一種阻燃耐刮擦PS複合材料及其製備方法與流程

2023-04-23 01:48:36

本發明屬於高分子材料技術領域，特別是指一種阻燃耐刮擦PS複合材料及其製備方法。

背景技術：

苯乙烯(PS)是一種重要的熱塑性聚合物，尺寸穩定性好，絕緣性佳，耐油，廣泛應用於家用電器、機械配件、辦公用品和通訊器材等領域。隨著人們生活水平的提高，對使用的材料有了越來越高的要求，PS由於阻燃性差、耐刮擦性能不好，在一定程度上限制了PS複合材料的應用範圍。

目前，提高PS的耐刮擦性的最常用的方法是在其中添加滑石粉、碳酸鈣、玻璃微珠等無機填料，提高PS阻燃性的常用方法是添加阻燃劑，但是這種方法在提高其耐刮擦性和阻燃性的同時，其物理性能會有不少程度的降低。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種阻燃耐刮擦PS複合材料及其製備方法，以解決因為在PS中添加無機填料影響PS複合材料性能的問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種阻燃耐刮擦PS複合材料，由以下重量份的組份製成：

其中超細氫氧化鋁經過偶聯劑處理。

所述超細氫氧化鋁為粒徑均勻，粒徑為0.6-1.5μm的氫氧化鋁。

所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的一種或多種。

所述的潤滑劑為硬脂酸鈣、硬質酸鈉中的一種或兩種組合。

所述偶聯劑為矽烷偶聯劑KH550或者KH570中的一種。

所述氫氧化鋁和偶聯劑的質量比為60-80：4-8。

一種阻燃耐刮擦PS複合材料製備方法，包括以下步驟：

1)稱取重量份為60份-80份的PS、45份-50份的超細氫氧化鋁、0.1份-0.5份的抗氧劑和0.4份-0.8份的潤滑劑混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PS複合材料。

步驟1)中各原料在進行混合前在100℃下乾燥5h。

步驟1)中的超細氫氧化鋁經過偶聯劑處理，具體為將氫氧化鋁顆粒加入到偶聯劑的乙醇溶液中超聲分散，過濾後進行乾燥，得到超細氫氧化鋁；

所述偶聯劑為矽烷偶聯劑KH550或者KH570中的一種；

所述氫氧化鋁和偶聯劑的質量比為60-80：4-8。

步驟2)的擠出造粒是將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，其中，所述雙螺杆擠出機包括順次排布的六個溫度區，第一溫度區的溫度為140℃～170℃，第二溫度區的溫度為180℃～240℃，第三溫度區的溫度為180℃～240℃，第四溫度區的溫度為180℃～240℃，第五溫度區的溫度為180℃～240℃，第六溫度區的溫度為180℃～240℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為180℃～240℃，螺杆轉速為120r/min～300r/min。

本發明的有益效果是：

本技術方案提供的超細氫氧化鋁經矽烷偶聯劑處理後，能更好地分散在PS中，這有利於保持PS複合材料的物理性能。

本技術方案中的超細氫氧化鋁受熱分解為氧化鋁，它一方面可形成表面碳化層，阻止熱量和氧氣的進入，提高複合材料的阻燃效果，另一方面它還能提高PS複合材料的硬度，提高材料的耐刮擦性能。

具體實施方式

以下通過實施例來詳細說明本發明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發明的技術方案，而不能解釋為是對本發明技術方案的限制。

所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯(Irganox1010)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox168)或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯(Irganox1330)。

本申請實施例中所選用的原料如下：

PS(型號350),製造商為臺灣國喬；超細氫氧化鋁，山東淄博吉領工貿；抗氧劑(型號Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸鈣，湖北中料化工；硬質酸鈉，湖北興銀河化工；矽烷偶聯劑(KH550、KH570)，南京奧誠化工。

本發明所用的測試儀器如下：

ZSK30型雙螺杆擠出機，德國W&P公司；JL-1000型拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型衝擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司；QD-GJS-B12K型高速攪拌機，北京恆奧德儀器儀表有限公司。

超細氫氧化鋁的製備：

選取氫氧化鋁顆粒與偶聯劑按質量比為60-80：4-8，其中偶聯劑為矽烷偶聯劑KH550或KH570；具體製備方法為：

製備例1

稱取60千克的氫氧化鋁顆粒、4千克的KH550偶聯劑，首先將4千克的KH550偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證4千克的KH550偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH550偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例2

稱取60千克的氫氧化鋁顆粒、8千克的KH550偶聯劑，首先將8千克的KH550偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證8千克的KH550偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH550偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例3

稱取80千克的氫氧化鋁顆粒、4千克的KH550偶聯劑，首先將4千克的KH550偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證4千克的KH550偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH550偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例4

稱取80千克的氫氧化鋁顆粒、8千克的KH550偶聯劑，首先將8千克的KH550偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證8千克的KH550偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH550偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例5

稱取70千克的氫氧化鋁顆粒、6千克的KH550偶聯劑，首先將6千克的KH550偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證6千克的KH550偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH550偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例6

稱取60千克的氫氧化鋁顆粒、4千克的KH550偶聯劑，首先將4千克的KH570偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證4千克的KH570偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH570偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例7

稱取60千克的氫氧化鋁顆粒、8千克的KH570偶聯劑，首先將8千克的KH570偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證8千克的KH570偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH570偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例8

稱取80千克的氫氧化鋁顆粒、4千克的KH550偶聯劑，首先將4千克的KH570偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證4千克的KH570偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH570偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例9

稱取80千克的氫氧化鋁顆粒、8千克的KH570偶聯劑，首先將8千克的KH570偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證8千克的KH570偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH570偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

製備例10

稱取70千克的氫氧化鋁顆粒、6千克的KH570偶聯劑，首先將6千克的KH570偶聯劑溶於乙醇中，在本申請中，對乙醇的用量沒有要求，僅保證6千克的KH570偶聯劑能夠完全溶於乙醇中為準，將氫氧化鋁顆粒加入到溶有KH570偶聯劑的乙醇溶液中，同時用超聲波分散，超聲波分散時間為0.5-5小時，然後經過過濾，清洗及乾燥等程序得到超細氫氧化鋁，超細氫氧化鋁的粒徑為0.6-1.5μm。

實施例1

1)稱取重量份為60份PS、45份製備例1或製備例6的超細氫氧化鋁、0.1份Irganox1330和0.4份硬質酸鈉，並將上述各原料在100℃下乾燥5h，乾燥後的各原料混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PS複合材料P1，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為140℃，第二溫度區的溫度為180℃，第三溫度區的溫度為180℃，第四溫度區的溫度為180℃，第五溫度區的溫度為180℃，第六溫度區的溫度為180℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為180℃，螺杆轉速為120r/min。

實施例2

1)稱取重量份為80份PS、50份製備例2或製備例7的超細氫氧化鋁、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬質酸鈣，並將上述各原料在100℃下乾燥5h，乾燥後的各原料混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PS複合材料P2，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為170℃，第二溫度區的溫度為240℃，第三溫度區的溫度為240℃，第四溫度區的溫度為240℃，第五溫度區的溫度為240℃，第六溫度區的溫度為240℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為240℃，螺杆轉速為300r/min。

實施例3

1)稱取重量份為70份PS、48份製備例3或製備例8的超細氫氧化鋁、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.3份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PS複合材料P3，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為165℃，第二溫度區的溫度為210℃，第三溫度區的溫度為210℃，第四溫度區的溫度為210℃，第五溫度區的溫度為210℃，第六溫度區的溫度為210℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為210℃，螺杆轉速為210r/min。

實施例4

1)稱取重量份為75份PS、45份製備例4或製備例9的超細氫氧化鋁、0.2份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.5份硬質酸鈉，並將上述各原料在100℃下乾燥5h，乾燥後的各原料混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PS複合材料P4,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為160℃，第二溫度區的溫度為200℃，第三溫度區的溫度為200℃，第四溫度區的溫度為200℃，第五溫度區的溫度為200℃，第六溫度區的溫度為200℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為210℃，螺杆轉速為240r/min。

實施例5

1)稱取重量份為78份PS、46份製備例5或製備例10的超細氫氧化鋁、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸鈣和0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PS複合材料P5,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為150℃，第二溫度區的溫度為190℃，第三溫度區的溫度為190℃，第四溫度區的溫度為200℃，第五溫度區的溫度為200℃，第六溫度區的溫度為210℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為210℃，螺杆轉速為250r/min。

對比例1

1)稱取重量份為75份PS、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸鈣和0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PS複合材料D1,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為160℃，第二溫度區的溫度為200℃，第三溫度區的溫度為210℃，第四溫度區的溫度為200℃，第五溫度區的溫度為200℃，第六溫度區的溫度為210℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為210℃，螺杆轉速為250r/min。

將上述實施例1-5及對比例1製備的PS複合材料用注塑機製成樣條測試，測試數據如下表：

通過上表對比可看出，本發明製得的PS複合材料較對比例中PS相比，不但其耐摩擦性能、阻燃性能得到了很大的提升，而且拉伸強度、彎曲模量、懸臂梁缺口衝擊強度均很大程度上得到了保持，這大大擴展PS複合材料的應用領域，具有非常現實的意義。

以上僅是本發明的優選實施方式的描述，應當指出，由於文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。