高热阻的可发性聚苯乙烯组合物颗粒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有优异隔热性能的阻燃可发性聚苯乙烯组合物颗粒（EPS)，及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 可发性聚苯乙烯颗粒（EPS)是含有物理发泡剂的聚苯乙烯颗粒，该聚合物颗粒经 加热预发膨胀并经熟化之后，在模具中加热成型为所需的聚苯乙烯泡沫体，该泡沫体的发 泡倍率可以达20?80倍，具有微细闭孔的结构特点。
[0003] 可发性聚苯乙烯颗粒（EPS)发泡制成的泡沫板材由于具有优异持久的保温隔热 性，因而在建筑、冷库、冷藏车等保温领域得到了广泛的应用。采用聚苯乙烯泡沫塑料板材 的外墙外保温层，实现建筑节能，改善夏热冬冷地区住宅建筑物内的热环境质量，同时提高 了能源利用效率。为了施工安装安全，建筑用EPS泡沫板还需要满足相关的阻燃法规要求。
[0004] 为了进一步提高建筑节能环保的效果，降低建筑能耗，工业界一直在开发具有更 高热阻且成本低廉的环保阻燃保温材料，及其新的生产工艺。
[0005] 在专利文献1提出了，将炭黑直接加入到通用级聚苯乙烯树脂（GPPS)中，然后通 过塑料挤出机械制造可发性苯乙烯颗粒（EPS)。但是该发明中采用的是10?100nm的炭 黑，从发明实际效果来看，需要添加10%的纳米炭黑颗粒，才能明显降低导热系统（提高热 阻10 %以上）。10 %的炭黑无机物的添加量会降低EPS发泡体的弹性，降低发泡板材的机械 性能；同时该专利中，EPS在挤出过程中，挤出机段的温度只有95°C，模具的温度只有65°C， 该温度条件下GPPS树脂很难加工，普通GPPS树脂挤出温度加工一般为140?260°C。所以 该专利中提到的挤出法生产EPS，也难以大规模连续稳定生产。
[0006] 专利文献2提出，石墨可以通过挤出机均匀分散在通用聚苯乙烯GPPS树脂中，所 以该专利先将石墨颗粒与GPPS挤出造粒成含石墨的GPPS微粒，再将上述含石墨的GPPS 微粒悬浮于水中，在水中并加入基于苯乙烯的单体和其他芳烃进行种子聚合以制备聚合产 物，并通过加入发泡剂浸润，得到最终的EPS颗粒。该方法虽然部分避免了石墨无法均匀有 效分散的问题，但是工艺步骤用挤出法将石墨均匀分散在GPPS中，然后再用悬浮聚合法聚 合成最终EPS，两步法的工艺成本非常高。
[0007] 专利文献3提出选择适用于降低导热性的添加剂是碳颗粒，例如炭黑和石墨。所 有常用等级的炭黑都是合适的，优选粒径为80?120nm的炭黑。炭黑的用量优选2?10 重量％。该专利中还提出为了引入水作为发泡剂，石墨尤为合适，优选平均粒径为0.5? 200 ym、更优选1?25 ym、特别是2?20 ym。但是水作为发泡剂，制品的泡孔内会有水分 的残留，会降低最终发泡制品的热阻，该专利中未给出具体的热阻数据。
[0008] 从目前工业化技术现状看，提高热阻基本上通过添加石墨、或炭黑颗粒来实现。但 是石墨是一种非常昂贵的材料，天然石墨（石墨化度大于80%)资源日益枯竭，人造石墨的 制造过程能耗极高。天然石墨是由富含有机质或碳质的沉积岩，在特殊的地质条件下，经过 上千万年才能形成的，属于不可再生的宝贵资源，天然石墨可深加工为锂离子电池负极，广 泛应用与电动车和消费电子电源，所以工业界对天然石墨的需求和消耗量都日益加大，价 格越来越昂贵。众所周知，有机物要需要经过2000?3000°C的高温烧结才能形成石墨相， 即基础炭材料需在2000?3000°C以上，且是保护气氛下的特殊超高温炉中，烧结数小时甚 至数天，才能得到石墨化度较高的人造石墨（石墨化度大于60% )，所以人造石墨生产能耗 和成本都非常高。
[0009] 炭黑虽然价格便宜，但是现有技术中的槽法、炉法炭黑，直接生产的都是纳米级的 非常细小颗粒，在遇到温度一 30?50°C黑体辐射的中长波长（5?100微米）红外线时，根 据瑞利散射和米散射的原理，该类纳米炭黑颗粒对这类较长波长的红外吸收很弱，只能加 大添加量至10%才能有明显的吸收，大量无机添加物的加入，会明显降低EPS成型后的泡 孔质量，没有弹性，容易缩孔变形。
[0010] 专利文献 1 :EP〇372343Al
[0011] 专利文献 2 :CN101353439A
[0012] 专利文献 3 :CN1484666A
【发明内容】
[0013] 发明要解决的问题
[0014] 为了解决现有技术中存在的上述问题而进行本发明，本发明的目的是通过最常用 材料及简单的工艺，生产高热阻、高阻燃、泡孔机械良好的可发性聚苯乙烯组合物颗粒。
[0015] 用于解决问题的方案
[0016] 根据本发明的一个【具体实施方式】，提供一种高热阻的阻燃可发性聚苯乙烯组合物 颗粒，所述组合物颗粒中含有：
[0017] a)通用聚苯乙烯，
[0018] b)平均粒径为0. 5?100微米的硬炭颗粒，
[0019] c)物理发泡剂。
[0020] 所述组合物颗粒还可以进一步包含一种或多种下述组分：
[0021] d)可以和聚苯乙烯共混的其他聚合物树脂，
[0022] e)阻燃剂，
[0023] f)成核剂等泡孔调节剂，
[0024] g)红外线反射剂如空心玻璃微珠和/或漂珠，
[0025] h)抗氧化剂，
[0026] i)光稳定剂，
[0027] j)相容剂。
[0028] 在本申请的【具体实施方式】中，将上述各种组分，通过在挤出机或静态混合器中充 分混合，然后冷却造粒，即可得到本发明的高热阻的阻燃可发性聚苯乙烯组合物颗粒。
[0029] 根据本发明的另一【具体实施方式】，所述通用聚苯乙烯的重均摩尔质量为40000? 800000g/mol，优选为 110000 ?450000g/mol。
[0030] 根据本发明的又一【具体实施方式】，所述硬炭颗粒由石油、煤炭、植物纤维、聚合物 基材树脂（如环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃树脂等）的一种或多种基础炭来源 的材料在200?2000°C烧结而成，平均粒径为优选0. 5?45微米，特别优选1?15微米； 碳含量高于60质量％，优选高于90质量％ ;添加量为0. 1?15质量％，优选为1.5?5质 量％。
[0031] 根据本发明的【具体实施方式】，物理发泡剂为C4?C8可挥发性烷烃或卤代烃或他 们的组合，优选为正戊烷、异戊烷、环戊烷、正己烷等的混合物，使用量为3?15质量％，优 选为3?9质量％，最优选为3?7质量％。
[0032]另外，在本发明的可发性聚苯乙烯组合中，可共混入聚苯醚、丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯共聚物、聚乙烯、聚酯、耐冲击性聚苯乙烯（HIPS)等树脂；同时可以加入甲基丙烯 酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊 二烯嵌段共聚物、接枝聚乙烯或它们的组合等相容剂。优选添加量为2?35质量％。特别 优选共混加入聚苯醚提高材料的耐温性，优选共混加入聚乙烯提高材料的防水性和耐化学 药品性。
[0033] 再一方面，本发明的可发性聚苯乙烯组合中所述所阻燃剂可采用基于溴的阻燃 剂，如六溴环十二烷、四溴环辛烷、四溴乙烯基环己烷、2, 2'二（4-烯丙氧基-3, 5-二溴苯 基）丙烷或三溴苯基烯丙基醚、溴化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等，优选生物毒性 更低、热稳定性更好的溴化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。溴系阻燃剂的添加量为 〇. 1?5质量％，优选为0. 5?2. 5质量％。还可以选择添加红磷、磷酸酯、氢氧化镁、可膨 胀石墨、氮磷类等无溴阻燃剂。所述非溴系阻燃剂优选为红磷、氧化镁、氢氧化镁。所述非 溴系阻燃剂的添加量为0. 1?5质量％，优选为0. 5?2. 5质量％。上述阻燃剂可以单一 或组合使用。
[0034] 此外，本发明的可发性聚苯乙烯组合中，还可共混入成核剂调节泡孔尺寸，如聚乙 烯蜡、亚乙基双十八酰胺、碳酸钙、硬脂酸钙、粘土、纳米蒙脱土、二氧化硅、硅藻土、柠檬酸 和常见片状无机物滑石粉、云母等，添加量为〇. 1?4质量％。
[0035] 根据本发明的实施方式，空心玻璃微珠和/或漂珠的加入可进一步提高本发明中 的可发性聚苯乙烯的热阻，优选为空心玻璃微珠，添加量为〇. 1?10质量％，优选添加量为 〇. 1?5质量％，特别优选为0. 5?2质量％。
[0036] 在本发明的可发性聚苯乙烯组合中，还可以共混入可进一步抑制光、热、氧等因素 导致的老化的抗氧化剂，如抗氧化剂B225,以及防止可发性聚苯乙烯受紫外线作用发生降 解老化作用的的光稳定剂。本发明还涉及一种制造本发明的高热阻的阻燃可发性聚苯乙烯 组合物颗粒的方法