石墨复合聚苯乙烯颗粒及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料技术领域，具体的，涉及石墨复合聚苯乙烯颗粒及其制备方法。


背景技术：

2.目前，世界范围内大规模应用的外墙保温材料主要是聚氨酯泡沫、挤塑聚苯乙烯泡沫和可发性聚苯乙烯泡沫三种，其中可发性聚苯乙烯泡沫因具有很多优异的特性，如导热系数低、易成型加工，价格低廉等而广泛应用。但随着聚苯乙烯泡沫材料的广泛应用，其易燃烧的特性也逐渐暴露出来。
3.目前，建筑行业所用的eps保温材料为了提高阻燃效果，会添加大量的阻燃剂以提高阻燃性能，但是阻燃剂的大量添加会导致制备过程中稳定性的下降和聚苯乙烯颗粒力学性能的下降，因此亟需开发一种阻燃性能和力学性能好的聚苯乙烯颗粒。


技术实现要素：

4.本发明提出一种石墨复合聚苯乙烯颗粒及其制备方法，解决了相关技术中石墨复合聚苯乙烯颗粒的阻燃性能和力学性能差的问题。
5.本发明的技术方案如下：一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，包括以下重量份组分：85-95份苯乙烯、125-135份水、2-8份石墨、7-10份发泡剂、0.1-0.6份引发剂、0.08-0.4份成核剂、3-8份改性氢氧化镁、0.01-0.05份磷酸三钠、0.05-0.15份无机悬浮剂、0.0002-0.0004份有机悬浮剂0.2-0.6份聚三氟丙基甲基硅氧烷；所述改性氢氧化镁为氢氧化镁经含3-氨丙基三甲氧基硅烷和/或硬脂醇磷酸酯的处理液处理得到。
6.作为进一步技术方案，所述处理液由3-氨丙基三甲氧基硅烷、硬脂醇磷酸酯和水组成。
7.作为进一步技术方案，所述处理液中3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比为2:0.5-1.5。
8.作为进一步技术方案，所述处理液中3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比为2:1。
9.本发明发现当处理液中氨基硅烷偶联剂和硬脂醇磷酸酯的质量比为2:1时，制备得到的石墨复合聚苯乙烯颗粒的抗压强度和阻燃性能最好。
10.作为进一步技术方案，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的添加量之和为处理液质量的1-2%。
11.作为进一步技术方案，所述改性氢氧化镁的制备方法为：将氢氧化镁过80目筛后加入到水中搅拌后、加入3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯，在80℃搅拌3h后，经抽滤、无水乙醇洗涤后，在110℃烘干，得到改性氢氧化镁。
12.作为进一步技术方案，所述石墨的粒径为20-40μm。
13.作为进一步技术方案，所述发泡剂包括碳酸镁、异戊醇中的一种或多种。
14.作为进一步技术方案，所述引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。
15.本发明还包括一种石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，包括以下步骤：s1、将无机悬浮剂、有机悬浮剂、磷酸三钠、石墨、聚三氟丙基甲基硅氧烷和水混合后，得到混合物i；s2、向混合物i中加入引发剂、成核剂、苯乙烯和改性氢氧化镁混合后反应，得到反应物i；s3、向反应物i中加入发泡剂反应后，得到悬浮液；s4、将悬浮液脱水、洗涤，烘干后，得到石墨复合聚苯乙烯颗粒。
16.作为进一步技术方案，所述s2中反应为，在90℃反应5-7h。
17.作为进一步技术方案，所述s3中反应为，在125-130℃反应1.5-2.5h。
18.本发明的工作原理及有益效果为：1、本发明中聚苯乙烯颗粒在制备过程中添加了氢氧化镁和石墨来提高聚苯乙烯颗粒的阻燃性能，通过添加聚三氟丙基甲基硅氧烷提高了石墨的分散性能，不仅提高了石墨复合聚苯乙烯颗粒的抗压强度还提高了阻燃性能。
19.2、本发明中添加的氢氧化镁为改性氢氧化镁，通过3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯共同对氢氧化镁进行了改性的处理，解决了氢氧化镁分散性差的问题，在提高石墨复合聚苯乙烯颗粒抗压强度的同时，也提高了聚苯乙烯颗粒的阻燃性能。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
21.实施例1石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，包括以下步骤：s1、将0.05份硫酸镁、0.0002份羟乙基纤维素、0.01份磷酸三钠、2份石墨、0.2份聚三氟丙基甲基硅氧烷和125份水加入到反应釜中，调节反应釜转速为350r/min并保持稳定（直至得到悬浮液），搅拌30min，得到混合物i；其中石墨的粒径为20μm；s2、向混合物i中加入0.1份过氧化苯甲酰、0.08份聚乙烯蜡、85份苯乙烯和3份改性氢氧化镁，升温至90℃反应5h，得到反应物i；s3、向反应物i中加入7份碳酸镁在125℃反应2.5h，得到悬浮液；s4、将悬浮液进行脱水、洗涤后，放入80℃烘箱中干燥10h，得到石墨复合聚苯乙烯颗粒；其中，改性氢氧化镁的制备方法为：将氢氧化镁过80目筛后，称取10g氢氧化镁加入到99g水中混合均匀后，加入0.67g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和0.33g硬脂醇磷酸酯，在80℃搅拌3h后，经抽滤、无水乙醇洗涤后在110℃烘干，得到改性氢氧化镁。
22.实施例2
石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，包括以下步骤：s1、将0.1份硫酸镁、0.0003份羟乙基纤维素、0.03份磷酸三钠、6份石墨、0.46份聚三氟丙基甲基硅氧烷和130份水加入到反应釜中，调节反应釜转速为350r/min并保持稳定（直至得到悬浮液），搅拌30min，得到混合物i；其中石墨的粒径为30μm；s2、向混合物i中加入0.4份过氧化苯甲酰、0.3份聚乙烯蜡、90份苯乙烯和6份改性氢氧化镁，升温至90℃反应6h，得到反应物i；s3、向反应物i中加入8份碳酸镁在128℃反应2h，得到悬浮液；s4、将悬浮液进行脱水、洗涤后，放入80℃烘箱中干燥10h，得到石墨复合聚苯乙烯颗粒；其中，改性氢氧化镁的制备方法为：将氢氧化镁过80目筛后，称取10g氢氧化镁加入到98.5g水中混合均匀后，加入1g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和0.5g硬脂醇磷酸酯，在80℃搅拌3h后，经抽滤、无水乙醇洗涤后在110℃烘干，得到改性氢氧化镁。
23.实施例3石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，包括以下步骤：s1、将0.15份硫酸镁、0.0004份羟乙基纤维素、0.05份磷酸三钠、8份石墨、0.6份聚三氟丙基甲基硅氧烷和135份水加入到反应釜中，调节反应釜转速为350r/min并保持稳定（直至得到悬浮液），搅拌30min，得到混合物i；其中石墨的粒径为40μm；s2、向混合物i中加入0.6份过氧化苯甲酸叔丁酯、0.4份聚乙烯蜡、95份苯乙烯和8份改性氢氧化镁，升温至90℃反应7h，得到反应物i；s3、向反应物i中加入10份异戊醇在130℃反应1.5h，得到悬浮液；s4、将悬浮液进行脱水、洗涤后，放入80℃烘箱中干燥10h，得到石墨复合聚苯乙烯颗粒；其中，改性氢氧化镁的制备方法为：将氢氧化镁过80目筛后，称取10g氢氧化镁加入到98g水中混合均匀后，加入1.33g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和0.67g硬脂醇磷酸酯，在80℃搅拌3h后，经抽滤、无水乙醇洗涤后在110℃烘干，得到改性氢氧化镁。
24.实施例4与实施例2相比，实施例4的不同之处在于，1.2g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和0.3g硬脂醇磷酸酯。
25.实施例5与实施例2相比，实施例5的不同之处在于，0.86g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和0.64g硬脂醇磷酸酯。
26.实施例6与实施例2相比，实施例6的不同之处在于，不添加硬脂醇磷酸酯，3-氨丙基三甲氧基硅烷为1.5g。
27.实施例7与实施例2相比，实施例7的不同之处在于，不添加3-氨丙基三甲氧基硅烷，硬脂醇磷酸酯为1.5g。
28.对比例1与实施例2相比，对比例1的不同之处在于，0.5g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和1g硬脂
醇磷酸酯。
29.对比例2与实施例2相比，对比例2的不同之处在于，1.3g 3-氨丙基三甲氧基硅烷，0.2g硬脂醇磷酸酯。
30.对比例3石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，包括以下步骤：s1、将0.1份硫酸镁、0.0003份羟乙基纤维素、0.03份磷酸三钠、6份石墨、0.46份聚三氟丙基甲基硅氧烷和130份水加入到反应釜中，调节反应釜转速为350r/min并保持稳定（直至得到悬浮液），搅拌30min，得到混合物i；其中石墨的粒径为30μm；s2、向混合物i中加入0.4份引发剂、0.3份成核剂、90份苯乙烯和6份氢氧化镁，升温至90℃反应6h，得到反应物i；s3、向反应物i中加入8份碳酸镁在128℃反应2h，得到悬浮液；s4、将悬浮液进行脱水、洗涤后，放入80℃烘箱中干燥10h，得到石墨复合聚苯乙烯颗粒。
31.对比例4与实施例2相比，对比例4的不同之处在于，不添加聚三氟丙基甲基硅氧烷。
32.聚苯乙烯复合板的制备：将实施例1-7及对比例1-4制备得到的石墨复合聚苯乙烯颗粒，按照石墨复合聚苯乙烯颗粒与固化剂的质量比100:3的比例，加入到成型机中混合均匀后，进行蒸汽加热成型，蒸汽的压力为0.10mpa，通蒸汽加热时间为10s，制备得到聚苯乙烯复合板。
33.测定实施例1-7及对比例1-4制备得到的聚苯乙烯复合板的压缩强度和氧指数，测定方法如下：压缩强度：依据gb/t 10801.2-2018《绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（xps）》中的测定方法测定聚苯乙烯复合板的压缩强度；氧指数：依据gb/t 2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》中的测定方法测定聚苯乙烯复合板的氧指数；测定结果如表1所示。
34.表1实施例1-7及对比例1-4中石墨复合聚苯乙烯颗粒的性能测试结果压缩强度（mpa）氧指数（%）实施例10.4437.7实施例20.4238.2实施例30.3538.5实施例40.3735.8实施例50.4037.8实施例60.2532.4实施例70.2934.4对比例10.3136.5对比例20.3433.8对比例30.1731.5
对比例40.2830.7与实施例2相比，实施例6只添加3-氨丙基三甲氧基硅烷，实施例7只添加硬脂醇磷酸酯，对比例3不对氢氧化镁进行改性，结果实施例6-7及对比例3的抗压强度和氧指数均低于实施例2，说明3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯共同对氢氧化镁进行改性的时候能提高石墨复合聚苯乙烯颗粒的抗压强度和阻燃性能。
35.与实施例2相比，对比例1-2改变了3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比，结果对比例1-2的抗压强度和氧指数均低于实施例2，说明3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比为2:1时，得到的石墨复合聚苯乙烯颗粒的抗压强度和氧指数均较高。
36.与实施例2相比，实施例4-5改变了3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比，结果实施例4-5的抗压强度和氧指数均低于实施例2，说明当3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比2:1时能进一步提高石墨复合聚苯乙烯颗粒的抗压强度和氧指数。
37.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，原料包括以下重量份组分：85-95份苯乙烯、125-135份水、2-8份石墨、7-10份发泡剂、0.1-0.6份引发剂、0.08-0.4份成核剂、3-8份改性氢氧化镁、0.01-0.05份磷酸三钠、0.05-0.15份无机悬浮剂、0.0002-0.0004份有机悬浮剂、0.2-0.6份聚三氟丙基甲基硅氧烷；所述改性氢氧化镁为氢氧化镁经含3-氨丙基三甲氧基硅烷和/或硬脂醇磷酸酯的处理液处理得到。2.根据权利要求1所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，所述处理液由3-氨丙基三甲氧基硅烷、硬脂醇磷酸酯和水组成。3.根据权利要求2所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，所述处理液中3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的质量比为2:0.5-1.5。4.根据权利要求1所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇磷酸酯的添加量之和为处理液质量的1-2%。5.根据权利要求1所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，所述石墨的粒径为20-40μm。6.根据权利要求1所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，所述发泡剂包括碳酸镁、异戊醇中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的石墨复合聚苯乙烯颗粒，其特征在于，所述引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将无机悬浮剂、有机悬浮剂、磷酸三钠、石墨、聚三氟丙基甲基硅氧烷和水混合后，得到混合物i；s2、向混合物i中加入引发剂、成核剂、苯乙烯和改性氢氧化镁混合后反应，得到反应物i；s3、向反应物i中加入发泡剂反应后，得到悬浮液；s4、将悬浮液脱水、洗涤，烘干后，得到石墨复合聚苯乙烯颗粒。9.根据权利要求8所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，所述s2中反应为，在90℃反应5-7h。10.根据权利要求8所述的一种石墨复合聚苯乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，所述s3中反应为，在125-130℃反应1.5-2.5h。

技术总结
本发明涉及复合材料技术领域，提出了一种石墨复合聚苯乙烯颗粒及其制备方法，所述石墨复合聚苯乙烯颗粒，包括以下重量份组分：85-95份苯乙烯、125-135份水、2-8份石墨、7-10份发泡剂、0.1-0.6份引发剂、0.08-0.4份成核剂、3-8份改性氢氧化镁、0.01-0.05份磷酸三钠、0.05-0.15份无机悬浮剂、0.0002-0.0004份有机悬浮剂、0.2-0.6份聚三氟丙基甲基硅氧烷；所述改性氢氧化镁为氢氧化镁经含3-氨丙基三甲氧基硅烷和/或硬脂醇磷酸酯的处理液处理得到。通过上述技术方案，解决了现有技术中石墨复合聚苯乙烯颗粒的阻燃性能和力学性能差的问题。乙烯颗粒的阻燃性能和力学性能差的问题。


技术研发人员：雷永生 高建 王金普 韩永学
受保护的技术使用者：河北信泰新材料有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/8/13