一种协效阻燃剂和阻燃PS复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子复合材料，尤其涉及一种协效阻燃剂和阻燃ps复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚苯乙烯树脂（ps）是一种广泛应用的高分子聚酯树脂，ps复合材料具有良好的耐疲劳性，较好的耐热性，优良的尺寸稳定性等优点。ps复合材料质轻、无毒、无臭，化学稳定性好，且在常温下不溶于一般溶剂，吸水性小点。

2、尽管ps复合材料的综合性能非常优异，但是ps复合材料易燃且燃烧速度快，燃烧时会产生淌滴和大量黑烟，在一些特定的应用领域中，比如通讯散热零部件材料，对ps复合材料阻燃性能要求很高，这限制了ps复合材料在这些特定领域中的应用。因此提高ps复合材料的阻燃性和抑烟性是非常必要的。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种协效阻燃剂和阻燃ps复合材料及其制备方法，本发明的协效阻燃剂是聚苯乙烯包覆的氧化亚铁，加入到ps复合材料中，能够提升ps复合材料的阻燃性能。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明先提供一种协效阻燃剂的制备方法，其包括以下步骤：将氧化亚铁、引发剂、苯乙烯、无水乙醇、去离子水混合后加热反应，过滤、洗涤、干燥，得聚苯乙烯包覆的氧化亚铁，即为协效阻燃剂。

4、本发明制备的协效阻燃剂是聚苯乙烯包覆的氧化亚铁，加入到ps复合材料中，外层包覆的聚苯乙烯能够提高氧化亚铁与ps复合材料的相容性，有利于协效阻燃剂在ps复合材料中的分散；同时氧化亚铁会促进ps复合材料形成更加致密紧凑的炭层，减少ps复合材料内外的传热和传质，增强ps复合材料的吸热能力，并催化一氧化碳等不饱和气体的氧化，有效的抑制烟雾的生成，从而提升ps复合材料的阻燃性能。

5、作为本发明上述方案的进一步改进，所述氧化亚铁、所述引发剂、所述苯乙烯、所述无水乙醇、所述去离子水的质量比为（30-32）：（0.1-0.3）：（12-16）：（60-80）：（70-80）；

6、和/或，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种；

7、和/或，所述加热反应的温度为90-100℃，时间为7-9h；和/或，所述干燥是在80-90℃下干燥6-10h。

8、作为本发明上述方案的进一步改进，所述氧化亚铁的制备方法包括以下步骤：

9、s1.将硝酸铁、硫代硫酸钠（或者使用硫代硫酸钾）、无水乙醇、去离子水混合后加热反应，冷却至室温，得到溶液a；

10、s2.将所述溶液a、氨水（或者使用氢氧化钠、氢氧化钾）、无水乙醇、去离子水混合后加热反应，冷却至室温，得到溶液b；将所述溶液b抽滤、洗涤、干燥，得固体c；其中，可以使用硫代硫酸钾替代氨水；

11、s3.将所述固体c煅烧，即得氧化亚铁；其中氧化亚铁的制备方程式如下：

12、2fe3++s2o32-+h2o→2fe2++2so42-+4h+

13、fe2++oh-→fe(oh)2

14、fe(oh)2→feo+h2o。

15、作为本发明上述方案的进一步改进，步骤s1中，所述硝酸铁、所述硫代硫酸钠、所述无水乙醇、所述去离子水的质量比为（30-40）：（0.4-0.6）：（50-60）：（70-90）；

16、和/或，步骤s1中，所述加热反应的温度为60-90℃，时间为12-16h。

17、作为本发明上述方案的进一步改进，步骤s2中，所述溶液a、氨水、无水乙醇、去离子水的质量比是（30-36）：（8-12）：（60-70）：（100-120）；

18、和/或，步骤s2中，所述加热反应的温度为80-90℃，时间为8-16h；

19、和/或，步骤s2中，所述干燥是在60-80℃下干燥6-10h。

20、作为本发明上述方案的进一步改进，步骤s3中，所述煅烧是在惰性气氛下，在700-800℃下煅烧10-12h。

21、本发明还提供一种阻燃ps复合材料，其由以下重量份的组分制备而成：ps 95-105份，2-羧乙基苯基次磷酸18-20份，如权利要求1-6中任一项所述的协效阻燃剂3-5份，抗氧剂0.1-0.5份。

22、作为本发明上述方案的进一步改进，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯（简称irganox168）、四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（简称irganox1010）、1,3,5-三甲基-2,4,6-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯（简称irganox1330）中的至少一种。

23、本发明还提供一种制备如前所述的阻燃ps复合材料的方法，其包括以下步骤：将ps、2-羧乙基苯基次膦酸、协效阻燃剂、抗氧剂按比例混合后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到阻燃ps复合材料。

24、作为本发明上述方案的进一步改进，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160-180℃，二区温度210-250℃，三区温度210-250℃，四区温度210-250℃，五区温度210-250℃，六区温度210-250℃，机头温度210-250℃，螺杆转速200-280r/min。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、1.本发明制备的协效阻燃剂是聚苯乙烯包覆的氧化亚铁，加入到ps复合材料中，外层包覆的聚苯乙烯能够提高氧化亚铁与ps复合材料的相容性，有利于协效阻燃剂在ps复合材料中的分散；同时氧化亚铁会促进ps复合材料形成更加致密紧凑的炭层，减少ps复合材料内外的传热和传质，增强ps复合材料的吸热能力，并催化一氧化碳等不饱和气体的氧化，有效的抑制烟雾的生成，从而提升ps复合材料的阻燃性能。

27、2.本发明的阻燃ps复合材料添加有2-羧乙基苯基次膦酸，2-羧乙基苯基次磷酸中的磷元素在燃烧过程中，可以促进ps复合材料的脱水和炭化，提高ps复合材料的残碳率，从而增强ps复合材料的阻燃性能。

28、3.本发明的阻燃ps复合材料添具有良好的阻燃性能，这种材料至今尚未见于报道，对于扩展ps复合材料的应用具有非常重要的现实意义。

1.一种协效阻燃剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将氧化亚铁、引发剂、苯乙烯、无水乙醇、去离子水混合后加热反应，过滤、洗涤、干燥，得聚苯乙烯包覆的氧化亚铁，即为协效阻燃剂。

2.根据权利要求1所述的协效阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述氧化亚铁、所述引发剂、所述苯乙烯、所述无水乙醇、所述去离子水的质量比为（30-32）：（0.1-0.3）：（12-16）：（60-80）：（70-80）；

3.根据权利要求1所述的协效阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述氧化亚铁的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的协效阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述硝酸铁、所述硫代硫酸钠、所述无水乙醇、所述去离子水的质量比为（30-40）：（0.4-0.6）：（50-60）：（70-90）；

5.根据权利要求3所述的协效阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述溶液a、氨水、无水乙醇、去离子水的质量比是（30-36）：（8-12）：（60-70）：（100-120）；

6.根据权利要求3所述的协效阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述煅烧是在惰性气氛下，在700-800℃下煅烧10-12h。

7.一种阻燃ps复合材料，其特征在于，其由以下重量份的组分制备而成：ps 95-105份，2-羧乙基苯基次磷酸18-20份，如权利要求1-6中任一项所述的协效阻燃剂3-5份，抗氧剂0.1-0.5份。

8.根据权利要求7所述的阻燃ps复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯中的至少一种。

9.一种制备如权利要求7-8中任一项所述的阻燃ps复合材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：将ps、2-羧乙基苯基次膦酸、协效阻燃剂、抗氧剂按比例混合后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到阻燃ps复合材料。

10.根据权利要求9所述的制备阻燃ps复合材料的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160-180℃，二区温度210-250℃，三区温度210-250℃，四区温度210-250℃，五区温度210-250℃，六区温度210-250℃，机头温度210-250℃，螺杆转速200-280r/min。