一種聚苯乙烯樹脂及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚苯乙烯樹脂及其應(yīng)用，涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體80～120份、水10～15份、丙烯酸酯3～5份、丙烯酸0.5～3份、聚乙烯蠟0.5～2.5份、丙烯酰胺3～5份、纖維素0.5～1.5份、乳化劑0.3～0.6份、引發(fā)劑0.5～1份、抗氧劑0.3～0.6份和阻燃劑3.5～4份。本發(fā)明提供的聚苯乙烯樹脂具有良好的阻燃性能，而且其利用水替代化學(xué)制劑作為發(fā)泡劑，也更環(huán)保。
【專利說明】
一種聚苯乙烯樹脂及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種聚苯乙烯樹脂及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯乙烯是最早工業(yè)化(1939年)的塑料品種之一，它具有剛性、透明、耐水和耐化學(xué)品等良好性能，加之優(yōu)異的電絕緣性，成型加工性、著色性和低的吸濕性，且價格低廉，因而被廣泛應(yīng)用于日用品、裝潢、包裝、儀器儀表零件及保溫材料等領(lǐng)域。目前，聚苯乙烯樹脂已成為世界上僅次于聚乙烯、聚氯乙烯的第三大塑料品種。
[0003]可發(fā)性聚苯乙稀(expandable polystyrene，EPS)是聚苯乙稀中的一種，其又可以稱為發(fā)泡聚苯乙烯樹脂，是20世紀(jì)40年代初由德國巴斯夫公司首先發(fā)明的一種具有出色的低密度和絕熱性能的泡沫材料。發(fā)泡聚苯乙烯樹脂的用途非常廣泛，由于其具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、極佳的保溫絕熱性能和高吸收能量能力，可以用作各種儀表、貴重物品、精密儀器、蔬菜水果和水產(chǎn)品等的包裝材料;而因?yàn)槠渚哂袩醾鲗?dǎo)率低、吸水性小、電絕緣性好、隔音、防潮以及成型工藝簡單等優(yōu)良特性，而被廣泛應(yīng)用在道路橋梁的路基鋪設(shè)和房屋建筑以及漁業(yè)捕撈和冷藏行業(yè)的保溫材料等方面。其中，作為一種優(yōu)良的建筑材料，發(fā)泡聚苯乙烯樹脂主要用于建筑物的屋面和墻體，其作為外保溫復(fù)合墻體具有十分良好的節(jié)能效果;而作為保溫屋面適用于住宅、工廠、平式和柏油屋面，可以起到隔音、擋水蒸汽、密封和保溫隔熱等作用。作為建筑用保溫材料，首要考慮的幾個性能指標(biāo)是低的熱導(dǎo)率，高的阻燃能力，較好的粘接性能和較好的自身強(qiáng)度。
[0004]發(fā)泡聚苯乙烯樹脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是比表面積很大，且材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)為泡孔狀，并且泡孔之間為泡壁、支柱或者聚苯乙烯薄膜，其材料內(nèi)部大部分體積為空氣所占有，當(dāng)其著火后非常容易發(fā)生火焰擴(kuò)散。因此，發(fā)泡聚苯乙烯樹脂制品的阻燃要比其它普通樹脂材料困難很多。而且，發(fā)泡聚苯乙烯樹脂燃燒時會產(chǎn)生橙色火焰，發(fā)出苯乙烯的氣味，并伴隨大量黑煙，毒性很大。另外，在發(fā)泡聚苯乙烯樹脂的生產(chǎn)過程中，使用的發(fā)泡劑(化學(xué)制劑)的揮發(fā)性較大，對環(huán)境也存在污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯乙烯樹脂，此聚苯乙烯樹脂具有良好的阻燃性能，而且其利用水替代化學(xué)制劑作為發(fā)泡劑，也更環(huán)保。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述聚苯乙烯樹脂在泡沫板材中的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體80?120份、水10?15份、丙烯酸酯3?5份、丙烯酸0.5?3份、聚乙烯蠟0.5?2.5份、丙烯酰胺3?5份、纖維素0.5?1.5份、乳化劑0.3?0.6份、引發(fā)劑0.5?I份、抗氧劑0.3?0.6份和阻燃劑3.5?4份。
[0009]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體105?110份、水11?12份、丙烯酸酯3?5份、丙烯酸2?2.5份、聚乙烯蠟0.8?1.2份、丙烯酰胺3.5?4.5份、纖維素0.5?0.7份、乳化劑0.4?0.5份、引發(fā)劑0.6?0.7份、抗氧劑0.4?0.5份和阻燃劑3.6?3.7份。
[0010]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述乳化劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。
[0011]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述引發(fā)劑選自過硫酸鉀、I，1-雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷、2，2_雙(過氧化叔丁基)丁烷、過氧化氫異丙苯、過氧化苯甲酰、過氧化二苯甲酰中的一種或多種，優(yōu)選I，I雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷或2，2_雙(過氧化叔丁基)丁烷。
[00?2]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述抗氧劑選自抗氧劑264、抗氧劑246、抗氧劑1076、抗氧劑DLTP中的一種或多種。
[0013]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述阻燃劑選自六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的一種或多種，優(yōu)選六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁的質(zhì)量比為3?4:1:0.3?0.5的混合物。
[0014]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體中溶有I?2份石墨。
[0015]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，按重量份數(shù)計(jì)，原料還包括無機(jī)填料0.05?0.1份，無機(jī)填料的粒徑為0.3?0.4μ??。
[0016]優(yōu)選地，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述水選自去離子水、蒸餾水、超純水中的一種或多種。
[0017]另外，上述聚苯乙烯樹脂在泡沫板材中的應(yīng)用。
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明包括以下有益效果:本發(fā)明在原料中，利用丙烯酸、丙烯酰胺在苯乙烯中的反相乳液聚合，將丙烯酸和丙烯酰胺聚合形成的吸水樹脂控制并分散在聚苯乙烯基體中，以形成的吸水樹脂微球?yàn)樗妮d體，采用苯乙烯與吸水樹脂微球原位聚合的方法制備了一種聚苯乙烯樹脂。其中，水被成功引入到聚苯乙烯樹脂中，而且由于各原料用量比例的限定，使得到的聚合體系能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其阻燃性好，分散性也較好。另夕卜，由于添加了引發(fā)劑、抗氧劑等助劑，這些助劑也能夠促進(jìn)反應(yīng)、增強(qiáng)樹脂性能。少量的丙烯酸酯的添加，還能夠提高基體樹脂與橡膠相的親和性，從而提高制得的聚苯乙烯樹脂的表面光澤度和霧度，使聚苯乙烯的透明度較好。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品O
[0020]下面對本發(fā)明實(shí)施例的聚苯乙烯樹脂及其應(yīng)用進(jìn)行具體說明。
[0021]聚苯乙烯樹脂主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體80?120份、水10?15份、丙烯酸酯3?5份、丙烯酸0.5?3份、聚乙烯蠟0.5?2.5份、丙烯酰胺3?5份、纖維素
0.5?1.5份、乳化劑0.3?0.6份、引發(fā)劑0.5?I份、抗氧劑0.3?0.6份和阻燃劑3.5?4份。
[0022]優(yōu)選的，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體105?110份、水11?12份、丙烯酸酯3?5份、丙烯酸2?2.5份、聚乙烯蠟0.8?1.2份、丙烯酰胺3.5?4.5份、纖維素0.5?0.7份、乳化劑0.4?0.5份、引發(fā)劑0.6?0.7份、抗氧劑0.4?0.5份和阻燃劑3.6?3.7份。
[0023]其中，水選自去離子水、蒸餾水、超純水中的一種或多種。這幾種水都是經(jīng)過處理的水，所以不會引入其它雜質(zhì)，從而影響后期的聚合反應(yīng)。
[0024]乳化劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。乳化劑是表面活性物質(zhì)，其分子中同時具有親水基和親油基，它聚集在油/水界面上，可以降低界面張力和減少形成乳狀液所需要的能量，其能夠改善乳濁液中各種構(gòu)成相之間的表面張力，使之形成均勻穩(wěn)定的分散體系或乳濁液。乳化劑優(yōu)選十二烷基苯磺酸鈉。十二烷基苯磺酸鈉易于得到，成本低。
[0025]引發(fā)劑選自過硫酸鉀、I，1-雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷、2，2_雙(過氧化叔丁基)丁烷、過氧化氫異丙苯、過氧化苯甲酰、過氧化二苯甲酰中的一種或多種，優(yōu)選I，I雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷或2，2_雙(過氧化叔丁基)丁烷。引發(fā)劑是容易受熱分解成自由基(即初級自由基)的化合物，可用于引發(fā)烯類、雙烯類單體的自由基聚合和共聚合反應(yīng)，也可用于不飽和聚酯的交聯(lián)固化和高分子交聯(lián)反應(yīng)。而其中的I，I雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷和2，2_雙(過氧化叔丁基)丁烷都是雙官能團(tuán)引發(fā)劑，采用雙官能團(tuán)引發(fā)劑大大的提高了聚苯乙烯的分子量，為之后通過懸浮聚合制備優(yōu)良力學(xué)性能的聚苯乙烯樹脂提供了基礎(chǔ)。
[0026]抗氧劑選自抗氧劑264、抗氧劑246、抗氧劑1076、抗氧劑DLTP中的一種或多種。優(yōu)選抗氧劑1076，抗氧劑1076無污染，耐熱和耐水抽出性好。
[0027]阻燃劑選自六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的一種或多種，優(yōu)選六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁的質(zhì)量比為3?4:1:0.3?0.5的混合物。阻燃劑能夠賦予易燃聚合物難燃性。選擇六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁的混合物作為阻燃劑，能夠得到非常好的阻燃性能，將六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁按照3?4:1:0.3?0.5進(jìn)行配比時，能夠使制得的聚苯乙烯樹脂的自熄時間非常短，達(dá)到難燃級別。優(yōu)選的，六溴環(huán)十二燒、三氧化二鋪、氫氧化鋁的質(zhì)量比為3.5:1:0.4。
[0028]按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體中溶有I?2份石墨。此處所說到的按重量份數(shù)計(jì)，是指苯乙烯單體為80?120份，而這80?120份之中，含有I?2份石墨。石墨結(jié)構(gòu)特殊，自身帶有大量自由電子，這使得石墨能較好的吸收紅外線和反射紅外線，從而降低材料的熱導(dǎo)率，同時，由于石墨具有較好的耐火性，所以，在苯乙烯單體中添加石墨，能夠增強(qiáng)制得的聚苯乙烯樹脂的阻燃性，降低其低熱導(dǎo)率。
[0029]按重量份數(shù)計(jì)，原料還包括無機(jī)填料0.05?0.1份，無機(jī)填料的粒徑為0.3?0.4μmο粒徑小的無機(jī)填料加入到原料中，能夠提高制得的聚苯乙稀樹脂的抗沖擊性。無機(jī)填料選自硅灰石、二氧化硅粉、碳酸鈣、硅石微球、滑石粉中的一種或幾種。
[0030]本發(fā)明還提供了上述聚苯乙烯樹脂在泡沫板材中的應(yīng)用。
[0031]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0032]實(shí)施例一
[0033]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體80份、去離子水10份、丙烯酸酯3份、丙烯酸0.5份、聚乙烯蠟0.5份、丙烯酰胺3份、纖維素0.5份、十二烷基硫酸鈉0.3份、I，1-雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷0.5份、抗氧劑2460.3份和六溴環(huán)十二烷3.5份。
[0034]制備時，將上述原料混合后，在90°C下反應(yīng)5h，然后置于3Pa、充滿氮?dú)獾臈l件下，再處理7h即可。
[0035]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂應(yīng)用于泡沫板材中。
[0036]實(shí)施例二
[0037]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體120份、蒸餾水15份、丙烯酸酯5份、丙烯酸3份、聚乙烯蠟2.5份、丙烯酰胺5份、纖維素1.5份、十二烷基磺酸鈉0.6份、過氧化二苯甲酰I份、抗氧劑DLTP 0.6份、六溴環(huán)十二烷3.5份和氫氧化鎂0.5份。
[0038]120份的苯乙烯單體中溶有2份石墨。
[0039]制備時，將上述原料混合后，在120°C下反應(yīng)3h，然后置于8Pa、充滿氮?dú)獾臈l件下，再處理5h即可。
[0040]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂應(yīng)用于泡沫板材中。
[0041 ] 實(shí)施例三
[0042]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體105份、去離子水11份、丙烯酸酯3份、丙烯酸2份、聚乙烯蠟0.8份、丙烯酰胺3.5份、纖維素
0.5份、十二烷基苯磺酸鈉0.4份、過硫酸鉀0.6份、抗氧劑DLTP 0.4份、三氧化二銻3.6份和碳酸鈣0.05份，碳酸鈣的粒徑為0.3μπι。
[0043]制備時，將上述原料混合后，在95°C下反應(yīng)4.5h，然后置于5Pa、充滿氮?dú)獾臈l件下，再處理6.5h即可。
[0044]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂應(yīng)用于泡沫板材中。
[0045]實(shí)施例四
[0046]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體110份、去離子水12份、丙烯酸酯5份、丙烯酸2.5份、聚乙烯蠟1.2份、丙烯酰胺4.5份、纖維素
0.7份、十二烷基苯磺酸鈉0.5份、2，2-雙(過氧化叔丁基)丁烷0.7份、抗氧劑1076 0.5份和氫氧化鎂3.7份。
[0047]110份的苯乙烯單體中溶有I份石墨。
[0048]制備時，將上述原料混合后，在110°C下反應(yīng)3.5h，然后置于6Pa、充滿氮?dú)獾臈l件下，再處理5.5h即可。
[0049]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂應(yīng)用于泡沫板材中。
[0050]實(shí)施例五
[0051]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體108份、去離子水11.5份、丙烯酸酯4份、丙烯酸2.3份、聚乙烯蠟I份、丙烯酰胺4份、纖維素
0.6份、十二烷基苯磺酸鈉0.4份、2，2-雙(過氧化叔丁基)丁烷0.4份、I，1-雙(叔丁基過氧基)環(huán)己燒0.3份、抗氧劑1076 0.5份、六溴環(huán)十二燒2.6份、三氧化二鋪0.7、氫氧化鋁0.3份和二氧化硅粉0.08份，二氧化硅粉的粒徑為0.4μπι。
[0052]108份的苯乙烯單體中溶有I份石墨。
[0053]制備時，將上述原料混合后，在105°C下反應(yīng)4h，然后置于5.5Pa、充滿氮?dú)獾臈l件下，再處理6h即可。
[0054]將制備得到的阻燃發(fā)泡聚苯乙烯樹脂進(jìn)行成型處理，以便得到泡沫板材。然后，將得到的泡沫板材進(jìn)行性能測試【阻燃等級測試采用:建筑材料及制品燃燒性能分級國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 8624-2006);強(qiáng)度測試采用:國家標(biāo)準(zhǔn)GB6344-96;熱導(dǎo)率測試采用:國家軍標(biāo)GJB1875-94】。測試結(jié)果為:本實(shí)施例五制備得到的泡沫板材，其阻燃等級BI級，霧度為30% (相對厚度為Imm的泡沫板材而言)，熱導(dǎo)率比市售發(fā)泡苯乙烯板材低9.1 %。
[0055]另外，將其它實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂用于進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，獲得的結(jié)果與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
[0056]本實(shí)施例提供的聚苯乙烯樹脂應(yīng)用于泡沫板材中。
[0057]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚苯乙烯樹脂，其特征在于，主要由以下原料制成，按重量份數(shù)計(jì)，苯乙烯單體80?120份、水10?15份、丙烯酸酯3?5份、丙烯酸0.5?3份、聚乙烯蠟0.5?2.5份、丙烯酰胺3?5份、纖維素0.5?1.5份、乳化劑0.3?0.6份、引發(fā)劑0.5?I份、抗氧劑0.3?0.6份和阻燃劑3.5?4份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，所述苯乙烯單體105?110份、所述水11?12份、所述丙烯酸酯3?5份、所述丙烯酸2?2.5份、所述聚乙烯蠟0.8?1.2份、所述丙烯酰胺3.5?4.5份、所述纖維素0.5?0.7份、所述乳化劑0.4?0.5份、所述引發(fā)劑0.6?0.7份、所述抗氧劑0.4?0.5份和所述阻燃劑3.6?3.7份。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，所述乳化劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，所述引發(fā)劑選自過硫酸鉀、I，1_雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷、2，2-雙(過氧化叔丁基)丁烷、過氧化氫異丙苯、過氧化苯甲酰、過氧化二苯甲酰中的一種或多種，優(yōu)選I，I雙(叔丁基過氧基)環(huán)己烷或2，2_雙(過氧化叔丁基)丁燒。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，所述抗氧劑選自抗氧劑264、抗氧劑246、抗氧劑1076、抗氧劑DLTP中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，所述阻燃劑選自六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的一種或多種，優(yōu)選六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、氫氧化鋁的質(zhì)量比為3?4:1:0.3?0.5的混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，所述苯乙烯單體中溶有I?2份石墨。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，所述原料還包括無機(jī)填料0.0 5?0.1份，所述無機(jī)填料的粒徑為0.3?0.Am。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯乙烯樹脂，其特征在于，所述水選自去離子水、蒸餾水、超純水中的一種或多種。10.權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述的聚苯乙烯樹脂在泡沫板材中的應(yīng)用。
【文檔編號】C08F220/10GK106046230SQ201610692364
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月19日
【發(fā)明人】李信, 魯偉員, 楊義樂
【申請人】四川中物紅宇科技有限公司