一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯及其制备方法与流程

本技术涉及发泡材料领域，尤其是涉及一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯及其制备方法。

背景技术：

1、聚苯乙烯（eps）由于具有质地轻，成本低，可以通过蒸汽加热成型等特点，被广泛应用于各种场合中，例如制作建筑保温板或饭盒、包装袋等日常用品。但是近年来，随着行业的迅速发展，市场需求日渐多样化，聚苯乙烯的应用领域也得到了拓展，传统的仅具有单一性能的聚苯乙烯已逐渐不能满足人们的生产、生活需求，聚苯乙烯需要向着多功能，高性能的方向不断发展。

2、目前在阻燃可发性聚苯乙烯领域，按照阻燃剂的类别可分为含卤阻燃产品和无卤阻燃产品两大类，含卤阻燃产品因其阻燃剂在燃烧时所释放的卤素气体具有一定的毒性而面临被限制使用的危险。无卤阻燃产品大部分采用无机阻燃系列，其中石墨以及炭黑加入聚苯乙烯发泡材料中可以从根本上消除聚苯乙烯引燃的隐患。

3、针对上述相关技术，申请人发现，可膨胀石墨经研磨后，在悬浮聚合中因很难在聚合物中均匀分散，且因其在生产过程中难免引入的酸性基团，使其影响了聚合过程的链增长过程，导致局部聚合支化度和聚合度出现异常，从而使产品无法被用于正常的发泡机发泡，为此，需要引入其他如氢氧化铝或磷化合物等无机粉末来为产品提供额外的阻燃能力。这样会因为过多的引入了无机阻燃剂，而使力学性能下降。

技术实现思路

1、为了在提高可发性聚苯乙烯的阻燃性能的同时保证其力学性能，本技术提供一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯，采用如下技术方案。

3、一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯，包括以下重量份原料：高分子基材80-100份，液体物料1-8份，涂层剂0.1-1份，改性碳材料5-30份，成核剂1-3份，增塑剂0.5-1份，稳定剂0.5-1份；

4、所述改性碳材料为用环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物对碳材料进行改性制得。

5、在一些实施例中，碳材料可以为可膨胀石墨、多臂碳纳米管、天然鳞片石墨、短切石墨烯中的一种或多种。

6、通过采用上述技术方案，以碳材料为可膨胀石墨为例，本技术在可发泡聚苯乙烯材料中加入改性可膨胀石墨，当可发泡聚苯乙烯材料遇到高温时，可膨胀石墨中的插层化合物开始分解，产生大量气体，使石墨层沿着c轴方向迅速膨胀，形成蠕虫状的可膨胀石墨，膨胀后的石墨层形成一层致密的保护层，将火源与可发泡聚苯乙烯材料本体隔离开来，防止火势的进一步蔓延，可膨胀石墨在高温下还能促进可发泡聚苯乙烯材料的成炭反应，形成一层致密的炭层，这层炭层不仅具有隔热和隔氧的作用，还能进一步阻碍火势的蔓延。此外，可膨胀石墨的扁平多层结构和细粒径特性使其能够在断裂过程中产生能量吸收效应，从而提升可发泡聚苯乙烯材料的抗冲击强度和压缩强度，提高可发泡材料的耐腐蚀耐化学性能。

7、用环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物对可膨胀石墨进行改性，聚苯乙烯嵌段与高分子基材相容，聚丁二烯嵌段与可膨胀石墨相容，形成微相分离结构，提高界面相容性，使得可膨胀石墨在高分子基材中均匀分散，避免可膨胀石墨发生团聚，从而使产品可以顺利被用于正常的发泡机发泡。另外，环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物上的环氧基团可以与高分子基材进行反应，进一步提高环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与高分子基材的结合性。环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物在可膨胀石墨与高分子基材之间起到桥连作用，提高可膨胀石墨与高分子基材的结合力，使得可膨胀石墨全面充分的发挥其阻燃作用，在较小的添加量且无需添加阻燃剂的情况下，依然保持良好的阻燃效果，且力学性能不会明显降低。

8、在一些实施例中，成核剂为聚乙烯蜡、钛白粉、滑石粉、聚四氟乙烯粉、有机胺成核剂中的至少一种。

9、在一些实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。

10、进一步的，所述环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的制备方法为：

11、1） 活性阴离子聚合

12、在惰性溶剂中，加入苯乙烯单体，控制反应温度为-78 -0℃，在正丁基锂的引发下，进行活性阴离子聚合反应，得到活性聚苯乙烯链段；

13、2） 链转移反应

14、用二乙烯基苯作为链转移剂，与活性聚苯乙烯链段反应，形成嵌段结构；

15、3） 第二单体聚合

16、步骤2）得到的嵌段结构与丁二烯单体反应，进行第二阶段的聚合反应，

17、使丁二烯单体在活性聚苯乙烯链段上进行聚合，形成嵌段共聚物；

18、4） 终止反应

19、使用终止剂终止聚合反应，形成苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；

20、5） 马来酸酐接枝

21、将步骤4）得到的嵌段共聚物与马来酸酐，在过氧化二苯甲酰的存在下进行接枝反应，得到马来酸酐-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；

22、6） 环氧化反应

23、将马来酸酐-嵌段共聚物与环氧氯丙烷在碱性条件下反应，得到环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；

24、7） 后处理：

25、进行过滤、洗涤、干燥，去除未反应的单体、溶剂和杂质。

26、通过采用上述技术方案，先用苯乙烯与丁二烯作为聚合单体，得到苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，然后用马来酸酐与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物进行反应，马来酸酐的双键与丁二烯段发生自由基接枝反应，在苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物上引入酸酐基团；然后酸酐基团与环氧氯丙烷反应，生成环氧基团，得到环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。

27、进一步的，所述步骤1）中正丁基锂与苯乙烯的重量比为（0.005-0.007）：1，步骤2）中二乙烯基苯与苯乙烯的重量比为（0.003-0.004）：1，所述苯乙烯单体与丁二烯单体的重量比为1：（1.2-1.5）。

28、进一步的，所述马来酸酐与苯乙烯的重量比为（0.05-0.07）：1，所述环氧氯丙烷与马来酸酐的重量比为1：（0.5-0.8）。

29、通过采用上述技术方案，调整苯乙烯单体与丁二烯单体的比例，以及引发剂与链转移剂的用量，得到特定结构的环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。并调整马来酸酐与环氧氯丙烷的配比，调节环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物上环氧基团的含量，得到设计结构的环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。此结构的环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物在可发性聚苯乙烯材料中的高分子基材与可膨胀石墨之间可以充分发挥作用。得到阻燃性能、力学性能以及防腐性能等综合性能优异的可发性聚苯乙烯。

30、进一步的，所述改性碳材料为改性可膨胀石墨，改性可膨胀石墨的制备方法为：

31、在60-120℃下，将可膨胀石墨与环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物在过氧化二苯甲酰引发下进行接枝反应，得到改性可膨胀石墨；

32、所述环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与可膨胀石墨的重量比为1：（3-5）。

33、进一步的，所述高分子基材包括重量比为（3-5）：1的通用级聚苯乙烯与发泡级聚苯乙烯。

34、进一步的，所述改性可膨胀石墨与高分子基材的重量比为1：（12-18）。

35、进一步的，所述可膨胀石墨的平均粒径为30-50nm。

36、通过采用上述技术方案，改性可膨胀石墨在高分子基材内性能均匀致密的网状结构，全方位的提供阻燃防护。

37、另外，在造粒挤出的过程中，体系中的片层结构也会随之分散滑动，并且片层石墨表面还可以与高分子材料的长链段相互作用，并随之分散至体系各处。在本技术限定的配比以及粒径范围内，片层石墨不仅可以促进链段原料的分散，并且其相应电荷结构和高分子基体的相互作用，明显减少了体系中的微相分离，从而避免了化学分子/试剂在体系中的渗透，并且相应的链段作用可以使得体系缠结更加致密，从而增强力学性能。

38、进一步的，所述液体物料为正己烷、正戊烷、异戊烷、正丁烷中的至少一种。

39、第二方面，本技术提供一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯的制备方法，采用如下技术方案。

40、一种含可膨胀石墨的可发性聚苯乙烯的制备方法，包括以下步骤：

41、s1.将涂层剂之外的原料进行混合、搅拌，然后熔融共混，得到熔融体；

42、s2.将熔融体进行造粒、离心干燥、筛分；

43、s3.筛分后用涂层剂进行涂层，产物灌封包装，即得。

44、综上所述，本技术具有以下有益效果：

45、本技术用环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物作为改性剂对碳材料进行改性，然后将改性后的碳材料加入至可发泡聚苯乙烯材料中，环氧化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物在碳材料与高分子基材之间起到桥连作用，提高碳材料与高分子基材的结合力，使得碳材料全面充分的发挥其阻燃作用，在较小的添加量且无需添加阻燃剂的情况下，依然保持良好的阻燃效果，且力学性能不会明显降低。得到的可发泡聚苯乙烯材料导热系数≤0.033 w/ m•k，弯曲强度可以达到2.90-3.26mpa，拉伸保持率可以达到80.0-90.8%，极限氧指数可以达到35.1-38.7%。