CN103333424B - 一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂及其制备方法是按Ⅱ型聚磷酸铵、膨胀石墨、碳酸钙、成炭促进剂、表面活性剂的组成及其含量加入高速混合机，升温并进行高速混合为复配阻燃剂，再加入表面活性剂，继续高速混合，即制得苯乙烯无卤环保阻燃剂。本发明采用廉价的碳酸钙与聚磷酸铵反应提高了残炭的粘结性能，有效地降低了膨胀石墨的使用量，并减少了烟释放量，防止了熔滴现象的发生；极大地提高了复配阻燃体系的协同阻燃效应，阻燃效果好。

Description

一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚苯乙烯及其阻燃剂，具体地是一种应用于聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂。

背景技术

聚苯乙烯(PS)是全球产量最大的树脂之一，因其无毒、密度小、耐化学腐蚀和电绝缘性好，广泛应用于电子/电器、汽车、建筑、玩具、包装等领域。但聚苯乙烯极易燃烧，燃烧时强烈氧化裂解造成的融滴现象严重以及有毒气体的释放等缺点严重制约了其在有防火要求的领域推广使用。随着人们对于安全的要求日益提高，阻燃聚苯乙烯的开发备受青睐。

向聚苯乙烯树脂中加入阻燃剂能够提高其阻燃性能，其常用的阻燃剂是卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂以及膨胀型阻燃剂。使用卤系阻燃剂能够有效提高其阻燃性，但是其燃烧过程中，烟释放量大，熔融现象明显，易释放出有毒或腐蚀性气体产生“二次危害”，最近研究表明多溴二苯醚类物质在燃烧时能产生致癌物质。目前，国内外提出或者已经施行禁用或限用卤系阻燃剂的条例规定。而常见的无卤阻燃剂存在着阻燃效率低，与聚苯乙烯的相容性不好的问题。造成制作成本高，添加量大，聚苯乙烯性能下降严重的问题，不利大面积推广。

CN102585375A公开了“一种聚丙烯专用无卤环保阻燃剂”。以包覆性聚磷酸铵，高效成炭剂，协效成炭剂，成炭促进剂，抗滴落剂等改性聚丙烯，得到一种无卤的环保阻燃剂。其虽然描述了聚磷酸铵与膨胀石墨的协同阻燃作用，但是其基体为聚丙烯，并没有说明其在聚苯乙烯中的应用，且没有应用到碳酸钙，从而有可能存在炭层结构强度不够的问题。

CN1850911A公开了一种“兼具阻燃和导电功能的聚合物基功能复合材料”。以膨胀石墨，可膨胀石墨为主阻燃剂，以红磷，聚磷酸铵等为辅助阻燃剂，得到一种兼具阻燃和导电功能的聚合物基复合材料。其成本较高，且在试验中发现燃烧后炭层结构不够的问题突出。

CN102277030A公开了“一种用于涂料阻燃的高效环保阻燃剂”。以聚磷酸铵，季戊四醇，茶皂素等组成一种涂料阻燃剂，从而得到一种较好的阻燃涂料。其主要应用于阻燃涂料之中，并未提及在树脂之中的应用。且未添加膨胀石墨及碳酸钙。

发明内容

本发明的问题是在克服单纯使用聚磷酸铵和膨胀石墨成本高，以及在树脂中应用膨胀石墨后其炭层的结构强度不够的问题，并提供一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂及其制备方法。

一种无卤环保阻燃剂的技术方案如下：

原料的组成及含量按质量份为：聚磷酸铵30~70份、膨胀石墨10~50份、碳酸钙10~25份、成炭促进剂3~5份、表面活性剂0.5~3份。

进一步地，原料的组成及含量按质量份为：聚磷酸铵55份、膨胀石墨25份、碳酸钙15份、成炭促进剂5份、表面活性剂3份。

在上述方案中，所述聚磷酸铵的聚合度为n≥1000，粒径尺寸为80~200目；所述膨胀石墨的尺寸为80~200目，膨胀倍数为0.15~0.25 m3/kg；所述碳酸钙为轻质碳酸钙；所述成炭促进剂为氧化锌、硼酸锌、氧化镁的一种；所述表面活性剂为硅烷偶联剂KH550、KH570的一种。

一种无卤环保阻燃剂制备方法的技术方案如下：

按上述的原料组成及其含量的质量份数称取原料，再将聚磷酸铵，膨胀石墨，碳酸钙，成炭促进剂加入高速混合机，升温至90~130℃，在800~1200r/min的转速高速混合3~5min，混合为复配阻燃剂后，再加入复配阻燃剂总质量的1~3%的表面活性剂，继续高速混合5~8min，即制得无卤环保阻燃剂。

实现本发明所提供的一种无卤环保阻燃剂及其制备方法，其所制得的无卤环保阻燃剂具有高阻燃性，高抑烟性，能够有效的抑制聚苯乙烯燃烧过程中的熔融滴落现象的特点，同时在该体系中未引入卤系元素，阻燃过程对环境造成的污染小，产生对人体有害的物质少，而且对基体的力学性能影响小。相对于同等阻燃性能的材料，价格更加低廉。是一种阻燃效率高且污染性小的材料。

附图说明

图1残渣的SEM扫描图：图中是纯PS燃烧之后残渣的SEM扫描图像。

图2残渣的SEM扫描图：图中是添加阻燃剂的PS燃烧之后残渣的SEM扫描图像。

具体实施方式

  下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

具体实施方式1

实施本发明所提供的一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂，该无卤环保阻燃剂的组成及其含量按质量份组成如下：

30~70份的聚磷酸铵，所述聚磷酸铵是Ⅱ型聚磷酸铵，其聚合度为n≥1000，粒径尺寸为80~200目。

10~50份的膨胀石墨，所述膨胀石墨为80~200目，膨胀倍数为0.15~0.25 m3/kg。

10~25份的碳酸钙，所述碳酸钙为轻质碳酸钙。

3~5份的成炭促进剂，所述成炭促进剂为氧化锌，硼酸锌，氧化镁之中的一种。

0.5~3份的表面活性剂，所述表面活性剂为硅烷偶联剂KH550、KH570中的一种。

基于上述技术方案，进一步地优选实施为：将无卤环保阻燃剂的组成及其含量按质量份限定为：聚磷酸铵：膨胀石墨：碳酸钙：成炭促进剂：表面活性剂=55：25：15：5：3。

实现本发明上述一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂，采用APP/EG中引入碳酸钙，能够极大的减少膨胀石墨的添加量，降低了阻燃复合物的制作成本；高温下，碳酸钙与聚磷酸铵的反应产物，提高了燃烧产物的粘结性能，提高了燃烧过程膨胀石墨产生的膨胀物的结构强度，使得体系形成结构稳定的保护炭层，提升了保护作用，而该体系的添加，能够减少PS在燃烧过程中的烟释放量，防止了熔融滴落现象的发生，具有明显的阻燃协同效应，所具有的阻燃效果优秀。

具体实施方式2

实施本发明上述一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂的制备方法，该制备方法是按一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂重量份称取原料，并将聚磷酸铵，膨胀石墨，碳酸钙，成炭促进剂加入高速混合机，升温至90~130℃，在800~1200r/min的转速高速混合3~5min，混合为复配阻燃剂，后再加入占复配阻燃剂总质量的1~3%的表面活性剂，继续高速混合5~8min，即制得聚苯乙烯无卤环保阻燃剂。

实现上述一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂的制备方法，该制备方法能够有效降低因高温造成的膨胀石墨无效膨胀，提高添加剂的实际利用效率，并且保证了在较短的时间下将各种组分混合均匀，以及提升了在基体PS中的相容性，极大的保证了各种添加剂的作用能够在实际应用中发挥的作用。

在上述实施本发明的一种复配阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法的基础上，下面通过具体实施例进一步说明。

实施例1

一种应用于聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂，该阻燃剂是由以下重量份的原料制成：聚磷酸铵（APP）55份、膨胀石墨（EG）25份、碳酸钙（CaCO₃）15份、氧化镁（MgO）5份、硅烷偶联剂（KH570）3份。

上述一种应用于聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂的制备方法，该方法是按上述重量份称取原料，将聚磷酸铵、膨胀石墨、碳酸钙、氧化镁加入高速混合机，升温至130℃，在800r/min的转速高速混合5min，混合为复配阻燃剂后，再加入复配阻燃剂总质量的2%的硅烷偶联剂KH570，继续高速混合8min，制得到聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂。

本实施例在APP/EG的基础上引入碳酸钙，有效地提高了残炭结构的强度，保证其持续保护作用，而且在实际燃烧过程，能够增加不燃性气体的速度及质量，在气相中起到阻燃效果。而改变各组分的配比将得到阻燃性能相一致的阻燃配方。将所得的产品无卤环保阻燃剂应用于聚苯乙烯，测试其燃烧性能。得到其UL-94标准等级为V-0级，氧指数为30.2%。

实施例2

一种应用于聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂，该阻燃剂是由以下重量份的原料制成：聚磷酸铵（APP）60份、膨胀石墨（EG）20份、碳酸钙（CaCO₃）15份、氧化锌（ZnO）5份、硅烷偶联剂（KH570）3份。

上述一种应用于聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂的制备方法，该方法是按上述重量份称取原料，将聚磷酸铵、膨胀石墨、碳酸钙、氧化锌加入高速混合机，升温至90℃，在1000r/min的转速高速混合5min，混合为复配阻燃剂后，再加入复配阻燃剂总质量的1~3%的硅烷偶联剂KH570，继续高速混合5min，即制得一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂。

实施例3

一种应用于聚苯乙烯的无卤环保阻燃剂，由以下重量份的原料制成：聚磷酸铵（APP）45、膨胀石墨（EG）35、碳酸钙（CaCO₃）15、硼酸锌（ZB-2335）5、硅烷偶联剂（KH550）3。

制备方法：按上述重量份称取原料，将聚磷酸铵、膨胀石墨、碳酸钙、硼酸锌加入高速混合机，升温至100℃,在1200r/min的转速高速混合3min，加入复配阻燃剂总质量的2%的硅烷偶联剂KH550，继续高速混合5min，即得到本产品。

附图是纯PS与添加本配方阻燃剂之后的PS组合物燃烧后残渣的SEM图像。从图中可以看到，添加阻燃剂后，其残炭结构形成网络，膨胀体积变大且结构强度提高，从而阻碍内部物质因接触外部火焰或者氧气而持续燃烧，显著的降低了PS的持续燃烧。

Claims (2)

1.一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂，其所述无卤环保阻燃剂的组成及其含量按质量份如下：

聚磷酸铵30~70份；

膨胀石墨10~50份；

碳酸钙10~25份；

成炭促进剂3~5份；

表面活性剂0.5~3份；

其所述无卤环保阻燃剂的组成及其含量按质量份为：聚磷酸铵：膨胀石墨：碳酸钙：成炭促进剂：表面活性剂=55：25：15：5：3； 其中：

所述聚磷酸铵是Ⅱ型聚磷酸铵，其聚合度为n≥1000，粒径尺寸为80~200目；

所述膨胀石墨为80~200目，膨胀倍数为0.15~0.25 m3/kg；

所述碳酸钙为轻质碳酸钙；

所述成炭促进剂为氧化锌，硼酸锌，氧化镁之中的一种；

所述表面活性剂为硅烷偶联剂KH550、KH570中的一种。

2.一种如权利要求1所述的聚苯乙烯无卤环保阻燃剂的制备方法，其所述方法是按权利要求1所述的重量份称取原料，将聚磷酸铵，膨胀石墨，碳酸钙，成炭促进剂加入高速混合机，升温至90~130℃，在800~1200r/min的转速高速混合3~5min，混合为复配阻燃剂，后再加入占复配阻燃剂总质量的1~3%的表面活性剂，继续高速混合5~8min，即制得聚苯乙烯无卤环保阻燃剂。