一种高流动高刚性无卤阻燃HIPS材料及其制备方法与流程

本技术涉及高分子复合材料的领域，尤其是涉及一种高流动高刚性无卤阻燃hips材料及其制备方法。

背景技术：

1、高抗冲聚苯乙烯(hips)是常用的塑料之一，是由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料，由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系，已发展为世界上重要的聚合物商品之一。高抗冲聚苯乙烯具有韧性好、流动性好、易于加工的特点，被广泛应用于电子电器、家用电器、办公设备等。

2、目前高抗冲聚苯乙烯的阻燃以溴系加协效锑系结合阻燃为主，但溴系阻燃剂添加量多，导致阻燃高抗冲聚苯乙烯成本增加，并且还会导致高抗冲聚苯乙烯材料的流动性变差，使材料的加工难度变大，同时还会造成材料力学性能的下降，更严重的会产生有毒物质，污染环境，危害人类健康，进而限制了其在部分领域的应用。加之当前国内外对防火和环保的要求越来越高，防火等级要求不仅仅是ul94 v0级别，部分甚至已经要求过针焰测试，而溴系阻燃剂虽能做到满足针焰测试要求，但材料成本偏高、材料物性很差，不易成型加工。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术提供一种高流动高刚性无卤阻燃hips材料及其制备方法，在提升高抗冲聚苯乙烯阻燃性能的同时，减少对材料加工性能和力学性能的影响。

2、第一方面，本技术提供一种高流动高刚性无卤阻燃hips材料，采用如下的技术方案：一种高流动高刚性无卤阻燃hips材料，包括以下重量百分比的原材料：

3、hips树脂30.8～57.5％；

4、ppo树脂20～30％；

5、无卤阻燃剂10～18％；

6、矿物填充料5～8％；

7、改性高岭土6～10％；

8、抗滴落剂0.5～0.8％；

9、抗氧剂0.2～0.8％；

10、润滑剂0.3～0.6％；

11、表面改性剂0.5～1％；

12、以上各组分重量百分比之和为100％。

13、通过采用上述技术方案，无卤阻燃剂具有良好的阻燃效果，并且对材料性能的影响小，对环境无污染。矿物填充料和改性高岭土具有良好的耐火性，添加后可以进一步提升材料的阻燃性能；高岭土经过改性处理后，高岭土与基础树脂之间的相容性得到提升，更容易在基础树脂中混合分散，进而增强制品的力学性能；另外，高岭土经过改性处理后其中的杂质含量减少，使得高岭土的耐热性提高，在高温环境下具有更优的稳定性。抗滴落剂的加入能够阻止hips材料在燃烧过程中的低落，并且抗滴落剂在燃烧时会在材料表面形成一层炭层，抑制材料的进一步燃烧，起到进一步的阻燃作用。润滑剂的加入可以进一步提升各种添加料与基础树脂之间的融合性能，使各种助剂和添加料更易在基础树脂中分散。

14、本技术技术方案中，通过无卤阻燃剂与改性高岭土、矿物填充料的配合使用，使hips材料的阻燃性能得到有效提升，可以满足过针焰测试要求，并且改性高岭土和矿物填充料的加入起到进一步的提高hips力学强度的作用，同时可以改善树脂材料的流动性，hips材料的加工成型难度降低，使材料的力学性能得到进一步的提升。

15、可选的，所述改性高岭土通过以下方法制得：

16、s1、将高岭土粉体与50～70℃下以1000～2000r/min的转速球磨10～20min；

17、s2、加入硬脂酸锌，控制温度为60～70℃，继续球磨10～20min；

18、s3、加入硅烷偶联剂，控制温度为70～80℃，继续球磨20～30min；

19、s4、降温至室温，静置24h，制得改性高岭土。

20、可选的，所述高岭土粉体的目粒度为1500～2500目。

21、可选的，步骤s2中，所述硬脂酸锌占所述高岭土的质量百分比为2～5％。

22、可选的，步骤s3中，所述硅烷偶联剂占所述高岭土的质量百分比为0.3～0.8％。

23、通过采用上述技术方案，硬脂酸锌在与高岭土粉体球磨混合的过程中会与高岭土表面的部分裸露基团接枝键合并且包覆在高岭土粉体表面，使得高岭土表面的亲油性提升，并且减少高岭土粉体的聚集，减少混合过程中团聚现象的发生；另外，硬脂酸锌还具有一定的吸附效果，可以吸附高岭土中的部分杂质成分，使高岭土具有更高的耐热稳定性。经过硬脂酸锌改性处理的高岭土进一步通过硅烷偶联剂改性处理，可以使高岭土的表面润湿性能进一步优化，更易与树脂材料混合。将硬脂酸锌和硅烷偶联剂的添加量限定在上述范围中，可以获得更好的改性效果，并且不会对制成的产品的力学性能和阻燃性能造成影响。

24、可选的，所述矿物填充料为碳酸钙、云母粉和蒙脱土中的一种或多种组合；所述碳酸钙、云母粉和蒙脱土经过硅烷偶联剂表面改性处理。

25、通过采用上述技术方案，添加矿物填充料可以进一步提高材料的阻燃性能。矿物填料经过硅烷偶联剂改性处理后表面亲油性提升，与树脂材料之间的相容性更好，更易在树脂材料体系中均匀分散，并且可以减少矿物填充料的混合过程中发生团聚，提高制品的力学强度和稳定性。

26、可选的，所述抗滴落剂为改性聚四氟乙烯。

27、可选的，所述改性聚四氟乙烯通过以下方法制得：取聚四氟乙烯树脂、润滑剂和硅烷偶联剂混合，在100～150℃下加热30～50min，然后在120～140℃下烘烤80～100min，自然冷却至室温，制得改性聚四氟乙烯。

28、可选的，聚四氟乙烯树脂、润滑剂、硅烷偶联剂的质量比为100：(1～20)：(0.1～1)。

29、可选的，制备改性聚四氟乙烯汇总所用的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸丁酯、油酰胺中的一种，优选为乙撑双硬脂酰胺。

30、可选的，所述聚四氟乙烯树脂的分子量为400～500万。

31、通过采用上述技术方案，添加聚四氟乙烯后，树脂材料在熔融挤出的过程中，聚四氟乙烯在旋转螺杆的剪切力作用下被原纤化形成网状结构，在hips材料燃烧过程中可以起到良好的防低落作用，抑制hips材料的燃烧。同时，经过改性处理的聚四氟乙烯在高温燃烧时会在hips材料上形成一层炭层，隔绝hips材料与氧气，起到良好的阻燃作用。

32、可选的，所述无卤阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂；优选为双酚a双二苯基磷酸酯、磷酸三苯酯、双酚s双二苯基磷酸酯中的一种。

33、通过采用上述技术方案，上述无卤阻燃剂用于提升hips材料的阻燃性能，由于其中不含卤素，对环境的污染低，更加环保。通过上述无卤阻燃剂与矿物填充料以及改性高岭土的配合，得到具有更优阻燃性能的hips材料。

34、可选的，所述hips树脂为苯乙烯-丁二烯接枝共聚物，丁二烯含量为5～10％。

35、可选的，所述hips树脂在200℃、5㎏测试条件下的熔融指数为4～6g/10min。

36、可选的，所述ppo树脂的特性粘度为0.3～06dl/g。

37、通过采用上述技术方案，将hips树脂和ppo树脂的特征参数限定在上述范围中，制得的产品具有更好的阻燃性能，并且各组分之间的相容性更好，更加易于加工成型。

38、可选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配物，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1：2。

39、可选的，所述受阻酚类抗氧剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)硫醚、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任意一种；所述亚磷酸酯类抗氧剂包括亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的任意一种。

40、通过采用上述技术方案，通过受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的配合使用，使hips材料具有更好的抗氧化效果。

41、可选的，所述润滑剂为ebs、硬脂酸、op蜡中的一种。

42、可选的，所述表面活性剂为硅烷偶联剂。

43、进一步优选，所述硅烷偶联剂为苯乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

44、第二方面，本技术提供一种高流动高刚性无卤阻燃hips材料的制备方法，采用如下的技术方案：

45、一种高流动高刚性无卤阻燃hips材料的制备方法，包括以下步骤：

46、s1、取hips树脂在80～100℃下干燥2～3h，取ppo树脂在100～120℃下干燥4～6h；

47、s2、按配比称取原材料，将hips树脂、ppo树脂和表面改性剂混合，搅拌10～15min，然后加入矿物填充料、改性高岭土、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂，继续搅拌10～15min，得到混合料；

48、s3、将混合料和无卤阻燃剂经熔融挤出、造粒，制得高流动高刚性无卤阻燃hips材料。

49、可选的，步骤s3中，混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出，双螺杆挤出机的加工温度为200～250℃，螺杆转速为280～330r/min。

50、可选的，步骤s3中，混合料从双螺杆挤出机的主喂料斗加入，无卤阻燃剂从侧喂料斗加入。

51、通过采用上述技术方案，hips树脂和ppo树脂在熔融挤出前经过干燥处理去除其中的水分，可以有效避免树脂材料在高温熔融挤出过程中出现降解等问题；另外，去除水分有利于其他添加料在树脂材料中的分散融合，提高hips材料的力学性能。

52、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

53、1.本技术中，通过无卤阻燃剂与改性高岭土、矿物填充料的配合使用，使hips材料的阻燃性能得到有效提升，可以满足过针焰测试要求，并且改性高岭土和矿物填充料的加入起到进一步的提高hips力学强度的作用，同时可以改善树脂材料的流动性，hips材料的加工成型难度降低，使材料的力学性能得到进一步的提升。

54、2.本技术中用到的改性高岭土，经过改性处理后高岭土与基础树脂之间的相容性得到提升，更容易在基础树脂中混合分散，进而增强制品的力学性能；另外，高岭土经过改性处理后其中的杂质含量减少，使得高岭土的耐热性提高，在高温环境下具有更优的稳定性。

55、3.本技术中，添加矿物填充料可以进一步提高材料的阻燃性能。矿物填料经过硅烷偶联剂改性处理后表面亲油性提升，与树脂材料之间的相容性更好，更易在树脂材料体系中均匀分散，并且可以减少矿物填充料的混合过程中发生团聚，提高制品的力学强度和稳定性。