[发明专利]一种基于纳米氧化镁的聚苯乙烯泡沫阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于纳米氧化镁的聚苯乙烯泡沫阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将纳米氧化镁和有机硅烷偶联剂加入到硅酸钠溶液中，搅拌形成镁基悬浮液I；所述纳米氧化镁粒径为20nm～300nm，纯度>95.0％；(2)向镁基悬浮液I中加入有机溶剂，搅拌形成镁基悬浮液II；(3)向镁基悬浮液II中加入聚苯乙烯颗粒，搅拌形成聚苯乙烯浆料；(4)将步骤(3)所得物于温度105～210℃，压强0.1～0.3MPa，处理10～60min，形成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫。本发明原料配方简单、制备工艺简单易于实施，本发明所得材料具有良好的氧指数和拉拔强度，本发明所得材料的燃烧等级为A1级。

技术领域

本发明属于阻燃材料制备领域，具体涉及一种基于纳米氧化镁的聚苯乙烯泡沫阻燃剂及其制备方法。

背景技术

在建筑外墙保温材料中，聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)为目前3种产量最大的泡沫塑料保温材料。其中，聚苯乙烯泡沫塑料成本低廉、保温效果和使用性能良好，在保温隔热行业中被广泛应用。PS保温材料作为一种有机保温材料，具有潜在的火灾危险性。作为一种有机碳氢化合物，PS的氧指数只有18.0％，属易燃材料。移走火源仍然能继续燃烧，燃烧过程中伴随浓烟和明火的熔融滴落。

2011年颁布的《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》中明确要求民用建筑外保温材料的燃烧等级为A级。GB/8624-2006《建筑材料燃烧性能分级方法》把保温材料由原来GB/8624-1997中的不燃(A级)、难燃(B1级)、可燃(B2级)和易燃(B3级)等四个等级细分为A1、A2、B、C、D、E和F等7个等级，从而进一步提高保温材料防火性能。

聚苯乙烯发泡材料根据成型方式不同有模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)之分。EPS和XPS都具有闭孔蜂窝结构，这种闭孔率较高的结构使板材具有极低的吸水性和热导系数、较高的抗压性和抗老化性。但是，聚苯板保温体系在结构安全性、防火阻燃性等方面仍存在亟待解决的技术难题，目前因达不到国家对建筑材料的临时防火要求，很多厂家聚苯乙烯泡沫板的生产线已停产。PS泡沫塑料的蜂窝状结构决定了它的使用性能，但也是因为其内部的孔洞结构而有较高的空气流通性而源源不断地供给氧气(空气中)，造成燃烧速率大、热释放量大、融滴严重、发烟量大、不易自熄等问题。因此，研究PS的阻燃改性显得极其重要。PS阻燃改性主要通过添加阻燃剂的方法实现。

添加型阻燃剂按其化学成分可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类，无机阻燃剂如氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑等，具有低烟、低毒、无卤、稳定性好和价格低廉等优势，但存在添加量大、与材料的相容性差、降低材料性能等缺点，受到一定程度的限制。有机阻燃剂主要以卤系阻燃剂为主，如十溴二苯烷，十溴二苯醚等，该系列阻燃剂虽具有与材料相容性好、添加量小、性价比高、对材料的性能影响小等优点，但是，阻燃时会产生卤化氢等大量的有毒气体，对人类自身及其环境产生危害。

EPS阻燃的方法通常有聚合阶段阻燃(聚合共混法、共聚法)、包覆阻燃(树脂包覆法、硅酸盐包覆法)、浸渍阶段添加法和后处理涂层阻燃法。共聚阻燃最大的优点是阻燃效果比较持久，但是可选择的阻燃剂有限；包覆阻燃在树脂和泡沫塑料基体的相容性上还要做进一步的研究；浸渍阻燃对阻燃剂的粒径要求比较高；涂层阻燃中涂层的易剥落现象是一个亟待解决的问题。目前添加型阻燃剂仍占阻燃EPS的主导，然而较大的添加量使材料的物理力学性能和加工性能都受到影响；反应型阻燃剂虽然有阻燃持久且效率高的特点，但是成本高、选择性太强是一直难解决的问题。

随着欧美等国研究发现多种卤系阻燃剂在生物体残留等问题，人们已积极开展研制新型无卤EPS阻燃剂。本体阻燃聚苯乙烯作为最有效最持久的阻燃方法，寻求合适的无卤环保反应型阻燃单体和合适的生产工艺，制备综合性能优良的阻燃聚苯乙烯发泡材料，对生产聚苯乙烯泡沫塑料意义重大，这已经成为实验室的重要研究方向，也是未来研发和生产的趋势。

发明内容