[发明专利]一种无卤阻燃聚苯乙烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无卤阻燃聚合物纳米复合材料，属聚合物阻燃技术领域。

背景技术

聚苯乙烯(PS)因具有良好电绝缘性、加工流动性能、尺寸稳定性等优点，而成为世界第三大塑料，被广泛应用于电器、装饰、建筑、军工、交通等领域。但PS及其同系聚合物材料，与其他大部分聚合物材料一样，在空气中容易燃烧且放热量大、生烟量大，属于易燃材料，使其应用受到了一定的限制。因此，聚苯乙烯大经过阻燃改性后方可使用。此外，由于含卤阻燃聚苯乙烯中大多含有一些与聚丙烯基体不相容的小分子物质，因此，其制品在使用过程中会产生挥发物，影响制件的使用，同时还产生一定的难闻气味，对空气，尤其是室内空气产生不良影响，对用户的健康及环境造成一定的损害。随着人们对环保和健康的日益重视，制品的无卤阻燃性能也越来越被重视。

层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxide，简称LDHs）又称阴离子粘土或类水滑石化合物，是一类具有独特层状结构的复合金属氢氧化物，其晶体结构与自然界存在的水滑石矿（Hydrotalcite，分子式为Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃ 4H₂O）相类似，其组成结构中具有结晶水、羟基等，有关研究表明水滑石作为阻燃剂具有较好的阻燃和抑烟性能。水滑石受热分解温度范围广，既有低温段又有高温段，其片层间存在着一些吸附水分子，这些水分子可在不破坏层状结构的条件下受热脱出，层间受热脱出的水及片层上羟基分解产生的水均能稀释空气中氧和聚合物分解生成的可燃性气体，有些镁铝双氢氧化物结构中含有的碳酸根受热分解还释放出CO₂也有利于稀释和阻隔氧气，从而起到阻燃作用。此外，纳米LDH片层分解的最后产物为一种碱性多孔复合金属氧化物，比表面积大，可有效吸附烟雾和有害气体，特别是酸性气体。因此纳米LDH的特殊结构赋予了它优异的阻燃和抑烟功效。Xu SL等[Xu SL, Zhang LX, Lin YJ, Li RS, Zhang FZ. Layered double hydroxides used as flame retardant for engineering plastic acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS). Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2012; 73:1514-1517]将镁铝层状双氢氧化物和锌镁铝层状双氢氧化物作为ABS树脂的无机阻燃剂起到了良好的阻燃抑烟效果。Wang DY等[Wang DY, Das A, Costa FR, Leuteritz A, Wang YZ, Wagneknecht U, Heinrich G. Synthesis of organo cobalt aluminum layered double hydroxide via a novel single-step self-assembling method and its use as flame retardant nanofiller in PP. Langmuir, 2010;17:14162-14169.]将利用一步自组装法制备的有机改性钴铝层状双氢氧化物用作聚丙烯的阻燃剂，其热释放速率，总热释放速率与聚丙烯相比均有较大程度的提高，表现出良好的阻燃效果。但LDH在阻燃聚合物时仍存在与聚合物相容性差、LDH纳米片层在聚合物基体中易发生团聚等问题，这不利于LDH在聚合物中阻燃效果的发挥。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种无卤阻燃聚苯乙烯纳米复合材料及其制备方法，采用一维纳米粒子POSS与二维纳米层状LDHs之间的协同作用，提高PS的阻燃性。此种方法国内外尚未见报道。

为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案如下： 

无卤阻燃聚苯乙烯纳米复合材料，其组分及质量份数如下：

聚苯乙烯为70-90份 

层状双氢氧化物为2-20份，较佳为2-15份，更佳为2-10份

笼型倍半硅氧烷为0.1-5，较佳为0.1-3份，更佳为0.1-2份

增韧剂为2-10份，较佳为2-8份，更佳为2-5份

抗氧剂为0.2-1份

润滑剂为0.2-1份

钛酸酯偶联剂NXT201  0.5-1份。