CN103044796B - 一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，包括以下重量份数的原料：聚苯乙烯68～80份；弹性体8～20份；环氧树脂3～5份；环氧固化剂0.3～1.5份；润滑剂0.1～0.3份；阻燃剂8～12份；抗氧剂0.4～0.8份；分散剂0.2～0.5份。本发明还公开了一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法。本发明通过加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物提高其韧性，同时加入环氧树脂通过环氧固化剂交联固化形成网状结构后使得聚苯乙烯颗粒附着在其表面形成核壳结构，从而使得聚苯乙烯的冲击性能和强度都得到了提高。同时无卤阻燃剂采用微胶囊红磷和磷酸二苯酯的加入使得体系的阻燃能力得到提高，扩宽了聚苯乙烯的应用范围。

Description

一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料，尤其是指一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯（PS）具有较高的刚性，优秀的尺寸稳定性和材料透明性能好，所以广泛应用在电子原件，汽车配件，封装产品，塑料玩具，互联网，工程工业和家用电器等多个领域，它的使用量仅次于聚氯乙烯（PVC）和聚烯烃位列第三。但是它也有一些缺点限制了聚苯乙烯在更广泛的领域使用，因为它的硬度比较大而且性能较脆，所以在一些需要良好韧性的环境下就不能使用聚苯乙烯作为基础材料，为此需要针对聚苯乙烯现有的缺点进行增韧改性以增加其使用领域。
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）由于和聚苯乙烯能很好的相容，故加入SBS后能提高聚苯乙烯的冲击强度，但弹性体SBS的加入使得聚苯乙烯刚性降低，导致其拉伸强度下降。
针对现有技术的上述缺陷，有必要在改性聚苯乙烯当中加入增强物，通过增强物特性使得体系获得较好的综合性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法，对聚苯乙烯增韧改性的同时保证其强度不发生明显的下降，从而获得具有较好综合力学性能的改性聚苯乙烯材料。
解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：提供一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，包括以下重量份数的原料：
聚苯乙烯68～80；
弹性体8～20；
环氧树脂3～5；
环氧固化剂0.3～1.5；
润滑剂0.1～0.3；
阻燃剂8～12；
抗氧剂0.4～0.8；
分散剂0.2～0.5。
解决本发明的技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种制备如上所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、烘干：聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤二、混合：按照重量份数的比例称取原料配方，在高速混合机内混合5-8分钟得到混合物；
步骤三、挤出造粒：将步骤二中混合好的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机设定进料端温度为130-150℃，一区温度175-185℃，二区温度180-190℃，三区温度190-200℃，四区温度190-200℃，机头185-195℃，停留时间1~2min，压力为10-16MPa。
与现有技术相比，本发明通过苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和环氧树脂（EP）对通用级聚苯乙烯(GPPS)改性，弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物由于其韧性较好，能够很好的改善聚苯乙烯自身韧性较差的缺点，环氧树脂属于刚性材料同时在环氧固化剂存在下能够发生交联固化形成网状结构，这种网状结构能够使得聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的微小颗粒附着在其表面形成核壳结构，从而对聚苯乙烯的强度提高起到了很好的效果。本发明还添加了环氧固化剂，润滑剂，抗氧剂，阻燃剂和分散剂等，不仅改善了材料的综合性能同时使得材料具有了良好的阻燃效果。本发明所制得的材料不仅具有良好的冲击性能，而且在强度方面也比一般的聚苯乙烯材料要高，同时材料还具有阻燃性能，使得材料不仅耐冲击，而且具有一定的强度，应用领域得到了很大的扩展。此外，本发明提出的复合材料制备方法，生产工艺简单，无需添加复杂设备，且成本低廉。
附图说明
图1为本发明环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过加入环氧树脂来增强聚苯乙烯（PS），一方面环氧树脂能和聚苯乙烯相容，固化交联的环氧树脂能与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)形成核壳结构，对体系的相容性不但没有太大影响反而可以促进体系进一步均匀化，另一方面环氧树脂是热固性材料，它的加入可以使得体系的刚性增加，从而使体系的拉伸强度下降不明显，达到需要的最好综合性能。同时，本发明采用了包覆红磷对聚苯乙烯进行阻燃，阻燃体系属于无卤阻燃，可以很好的解决因卤系阻燃对材料环保性能的影响。
本发明提供的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，包括以下重量份数的原料：
聚苯乙烯68～80；
弹性体8～20；
环氧树脂3～5；
环氧固化剂0.3～1.5；
润滑剂0.1～0.3；
阻燃剂8～12；
抗氧剂0.4～0.8；
分散剂0.2～0.5。
其中，所述聚苯乙烯采用通用级聚苯乙烯，所述聚苯乙烯是无色无味的透明颗粒；熔体流动速率为7g/10min，缺口冲击强度为1.8KJ/M2，拉伸强度为41Mpa，断裂伸长率为2.1%，弯曲强度为65Mpa。
所述弹性体是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其熔体流动速率为0.10g/10min;拉伸强度为26.0Mpa；300%定伸应力为4.0Mpa；扯断伸长率为650%；撕裂强度为50KN/m；含油量为0%；挥发份为0.50%；S/B的质量比为40/60。
所述环氧树脂采用双酚A型二缩水甘油醚，型号为EP128，环氧当量为184-190，黏度为12000-150000。
所述环氧固化剂为4,4′-二氨基二苯基甲烷，其分子量为198.26，室温下呈浅黄或桔黄色固体状态。
所述润滑剂使用白矿油。
所述阻燃剂采用红磷包覆母粒和磷酸二苯酯联合阻燃配方，其中，红磷包覆母粒重量分数为4-7，三氧化二锑重量分数为4-5。
所述抗氧剂采用168，熔点为183-187℃，灰份为0.1％，挥发份小于0.3％。
所述分散剂采用200目的EBS，分子量为593，相对密度0.98，熔点140℃。
请参考图1，本发明还提供了一种制备如上所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料的方法，其包括以下步骤：
步骤S01、烘干物料：聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤S02、称取配方组分并混合：按照重量份数的比例称取原料配方，在高速混合机内混合5-8分钟得到混合物；
步骤S03、挤出造粒：将步骤S02中混合好的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机设定进料端温度为130-150℃，一区温度175-185℃，二区温度180-190℃，三区温度190-200℃，四区温度190-200℃，机头185-195℃，停留时间1~2min，压力为10-16MPa。
以下通过不通实施例来具体说明本发明环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料及其制备方法与性能等。
实施例1：
实施例1提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料含有以下重量份数的配料：
通用级聚苯乙烯（GPPS）76；
弹性体（SBS）10；
环氧树脂（EP）3；
4,4′-二氨基二苯基甲烷（DDM）1；
白油0.1；
包覆红磷阻燃剂5；
磷酸二苯酯4；
抗氧剂1680.4；
分散剂EBS0.5。
实施例1提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的制备方法包括步骤：
步骤一、烘干：聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤二、称取配方组分并混合：将上述配方材料按以上的重量分数称出，然后在高速混合机内混合5分钟；
步骤三、挤出造粒：在200℃温度下用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料，其中，挤出机主机转速为320转/分钟（R/min），喂料速度为35公斤/小时（kg/h）。
为了测试环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的性能，还需要进行步骤四、压板注塑：将挤出后的粒料进行干燥处理后在注塑机上注塑成标准样条进行测试，注塑温度为210℃，注射压力为30Mpa，注射时间10秒，保压时间20秒。
实施例2：
实施例2提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料含有以下重量份数的配料：
通用级聚苯乙烯（GPPS）75；
弹性体（SBS）10；
环氧树脂（EP）4；
DDM1；
白油0.2；
包覆红磷阻燃剂5；
磷酸二苯酯4；
抗氧剂1680.5；
分散剂EBS0.3。
实施例2提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的制备方法包括步骤：
步骤一、烘干：聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤二、称取配方组分并混合：将上述配方材料按以上的重量分数称出，在高速混合机内混合7分钟；
步骤三、挤出造粒：在205℃温度下用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料，其中，挤出机主机转速为320R/min，喂料速度为35公斤/小时。
为了测试环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的性能，还需要进行步骤四、压板注塑：将挤出后的粒料进行干燥处理后在注塑机上注塑成标准样条进行测试，注塑温度为220℃，注射压力为30Mpa，注射时间10秒，保压时间20秒。
实施例3：
实施例3提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料含有以下重量份数的配料：
通用级聚苯乙烯（GPPS）74；
弹性体（SBS）10；
环氧树脂（EP）5；
DDM1；
白油0.3；
包覆红磷阻燃剂5；
磷酸二苯酯4；
抗氧剂1680.4；
分散剂EBS0.2。
实施例3提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的制备方法包括步骤：
步骤一、烘干：聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤二、称取配方组分并混合：将上述配方材料按以上的重量分数称出，在高速混合机内混合10分钟；
步骤三、挤出造粒：在210℃温度下用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料，其中，挤出机主机转速为300R/min，喂料速度为32公斤/小时。
为了测试环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的性能，还需要进行步骤四、压板注塑：将挤出后的粒料进行干燥处理后在注塑机上注塑成标准样条进行测试，注塑温度为220℃，注射压力为30Mpa，注射时间10秒，保压时间20秒。
实施例4：
实施例4提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料含有以下重量份数的配料：
通用级聚苯乙烯（GPPS）66；
弹性体（SBS）15；
环氧树脂（EP）5；
DDM1；
白油0.3；
包覆红磷阻燃剂7；
磷酸二苯酯5；
抗氧剂1680.4；
分散剂EBS0.2。
实施例4提供的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的制备方法包括步骤：
步骤一、烘干：聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤二、称取配方组分并混合：将上述配方材料按以上的重量分数称出，在高速混合机内混合10分钟；
步骤三、挤出造粒：在210℃温度下用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料，其中，挤出机主机转速为300R/min，喂料速度为32公斤/小时。
为了测试环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料的性能，还需要进行步骤四、压板注塑：将挤出后的粒料进行干燥处理后在注塑机上注塑成标准样条进行测试，注塑温度为230℃，注射压力为33Mpa，注射时间10秒，保压时间20秒。
性能测试：
物理力学性能及耐候性按ASTM相关标准抽检数据。实施例1~4原料及材料性能见表1：
实施例1~4性能对比表：
从实例1-4可以看出，随着环氧树脂加入量的增加，改性聚苯乙烯无卤阻燃材料的拉伸强度不断得到提高，体系的刚性和强度得到增加，而冲击强度随着环氧树脂加入量的增加降低不明显，说明了加入环氧树脂起到了提高聚苯乙烯综合性能的效果，同时采用红磷包覆母粒和磷酸三苯酯复配的阻燃配方使得体系的阻燃等级达到V0级，同时材料中不含卤素等有害物质，满足环保要求。
本发明的环氧树脂增强聚苯乙烯阻燃材料可广泛应用于汽车工业、电子电气工业、机械工业等领域，如汽车外饰件、家电室外部件、通信产品等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，其特征在于，其包括以下重量份数的原料：
所述弹性体是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述环氧树脂采用双酚A型二缩水甘油醚，环氧当量为184-190；
所述环氧固化剂为4,4′-二氨基二苯基甲烷，其分子量为198.26。
2.如权利要求1所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，其特征在于：所述聚苯乙烯采用通用级聚苯乙烯，所述聚苯乙烯是无色无味的透明颗粒；熔体流动速率为7g/10min，缺口冲击强度为1.8KJ/M2，拉伸强度为41Mpa，断裂伸长率为2.1％，弯曲强度为65Mpa。
3.如权利要求1所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，其特征在于：所述润滑剂使用白矿油。
4.如权利要求1所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，其特征在于：所述阻燃剂包括红磷包覆母粒和磷酸二苯酯，其中，红磷包覆母粒重量分数为4-7，磷酸二苯酯重量分数为4-5。
5.如权利要求1所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，其特征在于：所述抗氧剂采用168，熔点为183-187℃，灰份为0.1％，挥发份小于0.3％。
6.如权利要求1所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料，其特征在于：所述分散剂采用200目的EBS，分子量为593，相对密度0.98，熔点140℃。
7.一种制备如权利要求1所述的环氧树脂增强聚苯乙烯无卤阻燃材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一、聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在80℃的烘箱内干燥6小时，环氧树脂在70℃的烘箱内干燥4小时；
步骤二、按照重量份数的比例称取原料配方，在高速混合机内混合5-8分钟得到混合物；
步骤三、将步骤二中混合好的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机设定进料端温度为130-150℃，一区温度175-185℃，二区温度180-190℃，三区温度190-200℃，四区温度190-200℃，机头185-195℃，停留时间1～2min，压力为10-16MPa。
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