一种环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒的制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒的制备工艺，属于有机合成领域。本发明专利技术制备了纤维素纳米晶体CNCs颗粒并用琥珀酸酐改性使具备疏水性。其次在苯乙烯中添加聚苯乙烯从而提高了可膨胀石墨在苯乙烯中的分散性，同时制备了双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂。最后添加了纳米级二氧化硅颗粒，该颗粒与改性后的纤维素纳米晶体CNCs形成良好的协同作用，稳定了乳液中的微小水珠使得发泡均匀。同时以水作为发泡剂代替了传统的戊烷发泡剂所以对环境友好。烷发泡剂所以对环境友好。烷发泡剂所以对环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒的制备工艺


[0001]本专利技术属于有机合成领域，涉及一种聚苯乙烯珠粒的制备工艺，具体涉及一种环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒的制备工艺。

技术介绍

[0002]在国内，外墙保温采暖能耗的2/3通过墙体散失掉，建筑保温隔热性能差。因此，构建外保温体系是降低建筑能耗同时也是实施我国节能减排政策的重要措施。可发性聚苯乙烯泡沫的优点诸如导热系数低、易成型加工、工艺成熟、价格低廉，因此备受人们的关注，应用也最为广泛。但是随着聚苯乙烯泡沫材料的大规模应用，其易燃烧的特性也逐渐暴露出来。所以作为外墙保温材料的可发性聚苯乙烯开发绿色环保的阻燃剂成为了社会问题。目前已有一些研究工作采用悬浮聚合制备了石墨
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聚苯乙烯复合球粒，然而石墨
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聚苯乙烯在制备过程中仍存在石墨分散性差，球粒分子量低，悬浮聚合体系不稳定的问题。本专利技术首先通过共价改性石墨使其在苯乙烯中具有良好的分散性，以及制备了双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂，缩短了聚合时间。其次添加了纳米级二氧化硅颗粒，该纳米级二氧化硅颗粒与改性后的纤维素纳米晶体CNCs形成良好的协同作用，稳定了乳液中的微小水珠使得发泡均匀。最后以水作为发泡剂代替了传统的戊烷发泡剂，因此对环境更为友好。

技术实现思路

[0003]针对以上问题，本专利技术设计了一种环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒的制备工艺；其具体包括以下步骤：
[0004]S1、纤维素纳米晶体CNCs的制备：将3
‑<br/>6g切碎的滤纸加入到15
‑
30ml的60％硫酸中，在30
‑
45℃条件下连续搅拌90min。然后用高速离心机在11000rpm共离心20min，每次5min，离心后的沉淀物再分散到蒸馏水中，多次离心直到上清液pH大于5。为了进一步净化和达到中性pH值，用透析管将沉淀与蒸馏水进行透析3天。将透析后的CNCs水分散液冻干并且在4
‑
7℃保存；即可得到纤维素纳米晶体CNCs。
[0005]S2、将S1制备的纤维素纳米晶体CNCs粉末和0.1
‑
0.25g羟乙基纤维素(HEC)添加到250ml的去离子水中并对该水溶液进行超声波均质2h。
[0006]S3、共价改性石墨：将1.2
‑
4.8g聚苯乙烯(PS)树脂溶解于纯化后的30
‑
60ml苯乙烯(St)中，再与2
‑
5g可膨胀石墨(EG)混合。该步骤中PS大分子链在St单体中溶解时，有向外延伸的趋势。在EG表面，由于PS与石墨原子之间具有良好的相互作用能，可以在石墨上形成一层薄薄的PS。同时大量的苯乙烯单体也可以吸附在PS和EG表面的苯基侧基团上。由于长碳主链的纠缠，PS分子将EG薄片“拉”到PS
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St相，使EG团块破碎。因此，EG薄片分散在PS
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St相中，石墨与苯乙烯的相容性得到改善。PS
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St混合物的粘度随PS含量的增加而增加，EG在PS
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St相中的析出速度也会减慢，所以提升了石墨在苯乙烯中的分散能力。
[0007]S4、改性纤维素纳米晶体CNCs：称量0.4
‑
0.7g过氧化苯甲酰(BPO)和0.5
‑
0.9g琥珀酸酐加入到S3石墨共价改性后的苯乙烯油相中，在N2氛围下，70
‑
100℃加热75min，然后添
加到S2的水溶液中在70
‑
100℃、250rpm的条件下加热搅拌2min，即可得到含改性纤维素纳米晶体CNCs的乳状液；该步骤通过苯乙烯与琥珀酸酐共聚得到不同分子量的苯乙烯
‑
琥珀酸酐(SMA)共聚物对纤维素纳米晶体CNCs进行原位改性。在聚合过程中，SMA可以通过共聚物中琥珀酸酐基团与CNCs中纤维素链羟基的相互作用(氢键)和反应(酯键形成)接枝到CNCs表面；改性后的CNCs对水的亲和性较天然CNCs差，可稳定水
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油乳液。CNCs粒子脱离界面所需的能量最大。高的分离能量使水滴周围形成一个坚固而密集的粒子网络。
[0008]S5、双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂的制备：称量1
‑
4g喹啉酸、0.48
‑
1.9gNaOH、0.1
‑
0.25gCp2TiCl2溶解在10
‑
30ml去离子水中，然后将混合溶液倒入三颈烧瓶中，三颈烧瓶上方接有冷凝管，在200rpm、90
‑
120℃条件下微波加热8
‑
11h，待反应结束温度冷却至室温后经过滤洗涤干燥即可得到双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂。该步骤中制备的双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂稳定性好，双氧原子与苯环之间形成p
‑
π
‑
p共轭体系，因此该催化剂高温稳定性好，显示极高催化活性，得到的聚苯乙烯分子量也较高。
[0009]S6、向S4得到的乳状液中添加0.15
‑
0.3g纳米级二氧化硅，经超声80s后，纳米级的二氧化硅分散到纤维素纳米晶体CNCs围绕的小液滴中，然后将乳状液和S5制备的催化剂转移到三颈玻璃反应器中并在N2氛围、90℃、350rpm条件下搅拌加热10
‑
16h；聚合的悬浮液冷却到室温后即可得到聚苯乙烯珠粒；得到的珠粒用去离子水冲洗三次然后放入110
‑
140℃的热油中加热1
‑
4h，最后得到环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒。该步骤中添加了纳米级二氧化硅，纳米级二氧化硅的亲水性使其良好的分散在纤维素纳米晶体CNCs围绕的小液滴中与改性纤维素纳米晶体CNCs协同提高小液滴在乳液中的稳定性；同时以水替代常规的戊烷作为发泡剂体，珠粒内部水通过蒸发气化使聚苯乙烯珠粒发生膨胀从而形成了泡沫状结构，膨胀比为12
‑
15，对环境友好且膨胀比较高。
[0010]优选地，所述步骤S1中滤纸添加量为4g；
[0011]优选地，所述步骤S2中羟乙基纤维素添加量为0.2g；
[0012]优选地，所述步骤S3中聚苯乙烯添加量为4.8g；
[0013]优选地，所述步骤S4中在N2氛围下，70
‑
100℃加热75min时反应温度为100℃；
[0014]优选地，所述步骤S5中微波加热11h；
[0015]优选地，所述步骤S6中纳米级二氧化硅添加量为0.15g；
[0016]优选地，所述步骤S6中热油加热3h；
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、本专利技术添加了聚苯乙烯，通过聚苯乙烯与石墨原子之间具有良好的相互作用能从而共价改性石墨使其在苯乙烯中具有良好的分散性。
[0019]2、本专利技术制备了双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环保可发性复合石墨阻燃性聚苯乙烯珠粒的制备方法，其特征在于：具体制备方法如下：S1、纤维素纳米晶体CNCs的制备：将3
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6g切碎的滤纸加入到15
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30ml的60％硫酸中，在30
‑
45℃条件下连续搅拌90min；然后用高速离心机在11000rpm共离心20min，每次5min，离心后的沉淀物再分散到蒸馏水中，多次离心直到上清液pH大于5；为了进一步净化和达到中性pH值，用透析管将沉淀与蒸馏水进行透析3天；将透析后的CNCs水分散液冻干并且在4
‑
7℃保存；即可得到纤维素纳米晶体CNCs；S2、将S1制备的纤维素纳米晶体CNCs粉末和0.1
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0.25g羟乙基纤维素(HEC)添加到250ml的去离子水中并对该水溶液进行超声波均质2h；S3、共价改性石墨：将1.2
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4.8g聚苯乙烯(PS)树脂溶解于纯化后的30
‑
60ml苯乙烯(St)个表述改成
″
N2氛围下，中，再与2
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5g可膨胀石墨(EG)混合；S4、改性纤维素纳米晶体CNCs：称量0.4
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0.7g过氧化苯甲酰(BPO)和0.5
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0.9g琥珀酸酐加入到S3石墨共价改性后的苯乙烯油相中，在N2氛围下，70
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100℃加热75min，然后添加到S2的水溶液中在70
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100℃、250rpm的搅拌下搅拌2min，即可得到含改性纤维素纳米晶体CNCs的乳状液；S5、双核氧桥联的钛化合物苯乙烯聚合催化剂的制备：称量1
‑
4g喹啉酸、0.48
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1.9gNaOH、0.1
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0.25gCp2TiCl2溶解在10
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30ml去离子水中，然后将混合溶液倒入三颈烧瓶中，三颈烧瓶上方接有冷凝管，在200rpm、90
‑
120℃条件下微波加热8
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11h，待反应结束温度冷却至室温后经过滤洗涤干...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈德新，陆敏山，袁迎春，朱向阳，满鑫，王猛，
申请(专利权)人：辽宁丽天新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：