一种改性聚苯乙烯发泡材料及其制备方法与流程

本技术涉及高分子材料，例如涉及一种改性聚苯乙烯发泡材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚苯乙烯(ps)是一种无定型聚合物，是世界五大通用合成树脂之一。聚苯乙烯的应用广泛，其透光率可达90％，易于加工成型，而且具有较高的强度与刚度，已被大量应用于包装、日化、建筑、工业等领域。聚苯乙烯的绝缘性、保温性、隔热性较好，通过发泡技术可制备发泡聚苯乙烯。

2、聚苯乙烯的大分子链侧基中含有刚性的苯环结构，空间位阻较大，导致其存在耐候性差、脆性较大、冲击强度低等一系列问题。聚苯乙烯发泡材料存在易脆断、韧性差等缺点，这限制了聚苯乙烯发泡材料在某些领域的应用。聚丁烯是一种半结晶性聚合物，具有耐低温、高冲击强度、长期耐老化等特点，使用聚丁烯改性聚苯乙烯能够有效提高复合材料的韧性与耐候性，拓展聚苯乙烯发泡材料的应用范围。

3、聚苯乙烯遇火即能燃烧，不能自熄，因此，在有防火要求的领域必须进行阻燃处理。阻燃剂等添加剂的使用会对聚苯乙烯聚合物的发泡过程和最终制品性能产生影响，包括发泡性能、流变性能、泡孔结构、力学性能、隔热性能等。因此选择相容性好、阻燃效率高，同时能提高聚苯乙烯发泡材料综合性能的阻燃剂尤为重要。

4、因此，亟待开发出一种工艺简单、过程可控，同时具有优良力学性能、长期耐老化、隔热阻燃、综合性能优异的聚苯乙烯发泡材料。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

2、本技术的目的之一是通过聚丁烯及含氟化合物对聚苯乙烯进行改性，提高聚苯乙烯复合材料的韧性、抗老化性，同时利用聚丁烯的半结晶性调控聚合物的流变性能及发泡材料的泡孔结构。本技术的目的之二是通过加入相容性好、阻燃效率高的溴化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与聚磷腈复配阻燃剂，提高聚苯乙烯发泡材料的阻燃性能。

3、本技术目的通过以下技术方案实现：

4、一种改性聚苯乙烯发泡材料，由以下重量份的物质组成：

5、

6、所述的聚丁烯为聚丁烯-1、共聚聚丁烯中的一种或两种。

7、聚丁烯是一种半结晶性高分子惰性聚合物，具有优良的抗紫外老化与耐低温性能，通过聚丁烯的加入，能够提高聚苯乙烯材料的韧性，有效解决聚苯乙烯发泡材料加工及使用过程中存在的易脆断、易开裂等问题。

8、聚苯乙烯是一种无定型聚合物，在模压设备保温保压的过程中，聚合物处于半熔融状态，二氧化碳在聚合物内部的浸润与扩散畅通无阻，造成聚合物熔体强度偏低，在快速卸压的过程中，泡孔的生长较快，泡孔直径偏大，进而影响到发泡材料的力学性能。而聚丁烯的结晶度在40％～60％，晶区的存在为聚合物熔融物提供了支撑骨架，对泡孔结构的生长有抑制作用，进而减小了发泡材料的泡孔尺寸，使得发泡材料泡孔结构更为规整，泡孔壁更厚。

9、所述的相容剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。

10、聚苯乙烯的苯环结构与聚丁烯的线性结构存在着一定的不相容性，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与聚苯乙烯、聚丁烯经双螺杆挤出机熔融共混后，在两种高分子之间的界面上，起到降低界面张力、增加界面层厚度、降低分散粒子尺寸的作用，使体系最终形成具有宏观均匀微观相分离特征的热力学稳定的相态结构。

11、所述的成核剂为碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母、蒙脱土、二氧化硅、硅藻土、硅微粉、硬脂酸钙、云母、纤维素、木质素、甲壳素、环糊精中的一种或多种。所述成核剂的粒径d90﹤10μm。

12、成核剂为聚苯乙烯复合材料泡孔的形成提供成核位点，成核剂的种类及粒径大小决定了在聚合物中的分散程度，从而影响了泡孔结构的形貌，

13、所述氟化物为全氟聚醚、全氟环醚、全氟聚醚醇、全氟丁基四氢呋喃中的一种或多种。

14、全氟化合物中氟原子对电子具有较大的吸引力，使得核外电子密度更大，原子半径更小。氟原子不但与碳原子结合牢固，而且在碳骨架外层排列十分紧密，可有效地防止碳原子和碳链的暴露，所以发泡材料的抗老化性能更优。

15、所述的阻燃剂为溴化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与聚磷腈的复配物。

16、所述的阻燃剂复配物中溴化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与聚磷腈的质量比为1：(0.1～10)。

17、溴化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物具有高分子量、不出霜、高热稳定性、耐迁移性等特点，由于结构与聚苯乙烯有一定的相似性，因而与体系相容性很好。聚磷腈是一种全磷氮杂环非共轭化合物，在燃烧的过程中形成致密的碳层，受热分解的磷酸可在聚合物的表面形成一层隔绝层从而隔绝空气。本技术中利用氮磷溴多种元素的协同增效作用，以一定比例复配高效阻燃剂，提高聚苯乙烯发泡材料的阻燃性能。

18、所述的改性苯乙烯发泡材料的制备方法，具体步骤如下：

19、s1.将组方量原料均匀混合，熔融挤出，成型为板胚，经压光、冷却定型，切割为板材；

20、s2.将步骤s1中所得板材放置于模压发泡设备模腔内，通入超临界二氧化碳，保温保压预设时间后快速卸压，定型后得到聚苯乙烯发泡材料。

21、所述步骤s1中板材厚度为5～20mm；所述步骤s2模压发泡设备模腔内保压压力为8～18mpa，保温温度为110～160℃，预设时间为0.5～5h，卸压时间≦3s。

22、所述步骤s1中板材厚度为10～15mm；所述步骤s2模压发泡设备模腔内保压压力为8～18mpa，保温温度为110～160℃，预设时间为0.5～5h，卸压时间≦3s。

23、聚苯乙烯发泡过程中通常使用的发泡剂为戊烷，戊烷吸入会对人的神经系统与呼吸系统产生健康危害，戊烷是一种易燃气体，在生产操作过程中属于一种危险源。本技术中采用超临界二氧化碳作为发泡剂，二氧化碳是一种惰性气体，同时对人体及环境不会产生危害，是一种绿色的发泡工艺。

24、聚苯乙烯挤出发泡片材受制于设备与工艺，发泡材料较薄，在有的领域使用中需要多层拼接。本技术中采用模压发泡工艺，与挤出发泡相比，使用的原材料板材较厚，所得发泡材料更有利于切割加工。

25、与现有技术相比，本技术的有益效果如下：

26、(1)本技术采用聚丁烯对聚苯乙烯进行增韧改性，利用聚丁烯的耐低温、长期耐候性、高冲击强度，有效解决聚苯乙烯发泡材料加工及使用过程中存在的易脆断、易开裂等问题。同时利用聚丁烯的半结晶性能改善聚合物的流变性能，调控聚合物发泡材料的泡孔结构。

27、(2)本技术采用全氟化合物协同聚丁烯提高复合材料的抗紫外老化性能，全氟化合物中氟原子对电子具有较大的吸引力，使得核外电子密度更大，原子半径更小。氟原子不但与碳原子结合牢固，而且在碳骨架外层排列十分紧密，可有效地防止碳原子和碳链的暴露，所以发泡材料的抗老化性能更优。

28、(3)本技术中采用溴化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与聚磷腈复配物作为阻燃剂，与体系相容性好，氮磷溴多种元素协同增效，阻燃效率高。

29、(4)本技术采用超临界二氧化碳替代戊烷作为发泡剂，不会对人体及环境产生危害。

30、(5)本技术的制备方法，工艺简单、过程可控，制备获得的聚苯乙烯发泡材料同时具有优良力学性能、长期耐老化、隔热阻燃、综合性能优异。

31、以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。