 测试方法 |
| 密度 | g/cm3 | GB1033 |
| 光泽度 | ％ | GB/T13891 |
| 拉伸强度 | Mpa | GB/T1040 |
| 断裂伸长率 | ％ | GB/T1040 |
| Izod缺口冲击强度 | KJ/m2 | GB/T1843 |
| 热变形温度 | ℃ | GB/T1634(45℃mpu) |
| 熔体指数 | g/10min | GB/T3682(220℃/5kg) |
| 燃烧性 | UL94V-0 |
表2
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，其特征在于，含有组分和组分重量百分数如下：高抗冲聚苯乙烯40～60％，纳米级高岭土8～12％，酚醛树脂8～10％，溴氮类阻燃剂8～12％，三氧化二锑5～10％，复合增韧剂10～16％，抗氧化剂0.6～1.0％；
所述纳米级高岭土含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁和二氧化锑；
所述复合增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丙烯腈-苯乙烯树脂的混合物；
所述抗氧化剂为酚类抗氧化剂和磷酸酯类抗氧化剂的混合物；其中酚类抗氧化剂的氧指数为32％～36％。
2.一种阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物，其特征在于，含有组分和组分重量含量如下：高抗冲聚苯乙烯50～57％，纳米级高岭土5～10％，酚醛树脂9～10％，溴氮类阻燃剂8～10％，三氧化二锑3～5％，复合增韧剂8～10％，抗氧化剂0.6～0.8％；
所述纳米级高岭土含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁和二氧化锑；
所述复合增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丙烯腈-苯乙烯树脂的混合物；
所述抗氧化剂为酚类抗氧化剂和磷酸酯类抗氧化剂的混合物；其中酚类抗氧化剂的氧指数为32％～36％。
3.制备权利要求1～2任一项所述的阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取纳米级高岭土，烘干，放入高速混料机中，加温，搅拌，当温度升到120℃，加入螯合型塑料助剂，进行亲和改性；
(2)将步骤(1)所得亲和改性后的纳米级高岭土与高抗冲聚苯乙烯、酚醛树脂、溴氮类阻燃剂、三氧化二锑、复合增韧剂和抗氧化剂，放入搅拌机搅拌；
(3)将步骤(2)所得混合后的原料熔融，压力为15～30MPa，温度为175℃～230℃；
(4)将步骤(3)所得熔融后的原料从搅拌机挤出，切粒，包装。
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