可發性聚苯乙烯功能新材料的制作方法
【專利摘要】本發明屬于新材料【技術領域】，具體屬于一種可發性聚苯乙烯功能新材料。本發明通過對聚苯乙烯或含苯乙烯單體和其他單體共聚苯乙烯系聚合物進行改性，改性輔助材料是石墨、鹵系阻燃協效劑三氧化二銻或者五氧化二銻膠體、鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系或氮-磷系阻燃劑、相容劑、熱穩定劑、增塑劑、成核劑、消煙劑、著色劑等，擠出機對物料進行有效的熔融混煉，物料進行充分的混合，塑化后的熔體分別進入熔體泵，經過熔體泵增壓和穩壓后進入換網器過濾雜質，過濾后的熔體進入轉向閥和模板進入切粒室，對混有戊烷及輔料的高分子聚合物進行切粒即得到石墨阻燃級EPS。本發明生產出來的新材料已通過B1級檢測，是節能、環保、安全的建筑新材料，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】可發性聚苯乙烯功能新材料

【技術領域】
[0001] 本發明屬于新材料【技術領域】，具體屬于一種可發性聚苯乙烯功能新材料。

【背景技術】
[0002] 通過對聚苯乙烯改性制備可發性聚苯乙烯新材料，具體為通過熔融共混法，在單 螺桿、雙螺桿擠出機中使石墨、炭黑、三氧化二銻、鹵素阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系或氮-磷 系阻燃劑、增塑劑、相容劑、聚乙烯蠟等剪切混合，利用剪切產生的熱熔化聚合物并使改性 添加物均勻混合，隨后，用高壓泵定量加入適量的戊烷，然后在造粒機中造粒，得到可發性 聚苯乙烯功能新材料。該材料具有優良的阻燃性、高強度、發泡密度低、抗靜電、抗菌和抗霉 變，作為工程塑料，廣泛用于高端建筑市場的保溫隔熱等領域。
[0003] 可發性聚苯乙烯EPS廣泛用于建材和包裝領域，具有絕熱保溫、保冷、防潮、防震、 隔音等功能。其合成方法通常為懸浮聚合工藝，如專利：CN101092462，102585392A公開了 可發性聚苯乙烯顆粒采用懸浮法制備的工藝，該工藝采用磷酸鈣做懸浮劑，磺酸鈉作為乳 化劑，不溶于水的苯乙烯單體、引發劑、阻燃劑、阻燃增效劑、增塑劑等在懸浮穩定劑和高速 攪拌下分散為液滴，然后生成聚合物顆粒，成為固體分散相；發泡劑在一定條件下浸漬到固 體分散相中，經冷卻、脫水、干燥、表面處理等工序得到可發性聚苯乙烯，這些EPS可滿足隔 熱保溫、防震等用途。這種懸浮聚合制造 EPS的生產方法是廣泛已知的，除上述中國專利外 還有：例如 US5, 240967, RU2087486C1，DE19548311A1、FR2820427A1 等。
[0004] 在當前水資源嚴重匱乏，環保問題受到社會日益重視的情況下，懸浮法工藝的需 耗用大量水資源、有機揮發分易擴散到大氣中、加熱懸浮體系需要耗用大量的能源的缺點 要求從事可發性聚苯乙烯的技術人員開發新工藝、新技術來解決上述環保問題和能源問題 成為當務之急。
[0005] EP0668139A1提供了 一種可發性聚苯乙烯微球的生產方法，在第一靜態混合器內 提供聚苯乙烯熔體流和發泡劑流，使之充分剪切混合；上述混合物在第二靜態混合區進一 步充分剪切混合；在第三靜態混合器中將該混合物冷卻至切粒所需溫度，通過噴絲頭驟冷 擠出聚合物絲并切成發泡劑均勻分布并具有相同尺寸的EPS微粒，缺點是要求聚合物的分 子量分布窄，類型單一。
[0006] 從US5000801公開了生產粒徑分布窄的EPS珠粒的方法，即將EPS和成核劑混合， EPS是采用懸浮聚合工藝生產，含有發泡劑5. 7 - 7. 5%，成核劑為檸檬酸和蘇打的混合物， 且加入量為〇. 25 - 0. 4g/kgEPS，EPS珠粒和成核劑在混合器中混合后進入擠出機中并熔 融，在一定條件下拉絲造粒得到含有窄粒徑分布的可發性聚苯乙烯微球。該方法的缺點在 于使用分子量（MW)小于200000,并且熔體指數為4. 5?5. 0的聚合物，限制了這種方法的 使用。


【發明內容】

[0007] 本發明通過對聚苯乙烯或含苯乙烯單體和其他單體共聚苯乙烯系聚合物進行改 性，改性輔助材料是石墨、鹵系阻燃協效劑三氧化二銻或者五氧化二銻膠體、鹵系阻燃劑、 磷系阻燃劑、氮系或氮-磷系阻燃劑、增塑劑、成核劑、消煙劑、著色劑等，擠出機對物料進 行有效的熔融混煉，物料進行充分的混合，塑化后的熔體分別進入熔體泵，經過熔體泵增壓 和穩壓后進入換網器過濾雜質，過濾后的熔體進入轉向閥和模板進入切粒室，對混有戊烷 及輔料的高分子聚合物進行切粒即得到石墨阻燃級EPS。
[0008] 可發性聚苯乙烯功能新材料，其中聚苯乙烯功能新材料包括GPPS(通用級聚苯乙 烯）、HIPS (高抗沖聚苯乙烯）、EPS (普通級可發性聚苯乙烯、阻燃級可發性聚苯乙烯）、 SAN(苯乙烯-丙烯晴）、ABS (丙烯晴-丁二烯-苯乙烯）、SMA(苯乙烯和馬來酐共聚物）、 SMA-ABS (SMA與ABS共混物）、ASA(丙烯晴-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，丙烯酸通常為丙烯 酸丁酯，具有耐候性和抗熱老化性能）、MBS (甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯）、MABS (甲基 丙烯酸甲酯-丙烯晴-丁二烯-苯乙烯）、PPE (聚苯醚）。
[0009] 優選的，所述的石墨添加量相對于聚苯乙烯從1. 5?8 %質量，優選質量為 1. 5-5%的高純石墨。
[0010] 優選的，所述的石墨是可膨脹石墨、微粉石墨或石墨烯。
[0011] 優選的，所述的炭黑加入量相對聚苯乙烯質量為0. 2?6 % ;炭黑粒徑為 5nm_40nm〇
[0012] 優選的，所述的三氧化二鋪，相對聚苯乙烯質量，其加入量為0. 2?3%。
[0013] 優選的，所述的三氧化二鋪，相對聚苯乙烯質量，其加入量為0. 2?3%。
[0014] 優選的，所述的鹵系阻燃劑，相對聚苯乙烯質量其添加量為0. 5?7%，所述的溴 系阻燃劑為六溴環十二烷、四溴雙酚A、或四溴雙酚A雙（烯丙基）醚，有機溴阻燃劑還可包 括溴化聚苯乙烯，該溴化聚苯乙烯可以是合成的含溴阻燃劑為1. 〇?2. 5%的聚苯乙烯或 者用三溴苯乙烯與苯乙烯共聚并添加部分含溴阻燃劑的聚苯乙烯、三（2, 3-二溴丙基）異 三聚氰酸酯。
[0015] 優選的，所述的磷系阻燃劑，相對于聚苯乙烯質量其加入量為5?20%。
[0016] 優選的，所述的阻燃協效劑是DCP，過氧化二異丙苯，其添加量相對聚苯乙烯質量 為 0· 05 ?3. 5%。
[0017] 優選的，所述的增塑劑為礦物油或者鄰苯二甲酸二辛脂，相對于聚苯乙烯質量其 添加量為0.01?2%。
[0018] 優選的，所述的成核劑為聚乙烯蠟，相對聚苯乙烯質量其添加量為0. 02?3%。
[0019] 優選的，所述的發泡劑為不含鹵素的CnHm化合物，η = 4?6,包括丁烷、異丁烷、 正戊烷、異戊烷、新戊烷和己烷，通常使用正戊烷和異戊烷，正戊烷：異戊烷=7:3或6:4,相 對聚苯乙烯的質量，其加入量為3. 5?10%。
[0020] 本發明得到的新材料和新工藝具有以下優點：
[0021] 1、克服了懸浮聚合工藝合成可發性聚苯乙烯需要消耗大量的水的缺點，節約了珍 貴的水資源；
[0022] 2、克服了懸浮聚合工藝需要將整個懸浮體系（工藝水：苯乙烯油系=1. 2 :1)加 熱，消耗了大量的能源，同時，懸浮體系冷卻亦需消耗大量的電能，新工藝節約了能源，降低 了生產成本；
[0023] 3、新工藝生產過程中無廢水、廢氣、廢渣等等三廢產生，是環保型生產工藝； 新材料同時符合歐盟頒布的 ROHS(The RestrictionofHazardousSubstancesinElec tricalEquipment, Directive2002/95/EC)和 WEEE(WasteElectricalandElectronic Equipment, Directive2002/96/EC)指令；
[0024] 4、新產品具有比普通可發性聚苯乙烯更低的導熱系數，經檢測，新產品導熱系數 為0. 031w/m. k,普通可發性聚苯乙烯的導熱系數為0. 041w/m. k,導熱系數降低32. 25%，隔 熱性能大幅提1? ;
[0025] 5、由于具有更優良的隔熱性能，在要求同樣保溫性能的條件下，聚合物材料的使 用量可節約30?50% ;
[0026] 6、新材料制品具有優良的抗靜電性能、抗菌性能；
[0027] 7、新材料通過燃燒的性能達到GB8624B1 (B-S2, d0, t2)級檢測，是節能、環保、安 全的建筑新材料，具有廣闊的市場前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是可發性聚苯乙烯功能新材料專用生產設備a ;
[0029] 圖2是可發性聚苯乙烯功能新材料專用生產設備b ;
[0030] 圖3是可發性聚苯乙烯功能新材料專用生產設備c。

【具體實施方式】
[0031] 為使本發明的技術方案和特點更加清楚，下面結合實施例,對本發明做進一步的 詳細說明。在此，以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0032] 實施例一：
[0033] 如圖1所示，可發性聚苯乙烯功能新材料專用生產設備，包括：擠出機（單螺桿擠 出機或雙螺桿擠出機）、失重稱、液體注入泵、熔體泵、換網器、轉向閥、造粒機、干燥機、包裝 機。
[0034] 工藝過程說明：
[0035] 1.利用雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機將主要原料（聚苯乙烯及其其他樹脂、可發 性聚苯乙烯）進行熔融；
[0036] 2.將其他輔料（阻燃劑、石墨等）從主喂料口或以側喂料的形式加入；
[0037] 3.將液體物料（戊烷、丁烷）以計量泵的形式注入擠出機內；如采用可發性聚苯 乙烯則發泡劑計量泵可關閉不進液體物料或少進液體物料；
[0038] 4.主物料與輔料在擠出機里進行動態混合；
[0039] 5.物料輸送到熔體泵，熔體泵均勻穩定的向前輸送；
[0040] 6.換網器將混合熔體的雜質過濾掉；
[0041] 7.物料再通過轉向閥取樣，抽檢；
[0042] 8.正常物料輸送到造粒機進行造粒；
[0043] 9.制成的微顆粒通過循環水輸送到離心干燥機，進行干燥；
[0044] 10.成品輸送到下一工段處理；
[0045] 實施例二：
[0046] 如圖2所示，可發性聚苯乙烯功能新材料專用生產設備，包括：擠出機（單螺桿擠 出機或雙螺桿擠出機）、失重稱、液體注入泵、熔體泵、換網器、轉向閥、造粒機、干燥機、包裝 機。
[0047] 工藝過程說明：
[0048] 1.利用雙螺桿擠出機將主要原料（聚苯乙烯及其其他樹脂、可發性聚苯乙烯）進 行烙融；
[0049] 2.將其他輔料（阻燃劑、石墨等）從主喂料口或以側喂料的形式加入；
[0050] 3.再將熔體注入單螺桿混合器進行有效在混合；
[0051] 4.將液體物料（戊烷、丁烷）以計量泵的形式注入單螺桿擠出機內；如采用可發 性聚苯乙烯則發泡劑計量泵可關閉不進液體物料或少進液體物料；
[0052] 5.主物料與輔料在擠出機里進行動態混合；
[0053] 6.物料輸送到熔體泵，熔體泵均勻穩定的向前輸送；
[0054] 7.換網器將混合熔體的雜質過濾掉；
[0055] 8.物料再通過轉向閥取樣，抽檢；
[0056] 9.正常物料輸送到造粒機進行造粒；
[0057] 10.制成的微顆粒通過循環水輸送到離心干燥機，進行干燥；
[0058] 11.成品輸送到下一工段處理。
[0059] 實施例三：
[0060] 如圖3所示，可發性聚苯乙烯功能新材料專用生產設備，包括：擠出機（單螺桿擠 出機或雙螺桿擠出機）、失重稱、液體注入泵、熔體泵、換網器、轉向閥、造粒機、干燥機、包裝 機、混合換熱器。
[0061] 工藝過程說明：
[0062] 1.利用雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機將主要原料（聚苯乙烯及其其他樹脂）進行 熔融；
[0063] 2.將其他輔料（阻燃劑、石墨等）從主喂料口或以側喂料的形式加入；
[0064] 3.混合換熱器對熔體溫度進行有效控制而且對物料有混合作用；
[0065] 4.液體輔料可從擠出機注入或從混合換熱器注入，液體物料（戊烷、丁烷）以計量 泵的形式注入；如采用可發性聚苯乙烯則發泡劑計量泵可關閉不進液體物料或少進液體物 料；
[0066] 5.主物料與輔料在擠出機及其混合換熱器進行靜態混合；
[0067] 6.物料輸送到熔體泵，熔體泵均勻穩定的向前輸送；
[0068] 7.換網器將混合熔體的雜質過濾掉；
[0069] 8.物料再通過轉向閥取樣，抽檢；
[0070] 9.正常物料輸送到造粒機進行造粒；
[0071] 10.制成的微顆粒通過循環水輸送到離心干燥機，進行干燥；
[0072] 11.成品輸送到下一工段處理。
[0073] 本發明是一種聚合物高分子新材料，具體是可發性聚苯乙烯（EPS)功能新材料的 生產，普通的EPS因含有發泡劑戊烷，在連續或間歇式預發泡機中溫度為90?105°C時可以 一次或多次發泡，膨脹成泡孔均勻的珠粒，泡粒的密度從5?40KG/m 3,廣泛應用保溫、保冷、 隔熱、減震等領域，主要為內外墻保溫、冷庫保冷；電器、陶瓷包裝；漁箱、水果箱、蔬菜箱保 鮮；工藝品或其他易碎品的減震，特別是目前用在工程方面，如汽車模具鑄造的消失模、高 等高速公路的減震層、南水北調工程的減震防滲等.
[0074] 作為性價比最好的保溫材料，可發性聚苯乙烯的最重要的性質是熱導率。參與熱 傳導的類型有：聚苯乙烯中的熱傳導、充入氣體的熱傳導、輻射熱的轉移和密閉顆粒中對流 流動產生的熱對流。顆粒中空氣的熱導率在整個熱傳遞中作用最大，隨著發泡粒子的密度 的增大熱導率降低，
[0075] 本發明通過對聚苯乙烯或含苯乙烯單體和其他單體共聚苯乙烯系聚合物進行改 性，改性輔助材料是石墨、鹵系阻燃協效劑三氧化二銻或者五氧化二銻膠體、鹵系阻燃劑、 磷系阻燃劑、氮系或氮-磷系阻燃劑、增塑劑、成核劑、消煙劑、著色劑等，擠出機對物料進 行有效的熔融混煉，物料進行充分的混合，塑化后的熔體分別進入熔體泵，經過熔體泵增壓 和穩壓后進入換網器過濾雜質，過濾后的熔體進入轉向閥和模板進入切粒室，對混有戊烷 及輔料的高分子聚合物進行切粒即得到可發性聚苯乙烯功能新材料。
[0076] 顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對 本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發 明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【權利要求】
1. 可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于，所述的聚苯乙烯功能新材料包括 GPPS(通用級聚苯乙烯）、HIPS(高抗沖聚苯乙烯）、EPS(普通級可發性聚苯乙烯、阻燃級可 發性聚苯乙烯）、SAN (苯乙烯-丙烯晴）、ABS (丙烯晴-丁二烯-苯乙烯）、SMA (苯乙烯和 馬來酐共聚物）、SMA-ABS (SMA與ABS共混物）、ASA (丙烯晴-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，丙 烯酯通常為丙烯酸丁酯，具有耐候性和抗熱老化性能）、MBS (甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙 烯）、MABS (甲基丙烯酸甲酯-丙烯晴-丁二烯-苯乙烯）、PPE (聚苯醚）。
2. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的石墨添加量 相對于聚苯乙烯從1. 5?8%質量，優選質量為1. 5-5%的高純微粉石墨。
3. 根據權利要求2所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的石墨是可膨 脹石墨、微粉石墨或石墨烯。
4. 根據權利要求2或3所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的炭黑加 入量相對聚苯乙烯質量為〇. 2?6% ;優選炭黑為導電炭黑,粒徑為5nm-40nm。
5. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的三氧化二 鋪，相對聚苯乙烯質量，其加入量為〇. 2?3%。
6. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的鹵系阻燃 齊U，相對聚苯乙烯質量其添加量為〇. 5?7%，所述的溴系阻燃劑為六溴環十二烷、四溴雙 酚A、或四溴雙酚A雙（烯丙基）醚，有機溴阻燃劑還可包括溴化聚苯乙烯，該溴化聚苯乙烯 可以是合成的含溴阻燃劑為1. 〇?2. 5%的聚苯乙烯或者用三溴苯乙烯與苯乙烯共聚并添 加部分含溴阻燃劑的聚苯乙烯、三（2,3-二溴丙基）異三聚氰酸酯。
7. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的磷系阻燃 齊U，相對于聚苯乙烯質量其加入量為5?20%。
8. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的阻燃協效劑 是DCP，過氧化二異丙苯，其添加量相對聚苯乙烯質量為0. 05?3. 5%。
9. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的增塑劑為礦 物油或者鄰苯二甲酸二辛脂，相對于聚苯乙烯質量其添加量為〇. 01?2%。
10. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的成核劑為 聚乙烯蠟，相對聚苯乙烯質量其添加量為0. 02?3%。
11. 根據權利要求1所述的可發性聚苯乙烯功能新材料，其特征在于所述的發泡劑為 不含鹵素的CnHm化合物，η = 4?6，包括丁燒、異丁燒、正戊燒、異戊燒、新戊燒和己燒，通 常使用正戊烷和異戊烷，正戊烷：異戊烷=7:3或6:4,相對聚苯乙烯的質量，其加入量為 3. 5 ?10%。
【文檔編號】C08L25/12GK104194177SQ201410398766
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】韓志才 申請人:韓志才