基于废聚苯乙烯材料制备梯度阻燃可发泡聚苯乙烯珠粒的水相悬浮造粒法及其产品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废聚苯乙烯发泡材料高值化回收利用领域，具体涉及一种基于废聚苯乙烯材料制备梯度阻燃可发泡聚苯乙烯珠粒的水相悬浮造粒法及其产品。
【背景技术】
[0002]聚苯乙稀发泡材料(Expanded polystyrene简称EPS)是由可发性聚苯乙稀经过蒸汽发泡成型得到的，具有优异的绝热保温、隔音、防震、质轻、耐老化和耐腐蚀等性能，广泛用于建筑外墙保温领域和包装行业。EPS产品不降解、不腐烂，通常是一次性使用，丢弃后严重污染环境，后处理成本高且工艺复杂。因此，废聚苯乙烯发泡材料的资源化再生利用和高值化回收利用具有非常重要的社会、环境和经济效益。
[0003]国家住房和城乡建设部、国家质量监督检查检疫总局联合发布了国家标准《建筑设计防火规范》GB50016?2014，自2015年5月I日起实施，这对建筑外墙保温材料的阻燃性能提出了更高的要求。目前，聚苯乙烯发泡材料的阻燃性主要是添加有机含卤阻燃剂，有机阻燃剂阻燃效果好，发挥阻燃作用时阻燃剂分解产生一种不燃的卤化氢气体，稀释氧气且在聚合物表面形成一种阻隔性保护膜，抑制燃烧的链反应进行。但是卤化氢气体具有毒性，一旦火灾发生，火灾中丧生的人很多时候是因为呼吸到有毒气体窒息死亡，而不是被烧死。依靠过度增加有机阻燃剂用量来进一步提高聚苯乙烯发泡材料的阻燃性的做法是EPS行业所不提倡的，不仅增加生产成本，而且具有毒性污染环境。结合无机阻燃剂的无毒无害性和有机阻燃剂的高阻燃性，使用无机-有机复配阻燃剂可在一定程度上减少有机阻燃剂的用量并提高阻燃效果，目前，研究无机-有机复合阻燃剂体系是阻燃领域的一大主流方向。
[0004]目前，废EPS回收利用主要采用溶剂法回收，如中国发明专利CN100335539C公开了一种溶剂再生回收废聚苯乙烯泡沫塑料的方法，采用桔子油溶解聚苯乙烯泡沫，加入桔子油体积的I?5倍的醇类或醚类等沉淀剂经真空抽滤，过滤后的聚苯乙烯再次加入桔子油体积的I?5倍醇类或醚类沉淀剂进行第二次沉淀，再次进行真空抽滤得到不规则聚苯乙烯团聚体，两次抽滤过的溶液加入等体积的水萃取，最后加入助剂使溶剂和沉淀剂蒸馏分离，回收溶剂，该专利采用天然无毒溶剂桔子油，桔子油成本高，回收工艺非常复杂，需要加入醇类或醚类沉淀剂和助剂，蒸馏非常复杂难实现，回收成本较高，而且得到的再生聚苯乙烯是不规则的团聚体，而且没有提高聚苯乙烯的性能和附加值，不利于工业化应用，如后续利用，需要经熔融挤出工艺和切割造粒工艺。中国发明专利CN101230152B公开了一种废聚苯乙烯微米级球星颗粒的制备方法，将废旧聚苯乙烯泡沫塑料溶解于有机溶剂中形成有机相，再将有机相与溶有表面活性剂的水相混合，通过机械搅拌与加入表面活性剂高速剪切乳化形成微乳液，再将微乳液加入到沉淀剂中，通过变温和沉淀剂协同作用制备微米级球星固体颗粒，该发明通过将微乳液加入到沉淀剂中制备微米级聚苯乙烯，使用的沉淀剂是与有机溶剂和水互溶的溶剂，虽然回收了微米级聚苯乙烯，但是该发明中产生了大量水、有机溶剂和沉淀剂的混合溶液难于分离，没有提到如何处理这些废液，在解决废旧聚苯乙烯污染的同时又带来了二次污染，成本较高，而且得到的是9?120微米的聚苯乙烯粒子，没有赋予其新的性能，也没有应用价值。上述发明技术只是回收聚苯乙烯材料，成本高，工艺复杂，产生二次污染，没有赋予回收聚苯乙烯材料新的功能和性能，产品也不是毫米尺寸的珠粒，没有提高废聚苯乙烯资源化再生利用的附加值，应用前景渺茫，不利于工业化推广与应用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于废聚苯乙烯材料制备梯度阻燃可发泡聚苯乙烯珠粒的水相悬浮造粒法及其产品。方法以亲油性无机阻燃剂、有机阻燃剂和隔热剂组成的无机-有机梯度协同阻燃隔热体系、有机溶剂和废聚苯乙烯材料组成油相，以表面活性剂、无机-有机增效悬浮剂和去离子水组成水相分散介质，在机械式搅拌、表面活性剂和无机-有机增效悬浮剂共同作用下，水相悬浮造粒使油相液滴稳定地悬浮分散在水相介质中，升温至有机溶剂沸点温度蒸出有机溶剂实现梯度阻燃聚苯乙烯珠粒的固化，即有机溶剂的蒸馏与梯度阻燃聚苯乙烯珠粒的固化同步实现的，然后，在戊烷中浸渍制备得到梯度阻燃可发性聚苯乙烯珠粒，发泡成型加工可得到梯度阻燃聚苯乙烯保温板。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种基于废聚苯乙烯材料制备梯度阻燃可发泡聚苯乙烯珠粒的水相悬浮造粒法，包括以下步骤:
[0008]I)无机-有机梯度协同阻燃隔热体系构建
[0009]Ia)无机阻燃-隔热体系的改性
[0010]在容器中依次加入去离子水100?400ml，聚乙烯吡咯烷酮1.0?3.0g，溶解后，加入纳米氢氧化镁2.0?4.0g，纳米氢氧化招2.0?4.0g，纳米硼酸锌2.0?4.0g，聚磷酸钱2.0?4.0g，水滑石2.0?4.0g，隔热剂2.0?4.0g，超声分散5?15min，机械搅拌，转速150?350rpm，水浴加热升温至60?85°C，加入1.0?4.0g疏水修饰剂，反应0.5?1.5h，冷却后抽滤、并用乙醇洗涤，干燥后得到疏松状亲油性无机阻燃-隔热体系。
[0011]所述的疏水修饰剂是油酸、聚乙二醇磷酸酯或聚丙二醇磷酸酯中的任意一种。
[0012]所述的隔热剂为超细石墨，粉粒径为0.5?1um，石墨具有典型的反射红外线辐射的功效，可以有效反射热辐射，改变热传导的方向，提高材料的保温效果。
[0013]Ib)无机-有机梯度协同阻燃隔热体系的制备
[0014]按重量比为3:1，称量步骤Ia)制备的亲油性无机阻燃-隔热体系和等量的有机阻燃剂加入干粉混料机中，滚筒转速15?50rpm，混合时间5?1minS卩可得到均匀混合、酥松状粉体，得到无机-有机梯度协同阻燃?隔热体系。
[0015]所述有机阻燃剂为六溴环十二烷或十溴二苯醚中的任意一种或两者复合
[0016]2)水相悬浮造粒法制备梯度阻燃可发泡聚苯乙烯珠粒
[0017]2a)有机相:在四口圆底烧瓶中加入有机溶剂100?200ml，加入无机-有机梯度协同阻燃?隔热体系1.0?8.0g，机械搅拌分散均匀，然后加入废聚苯乙烯材料15?80g，溶解后超声分散5?20min，使无机-有机梯度协同阻燃隔热体系在聚苯乙烯溶液中分散均匀，得到有机相。
[0018]所述的有机溶剂为乙酸乙酯或氯仿中的任意一种；
[0019]所述的废聚苯乙烯材料为废聚苯乙烯发泡材料或废聚苯乙烯注塑材料中的任意一种；
[0020]2b)水相:在安装有顶置式机械搅拌器和蒸馏装置的烧瓶中，加入去离子水150?500ml和质量浓度为0.1?0.5%表面活性剂水溶液1.0?10.0ml，再加入由0.1?1.0g无机悬浮剂和4.0?10.0ml质量浓度为2.0?6.0 %的高分子悬浮剂水溶液组成的无机-有机增效悬浮剂，机械搅拌5?1min即得到水相。
[0021]所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠、非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚或非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。
[0022]所述无机-有机增效悬浮剂中，无机悬浮剂为磷酸三钙、硫酸钡、滑石粉或高岭土中的任意一种;高分子悬浮剂为羟乙基纤维素、聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、明胶或纤维素醚中的任意一种。
[0023]2c)水相悬浮造粒:将步骤2a)得到的所述的有机相转移到步骤2b)得到