一种阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种阻燃聚苯乙烯材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚苯乙烯泡沫材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、防水等优点，在食品包装、电子电 气、建筑装潢、隔音保温等领域得到广泛的应用。但是聚苯乙烯泡沫材料的大量应用也导致 了废弃物污染的增加。因此对聚苯乙烯废弃塑料进行回收再利用，越来越得到重视。
[0003] 对于聚苯乙烯回收材料而言，抗冲击性能较差制约了回收聚苯乙烯材料的应用领 域。而传统对聚苯乙烯进行增韧的手段，多是加入含苯乙烯链段的增韧剂，如SBS、SEBS等， 但这些增韧材料的价格普遍偏高，用于回收聚苯乙烯材料中，会导致回收材料的成本大幅 度上升。
[0004] 同时，对于聚苯乙烯材料而已，在电子电器、建筑装潢等领域的应用，大多需要进 行阻燃处理，而传统的阻燃处理方法不仅阻燃剂加入量高，阻燃效率低，而且会导致溴含量 增加，燃烧过程中产生较多有毒气体。而对于回收的聚苯乙烯材料进行阻燃则难度更大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种成本低，抗 冲击性能好的阻燃聚苯乙烯材料。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种阻燃聚苯乙烯材料，由包括以下重量份的组分制成：
[0008] 聚苯乙烯 100份，
[0009] 聚乙烯 5~40份，
[0010] 有机蒙脱土 3~10份，
[0011] 膨胀性阻燃剂 10~25份，
[0012] 相容剂 2~10份，
[0013] 聚乙烯缩丁醛 2~8份，
[0014] 抗氧剂 1~3份。
[0015] 优选的，所述的有机蒙脱土为采用十六烷基三甲基溴化铵预处理的蒙脱土。
[0016] 优选的，所述的有机蒙脱土按以下方法制得：将100g蒙脱土加入1000 ml水中在 90~95°C下搅拌分散均匀，然后加入20ml十六烷基三甲基溴化铵，超声30~45min，过滤 水洗，滤出的固体在45°C下真空干燥24小时，制得所述有机蒙脱土。
[0017] 优选的，所述的膨胀性阻燃剂由包括以下重量份的组分制成：
[0018] 硼酸 5~10份，
[0019] 山梨醇 2~8份，
[0020] 三聚氰胺10~16份，
[0021] 聚磷酸铵15~25份。
[0022] 将硼酸5~10份，山梨醇2~8份，三聚氰胺10~16份，聚磷酸铵15~25份加 入混合机中混合均匀，制得所述膨胀性阻燃剂。
[0023] 采用十六烷基三甲基溴化铵预处理的蒙脱土与聚苯乙烯共混时，由于插层的结 果，聚合物大分子进入蒙脱土的片层之间，在燃烧时，蒙脱土片层本身能阻隔聚合物分子的 受热，分解和燃烧；本发明中的有机改性蒙脱土在和膨胀性阻燃剂配合使用时，除膨胀性阻 燃剂本身提供的炭源外，蒙脱土片层由于均匀分散在聚合物基体中，且与聚合物的结合作 用较强，更能促进聚合物表面形成致密的碳层，其蒙脱土片层本身也具有阻隔作用，从而提 高膨胀性阻燃剂的阻燃效率。
[0024] 优选的，所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，烙指4~30g/10min (测试条件20(TC, 5kg)。
[0025] 优选的，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯。
[0026] 优选的，所述的相容剂由以下方法制得：
[0027] (1)按重量份秤取引发剂0. 2~0. 8份，偶联剂1~3份，苯乙烯20份，聚苯乙烯 100份，聚乙烯60~100份；
[0028] (2)将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；
[0029] (3)将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶 有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂。
[0030] 优选的，所述的引发剂选自过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔 丁基酯、过氧化甲乙酮或过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或一种以上，优选过氧化二碳酸 二异丙酯。
[0031] 优选的，所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三 甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯或四异丙基二（二辛基亚磷酸酰氧基） 钛酸酯中的一种或一种以上，优选Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。
[0032] 通过实验发现，将偶联剂和引发剂溶入苯乙烯单体中再对聚苯乙烯和聚乙烯进行 反应性共混改性，苯乙烯和聚乙烯的接枝率大幅提升，制得的相容剂对PS和PE的增容效果 较传统相容剂更好。当同时采用过氧化二碳酸二异丙酯作为引发剂和Y-(甲基丙烯酰氧） 丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂时，制得的相容剂的增容效率比其他引发剂和偶联剂制得的 相容剂的增容效率提高了 15~20%。
[0033] 聚乙烯缩丁醛具有韧性好，抗冲击性能高的优点，在聚苯乙烯/聚乙烯体系中加 入聚乙烯缩丁醛不仅可以改善聚苯乙烯与聚乙烯之间的相容性，同时可以提高聚苯乙烯材 料的抗冲击性能。
[0034] 优选的，所述的抗氧剂选自（聚[[6_[(1，1，3, 3-四甲基丁基）胺]-1，3, 5-三 嗪-2, 4-二基][(2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶）亚胺]-1，6-二己二基[(2, 2, 6, 6-四甲 基-4-哌啶）亚胺]]])、（2- (3, 5-二叔丁基-2-羟苯基）-5-氯苯并三唑)、（1，3, 5-三 (4-叔丁基-3-羟基-2, 6-二甲基苄基）-1，3, 5-三嗪-2, 4, 6- (1H，3H，5H)-三酮)或 2, 6-二 叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或一种以上。
[0035] 优选的，所述抗氧剂为（1，3,5_三（4-叔丁基-3-羟基-2,6_二甲基苄 基）-1，3, 5-三嗪-2, 4, 6-(1H，3H，5H)-三酮）和2, 6-二叔丁基-4-甲基苯酚按重量比为 3:1的混合物。
[0036] -种上述阻燃聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
[0037] (1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯5~20份，有机蒙脱土 3~10份，膨 胀性阻燃剂10~25份，相容剂2~6份，聚乙烯缩丁醛2~8份，抗氧剂1~3份，混合均 匀；
[0038] (2)将步骤（1)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混挤出，冷却切粒，制得 所述阻燃聚苯乙烯材料。
[0039] 优选的，所述的挤出温度为170~200°C，螺杆转速为150~220R/min。
[0040] 优选的，在挤出过程中，先将聚苯乙烯、聚乙烯、聚乙烯缩丁醛、有机蒙脱土、膨胀 性阻燃剂和抗氧剂进行共混，在双螺杆挤出机中挤出时，在螺杆中段的侧喂料处加入浸泡 过苯乙烯的相容剂，其中苯乙烯中含有0. 2%重量份引发剂，熔融共混挤出，冷却切粒，制得 所述阻燃聚苯乙烯材料。
[0041] 苯乙烯中加入的引发剂与制备相容剂时的引发剂选用范围相同。
[0042] 将相容剂用苯乙烯浸泡后再加入挤出机中和其他原料进行共混，可以防止聚苯乙 烯降解，提升相容剂的增容效率，从而提高阻燃聚苯乙烯材料的抗冲击性能。
[0043] 和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0044] (1)本发明采用十六烷基三甲基溴化铵预处理的蒙脱土和膨胀性阻燃剂配合使 用，膨胀性阻燃剂针对聚苯乙烯复合材料基体和蒙脱土做了优化，其相互协调作用，提高了 对聚苯乙烯复合材料的阻燃效率。
[0045] (2)本发明中不采用SBS橡胶等昂贵的增韧材料，而采用成本较低的聚乙烯材料 对聚苯乙烯进行增韧，降低了生产成本，使得改性后的回收聚苯乙烯材料具有较好的性价 比和较好的市场竞争力。
[0046] (3)本发明改进了聚苯乙烯相容剂的生产工艺，以及相容剂的使用工艺，在生产相 容剂的过程中，通过对配方进行优化，加入苯乙烯单体，提升了相容剂的增容效率，制得的 相容剂可以直接用于聚苯乙烯/聚乙烯材料进行改性，使用方便无污染。
[0047] (4)本法明中的相容剂在使用过程中对相容剂用苯乙烯进行浸泡处理，进一步提 高增容效率和聚苯乙烯/聚乙烯材料的物理性能。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中除特殊说明外，含量均为重量 份。
[0049] 实施例1
[0050] -种阻燃聚苯乙烯材料，由以下方法制得：
[0051] (1)制备相容剂
[0052] 按重量份秤取引发剂0. 2份，偶联剂1份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯 60份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆 挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤 出切粒得到所述相容剂；
[0053] 其中所述的引发剂选自过氧化月桂酰，所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅 烧；
[0054] (2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯5份，有机蒙脱土 3份，膨胀性阻燃剂 10份，相容剂2份，聚乙烯缩丁醛2份，抗氧剂1份，混合均匀；
[0055] 其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯,烙指4g/10min,所述的聚乙烯为线性低密 度聚乙烯，所述的抗氧剂选自（聚[[6- [ (1，1，3, 3-四甲基丁基）胺]-1，3, 5-三嗪-2, 4-二 基][(2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶）亚胺]-1，6-二己二基[(2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶）亚 胺]]]);
[0056] 所述的有机蒙脱土按以下方法制得：将100g蒙脱土加入1000 ml水中在90~95°C 下搅拌分散均匀，然后加入20ml十六烷基三甲基溴化铵，超声30~45min，过滤水洗，滤出 的固体在45°C下真空干燥24小时，制得所述有机蒙脱土；
[0057] 所述的膨胀性阻燃剂按以下方法制得：将硼酸5份，山梨醇2份，三聚氰胺10份， 聚磷酸铵15份加入混合机中混合均匀，制得所述膨胀性阻燃剂；
[0058] (3)将步骤（2)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混挤出，挤出温度为 170~200°C，螺杆转速为150~220R/min，冷却切粒，制得所述阻燃聚苯乙烯材料。
[0059] 实施例2
[0060] 一种阻燃聚苯乙烯材料，由以下方法制得：
[0061] (1)制备相容剂
[0062] 按重量份秤取引发剂0. 8份，偶联剂3份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯 100份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆 挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤 出切粒得到所述相容剂；
[0063] 其中所述的引发剂选自过氧化苯甲酸叔丁酯，所述的偶联剂选自Y-(甲基丙烯酰 氧）丙基二甲氧基硅烷；
[0064] (2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯40份，有机蒙脱土 10份，膨胀性阻燃剂 25份，相容剂10份，聚乙烯缩丁醛8份，抗氧剂3份，混合均匀；
[0065] 其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指30g/10min ;所述的聚乙烯为回收聚 乙烯；
[0066] 所述的抗氧剂选自（1，3, 5-三（4-叔丁基-3-羟基-2, 6-二甲基苄基）-1，3, 5-三 嗪-2,4,6-(1!1，3!1，5!1)-三酮）；
[0067]