高抗沖聚苯乙烯樹脂阻燃色母粒的研制

高抗沖聚苯乙烯樹脂阻燃色母粒的研制

優(yōu)秀工性、尺寸穩(wěn)定性、電性能和抗沖擊性。它被廣泛應(yīng)用于家用電器、電子、辦公用品、家具、建筑材料和玩具。其劑量逐年增加。其中，抗阻性服裝服裝最受關(guān)注，是發(fā)展最快的品種。由于近年來家電、電子等產(chǎn)品的塑料件越來越多的采用美國UL-94阻燃標(biāo)準(zhǔn),因此,開發(fā)符合UL-94阻燃標(biāo)準(zhǔn)要求的HIPS阻燃色母粒就成為必然。本文報告了阻燃色母粒的研制過程、性能及其對HIPS性能的改進(jìn)功能。1試驗部分1.1試驗儀器和儀器雙螺桿擠壓機(jī),SHJ-?30型,南京塑料機(jī)械廠制造;開煉機(jī),SK-160型,上海橡塑機(jī)械廠制造;拉力試驗儀,LWK-500型,廣州試驗儀器廠制造;沖擊試驗儀,UJ-40型,承德試驗儀器廠制造;熱變形溫度測定儀,XWB-300C型和融體指數(shù)測定儀,MPXR2-400C型,均為吉林大學(xué)科教儀器廠制造;氧指數(shù)測定儀,HC-2型,南京市江寧分析儀器廠制造;垂直燃燒測定儀,HC-3型,天津合成材料研究所制造;哈克流變儀,RHEOCORD90型,美國哈克公司制造。1.3工藝過程載體樹脂、阻燃劑、助劑、色素等→混煉→下片→冷卻→切?！鷶D出造粒→阻燃色母粒1.4燃燒性能測試熱變形溫度,GB1634-79;懸臂梁沖擊強(qiáng)度,GB1834-80;拉伸強(qiáng)度,GB1040-79;伸長率,GB1040-79;融體指數(shù)(MI),GB3682-83;燃燒性能,UL-94;密度,GB1033-90;氧指數(shù)(OI),GB2406-80;水分含量,在105℃下烘干至恒重。2結(jié)果與討論2.1設(shè)計母親填充涂層2.1.1其他溴系阻燃劑的阻燃效果目前,熱塑性塑料用的阻燃劑中,以鹵系阻燃劑,特別是溴系阻燃劑用的最多。制備阻燃HIPS主要采用溴系阻燃劑。選取阻燃劑的主要要求是:不影響HIPS的加工性能,在其加工溫度下不分解;阻燃性高效持久,價格適宜;阻燃劑與HIPS的相容性好;對加工設(shè)備、模具等無腐蝕作用。據(jù)此,本試驗考察了6種阻燃劑:十溴聯(lián)苯醚(FR-10)、四溴雙酚A(BA-59)、雙(六氯環(huán)戊烯)環(huán)戊烷(FR-12)、紅磷(RP)、聚磷酸銨(APP)和乙撐雙四溴苯醚(FF-680)對HIPS阻燃性能及其它性能的影響,其結(jié)果如表1所示。從表1看出,溴系阻燃劑比氯系阻燃劑的阻燃效果好。這是因為C-Br鍵比C-Cl鍵弱,易捕捉高能自由基而形成低能自由基Br·,另一方面,HBr的釋放溫度范圍較HCl窄,在塑料燃燒時能以很高的濃度放出。另外,FR-12雖然耐熱性、電性能極好,但添加量較大,且會導(dǎo)致阻燃HIPS機(jī)械性能下降幅度較大和成本上升,不宜選用。含磷無機(jī)阻燃劑對HIPS的阻燃效果遠(yuǎn)不如鹵系阻燃劑,而且由于顏色深和加工時易燃、易分解等問題,也不宜選用。由于瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)FR-10燃燒時會產(chǎn)生有毒的多溴代二苯口惡烷和多溴代二苯并呋喃,歐共體已于1997年決定全部停止使用,但在美國、東南亞和日本它還是用量最大的溴系阻燃劑。BA-58、FF-680的阻燃性好,沒有FR-10遇到的麻煩,特別是BA-58、FF-680的流動性好,不僅可作V-0級阻燃母粒,而且更適合作V-2級阻燃母粒。所以,FR-10、BA-58和FF-680均可選用。2.1.2助阻燃劑的影響使用單一阻燃劑制阻燃塑料時,不僅阻燃效果差,而且由于用量多,還會影響制品性能。如果在阻燃劑中加入少量助阻燃劑,利用其協(xié)同作用,不但可減少阻燃劑用量,而且還可提高阻燃效果。本試驗選取Sb2O3、有機(jī)磷、有機(jī)硅為助阻燃劑,考察了助阻燃劑之比(質(zhì)量比,下同)和它們與主阻燃劑之比對阻燃HIPSOI的影響。圖1是在固定Sb2O3量的條件下,有機(jī)磷與有機(jī)硅之比(m)與OI的關(guān)系,圖2是有機(jī)磷與有機(jī)硅之比為1∶1時,Sb2O3與2種助阻燃劑用量之比(n)與OI的關(guān)系,圖3是在Sb2O3、有機(jī)磷、有機(jī)硅三者之比為8∶1∶1的條件下,主阻燃劑與助阻燃劑總量之比(p)與OI值的關(guān)系。由圖1、圖2看出,加入助阻燃劑后,OI值提高幅度較大,說明主阻燃劑與助阻燃劑及助阻燃劑之間具有協(xié)同作用,并且Sb2O3、有機(jī)磷、有機(jī)硅三者之比為8∶1∶1時,阻燃HIPS的OI最高。由圖3看出,主阻燃劑與助阻燃劑的比例在2∶1至3∶1之間時,阻燃HIPS的OI值最高。2.1.3影響因素的影響載體樹脂在阻燃色母粒中占的比例較大,對阻燃色母粒的加工性能、阻燃色母粒在HIPS中的分散性及對HIPS性能的影響都較大。選擇載體樹脂,要求與HIPS相容性好,對HIPS性能無明顯影響;阻燃劑和助劑在載體樹脂中易分散,且能容納大量阻燃劑和助劑;加工性能良好。通過對PS、HIPS、SBR、SBS的考察,發(fā)現(xiàn)PS、HIPS料條硬脆,加工性能差,而SBR、SBS料條柔韌,分散性能差,均不能作載體樹脂。但用復(fù)合載體,能夠滿足上述要求。2.1.4阻燃色母粒與樹脂的流動性選用分散劑,要求與載體樹脂的相容性好;分散效果明顯;對樹脂的性能影響小。分散劑主要是提高阻燃劑與樹脂之間的親合力,降低阻燃劑表面張力,避免阻燃劑團(tuán)聚,使其較好的與載體樹脂混合,同時改進(jìn)阻燃色母粒與樹脂的流動性,以提高制品表面性能及機(jī)械性能。試驗考察了分散劑白油、二辛酯、磷酸酯的作用,其結(jié)果列于表2中。由表2可知,三者對HIPS沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度的影響相差無幾。使用磷酸酯時,伸長率和MI值最高,熱變形溫度最低。使用白油時,熱變形溫度最高,伸長率和MI居中。使用二辛酯時,伸長率和MI值最低,熱變形溫度居中。另外,由于磷酸酯含磷而具有阻燃性,使氧指數(shù)升高,而由于二辛酯比白油易揮發(fā)、易燃,降低了阻燃性,使氧指數(shù)降低。分別使用各分散劑時,阻燃母粒的加工、MI等性能均較好,且基本相當(dāng)。綜合考慮,試驗選用以磷酸酯為主的復(fù)合體系作分散劑為宜。2.2顏色母粒的基本性能依據(jù)上述研究結(jié)果,再加入色素等助劑后,即確定了阻燃色母粒的配方。按確定配方,加工成的阻燃色母粒性能見表3。2.3灰色母粒在舞蹈舞蹈系的應(yīng)用2.3.1阻燃色母粒對采集ips性能的影響將阻燃色母粒與HIPS按不同比例混合均勻后,用SZ-68/40型注射機(jī)成型樣條,測試其性能,結(jié)果見表4。從表4看出,加入阻燃色母粒后,阻燃HIPS的各項物理機(jī)械性能均呈緩慢下降趨勢。這是由于阻燃色母粒含有大量阻燃劑等無機(jī)填料和低分子化合物所致。通過精心選擇載體樹脂及其與阻燃劑的比例,可使這種影響減至最小。2.3.2阻燃色母粒用量的影響阻燃色母粒用量對HIPS燃燒性能的影響見表5。從表5看出,隨著阻燃色母粒用量的增加,阻燃性能逐漸變好。當(dāng)加入7%時,試樣厚度為3.2mm的阻燃性能達(dá)到UL-94HB級,加入19%時,達(dá)到UL-94V-0級,這表明阻燃色母粒的阻燃效果較好。2.3.3阻燃色母粒后的吸附時間對添加20%阻燃色母粒的阻燃HIPS進(jìn)行了熱穩(wěn)定性分析,并與純HIPS的分析譜圖進(jìn)行了比較,結(jié)果見圖4、圖5。從圖4、圖5看出,加入阻燃色母粒后,HIPS的軟化溫度由115℃降至110℃左右,這與熱變形溫度下降的原因相同。HIPS的熱分解放熱峰減小,吸熱峰增大,證明阻燃劑的加入使HIPS的熱分解過程變得緩慢,起到了阻燃作用。另外,從兩個譜圖還可看出,加入阻燃色母粒后,雖然HIPS的熱分解起始溫度由350℃降至345℃左右,但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于阻燃HIPS的加工溫度,其加工應(yīng)用是安全的。2.3.4ps的流變性能在哈克流變儀上對含20%阻燃色母粒的阻燃HIPS和HIPS的流變性能進(jìn)行了測試,并取加工溫度下的熔體流動曲線數(shù)據(jù),對lgτ(表觀剪切應(yīng)力)-lgγ(表觀剪切速率)作一元線性回歸,求得HIPS、阻燃HIPS的流變性能特征參數(shù)如表6所示。n值越大,樹脂熔體流動狀態(tài)的牛頓性行為增加,假塑性行為減弱,n為1時,熔體為牛頓性流體。k值越大,表明熔體的粘度越大。由n小于1可知,HIPS和阻燃HIPS樹脂熔體均屬假塑性流體。當(dāng)加工溫度為210℃時,阻燃HIPS的n值大于HIPS的n值,阻燃HIPS的k值小于HIPS的k值,說明加入阻燃色母粒后,熔體的假塑性行為減弱,流動性增大,加工性能變好,能耗降低。這主要是因為阻燃色母粒中的低分子化合物,降低了HIPS大分子鏈間的內(nèi)聚力,使大分子鏈容易滑移的緣故。升高阻燃HIPS加工溫度后,n值增大,其假塑性行為減弱,k值降低,加工性能變好,符合樹脂的一般規(guī)律。3阻燃色母粒對生物復(fù)合材料的影響a.篩選出