CN101864137B - 一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改性聚苯乙烯领域，提供一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物及其制备方法，所述组合物包含有高抗冲聚苯乙烯70～85份，阻燃剂8～15份，辅助阻燃剂3～4.5份，稳定剂0.2～1.5份；润滑剂0.2～1.0份；扩散油0～0.5份；其他助剂0.2%重量百分比。本发明是通过高抗冲聚苯乙烯、阻燃剂与其他助剂的选择并改善阻燃剂与基材高抗冲聚苯乙烯（HIPS）的相容性来制备高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物。本发明组合物具有高阻燃性、无阴燃和好的抗冲击性能，特别适用于制造需要高阻燃的电子元件、构件及电子设备的壳体材料等产品。

Description

一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯树脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性聚苯乙烯组合物，进一步的说，是涉及一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物及其制备方法。

背景技术

高抗冲聚苯乙烯，其加工性能好，综合性能优异且价格低廉。作为通用塑料聚苯乙烯的一个重要分支，高抗冲聚苯乙烯多用于制造电子元器件、构件及电子设备的外壳等。在多数情况下，这些使用场合都需要其具有阻燃性能，一般要求为UL-94-V0（3.0mm厚度，以下同），当制件的壁比较薄时，通常会要求达到UL-94-V0(1.5mm厚度)。

由于高抗冲聚苯乙烯自身的性质决定，其为易燃性塑料。通常为使其拥有一定的阻燃性能，会添加溴类阻燃剂，但是随着阻燃剂添加量的增加，阴燃现象变得越来越严重，加入一定量的硼酸锌可以降低阴燃时间，但同时又会使得比重升高，这是目前阻燃聚苯乙烯产品开发遇到的难题。

制备阻燃高抗冲聚苯乙烯时，加入溴类阻燃剂和辅助阻燃剂后，产品阻燃性有显著的提高，当阻燃剂的添加量达到一定值后，产品将达到V-0级的阻燃。但是由于阻燃剂和基材HIPS的相容性较差或阻燃剂分散性不好，必然造成其力学性能的下降，尤其是冲击强度。为了改善冲击强度，通常情况下会加入橡胶类的增韧材料，增韧剂的加入虽然能使韧性得到一定程度的补偿，但是会使得阴燃现象加剧，所以如何在保证不损失材料韧性的同时缩短阴燃时间是阻燃聚苯乙烯开发需要解决的关键问题。

专利“200710029323.3含有超细层状硅酸盐的溴素阻燃高抗冲聚苯乙烯复合物及其制备方法”中提到，通过添加超细层状硅酸盐，在保证阻燃级别的前提下可以适当降低阻燃剂用量，从而降低成本，但是无机填充物的加入，若表面处理把握不好，很可能导致材料韧性的损失。专利“200410086289.0一种阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物及其制备方法”中提到通过添加分散性良好的粉末橡胶来提高材料韧性，专利“96190762.2阻燃性聚苯乙烯系树脂组合物及聚苯乙烯系树脂的模塑制件”中制备的组合物可以解决因为材料分解腐蚀模具，污染制件的问题，专利“200710099609.9一种无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯组合物及其制备方法”提到可以制备一种力学性能良好的无卤阻燃聚苯乙烯。前述几篇专利均未涉及在制备阻燃高抗冲聚苯乙烯时如何解决阴燃的问题。

发明内容

为了克服现有制备阻燃高抗冲聚苯乙烯树脂常遇到的易阴燃、不能兼顾韧性的问题，本发明的目的是提供一种具有高阻燃性能（阻燃性能达到UL94-V0级别），无阴燃现象，韧性良好的聚苯乙烯组合物。

本发明的另外一个目的是提供所述高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物的制备方法。

本发明所提供的一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物，包含有共混的以下重量份的原料：高抗冲聚苯乙烯70.0～85.0份；溴类阻燃剂 8.0～15.0份；辅助阻燃剂 3.0～4.5份；稳定剂0.2～1.5份；润滑剂0.2～1.0份;扩散油0～0.5份。

优选地，本发明所提供的一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物，包含有共混的以下重量份的原料： 高抗冲聚苯乙烯 80.0～85.0份;溴类阻燃剂10.0～15.0份;辅助阻燃剂4.0份；稳定剂 0.2～0.6份；润滑剂 0.2～0.3份；扩散油 0～0.3份。

 以上所述本发明的高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物中，溴类阻燃剂选自脂肪族和芳香族的溴类阻燃剂中的一种或一种以上，优选自十溴二苯乙烷、八溴联苯醚、六溴环十二烷、四溴双酚A、三溴苯酚、三（三溴苯氧基）三嗪、溴化苯乙烯中的一种或几种。

以上所述的高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物中，辅助阻燃剂为三氧化二锑。

以上所述本发明的高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物中，稳定剂为亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯，双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯，β-（3,5-二叔丁基，4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯，四[β-（3,5-二叔丁基，4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，硬脂酸钙、硬脂酸锌为主体的钙锌复合稳定剂或这些化合物的混合物。

其中稳定剂优选双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯和四[β-（3,5-二叔丁基，4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。按重量份计，总用量为0.4份。

以上所述本发明的高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物中，润滑剂为硬脂酸镁、石蜡、白矿油、乙撑双硬酯酰胺或这些化合物的混合物。

以上所述本发明配方中，没有像往常一样通过添加橡胶类的增韧剂来改善材料的韧性，而是通过高抗冲聚苯乙烯、溴类阻燃剂和其他助剂的选择、以及改善阻燃剂与基体树脂的相容性来达到制备高抗冲防阴燃聚苯乙烯的目的。阻燃剂通常都为粉料，阻燃剂与基材之间相容性不好，会造成材料性能下降，尤其是冲击强度的下降。通常情况下为了达到更好的阻燃性能，阻燃剂的用量会加大，材料的韧性也会下降更多。本发明制备高阻燃性能的高抗冲聚苯乙烯，在生产工艺上，从改善阻燃剂的分散性着手，使基体树脂充分包裹阻燃剂，在材料受力时减少应力集中点，从而提高材料的物理机械性能，尤其是冲击强度。

由于聚苯乙烯自身的特性，制备高阻燃的聚苯乙烯，阴燃是必须克服的一个困难。阴燃有两种形式：明火出现以前的阴燃，火焰熄灭以后的阴燃。阴燃是一个不完全燃烧的过程，炭层的氧化放热是阴燃持续进行不可缺少的热源，因此影响炭层的氧化因素直接影响到材料的阴燃特性。要缩短阴燃时间或杜绝阴燃现象，可以从两个方面着手解决：（一）减少碳层的氧化放热。金属盐及其氧化物、一些无机添加剂等对炭层的形成，炭的组分及燃烧的影响很大。此外，炭黑等填料也会促进阴燃，因此，黑色的高阻燃聚苯乙烯阴燃情况更加严重；（二）捕捉空气中的氧。在不影响其他物性的前提下可以适量添加还原性强的无机物，最直接的方法是提高稳定剂的用量。

在制备高抗冲防阴燃聚苯乙烯的过程中，为克服阴燃问题，尝试加大阻燃剂用量，但阴燃现象改善不明显，且比重增大、韧性降低；也尝试添加硼酸锌等还原性无机物，阴燃时间明显缩短，但同时韧性显著下降。

本发明高抗冲防阴燃聚苯乙烯聚合物中的润滑剂含有金属盐，它的存在会促进炭层的氧化放热，为明火熄灭后的阴燃提供了热量来源，延长了阴燃时间。为解决这个问题，本发明中将润滑剂的重量份数降低至0.3份，阴燃时间缩短；另外为了尽可能降低氧气对炭层的继续氧化放热，在不影响材料物性的前提下，本专利采用双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯和四[β-（3,5-二叔丁基，4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯的混合物作为抗氧剂，并将其重量份数提高到0.4份，阴燃时间明显缩短。

在本发明高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物的制备过程中，混合工艺显得尤其重要。混合设备可以采用现有技术中所用的各种混料设备，如搅拌机、高速混合机等。

本发明采用优选的制备方法如下：将高抗冲聚苯乙烯树脂和扩散油在高速混合机中充分混合，使扩散油充分浸润树脂表面，再加入溴类阻燃剂、辅助阻燃剂及其他助剂充分混合。将混拌好的物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融混炼、挤出、冷却、切粒，包装。熔融挤出时双螺杆挤出机的各种操作参数均为通常聚苯乙烯的操作参数。其熔融共混温度为180℃-200℃，主喂料加料速度优选为300-600转/分钟，螺杆转速可优选为900-1500转/分钟。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

测试方法：力学性能测试：按照ASTM D638、 ASTM D790 、ASTM D256分别进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能的测试。

燃烧性能测试：按照UL 94标准进行阻燃性能来测试。

加工性能测试：按照ASTM D1238进行熔融指数的测试。

按照实验配方称取各组份，先将配方中的基材倒入高速混合机，再加入扩散油，高速混合3分钟后，再加入其他组份混拌，这样能使得原料中的粉料均匀分散在粒料的表面。然后经过挤出机熔融剪切、挤出、冷却、切粒。将制成的粒子放入烘箱中于80℃下烘烤2-4小时，用注塑机注塑成标准样条，注塑温度设定在180℃-200℃。具体配方见以下实施例，其中各组份均以重量份数为单位，各个实施例性能结果见表1。

实施例1。

高抗冲聚苯乙烯84.0份，溴类阻燃剂十溴二苯乙烷8.0份，溴类阻燃剂四溴双酚A 3.0份，辅助阻燃剂三氧化二锑4.0份，稳定剂亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯0.2份，润滑剂硬脂酸镁0.6份。

制备方法如下：

（一）按照配方量磅好各组份；

（二）先将主料高抗冲聚苯乙烯和扩散油倒入高速混合机中，混合3分钟；

（三）然后将溴类阻燃剂、辅助阻燃剂、稳定剂、润滑剂、及扩散油依次倒入高速混合机中，混合3分钟；

（四）将这些充分混合后的材料通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和包装。

实施例2。

高抗冲聚苯乙烯83.0份，溴类阻燃剂十溴二苯乙烷9.0份，溴类阻燃剂溴化聚苯乙烯3.0份，辅助阻燃剂三氧化二锑4.0份，稳定剂双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯0.2份，润滑剂石蜡0.6份。

制备方法同实施例1。

实施例3。

高抗冲聚苯乙烯82.0份，溴类阻燃剂四溴双酚A 10.0份，溴类阻燃剂三（三溴苯氧基）三嗪3.0份，辅助阻燃剂三氧化二锑4.0份，稳定剂β-（3,5-二叔丁基，4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯0.2份，润滑剂白矿油0.6份。

制备方法同实施例1。

实施例4。

高抗冲聚苯乙烯81.0份，溴类阻燃剂溴化聚苯乙烯9.0份，溴类阻燃剂六溴环十二烷5.0份，辅助阻燃剂三氧化二锑4.0份，稳定剂四[β-（3,5-二叔丁基，4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，润滑剂乙撑双硬酯酰胺0.6份。

制备方法同实施例1。

实施例5。

高抗冲聚苯乙烯81.6份，溴类阻燃剂十溴二苯乙烷9.0份，溴类阻燃剂六溴环十二烷4.0份，辅助阻燃剂三氧化二锑4.0份，稳定剂硬脂酸钙0.4份，润滑剂白矿油0.5份，扩散油0.3份。

制备方法同实施例1。

实施例6。

高抗冲聚苯乙烯81.8份，溴类阻燃剂溴化聚苯乙烯9.0份，溴类阻燃剂六溴环十二烷4.0份，辅助阻燃剂三氧化二锑4.0份，稳定剂硬脂酸锌0.4份，润滑剂乙撑双硬酯酰胺0.3份，扩散油0.3份。

制备方法同实施例1。

表1

 注①：不阻燃，续燃时间大于30s

注②：有滴落，引燃棉花

注③：阴燃时间大于30s。

Claims (2)

1.一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯树脂组合物，其特征在于：按重量份计，该组合物包括以下组份的原料：

高抗冲聚苯乙烯                  81.8份

溴类阻燃剂溴化聚苯乙烯          9.0份

溴类阻燃剂六溴环十二烷          4.0份

辅助阻燃剂三氧化二锑            4.0份

稳定剂硬脂酸锌                  0.4份

润滑剂乙撑双硬酯酰胺            0.3份

扩散油                          0.3份。

2.制备权利要求1所述的一种高抗冲防阴燃聚苯乙烯组合物的方法，包括以下步骤：

（一）按照配方量磅好各组份；

（二）先将主料高抗冲聚苯乙烯和扩散油倒入高速混合机中，混合3分钟；

（三）然后将溴类阻燃剂、辅助阻燃剂、稳定剂、润滑剂、及扩散油依次倒入高速混合机中，混合3分钟；

（四）将这些充分混合后的材料通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和包装。