一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物及其制备方法。本发明专利技术的方法制备的EPS，氧指数为30‑40％，抗压强度为130‑150KPa，导热系数为0.024‑0.028W/(m·k)组合物包括以下重量份的物质：聚苯乙烯，100份；改性石墨，3‑5份；发泡剂，5‑10份；阻燃剂，1‑3份。本发明专利技术的组合物，结合了鳞片石墨的优点，大大降低了产品的导热系数，鳞片石墨表面覆盖了一层阻燃沉淀物，能够提高EPS的抗压强度，且阻燃能力也大大提高，达到国家规定的安全等级，降低了阻燃剂的含量，大大节省了成本。另外改性石墨的制备方法简单，原料易得，价格低廉，节约成本。

A Graphite Flame Retardant expandable polystyrene composition and its preparation method

The invention discloses a graphite flame retardant expandable polystyrene composition and a preparation method thereof. The EPS prepared by the method of the invention has an oxygen index of 30 40%, a compressive strength of 130 150KPa, and a thermal conductivity of 0.024 0.028W/(m.k) composition, including polystyrene, 100 copies; modified graphite, 3 5 copies; foaming agent, 5 10 copies; flame retardant, 1 3 copies. The composition of the invention combines the advantages of flake graphite and greatly reduces the thermal conductivity of the product. The flake graphite surface is covered with a layer of flame retardant sediment, which can improve the compressive strength of EPS, and the flame retardant ability is greatly improved, reaching the safety level prescribed by the state, reducing the content of flame retardant and greatly saving the cost. In addition, the preparation method of modified graphite is simple, the raw material is easy to obtain, the price is low, and the cost is saved.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物及其制备方法
本专利技术涉及一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物(石墨EPS)及其制备方法。
技术介绍
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。可发性聚苯乙烯颗粒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。近年来，为避免火灾导致的生命和财产损失，对建造和建筑中基础材料增加日益严格的阻燃要求。建筑用EPS泡沫板必须要满足相关的阻燃法规要求，阻燃等级由低到高分别C，B(含B2和B1)，A级，城市居民建筑EPS一般需要达到B1等级的阻燃。石墨尤其鳞片状石墨对红外线有很强的反射作用因而能显著降低EPS的导热系数的能力而备受关注。一方面，在EPS中添加鳞片状石墨可以将导热系数从0.041W/(m·k)降低到0.033W/(m·k)-0.040W/(m·k)。目前有专利介绍了石墨在EPS中的应用，如CN201280000682.5中提到降低导热系数的添加剂为炭颗粒，如炭黑和石墨；CN204781392U也提到泡沫板本体由若干聚苯乙烯发泡粒子堆积而成，聚苯乙烯发泡粒子的表面包覆有吸附层，吸附层表面吸附有由石墨粒子构成的阻燃层，聚苯乙烯发泡粒子堆积后形成的间隙内堆积有石墨粒子。另一方面，鳞片状石墨在EPS预发过程中起到成核剂的作用，帮助泡孔成核，使EPS成功预发。然而，专利技术人经过大量实践发现，石墨对阻燃剂起到严重的热催化降解作用，导致阻燃剂在挤出法制备EPS中的利用效率降低，添加大量的石墨会降低EPS中阻燃剂的阻燃能力，而阻燃剂的价格远比聚苯乙烯高，从而极大地拉高了挤出EPS的生产成本。另外，鳞片石墨的成核能力过于强大使EPS的泡孔太小太密，而石墨的尺寸是泡壁的十倍甚至几十倍，在EPS膨胀过程中，石墨会刺穿泡壁，导致EPS的抗压强度的大幅降低，预发物杯重偏大。杯重是指1L的容器或杯子所能容纳的预发EPS的重量，单位为g/L。
技术实现思路
本专利技术提供了一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物及其制备方法，通过对鳞片状石墨的表面包覆特定的物质进行表面改性，可阻止石墨对阻燃剂特别是六溴环十二烷的催化降解作用，降低阻燃剂的使用量，降低生产成本；同时能够减少石墨对泡壁的刺穿作用，提高EPS板的抗压能力，提高产品质量；另外，包覆层还增加了石墨对红外线的吸收，大幅降低了EPS产品的导热系数。根据本专利技术的一个方面，提供了一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物，组合物的氧指数为30-40％，组合物的抗压强度为130-150KPa，组合物的导热系数为0.024-0.028W/(m·k)，组合物包括以下重量份的物质：聚苯乙烯，100份；改性石墨，3-5份；发泡剂，5-10份；和，阻燃剂，1-3份。本专利技术的组合物，采用了改性石墨，大大降低了产品的可燃度和导热系数，降低了阻燃剂的用量，节约了生产成本。在一些实施方式中，改性石墨通过在石墨基体的表面覆盖无机沉淀物制备而成，发泡剂为戊烷，阻燃剂为六溴环十二烷，稳定性好，增加EPS的阻燃能力。在一些实施方式中，石墨基体为鳞片石墨。其有益效果是，鳞片石墨导热、耐高温，改性后鳞片石墨表面被一层无机物覆盖，降低了石墨预发成核的能力。在一些实施方式中，无机物沉淀物包括BaCO3、BaSO4、Mg(OH)2和/或B2O3。其有益效果是，这些无机物生产原料价格低廉，制备方法简单，且抗压性能较高。在一些实施方式中，聚苯乙烯为通用聚苯乙烯，通用聚苯乙烯的重均摩尔质量Mw为：25000～500000g/mol。在一些实施方式中，聚苯乙烯为通用聚苯乙烯，通用聚苯乙烯的重均摩尔质量Mw为：280000～450000g/mol。根据本专利技术的一个方面，提供了石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于，制备方法包括：(1)将石墨表面包覆无机沉淀物得到改性石墨；(2)取改性石墨3-5份、阻燃剂1-3份、聚苯乙烯100份，混合均匀，加入挤出机，加入发泡剂5-10份，通过水下切粒获得石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物。鳞片石墨的表面呈现出化学钝性，加之石墨的片层结构，使得石墨与聚苯乙烯的作用力很弱。表面被包覆后的改性石墨是通过在石墨表面引入一定的无机成分，增加改性石墨和聚苯乙烯的作用力。在受到外力作用时，改性石墨起到增强的作用，故使得EPS成品的抗压强度得到提高。另外，在EPS颗粒预发时，通过聚苯乙烯和包覆物表面的作用力，改性石墨便于在泡孔壁上进行排列，从而起到增强泡孔的作用，泡孔壁的完整性保持较好，抗压强度也大大增强。而未经过改性的石墨沿泡孔壁的排列较差，加之石墨的尺寸(约10μm)远大于泡壁的厚度(约1μm)，所以未包覆的石墨在EPS的预发过程中对泡壁有刺穿效应。在一些实施方式中，将石墨表面包覆无机沉淀物得到改性石墨EPS包括：取1kg鳞片石墨加入9-10L水中，然后加入Ba(NO3)25-10g，搅拌均匀并溶解；接着滴入3-5％的Na2CO3水溶液90-110mL，边滴加边搅拌，滴加完毕继续搅拌10-12小时，过滤，清洗干燥，获得表面包覆了BaCO3的改性石墨；或，取1kg鳞片石墨加入9-10L水中，然后加入Ba(NO3)25-10g，搅拌均匀并溶解；接着滴入6-8％的十水硫酸钠水溶液90-110mL，边滴加边搅拌，滴加完毕继续搅拌10-12小时，过滤，清洗干燥，获得表面包覆了BaSO4的改性石墨。在一些实施方式中，将石墨表面包覆无机沉淀物的到改性石墨包括：取1kg鳞片石墨加入9-10L水中，然后加入Mg(NO3)25-10g，搅拌均匀并溶解；接着滴入2-4％的NaOH水溶液90-110mL，边滴加边搅拌，滴加完毕继续搅拌10-12小时，过滤，清洗干燥，获得表面包覆了Mg(OH)2的改性石墨。在一些实施方式中，将石墨表面包覆无机沉淀物的到改性石墨包括：取1kg鳞片石墨和100-120g的B2O3加入球磨罐中充分研磨20-24小时，研磨后干燥在500-550℃下烧结3-5小时，获得表面包覆了B2O3的改性石墨。本专利技术的方法制备的EPS，结合了鳞片石墨的优点，大大降低了产品的导热系数，鳞片石墨表面覆盖了一层改性沉淀物，能够提高EPS的抗压强度，且阻燃能力也大大提高，达到国家规定的安全等级，降低了阻燃剂的含量，大大节省了成本。另外改性石墨的制备方法简单，原料易得，价格低廉，节约成本。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。测试方法：阻燃性：按照GB8624-2006进行测试。抗压强度：按照GB/T8813-2008进行测试。导热系数的测定仪器为导热系数测定仪，按照国家标准GB/T10294-2008进行测试。以下实例中所用的苯乙烯类聚合物树脂为通用聚苯乙烯GPPS，其重均摩尔质量Mw为：25000～500000g/mol，优选为280000～450000g/mol。以下对比例和实施例中的混合和挤出均在挤出机中进行。聚苯乙烯，100份，Mw＝410000g/mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述组合物的氧指数为30‑40％，所述组合物的抗压强度为130‑150KPa，所述组合物的导热系数为0.024‑0.028W/(m·k)，所述组合物包括以下重量份的物质：聚苯乙烯，100份；改性石墨，3‑5份；发泡剂，5‑10份；和，阻燃剂，1‑3份。

【技术特征摘要】
1.一种石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述组合物的氧指数为30-40％，所述组合物的抗压强度为130-150KPa，所述组合物的导热系数为0.024-0.028W/(m·k)，所述组合物包括以下重量份的物质：聚苯乙烯，100份；改性石墨，3-5份；发泡剂，5-10份；和，阻燃剂，1-3份。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述改性石墨通过在石墨基体的表面覆盖无机沉淀物制备而成，所述发泡剂为戊烷，所述阻燃剂为六溴环十二烷。3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述石墨基体为鳞片石墨。4.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述无机物沉淀物包括BaCO3、BaSO4、Mg(OH)2和/或B2O3。5.根据权利要求1-4任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚苯乙烯为通用聚苯乙烯，所述通用聚苯乙烯的重均摩尔质量Mw为：25000～500000g/mol。6.根据权利要求1-4任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚苯乙烯为通用聚苯乙烯，所述通用聚苯乙烯的重均摩尔质量Mw为：280000～450000g/mol。7.如权利要求1-6任一项所述的石墨阻燃可膨胀聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将石墨表面包覆无机沉淀物得到改性石墨；(2)取改性石墨3-5份、阻燃剂1-3份、聚苯乙烯100份，混合均匀，加入挤出机，加入发泡剂5-10份，通过水下...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗伟峰，周洪涛，
申请(专利权)人：天津斯坦利新型材料有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12