【doc】 环保型阻燃低烟高抗冲聚苯乙烯合金

【doc】 环保型阻燃低烟高抗冲聚苯乙烯合金 环保型阻燃低烟高抗冲聚苯乙烯合金 2005年第34卷第3期合成材料老化与应用 环保型阻燃低烟高抗冲聚苯乙烯合金木 马玫.刘冠文.谢春灼.雷祖碧.唐金桂 (广州合成材料研究院,广东广州,510665) 摘要:研究了PPO,SBS,EPDM对HIPS的增韧效果,结果表明HIPS/PPO/SBS/EPDM的组成比例为 60/30/5/5时,能使HIPS合金悬臂梁缺口冲击强度达到32.8kJ/m.通过添加磷系复合阻燃剂,HIPS合 金阻燃性能达到FV-O级,烟密度等级67.35,悬臂梁缺口冲击强度10.1kJ/m,实现了无卤阻燃;添加对 环境友好的溴系复合阻燃剂,HIPS合金氧指数可高达32%,具有良好的综合性能. 关键词:高抗冲聚苯乙烯(HIPS)合金,阻燃,低烟,无卤 中图分类号:TQ325.12 TheFriendlytotheEnvironmentFlame—retardantl玎PSAlloywithLow—smokingPerformance MAMei,LIUGuan.wen,XIEChun—zhuo,LEIZhu.bi,TANGJin—gui (GuangzhouResearchInstituteofSyntheticMaterials,Guangzhou510665, Guangdong,China) Abstract:TougheningeffectsofPPO.SBS,EPDMonI,tIPSwerestudied.Theresultsindicatedwhenthepro portionofHIPS/PP0/SBS/EPDMalloywas70/30/5/5.thenotchedIzodimpactstrengthwasupto32.83kJ/m. Addingthephosphoruscompositeflame—retardantssystem,theflammabili tyandnotchedIzodimpactstrengthofthe HIPSalloycouldbeuptoFV-Oand10.1kJ/mrespectively.andthesmokingdensi~rankwas67.35.Thenon— halogenflameretardantHIPScametrue.Thebromineflame—retardantssyst emwasfriendlytotheenvironment:it couldimprovetheoxygenindexofHIPSalloyupto32%withexcellentbalancedpmpe~y. Keywords:HIPsalloy,flame—retardant,low—smoking,non—halogen 高抗冲聚苯乙烯(HIPS)广泛应用于家用电器, 办公设备,仪器仪表,汽车零部件,日用器具及包 装材料等.但HIPS本身易燃,并释放出大量烟雾 及有害气体,为使其离火自熄,减少烟雾释放,并 保持一定的力学性能,必需加人阻燃剂进行综合改 性.十溴联苯醚,八溴联苯醚,四溴双酚A与三 氧化二锑进行复配是HIPS常用的阻燃体系?.但 欧盟已颁布了相关指令,要求成员国确保从2006 年7月1日起投放于市场的新电子和电器产品不包 含聚溴二苯醚和聚溴联苯等有害物质.目前国内外 许多科研院所及大公司都相继开展了环保型阻燃 HIPS的研究,为满足市场的需求,本研究制得 了对环境友好的无卤阻燃及高阻燃HIPS合金,具 有优良的综合性能. 1实验部分 1.1主要原材料 HIPS,ph88,台湾奇美;聚苯醚(PPO)国产; 苯乙烯.丁二烯一苯乙烯弹性体(SBS),792,岳阳石 化;三元乙丙弹性体(EPDM),3722,杜邦;氢氧 化镁(Mg(OH)),7000目,佛山金戈精细原料有 限公司;磷系阻燃剂,复配;溴系阻燃剂,复配; 抗氧剂,市售. I.2设备仪器 双辊混炼机,SK一160B,上海橡胶塑料厂;平 板硫化机,XRB-70,广州皮革机械厂;水平/垂直 燃烧测定仪,CZF一3,南京江宁分析仪器厂;氧指 数测定仪,HC-2,南京江宁分析仪器厂;烟密度 试验箱,GB/T8627型,广州佛山华星陶瓷原料公 司;热变形,维卡软化点温度测定仪,XRW一 300,承德德盛试验机厂;万能材料试验机, H10K—S,HOUNSFIELD;数显万能摆锤冲击试验 机,6545/000型,意大利西施特公司. 收稿日期:2004—08—26 {基金项目:科技部科研院所技术开发研究专项资金(NCSTE-2002--JKZX-095) 12马玫等环保型阻燃低烟高抗冲聚苯乙烯合金 1.3试样制备 按一定比例称取HIPS及各种原料在双辊混炼 机(170~C)上混炼均匀后,根据测试要求,在平板 硫化机上热压(190%,5分钟)成型. 1.4性能测试 垂直燃烧按GB/T2408测试;烟密度等级按 GB/T8627测试;氧指数按GB/T2406测试;维卡 软化点按GB1633测试;拉伸强度按GB/T1040测 试;悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843测试. 2结果与讨论 2.1HIPS合金的组成 无卤阻燃剂虽然无毒,无害但阻燃效果不明 显,添加量大,为保证材料达到一定的机械性能, 首先需通过合金化,提高HIPS树脂的强度.PPO 具有优良的耐热性,难燃,发烟量少,可与 HIPS以任意比共混等特点,因而将其按不同比例与 HIPS共混,然后进行比较,具体配方及结果见表1. 表1HIPS/PPO实验配方及性能 配方123456 HIPS/PPO1O0/090/1O8O/2O70/3O60/405O/5O 悬臂梁缺口冲击强度8 .9211.471O.761O.199.8510.47 /(kJ/m) 维卡软化点/~C89.O90.091.796.497.799.6 由表1可知,PPO对HIPS的作用主要表现为 提高HIPS的耐热性能.对HIPS的冲击强度略有 提高,但基本不随两种树脂的比例而有明显变化. 综合比较两性能,以配方4的HIPS/PPO(70/30) 为基础,通过添加苯乙烯弹性体SBS,烯烃类弹性 体EPDM并同等减少HIPS的量来进一步提高合金 的冲击强度,见表2. 表2弹性体对HIPS/PPO性能的影响 配方4—14—24—34—44—5 SBS/phr51O5 EPDM/phr5105 悬臂梁缺口冲击强度19 .887.737.77.332.83 /(kJ/m) 维卡软化点/~C95.797.293.793.594.3 SBS可显着提高HIPS/PPO合金的冲击强度, 添加5phr强度将近提高1倍;添加10phr提高了约 2.7倍.EPDM反而使合金的冲击强度下降,应是 EPDM与HIPS两者间的相容性差造成的.在配方 4—5中,SBS与EPDM有较优的协同效应,SBS成 为HIPS与饱和烯烃弹性体EPDM的相容剂,显着 提高材料的力学性能.另一方面,随着弹性体的加 入,合金的维卡软化点呈下降趋势;由于EPDM 的耐候性优于SBSJ,综合上述因素,确定基础合 金组成为HIPS/PPO/SBS/EPDM,具体比例为60/ 30/5/5,这样能使其悬臂梁缺口冲击强度达到 32.83kJ/m. 2.2阻燃体系对HIPS合金的效用 本研究用到的无机阻燃剂是Mg(OH).该阻 燃剂安全性高,抑烟,无毒且价廉,但是添加量大 对材料的机械性能影响较大,因此需选购粒径尽可 能小的Mg(OH),并对其进行表面处理,尽量降 低对树脂力学性能的影响.同时本研究复配了磷系 阻燃剂及溴系阻燃剂.该磷系阻燃剂燃烧不产生腐 蚀性气体,毒性低,可实现无卤化;溴系阻燃剂阻 燃效果显着,燃烧时不会产生二嗯英类致癌物质, 是一类对环境友好的阻燃剂.不同阻燃配方的 HIPS合金体系性能见表3. 表3不同阻燃配方的HIPS合金的性能 配方12345678 Mg(OH)2/phr6040304040604040 磷系复合阻燃剂/phr251O205 溴系复合阻燃剂/phr72035 垂直燃烧/级不能评级不能评级 OFV—OFV—OFV—OFV—OFV—O FV— 氧指数/%2728.528292932 烟密度等级(SDR)59.2488.3187.992.7154.2178.69 磷系阻燃剂添加5phr即达到FV-O级,实现了 HIPS的无卤阻燃,但添加到一定量后,阻燃效果 增加不显着,氧指数变化小,产烟量大,要控制使 用.从配方6可知,本研究的磷系与溴系阻燃剂复 合并没有协同效应,烟密度下降是由于Mg(OH)的 消烟作用.把配方5与配方7相比较,可发现溴系 复合阻燃剂比磷系阻燃剂的产烟量少,阻燃效果略 优.该溴系阻燃剂添加至35phr时,(下转第l6页) 16曾华等核壳结构共聚物增韧聚丙烯的研究 小,数量更多,使分散在PP中的SEP基体层厚度 TP比EPDM基体层厚度TEPD要小,也就更易于发 生脆韧转变,导致SEP有更好的增韧效果. 3结论 (1)与传统的EPDM增韧PP相比,SEP对PP 有更好的增韧作用.当SEP与PP共混时,1O份 SEP用量已超过2O份EPDM对PP的增韧效果,当 SEP的用量小于5phr时,SEP在提高PP韧性的同 时还能提高PP基体的强度,是一种性能优异的PP 增韧改性剂. (2)掺1O份SEP的PP/SEP共混物,Izod缺 口冲击强度达381.7J/M,拉伸强度保持率为 86%,是同样掺量的PP/EPDM共混物的缺口冲击 强度4倍多. (3)SEP结构中含有聚苯乙烯硬核与乙丙橡 胶软壳,PP/SEP共混物在受外力冲击时,SEP能 有效地引发PP基体产生银纹,起到增韧的作用. 参考文献 1刘晓辉,黄英,李郁忠.PP/EPDM共混物的力学 性能及形貌研究.西北工业大学,1998,16 (2):211,215 2刘南安,付家瑞,盖有仁,等.国产聚丙烯的增韧 改性研究.塑料科技,1998,(2):1,6 3张祥福,张隐西,顾方明.高韧性,高流动性轿车 用聚丙烯保险杠材料的研制.中国塑料,1998,12 (5):26,3O 4张云灿,陈瑞珠,郑海宁,等.PP/EPDM/CaCO 三元共混体系的脆韧转变研究.高分子材料科 学与工程,1998,14(5):128,130 5吴唯,徐种德.纳米刚性微粒与橡胶弹性微粒同 时增强增韧聚丙烯的研究.高分子,2000, (1):99,104 6冯金茂,刘志强,郑强,等.含核一壳聚合物共混 体系的形态与协同增韧效应.高分子材料科学与 工程,2000,16(2):86,88 7于中振,雷鸣,欧玉春,等.壳一核结构增韧剂超 高增韧非晶共聚酯的形貌和形态.高分子, 2000,(3):275,279 8WeiGX.SueHJ,ChuJ,HuangCY,GongK C.Tougheningandstrengtheningofpolypropylene usingtherigid—rigidpolymertougheningconcept PartI.Morphologyandmechanicalpropertyinves— tigations.Polymer,2000,41:2947,2960 9WuS.PhaseStructureandAdhesioninPolymer Blends,ACriterionforRubberToughening.Poly— mer,1985,26:1855,1863 10WuS.AGeneralizedCriterionforRubberTough— ening:TheCriticalMatrixLigamentThickness. J.App1.Polym.Sci.,1988,35:549,561 夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺?夺? (上接第12页). HIPS的氧指数高达32%.燃,消烟性能优良,力学性能良好,燃烧时不会产 3结论 本研究通过大量的实验,最终确定无卤阻燃 HIPS合金,高阻燃HIPS合金配方,经双螺杆挤出 机造粒,达到表4所列性能. 表4阻燃低烟HIPS合金综合性能 项目无卤阻燃HIPS合金高阻燃HlPs合金 垂直燃烧/级FV—OFV—O 氧指数/%27.O32.O 烟密度等级67.3574.35 维卡软化点/?92.791.2 悬臂梁缺13冲击强度/(kJ/m)lO.17.7 拉伸强度/MPa24.225.9 可见本研究的环保型阻燃低烟HIPS合金的阻 生二嗯英类致癌物质,可应用于家电,电子电器元 件等外壳.’ 参考文献 1权英,等.低烟阻燃高抗冲聚苯乙烯的研制.中国 塑料,2003,17(8):39,42 2李永华,等.苯乙烯系阻燃塑料合金的研究进展. 工程塑料应用,2002,3o(11):6O,62 3郑宝明,等.低烟阻燃高抗冲聚苯乙烯的研究.中 国塑料,2002,16(11):33,35 4马玫,等.阻燃ABS/PVC合金及HIPS/PPO合金 的防老化研究.合成材料老化与应用,2005,34 (2):1,3