CN100372886C - 一种阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法，涉及树脂阻燃改性领域。所述组合物，包含100重量份的聚苯乙烯及8～25重量份的有卤阻燃剂及2～6重量份数的协同阻燃剂。以上所述有卤阻燃剂为溴化聚苯乙烯或者为十溴二苯乙烷与热分解温度大于或等于200℃的热稳定型六溴环十二烷的混合物，其中十溴二苯乙烷与所述六溴环十二烷的重量比为2∶1～1∶2；以上所述协同阻燃剂为三氧化二锑。将各组分按所述量混合后熔融共混而制得所述阻燃聚苯乙烯组合物。该聚苯乙烯组合物具有良好的阻燃性能，阻燃级别可达FV-0级(GB/T4609-93)，氧指数可达28，可应用于多种恶劣环境。

Description

一种阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种阻燃聚苯乙烯组合物，进一步地说，是涉及一种有卤阻燃剂改性的阻燃聚苯乙烯组合物及其制备方法。
背景技术：
目前聚苯乙烯的有卤阻燃大多数以溴类阻燃剂为主。考虑到阻燃效率和对阻燃剂环保指标要求的日益提高，国内外用于聚苯乙烯的阻燃剂主要有十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴双酚A等，配以锑类协效阻燃剂组成阻燃体系。例如清华大学高分子所的权英老师和中科院物化所的杨明山老师等研制的低烟阻燃高抗冲聚苯乙烯通过添加12％wt的四溴双酚A和8％wt的三氧化二锑(Sb2O3)可使聚苯乙烯达到V-2级，通过添加20％wt的十溴联苯醚(DBDPO)和12％wt的Sb2O3可使聚苯乙烯达到V-0级，但阻燃剂添加份数很高，影响聚苯乙烯的力学性能(见《低烟阻燃高抗冲聚苯乙烯的研制》，作者：权英、杨明山、严庆、***；刊于《中国塑料》第17卷，2003年第8期，P39～42)。北京理工大学的郑宝明教授等在其发表的《低烟阻燃高抗冲聚苯乙烯的研究》(作者：郑宝明、杨荣杰、何吉宇、郝建薇一刊于《中国塑料》第16卷，2002年第11期，P33～35)一文中指出，单纯的通过添加含卤阻燃剂，需添加12.5％的DBDPO和4％的Sb2O3方能使材料达到V-2级。因此，现有的有卤阻燃聚苯乙烯技术存在一下问题：阻燃剂添加量大，且阻燃材料的阻燃级别低，阻燃效率低。
发明内容：
本发明根据不同阻燃剂在不同温度下，其抑制火焰燃烧的效果不同，采用特殊的溴系化合物或采用分别在高温区和低温区起阻燃作用的溴系化合物的复合而形成分段阻燃的阻燃体系对聚苯乙烯基材进行阻燃，可在阻燃剂添加量较少的情况下，达到良好的阻燃效果。
本发明的目的是提供一种具有良好阻燃效果的聚苯乙烯组合物。本发明的另一目的是提供所述具有良好阻燃效果的聚苯乙烯组合物的制备方法。
本发明所述的阻燃聚苯乙烯组合物，其包含有以下组分：a.聚苯乙烯树脂，100重量份数；b.有卤阻燃剂，8～25重量份数，优选为10～20重量份数；c.协同阻燃剂，2～6重量份数，优选为3～5重量份数。
本发明所述的阻燃聚苯乙烯组合物中的聚苯乙烯树脂为现有技术中所有种类的聚苯乙烯，包括通用聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯等。
以上所述有卤阻燃剂为溴化聚苯乙烯，或者为十溴二苯乙烷与热稳定型六溴环十二烷混合物，其中十溴二苯乙烷与热稳定型六溴环十二烷的重量比为2∶1～1∶2，优选为2∶1～1∶1。本发明人在实验中发现普通六溴环十二烷在树脂加工的温度下容易分解，从而导致阻燃效果下降，故此在本发明阻燃聚苯乙烯组合物的有卤阻燃剂中所述的热稳定型六溴环十二烷为经过热稳定化处理，热分解温度大于或等于200℃的六溴环十二烷。本发明采用十溴二苯乙烷和热稳定型的六溴环十二烷复合阻燃聚苯乙烯树脂，是利用十溴二苯乙烷和六溴环十二烷分别在高温区和低温区起阻燃作用，从而形成分段阻燃的阻燃体系，阻燃效率更高。本发明还可采用溴化聚苯乙烯作为聚苯乙烯树脂的阻燃剂是因为其溴含量高，阻燃效率高；溴化聚苯乙烯阻燃剂和聚苯乙烯基体的相容性好，可尽量减少材料力学性能的损失；且与传统的十溴二苯醚相比，燃烧时不会生成多溴代二苯并二口恶烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)两种致癌物质，减少树脂燃烧时对环境污染的危险。
以上所述协同阻燃剂为三氧化二锑。采用溴系阻燃剂阻燃聚苯乙烯时，在高温下三氧化二锑能与溴化氢反应生成三溴化锑或溴氧化锑，而溴氧化锑又可在很宽的温度范围内继续分解为三溴化锑，形成的三溴化锑可以有效的阻止燃烧反应的进行，提高阻燃效率。
为了增加阻燃剂的稳定性，本发明的阻燃聚苯乙烯组合物，还可以含有以聚苯乙烯树脂为100重量份数计，0.1～0.4重量份数、优选为0.1～0.3重量份数的复合抗氧剂。复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物或者为受阻酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的混合物，其中受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂或者受阻酚类抗氧剂与硫代酯类抗氧剂的重量比为1∶1～2∶1，优选为1∶1～1.5∶1。
以上所述的聚苯乙烯组合物中受阻酚类抗氧剂优选为四[β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；亚磷酸酯类抗氧剂优选为(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸三酯或双(2，4—二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯；硫代酯类抗氧剂优选为硫代二丙酸二月桂酯。
此外，本发明所述的阻燃聚苯乙烯组合物还包含有其他聚苯乙烯树脂加工技术中常用的通用助剂，如光稳定剂、填充剂、偶联剂等。其添加用量均为通常用量。
本发明所述阻燃聚苯乙烯组合物的制备方法，包括将以上所述各组分按所述量充分混合之后通过通常的塑料加工中熔融共混技术而制得所述阻燃聚丙烯组合物。所使用的熔融共混设备也是通用设备，如双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、捏合机等。
所述制备方法简述如下：将上述聚苯乙烯树脂、阻燃剂、阻燃协同剂以及其他通用助剂等按所述用量加入到混合设备，如高速搅拌机中，在通常混合条件下进行充分混合。将上述混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机的螺杆转动速度一般为150～300r/min，熔融共混的加工温度控制在165～185℃之间。物料经熔融共混挤出、造粒，得到本发明所述的阻燃聚苯乙烯组合物。
本发明的优点在于阻燃剂添加量少，阻燃效率高，材料力学性能的损失少。在保证阻燃级别达到FV-0级(GB/T4609-93)，氧指数可达28的条件下为其他改性留下了空间。
具体实施方式：
下面结合实施例，进一步说明本发明。
原料：
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，扬子巴斯夫生产，牌号466F；
十溴二苯乙烷，美国雅宝公司生产，含溴量82.27％；
溴化聚苯乙烯，美国雅宝公司生产，含溴量68.2％；
执稳定型六溴环十二烷，连云港传奇公司生产，含溴量74.7％，热分解温度220℃；
三氧化二锑(Sb 2 O 3 )，美国大湖公司生产；
抗氧剂1010，四[β-(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，上海嘉卓公司生产；
抗氧剂168，(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯，上海嘉卓公司生产。
力学及燃烧性能测试标准：
按照GB/T1040-92，GB/T9343-2000，GB/T1043-93分别进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能的测试。
燃烧性能按照GB/T2406-93的氧指数测定标准和GB/T4609-93的垂直燃烧法来测定。
实施例1～7
将高抗冲聚苯乙烯树脂、有卤阻燃剂(十溴二苯乙烷与热稳定型六溴环十二烷的混合物或溴化聚苯乙烯)、三氧化二锑及复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物)在高速混合机中高速混合，使物料混合充分。将混合好的物料加入双螺杆挤出机，螺杆转动速度为300r/min，挤出机上一至七区温度为175℃，185℃，185℃，185℃，180℃，180℃，165℃(机头)的条件下熔融挤出，造粒。
制得粒料放入烘箱中于80℃下烘干8小时后用注塑机注塑成标准样条。注塑温度设定为195℃。将标准样条，进行各项力学性能测试，其结果如表1所示。所述原料的用量均以聚苯乙烯为100重量份数计，具体用量见表1所示。
比较例1
除有卤阻燃剂为十溴二苯乙烷外，其余条件均同实施例1。
制得粒料在同实施例1的条件下制样，进行各项力学性能测试，其结果如表1所示。所述原料的用量均以聚苯乙烯为100重量份数计，具体用量见表1所示。
比较例2～3
除有卤阻燃剂为十溴联苯醚外，其余条件均同实施例1。
制得粒料在同实施例1的条件下制样，进行各项力学性能测试，其结果如表1所示。所述原料的用量均以聚苯乙烯为100重量份数计，具体用量见表1所示。从比较例3的实验数据可知使用十溴联苯醚对聚苯乙烯进行阻燃改性要达到FV-0级的阻燃效果，其用量需要很大，这势必造成树脂力学性能损失较大，其带来污染也会比较大。
表1
编号 HIPS 十溴二苯乙烷 热稳定型六溴环十二烷 溴化聚苯乙烯 十溴联苯醚 Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 抗氧剂1010 抗氧剂168 氧指数 垂直燃烧实验
实施例1 100 - - 17 5 0.12 0.12 28 FV-0
实施例2 100 6 6 - - 4.5 0.12 0.12 29 FV-0
实施例3 100 9 6 - - 5 0.12 0.12 30 FV-0
实施例4 100 6 6 - - 3 0.12 0.12 29 FV-0
实施例5 100 6 6 - - 6 0.12 0.12 29 FV-0
实施例6 100 7 7 - - 6 0.12 0.12 30 FV-0
实施例7 100 - - 19 6 0.12 0.12 29 FV-0
比较例1 100 14 - - - 4.5 0.12 0.12 24 FV-1
比较例2 100 - - - 15 4.8 0.12 0.12 21 FV-2
比较例3 100 - - - 29 17 0.12 0.12 28 FV-0

Claims (7)

1.一种阻燃聚苯乙烯组合物，其包含有以下组分：
a.聚苯乙烯树脂    100  重量份数
b.有卤阻燃剂      8～25重量份数
c.协同阻燃剂      2～6重量份数
以上所述有卤阻燃剂为十溴二苯乙烷与热稳定型六溴环十二烷的混合物，所述热稳定型六溴环十二烷为热分解温度大于或等于200℃的六溴环十二烷，其中十溴二苯乙烷与所述六溴环十二烷的重量比为2∶1～1∶2；以上所述协同阻燃剂为三氧化二锑。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯组合物，其中包含有以下组分：
a.聚苯乙烯树脂    100   重量份数
b.有卤阻燃剂      10～20重量份数
c.协同阻燃剂      3～5  重量份数。
3.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯组合物，其中有卤阻燃剂中十溴二苯乙烷与所述热稳定型六溴环十二烷的重量比为2∶1～1∶1。
4.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯组合物，其中含有以聚苯乙烯树脂为100重量份数计，0.1～0.4重量份数的复合抗氧剂，复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物或者为受阻酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的混合物，其中受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂或者受阻酚类抗氧剂与硫代酯类抗氧剂的重量比为1∶1～2∶1。
5.根据权利要求4所述的阻燃聚苯乙烯组合物，其中受阻酚类抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；亚磷酸酯类抗氧剂选自(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯或双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种；硫代酯类抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯。
6.根据权利要求4所述的阻燃聚苯乙烯组合物，其中复合抗氧剂以聚苯乙烯树脂为100重量份数计，为0.1～0.3重量份数，复合抗氧剂中受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的重量比为1∶1～1.5∶1。
7.一种根据权利要求1～6之任一项所述的阻燃聚苯乙烯组合物的制备方法，包括将所述各组分按所述量充分混合之后通过熔融共混而制得所述阻燃聚苯乙烯组合物。
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