一種阻燃低煙聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚苯乙烯領(lǐng)域，具體涉及一種阻燃低煙聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚苯乙烯是重要的通用塑料之一，具有優(yōu)良的加工性能、電絕緣性能、尺寸穩(wěn)定性 和高透明性，且價(jià)格低廉，因而廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公設(shè)備、儀器儀表、汽車零部件、日 用器具及包裝材料等。但聚苯乙烯遇火易燃燒，同時(shí)產(chǎn)生大量黑煙和有毒氣體，限制了其在 某些場(chǎng)合的使用。為擴(kuò)大使用范圍，必須要對(duì)其進(jìn)行阻燃改性。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)聚苯乙烯阻 燃改性主要采用添加阻燃劑，但含鹵阻燃劑由于在燃燒時(shí)生成腐蝕性的鹵化氫，發(fā)煙量大， 危及健康。
[0003]目前，對(duì)于苯乙烯類聚合物材料，主要采用添加阻燃劑進(jìn)行阻燃。常用的阻燃劑主 要有金屬氫氧化物阻燃劑、氮系阻燃劑、膨脹型阻燃劑、磷系阻燃劑、硅系阻燃劑等。通常使 用單一體系的阻燃劑需要添加達(dá)到一定用量時(shí)，才能達(dá)到阻燃的要求，但是隨著阻燃劑添 加量的增加，材料的力學(xué)性能在下降，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)材料力學(xué)強(qiáng)度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種阻燃低煙聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，用以克服現(xiàn)有 技術(shù)中聚苯乙烯阻燃性能差的問題。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：一種阻燃低煙聚苯乙烯復(fù)合材料的 制備方法，包括以下步驟： 步驟一、依次取體積比為1 :〇. 2的苯乙烯和分散劑，并稱取重量與苯乙烯體積的比例 為0. 025g :ImL的過氧化苯甲酰、重量與苯乙烯體積的比例為0. 4g : ImL的雙（2, 3-二溴丙 基）反丁烯二酸酯，將苯乙烯、分散劑、過氧化苯甲酰和雙（2, 3-二溴丙基）反丁烯二酸酯混 合后，室溫下攪拌30min，然后在85~90°C下水浴加熱并攪拌I. 5~2h，抽濾后干燥，制得聚苯 乙烯阻燃基體，備用； 步驟二、按照I :4 :0.03的體積比，依次稱取乙醇、水和二乙烯苯進(jìn)行混合，制得混合 溶液A，并在混合物溶液中依次加入苯乙烯單體、丙烯酸單體和過硫酸銨，制得混合溶液B， 在室溫下，將混合溶液通入氮?dú)?5~20min除氧后，將混合溶液置于輻照瓶中，在室溫下于 鈷-60 γ福照?qǐng)鲋懈Ｕ?，采用硫酸亞鐵劑量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)福射吸收劑量達(dá)到為13~30kGy， 終止輻射，制得聚合物，備用；其中，苯乙烯單體的重量與混合溶液A總體積的比例為 0. 25g :lmL，丙烯酸單體的重量與混合溶液A總體積的比例為0.0 lg :lmL，過硫酸銨的重量 與混合溶液A總體積的比例為0.0 Olg :ImL ; 步驟三、按照3 :97的體積比，量取KH570和乙醇混合后，制成體積濃度為3%的KH570/ 乙醇溶液，再按照3 :100的重量比，依次稱取玻璃纖維和KH570/乙醇溶液，混合后攪拌 l〇h，晾干后，置于80°C烘箱中烘干，制得改性玻璃纖維，備用；稱取重量比為I :3. 5的過 氧化苯甲酰和甲基乙烯基硅橡膠，將二者全部溶于二甲苯溶液中，然后加入重量為過氧 化苯甲酰和甲基乙烯基硅橡膠總重量0.1倍的改性玻璃纖維，在氮?dú)鈿夥盏暮嫦渲?，?100~110°C下加熱I. 5~7h后，取出并采用去離子水清洗，干燥制得不熔填料，備用； 步驟四、按照100 :3 :150的重量比，依次稱取可膨脹石墨、鈦酸酯偶聯(lián)劑和無(wú)水乙醇， 先將鈦酸酯偶聯(lián)劑和無(wú)水乙醇置于燒杯中，50°C溫度下水浴攪拌lh，再加入可膨脹石墨，攪 拌3h，然后置于85°C烘箱中烘干，制得改性可膨脹石墨，備用； 步驟五、按照聚苯乙烯阻燃基體50~60份、聚合物10~15份、不熔填料5~10份、改 性可膨脹石墨5~15份、微膠囊化紅磷5~15份、以及炭黑1~5份的重量份數(shù)，稱取步驟一 制得的聚苯乙烯阻燃基體，置于轉(zhuǎn)速為50~80r/min，前輥溫度為175~185°C，后輥溫度為 170~180°C的雙輥開煉機(jī)中，待聚苯乙烯阻燃基體全部熔融后，將步驟四制備的改性可膨脹 石墨、微膠囊化紅磷和炭黑加入雙輥開煉機(jī)中，塑煉2min，然后將步驟二制得的聚合物和步 驟三制得的不熔填料加入到雙輥開煉機(jī)中，塑煉8~10min后，出料，冷卻10~15min，備用； 步驟六、將步驟五中得到的物料加入破碎機(jī)中，并將破碎后的物料置于轉(zhuǎn)速為50~55r/ min的造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，造粒機(jī)機(jī)筒內(nèi)溫度為：一區(qū)170°C、二區(qū)175°C、三區(qū)180°C和四區(qū) 185°C，模具溫度為195°C，制得聚苯乙烯復(fù)合材料。
[0006] 本發(fā)明中，步驟三采用的玻璃纖維為無(wú)堿或低堿玻璃纖維，長(zhǎng)度為2~6毫米。
[0007] 本發(fā)明中，步驟四采用的可膨脹石墨，其粒徑為180~270微米。
[0008] 本發(fā)明中，步驟五采用的微膠囊化紅磷，平均粒徑19微米，堆積密度0. 20~0. 21g/ cm3;步驟五采用的炭黑由導(dǎo)電炭黑和補(bǔ)強(qiáng)炭黑按1 :1~2的重量比混合而成。導(dǎo)電炭黑和補(bǔ) 強(qiáng)炭黑，一方面與可膨脹石墨配合使用能夠使復(fù)合材料具有抗靜電性能，使復(fù)合材料具有 雙功能特性，擴(kuò)大適用領(lǐng)域；另一方面，炭黑還具有一定的交聯(lián)作用，燃燒后生成的殘余物 表面致密，提高材料的阻燃性能。
[0009] 本發(fā)明添加的可膨脹石墨，一種石墨插層化合物，當(dāng)受熱達(dá)到一定程度，體積迅速 膨脹，從而形成一層很厚的多孔炭層，該炭層把阻燃主體和熱源隔開，從而延緩或終止燃 燒?？膳蛎浭牧綖?80~270微米，膨脹時(shí)產(chǎn)生的可膨脹石墨粒子尺寸較大，有利于形 成阻隔保護(hù)炭層，有效覆蓋聚合物基體表面的燃燒點(diǎn)，使燃燒殘余物的質(zhì)量提高。
[0010] 可膨脹石墨通過受熱時(shí)在材料的表面形成膨脹炭層來(lái)屏蔽熱量和氧氣而達(dá)到阻 燃目的?？梢娞繉拥馁|(zhì)量是影響其發(fā)揮屏蔽作用的關(guān)鍵因素，炭層的質(zhì)量包括炭層形態(tài)、密 度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)等，其中炭層厚度和炭層強(qiáng)度是影響炭層屏蔽作用的關(guān)鍵因素，薄而脆 的炭層和膨脹炭層的阻燃作用存在較大差異，炭層必須同時(shí)具備高膨脹比和良好的力學(xué)穩(wěn) 定性，才能發(fā)揮阻燃效果，炭層越厚，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越高，炭層越致密，炭層的屏蔽和阻燃效果就 越好。本發(fā)明的目的，就是通過提高炭層厚度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和致密度來(lái)提高聚苯乙烯的阻燃性 能。只添加可膨脹石墨的聚苯乙烯復(fù)合材料，其燃燒后形成的炭層強(qiáng)度低，并且有大量的孔 隙，即使形成的較多的炭層也不能起到良好的屏蔽作用。本發(fā)明中的微膠囊化紅磷可以作 為協(xié)效劑，與可膨脹石墨協(xié)同提高復(fù)合材料的阻燃性能。
[0011] 在體系中利用改性玻璃纖維制成不熔填料，提高了不熔填料與復(fù)合材料的粘結(jié) 性，進(jìn)而提高復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度；同時(shí)由于玻璃纖維在復(fù)合材料燃燒的過程中自身不會(huì) 燃燒，可以提高燃燒物形成炭層的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而提高阻燃效果。
[0012] 本發(fā)明的有益效果：（1)、本發(fā)明中的微膠囊化紅磷可以作為協(xié)效劑，與可膨脹石 墨協(xié)同提高復(fù)合材料的阻燃性能，微膠囊化紅磷除了能夠促進(jìn)聚苯乙烯阻燃基體成炭，在 氣相中阻斷燃燒鏈外，在材料燃燒時(shí)還能夠生成粘稠的偏磷酸，在膨脹炭層的表面形成保 護(hù)層，促進(jìn)可膨脹石墨之間的粘接，減少炭層的孔洞，使炭層表面致密，提高炭層的阻燃作 用。在燃燒的過程中還能觀察到"飛灰"現(xiàn)象大為減少，煙塵較少，具有顯著的抑煙作用。兩 者協(xié)同使用，能夠提高阻燃效率，降低阻燃劑填充量，降低生產(chǎn)成本。
[0013] (2)、本發(fā)明制得的不熔填料中，改性玻璃纖維和甲基乙烯基硅橡膠之間形成化學(xué) 鍵，加強(qiáng)了界面結(jié)合力，分子鏈間有較大程度的相互擴(kuò)散，形成很強(qiáng)的纏結(jié)，提高復(fù)合材料 的力學(xué)性能；另一方面，甲基乙烯基硅橡膠能夠提高材料的沖擊強(qiáng)度，而玻璃纖維在復(fù)合材 料燃燒的過程中自身不會(huì)燃燒，可以提高燃燒物形成炭層的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而提高阻燃效果。
[0014] (3)、本發(fā)明中，步驟二利用鈷-60 γ輻照?qǐng)鲋休椪?，引發(fā)乙烯單體、丙烯酸單體和 過硫酸銨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)丙烯酸酯的電離與激發(fā)，并生成苯乙烯-丙烯酸酯聚合物，實(shí) 現(xiàn)高分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成，這種交聯(lián)可有效降低散煙性，減少燃燒時(shí)的熔滴、煙塵現(xiàn)象，從 而提尚阻燃性能。
[0015] (4)、步驟三生成的不熔填料，在玻璃纖維表面接枝上端部帶有不飽和雙鍵的烷偶 聯(lián)劑ΚΗ570,該偶聯(lián)劑與甲基乙烯基硅橡膠由引發(fā)劑過氧化苯甲酰引發(fā)聚合，使玻璃纖維與 硅橡膠大分子之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，將橡膠大分子鏈接枝到玻璃纖維表面，使其在復(fù)合材料 中達(dá)到良好分散。該不熔性填料可同時(shí)對(duì)復(fù)合材料起到增強(qiáng)增韌作用。
[0016] (5)、本發(fā)明制成的聚苯乙烯阻燃基體、苯乙烯-丙烯酸酯聚合物與微膠囊化紅磷 對(duì)聚苯乙烯的阻燃具有協(xié)同作用，適量的微膠囊紅磷可以有效地降低聚苯乙烯燃燒時(shí)的熱 釋放速率和熱釋放總量，而聚苯乙烯阻燃基體和苯乙烯-丙烯酸酯聚合物可以抑制可燃產(chǎn) 物的揮發(fā)，有效降