一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改性聚苯乙烯的制备方法，具体是一种利用膨胀进行阻燃的环保型聚苯乙烯的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚苯乙烯(PS)是世界上用量最大的五大通用热塑性合成树脂之一，具有良好的热稳定性与电气性能，热导率较高，其拉伸强度和弯曲强度在通用塑料中最高，而且容易成型，价格低廉，因此在建筑行业和电子电器行业有较为广泛的应用。但是其易燃，且燃烧时产生大量的热，容易引发火灾，所以人们对聚苯乙烯进行阻燃改性处理，从而提高其氧指数与热稳定性，使聚苯乙烯的应用更为广泛。
[0003]可膨胀石墨和聚磷酸铵都是现在应用比较广泛且阻燃效果较好的阻燃剂，由于可膨胀石墨的“爆米花效应”，通常将这两种阻燃剂以合适的比例复配，从而减弱“爆米花效应”，提尚阻燃性能。
[0004]CN 103333424 A公开了“一种聚苯乙烯无卤环保阻燃剂及其制备方法”。以聚磷酸铵、可膨胀石墨、碳酸钙、成炭促进剂共混加入表面活性剂制得复配阻燃剂，虽然阻燃效果有所提高，但是所用的阻燃剂种类较多，也没有具体的叙述聚磷酸铵与可膨胀石墨之间的协同效应以及两者之间合适的配比。
[0005]CN103554598 A公开了 “无卤阻燃高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制备方法”。先将可膨胀石墨进行硅烷偶联剂改性，再与聚磷酸铵、红磷阻燃母粒复配制得复配阻燃剂，用其阻燃高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。得到的产物阻燃性能较好，也说明了可膨胀石墨与聚磷酸铵、红磷之间存在着协同效应，但是没有具体说明可膨胀石墨与聚磷酸铵或红磷之间的作用，而且也没有具体阐述三者之间的复配比例关系。
[0006]CN101629007 B公开了 “一种低烟无卤阻燃热塑性弹性体复合材料及其制备方法”。以氢氧化镁、可膨胀石墨与阻燃协效剂为复配阻燃剂，阻燃效果也达到了预期效果，但是所用阻燃剂较多，没有说明阻燃剂之间是否有协同效用，也没有用到聚磷酸铵，因此对可膨胀石墨与聚磷酸铵的研究仍然值得深入研究讨论。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的具体技术问题是以合适的比例将可膨胀石墨与聚磷酸铵进行复配，并提供一种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的制备方法。
[0008]为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0009]—种膨胀阻燃环保型聚苯乙烯的制备方法，所述方法是按原料的组成及其质量份含量进行如下步骤:
[0010](I)将65?75份的聚苯乙烯树脂、20?25份的可膨胀石墨、5?10份的聚磷酸铵置于烘箱中，在80?100°C下干燥3?4h，脱除原料中的水分；
[0011](2)按可膨胀石墨与聚磷酸铵的质量比为3: I称取两种阻燃剂，再加入2?3份的表面活性剂，置于800?1000r/min的高速混合器中混合10?20min，干燥后获得复配阻燃剂；
[0012](3)将上述步骤(2)的复配阻燃剂加入上述步骤(I)的聚苯乙烯树脂中，再加入3?5份的分散剂、2?3份的抗氧剂后，置于高速混合器中混合10?20min，干燥后获得聚苯乙稀混合物；
[0013](4)将上述步骤(3)中得到的聚苯乙烯混合物，经双螺杆挤出机挤出造粒，获得膨胀阻燃环保型聚苯乙烯。
[0014]进一步地，所述方法是按下列步骤进行的:
[0015](I)将70份的聚苯乙烯树脂、22.5份的可膨胀石墨、7.5份的聚磷酸铵置于烘箱中，在80?100°C下干燥3?4h，脱除原料中的水分；
[0016](2)按可膨胀石墨与聚磷酸铵的质量比为3: I称取两种阻燃剂，再加入2.5份的表面活性剂，置于800?1000r/min的高速混合器中混合10?20min，干燥后获得复配阻燃剂；
[0017](3)将上述步骤(2)的复配阻燃剂加入上述步骤(I)的聚苯乙烯树脂中，再加入4份的分散剂、2.5份的抗氧剂，后置于高速混合器中混合10?20min，干燥后获得聚苯乙烯混合物；
[0018](4)将上述步骤(3)中得到的聚苯乙烯混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，获得膨胀阻燃环保型聚苯乙烯。
[0019]在上述的技术方案中，所述复配阻燃剂的总添加量是30质量份，再加入2.5质量份的表面活性剂，置于高速混合机中混合均匀，其中的复配阻燃剂由可膨胀石墨与聚磷酸铵组成，其质量比是3: I ;所述可膨胀石墨粒度为50?100目，膨胀倍率为300?400ml/g，起始膨胀温度为150?200°C ;所述聚磷酸铵是II型聚磷酸铵，聚合度η多1000，粒度为50?100目；所述表面活性剂是硅烷偶联剂ΚΗ-550和ΚΗ-570中的一种；所述分散剂是硬脂酸、液体石蜡和硬脂酸钡中的一种；所述抗氧剂是含硫抗氧剂、多酚抗氧剂1010和多酚抗氧剂168中的一种。
[0020]本发明上述所提供的一种膨胀环保阻燃型聚苯乙烯的制备方法，所用的阻燃剂为可膨胀石墨与聚磷酸铵的复配组合物，并以合适的比例将两者共混添加到聚苯乙烯树脂中，选定了最佳的配方并对其进行了制备方法的改进，最后得到了阻燃效果较好的阻燃聚苯乙稀。其热稳定性能大大提尚，氧指数尚达30%以上。
[0021]通过实验得出，阻燃分为气相阻燃和凝聚相阻燃，聚磷酸铵受热分解为NH3、H2O等不燃性气体，使基体周围氧气浓度降低，阻止基体的燃烧，达到气相阻燃的效果；可膨胀石墨受热膨胀，使基体与热源之间的距离增大，同时聚磷酸铵分解产生聚磷酸、偏磷酸等粘结性物质，能够很好的把膨胀物粘结到一起，进而生成致密的炭层结构，达到了凝聚相阻燃。这些充分说明了所制备的聚苯乙烯有很好的阻燃效果。
【附图说明】
[0022]图1是本发明向聚苯乙烯中单独加可膨胀石墨燃烧后残渣的SEM图。
[0023]图2是本发明向聚苯乙烯中单独加相同份数聚磷酸铵燃烧后残渣的SEM图。
[0024]图3是本发明向聚苯乙烯中同时加入具有协效作用的可膨胀石墨和聚磷酸铵燃烧后残渣的SEM图。
【具体实施方式】
[0025]下面对本发明的【具体实施方式】做出进一步的说明。
[0026]对比实验例I
[0027]对比实验例I为只添加可膨胀石墨阻燃剂而没有加入聚磷酸铵制得的阻燃聚苯乙烯基复合材料，其可膨胀石墨的添加量等于以下实施例1中的可膨胀石墨和聚磷酸铵的重量，其余的原料配比和操作规则与以下实施例1完全相同。即其具体做法如下:
[0028](I)将70份的聚苯乙烯树脂、30份的可膨胀石墨置于烘箱中，在90°C下干燥3.5h，脱除原料中的水分；
[0029](2)称取30份的可膨胀石墨然后加入2.5份的表面活性剂KH-550，置于900r/min的高速混合器中混合15min，干燥后获得复配阻燃剂；
[0030](3)将上述步骤(2)的复配阻燃剂加入上述步骤(I)的聚苯乙烯树脂中，再加入4份的分散剂液体石錯、2.5份的抗氧剂1010，后置于高速混合器中混合15min，干燥后获得聚苯乙烯混合物；
[0031](4)将上述步骤(3)中得到的聚苯乙烯混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，接着经过注塑机注塑样条，获得膨胀阻燃环保型聚苯乙烯。按照GB/T 2406.2-2009测试样条的极限氧指数性能；按照GB/T 2408-2008测试样条的水平垂直燃烧性能。
[0032]所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值为29.0%，经过UL-94标准测试的阻燃效果可达到V-O级别。图1是该配方经过燃烧之后残炭的SEM图，可以看出炭层有明显的裂纹，虽然阻燃效果较好，但部分氧气还是会进入基体内部，影响复合材料的燃烧性能。
[0033]对比实验例2
[0034]对比实验例2为只添加聚磷酸铵阻燃剂而没有加入可膨胀石墨制得的阻燃聚苯乙烯基复合材料，其聚磷酸铵的添加量等于以下实施例1中的可膨胀石墨和聚磷酸铵的重量，其余的原料配比和操作规则与以下实施例1完全相同。即其具体做法如下:
[0035](I)将70份的聚苯乙烯树脂、30份的聚磷酸铵置于烘箱中，在90°C下干燥3.5h，脱除原料中的水分；
[0036](2)称取30份的聚磷酸铵然后加入2.5份的表面活性剂KH-550，置于900r/min的高速混合器中混合15min，干燥后获得复配阻燃剂；
[0037](3)将上述步骤(2)的复配阻燃剂加入上述步骤(I)的聚苯乙烯树脂中，再加入4份的分散剂液体石錯、2.5份的抗氧剂1010，后置于高速混合器中混合15min，干燥后获得聚苯乙烯混合物；
[0038](4)将上述步骤(3)中得到的聚苯乙烯混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，接着经过注塑机注塑样条，获得膨胀阻燃环保型聚苯乙烯。按照GB/T 2406.2-2009测试样条的极限氧指数性能；按照GB/T 2408-2008测试样条的水平垂直燃烧性能。
[0039]所制得的聚苯乙烯基复合材料的氧指数值只有20.8%，经过UL-94标准测试的阻燃效果没有级别。图2是该配方经过燃烧之后残炭的SEM图，可以看出有炭层的生成，但是呈蜡状结构，在宏观上表现为有熔融滴落现象。
[0040]本发明的【具体实施方式】通过以下实施例来进一步说明，而且本发明不限于这些实施例。
[0041]实施例1
[0042](I)将70份的聚苯乙烯树脂、22.5份的可膨胀石墨、7.5份的聚磷酸铵置于