本發(fā)明屬于阻燃材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于納米氧化鎂的聚苯乙烯泡沫阻燃劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

在建筑外墻保溫材料中，聚氨酯(pu)、聚苯乙烯(ps)和聚氯乙烯(pvc)為目前3種產(chǎn)量最大的泡沫塑料保溫材料。其中，聚苯乙烯泡沫塑料成本低廉、保溫效果和使用性能良好，在保溫隔熱行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。ps保溫材料作為一種有機(jī)保溫材料，具有潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性。作為一種有機(jī)碳?xì)浠衔?，ps的氧指數(shù)只有18.0％，屬易燃材料。移走火源仍然能繼續(xù)燃燒，燃燒過(guò)程中伴隨濃煙和明火的熔融滴落。

2011年頒布的《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》中明確要求民用建筑外保溫材料的燃燒等級(jí)為a級(jí)。gb/8624-2006《建筑材料燃燒性能分級(jí)方法》把保溫材料由原來(lái)gb/8624-1997中的不燃(a級(jí))、難燃(b1級(jí))、可燃(b2級(jí))和易燃(b3級(jí))等四個(gè)等級(jí)細(xì)分為a1、a2、b、c、d、e和f等7個(gè)等級(jí)，從而進(jìn)一步提高保溫材料防火性能。

聚苯乙烯發(fā)泡材料根據(jù)成型方式不同有模塑聚苯乙烯泡沫塑料(eps)和擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps)之分。eps和xps都具有閉孔蜂窩結(jié)構(gòu)，這種閉孔率較高的結(jié)構(gòu)使板材具有極低的吸水性和熱導(dǎo)系數(shù)、較高的抗壓性和抗老化性。但是，聚苯板保溫體系在結(jié)構(gòu)安全性、防火阻燃性等方面仍存在亟待解決的技術(shù)難題，目前因達(dá)不到國(guó)家對(duì)建筑材料的臨時(shí)防火要求，很多廠家聚苯乙烯泡沫板的生產(chǎn)線已停產(chǎn)。ps泡沫塑料的蜂窩狀結(jié)構(gòu)決定了它的使用性能，但也是因?yàn)槠鋬?nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)而有較高的空氣流通性而源源不斷地供給氧氣(空氣中)，造成燃燒速率大、熱釋放量大、融滴嚴(yán)重、發(fā)煙量大、不易自熄等問(wèn)題。因此，研究ps的阻燃改性顯得極其重要。ps阻燃改性主要通過(guò)添加阻燃劑的方法實(shí)現(xiàn)。

添加型阻燃劑按其化學(xué)成分可分為有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑兩大類(lèi)，無(wú)機(jī)阻燃劑如氫氧化鎂、氫氧化鋁、三氧化二銻等，具有低煙、低毒、無(wú)鹵、穩(wěn)定性好和價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，但存在添加量大、與材料的相容性差、降低材料性能等缺點(diǎn)，受到一定程度的限制。有機(jī)阻燃劑主要以鹵系阻燃劑為主，如十溴二苯烷，十溴二苯醚等，該系列阻燃劑雖具有與材料相容性好、添加量小、性價(jià)比高、對(duì)材料的性能影響小等優(yōu)點(diǎn)，但是，阻燃時(shí)會(huì)產(chǎn)生鹵化氫等大量的有毒氣體，對(duì)人類(lèi)自身及其環(huán)境產(chǎn)生危害。

eps阻燃的方法通常有聚合階段阻燃(聚合共混法、共聚法)、包覆阻燃(樹(shù)脂包覆法、硅酸鹽包覆法)、浸漬階段添加法和后處理涂層阻燃法。共聚阻燃最大的優(yōu)點(diǎn)是阻燃效果比較持久，但是可選擇的阻燃劑有限；包覆阻燃在樹(shù)脂和泡沫塑料基體的相容性上還要做進(jìn)一步的研究；浸漬阻燃對(duì)阻燃劑的粒徑要求比較高；涂層阻燃中涂層的易剝落現(xiàn)象是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。目前添加型阻燃劑仍占阻燃eps的主導(dǎo)，然而較大的添加量使材料的物理力學(xué)性能和加工性能都受到影響；反應(yīng)型阻燃劑雖然有阻燃持久且效率高的特點(diǎn)，但是成本高、選擇性太強(qiáng)是一直難解決的問(wèn)題。

隨著歐美等國(guó)研究發(fā)現(xiàn)多種鹵系阻燃劑在生物體殘留等問(wèn)題，人們已積極開(kāi)展研制新型無(wú)鹵eps阻燃劑。本體阻燃聚苯乙烯作為最有效最持久的阻燃方法，尋求合適的無(wú)鹵環(huán)保反應(yīng)型阻燃單體和合適的生產(chǎn)工藝，制備綜合性能優(yōu)良的阻燃聚苯乙烯發(fā)泡材料，對(duì)生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫塑料意義重大，這已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)室的重要研究方向，也是未來(lái)研發(fā)和生產(chǎn)的趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于納米氧化鎂的聚苯乙烯泡沫阻燃劑的制備方法，該方法包括如下步驟：

(1)將納米氧化鎂和有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑加入到硅酸鈉溶液中，攪拌形成鎂基懸浮液i；所述納米氧化鎂粒徑為20nm～300nm，純度>95.0％；

(2)向鎂基懸浮液i中加入有機(jī)溶劑，攪拌形成鎂基懸浮液ii；

(3)向鎂基懸浮液ii中加入聚苯乙烯顆粒，攪拌形成聚苯乙烯漿料；

(4)將步驟(3)所得物于溫度105～210℃，壓強(qiáng)0.1～0.3mpa，處理10～60min，形成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫。

本發(fā)明中的硅烷偶聯(lián)劑可以促進(jìn)納米氧化鎂和聚苯乙烯粒子混合，使得所得材料的性能優(yōu)異。

在本發(fā)明中，納米氧化鎂的粒徑必須限制，粒徑過(guò)大將導(dǎo)致所得材料的抗拉強(qiáng)度急劇下降。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粒徑大于350nm時(shí)，所得材料的抗拉強(qiáng)度的降幅達(dá)30％以上。

納米氧化鎂和有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑的重量比為0.5～10.0:2.0～20.0。

納米氧化鎂和有機(jī)溶劑的重量比為：0.5～10.0:60～90。

納米氧化鎂和聚苯乙烯顆粒的重量比為0.5～10.0:90～99。

所述硅酸鈉溶液的濃度為0.05～0.20mol/l，納米氧化鎂與硅酸鈉溶液的重量體積比(g/ml)為0.5～10:10～30ml。

所述有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑包括異丁基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一種；優(yōu)選的，所述有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物；更優(yōu)選的，所述有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，所述有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比為1:1:1；

和/或，

所述有機(jī)溶劑包括四氫呋喃、二甲基亞砜、乙醇、乙酸乙酯、戊烷、丁烷、庚烷、苯、乙二醇乙醚中的至少一種；優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為二甲基亞砜、乙醇和戊烷的混合溶劑；更優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為二甲基亞砜、乙醇和戊烷的混合溶劑，所述二甲基亞砜、乙醇和戊烷的重量比為1:1:1。

步驟(1)中，所述攪拌的條件為：在溫度40～90℃、攪拌速度300～800r/min下攪拌30～120min；優(yōu)選的，所述攪拌的條件為：在40℃、攪拌速度250r/min下攪拌40min；

和/或，

步驟(2)中，所述攪拌的條件為：在溫度40～90℃、攪拌速度500～1000r/min下攪拌30～120min；優(yōu)選的，所述攪拌的條件為：在40℃、攪拌速度250r/min下攪拌40min。

步驟(3)中，所述攪拌的條件為：在溫度40～90℃、攪拌速度500～1000r/min下攪拌40～120min；優(yōu)選的，所述攪拌的條件為：在溫度60℃，攪拌速度500r/min下攪拌60min。

優(yōu)選的，步驟(4)中，將步驟(3)所得物于溫度120℃、壓強(qiáng)0.15mpa下處理20min，形成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于提供由上述方法制備得到的基于納米氧化鎂的聚苯乙烯泡沫阻燃劑。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明原料配方簡(jiǎn)單、制備工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)施，本發(fā)明所得材料具有良好的氧指數(shù)和拉拔強(qiáng)度，本發(fā)明所得材料的燃燒等級(jí)為a1級(jí)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容所做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

稱(chēng)取2.5g粒徑100nm的納米氧化鎂和9.0g重量比1:1:1的乙烯基三甲氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷恒速加入到40ml濃度0.10mol/l的硅酸鈉溶液中，并在40℃、攪拌速度250r/min條件下攪拌40min形成鎂基懸浮液i；其次，向該懸浮液中加入60g重量比1:1:1的二甲基亞砜、乙醇和戊烷混合溶劑，在溫度40℃、攪拌速度400r/min條件下攪拌40min形成鎂基懸浮液ii；然后向懸浮液ii中加入95g聚苯乙烯顆粒并在溫度60℃，攪拌速度500r/min條件下攪拌60min以形成均勻的聚苯乙烯漿料；最后在溫度120℃、壓強(qiáng)0.15mpa下處理時(shí)間20min形成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫。該材料的氧指數(shù)為25.3，拉拔強(qiáng)度0.25mpa、燃燒等級(jí)a1級(jí)。

實(shí)施例2

稱(chēng)取3.0g粒徑60nm的納米氧化鎂和7.5g重量比1:1:1的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷恒速加入到30ml濃度0.08mol/l的硅酸鈉溶液中，并在35℃、攪拌速度300r/min條件下攪拌40min形成鎂基懸浮液i；其次，向該懸浮液中加入60g重量比1:2:1的二甲基亞砜、乙醇和戊烷混合溶劑，在溫度40℃、攪拌速度450r/min條件下攪拌40min形成鎂基懸浮液ii；然后向懸浮液ii中加入95g聚苯乙烯顆粒并在溫度60℃，攪拌速度500r/min條件下攪拌60min以形成均勻的聚苯乙烯漿料；最后在溫度120℃、壓強(qiáng)0.25mpa下處理時(shí)間20min形成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫。該材料的氧指數(shù)為28.7，拉拔強(qiáng)度0.32mpa、燃燒等級(jí)a1級(jí)。

實(shí)施例3

稱(chēng)取3.0g粒徑110nm的納米氧化鎂和7.5g重量比2:1:2的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷恒速加入到30ml濃度0.08mol/l的硅酸鈉溶液中，并在40℃、攪拌速度280r/min條件下攪拌40min形成鎂基懸浮液i；其次，向該懸浮液中加入55g重量比1:1:2的二甲基亞砜、乙醇和戊烷混合溶劑，在溫度40℃、攪拌速度400r/min條件下攪拌40min形成鎂基懸浮液ii；然后向懸浮液ii中加入90g聚苯乙烯顆粒并在溫度60℃，攪拌速度550r/min條件下攪拌60min以形成均勻的聚苯乙烯漿料；最后在溫度120℃、壓強(qiáng)0.15mpa下處理時(shí)間20min形成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫。該材料的氧指數(shù)為26.2，拉拔強(qiáng)度0.28mpa、燃燒等級(jí)a1級(jí)。