PSgMAH的制备及其增容PS阻燃复合材料的研究

・８６・塑料Ｔ业ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ第３８卷第４期２０１０年４月

ＰＳ・ｇ‘ＭＡＨ的制备及其增容ＰＳ阻燃复合材料的研究

夏英，李姿潼＋，赵建，刘长胜，胡林燕（大连工业大学化工与材料学院，辽宁大连１１６０３４）

摘要：以聚苯乙烯（ＰＳ）为载体，马来酸酐（ＭＡＨ）为接枝单体，过氧化二异丙苯（ＤＣＰ）为引发剂，采用熔融接枝法制备了聚苯乙烯接枝马来酸酐共聚物（ＰＳ。ｇ’ＭＡＨ）。考察了ＭＡＨ用量、ＤＣＰ用量对ＰＳ。ｇ。ＭＡＨ接枝率的影响。经红外光谱（ＩＲ）表征，接枝物为目标产物。将接枝率为３．７％的ＰＳ‘ｇ。ＭＡＨ作为ＰＳ／膨胀阻燃剂／热塑性弹性体复合材料的增容剂，探讨了增容剂对该复合材料阻燃、力学和加工性能及微观结构的影响。结果表明，当增容剂用量为１２份时，冲击强度达到４．８９ｋＪ／ｍ２，比未增容时提高了８７．４％，拉伸强度仍可保持在２１．３ＭＰａ。在力学性能得到改善的同时，复合材料的垂直燃烧可达到ＦＶ－０级，氧指数由２７．１％提高到了２７．９％，熔体质量流动速率为４．６２

Ｓ／１０ｍｉｎ。关键词：聚苯乙烯；聚苯乙烯接枝马来酸酐；熔融接枝；阻燃

中图分类号：ＴＱ３２５．２文献标识码：Ａ文章编号：１００５—５７７０（２０１０）０４一００８６—０５

ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＰＳ。。ｇ。。ＭＡＨＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｄＦｌａｍｅ

ＲｅｔａｒｄａｎｔＰＳＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＸＩＡＹｉｎｇ，ＬＩＺｉ。ｔｏｎｇ，ＺＨＡＯＪｉａｎ，ＵＵＣｈａｎ９４ｓｈｅｎｇ，ＨＵＬｉｎｌｙａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇ．＆Ｍａｔｅｒｉａｌ，ＤａｌｉａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０３４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＰＳ）ａｓｔｈｅｃａｒｒｉｅｒ，ｍａｌｅｉｃａｎｈｙｄｒｉｄｅ（ＭＡＨ）ａｓｔｈｅｇｒａｆｔｉｎｇｍｏｎｏｍｅｒ

ａｎｄｄｉｃｕｍｙｌｐｅｒｏｘｉｄｅ（ＤＣＰ）鹊ｔｈｅｉｎｉｔｉａｔｏｒ，ｔｈｅｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒＰＳ’ｇ—ＭＡＨｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｅｌｔｇｒａｆｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＭＡＨａｍｏｕｎｔ，ｅｆｆｅｃｔｏｆＤＣＰｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｇｒａｆｔｉｎｇｒａｔｉｏｏｆＰＳ。ｇ’ＭＡＨｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａ—ｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆＩＲｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｇｒａｆｔＣＯ’ｐｏｌｙｍｅｒＷａｓｔａｒｇｅｔｐｒｏｄｕｃｔ．ＴｈｅＰＳ。ｇ。ＭＡＨｗｉｔｈｇｒａｆｔｉｎｇｒａｔｉｏ

３．７％ｗａｓｔａｋｅｎａｓａｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒｏｆＰＳ／ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ／ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｉ—

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ｓｔｒｅｎ甜ｈｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｏｕｌｄｒｅａｃｈ４．８９ｋＪ／ｍ２，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｍｏｌｅｔｈａｎ８７．４％ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｅ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｏｕｔｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｏｕｌｄｓｔｉｌｌｍａｉｎｔａｉｎ２１．３ＭＰａ．Ｆｌａｍｅ

ｒｅｔａｒｄａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＳ／ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ／ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｏｕｌｄｓｔｉｌｌｒｅａｃｈ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ；ＰＳ‘ｇ—ＭＡＨ；ＭｅｌｔＧｒａｆｔｉｎｇ；ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔ

聚苯乙烯（ＰＳ）被广泛应用于电器、装饰、建筑、交通、军工等领域中。然而，Ｐｓ同大多数聚合

物一样，容易燃烧且放热量大、发烟量大，并释放有

毒气体。因此，将ＰＳ用于制造防火、安全产品时，

必须进行阻燃改性…。近年来ＰＳ阻燃改性通常采用

无卤化阻燃技术旧Ｊ。前期以膨胀阻燃剂与Ｐｓ熔融共

混，使得Ｐｓ的阻燃性能显著提高，但其力学性能下

降严重，几乎无法满足实际应用。继而在ＰＳ／膨胀阻燃剂复合材料中又引入了热塑性弹性体苯乙烯一丁二

烯一苯乙烯嵌段共聚物（ＳＢＳ）、苯乙烯一乙烯一丁

烯一苯乙烯嵌段共聚物（ＳＥＢＳ），复合材料的韧性有

了一定的提高，然而强度仍未得到改善。

为此，本文以马来酸酐（ＭＡＨ）为接枝单体，

过氧化二异丙苯（ＤＣＰ）为引发剂，制备了增容剂聚

苯乙烯接枝马来酸酐共聚物（ＰＳ・ｇ。ＭＡＨ），以期通

过ＩＸ３一ｇ—ＭＡＨ的增容作用，进一步提高ＩＳ／膨胀阻燃

宰联系人ｌｉｚｉｔｏｎ９３２５＠１６３．ｃｏｎ

作者简介：夏英，女，１９６６年生，教授，博士，主要从事高性能树脂基复合材料的研究。

万方数据第３８卷第４期夏英等：ＰＳ。ｇ‘ＭＡＨ的制备及其增容Ｐｓ阻燃复合材料的研究・８７・

剂／热塑性弹性体复合材料的力学性能，最终获得综

合性能优异的ＰＳ无卤阻燃复合材料。

１实验部分

１．１主要原料

Ｐｓ树脂：ＰＧ－３８３，镇江奇美有限公司；高密度

聚乙烯（ＨＤＰＥ）：ＨＤ－５０１０，盘锦乙烯有限责任公

司；聚磷酸铵（ＡＰＰ）：摩尔质量≥２０００ｇ／ｍｏｌ，济

南泰星精细化工有限公司；三聚氰胺（ＭＥＬ）：工业级，市售；季戊四醇（ＰＥＲ）：分析纯，天津市科密

欧化学试剂开发中心；ＭＡＨ、ＤＣＰ、抗氧剂１０１０、

丙酮：市售；ＳＢＳ（ＬＧ－５０２Ｐ）、ＳＥＢＳ（ＹＨ＇５０３）：中

国石化巴陵石油化工有限公司；无水乙醇、异丙醇：

ＡＲ，沈阳市联邦试剂厂；二甲苯：ＡＲ，天津市大茂

化学试剂厂。

１．２主要设备

转矩流变仪：ＲＭ－２００Ａ型，哈尔滨哈普电气技

术有限责任公司；双辊混炼机：ＳＫ・１６０Ｂ型，上海橡

胶机械厂；万能制样机：ＨＹ—Ｗ型，河北省承德试验机厂；平板硫化机：ＱＬＢ－５０Ｄ／Ｑ型，江苏无锡市中

凯橡塑机械有限公司；氧指数测定仪：ＨＣ－２型，江

宁县分析仪器厂；悬臂梁冲击试验机：ＵＪ。１０／４０型，河北省承德材料试验机厂；熔融指数仪：ＸＲＺ－４００

型，吉林大学仪器厂；红外光谱分析仪：ＳｐｅｃｔｒｕｍＯｎｅ—Ｂ型，美国珀金埃尔默公司；扫描电子显微镜：

ＪＳＭ－６４６０ＬＶ型，日本电子公司。

１．３试样制备

增容剂ＰＳ—ｇ—ＭＡＨ的制备：按比例称取ＭＡＨ和Ｉ）ＣＰ，加入适量的丙酮充分溶解后与ＰＳ混合均匀，待丙

酮完全挥发后，在转矩流变仪中塑炼，得到接枝产物。

ＰＳ／膨胀阻燃剂／热塑性弹性体／ＰＳ—ｇ‘ＭＡＨ复合

材料试样的制备：在ＰＳ／膨胀阻燃剂／热塑性弹性体

复合材料中加入一定比例的增容剂ＰＳ。ｇ。ＭＡＨ，在双辊开炼机上进行熔融混炼，待混炼均匀后下片、裁

切，经平板硫化机在１６０ｏＣ、１５ＭＰａ下模压制板，经万能制样机裁样，供各项性能测试。

１．４接枝物的纯化和接枝率的测定

１．４．１．接枝物的纯化

称取２ｇ接枝物将其在沸腾水浴锅中用蒸馏水煮

８ｈ，以除去未反应的单体及部分单体的均聚物，然

后将煮沸后的接枝物于索式抽提器中用蒸馏水抽提约

８ｈ至恒重，最后将抽提后的产物在６０℃下真空干燥

至恒重，备用¨ｏ。

１．４．２接枝率的测定

准确称取０．２５ｇ纯化后的接枝物，采用５０ｍＬ二甲苯加热回流至接枝物全部溶解，冷却后加入

０．０５ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ／乙醇标准溶液１０ｍＬ，再加入

３～４滴１％酚酞指示剂，摇匀后用浓度为０．０５ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣＬ／异丙醇标准溶液滴定。滴定时，溶液由红色

变为无色即为终点。ＭＡＨ的接枝率（Ｇ％）按下式计算：

Ｇ＝（Ｃ１Ｖ１一Ｃ２ｖ２）ｘ９８．０６／（２０×矽）式中，Ｃ。、Ｃ：一ＮａＯＨ／乙醇标准溶液和ＨＣＩ／异丙醇

标准溶液的浓度，ｍｏｂ＇Ｌ；Ｖ，、Ｖ：一ＮａＯＨ／乙醇标准

溶液和ＨＣｂ＂异丙醇标准溶液的用量，ｍＬ；形一测定

接枝率样品的质量，ｇ。１．５性能测试

采用熔融指数仪在１９０ｏＣ、５０００ｇ载荷下测试

熔体质量流动速率（ＭＦＲ）；采用红外光谱仪表征接

枝物ＰＳ－ｇ—ＭＡＨ的结构；采用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）分析复合材料的内部结构和炭层结构；拉伸

强度、断裂伸长率按ＧＢ／Ｔ１６４２１－－１９９６进行；悬臂

梁缺口冲击强度按ＧＢ／Ｔ１６４２０－－１９９８进行；氧指数

按ＧＢ／Ｔ２４０６－－１９９３测试；垂直燃烧按ＧＢ／Ｔ２４０８～

１９９６测试。

２结果与讨论

２．１影响增容剂ＰＳ。ｇ‘ＭＡＨ接枝率的因素

２．１．１ＭＡＨ用量对ＰＳ‘ｇ。ＭＡＨ接枝率的影响ＭＡＨ用量是影响熔融接枝反应的一个重要因素，

当Ｐｓ用量为１００份、ＤＣＰ用量为０．２份时，ＭＡＨ用

量对ＰＳ—ｇ—ＭＡＨ接枝率的影响如图ｌ所示。

羲蠢

ＭＡＨ用量／份

图ｌＭＡＨ用量对Ｉｘ５～ｇＭＡＨ接枝率的影响

Ｆｉｇ１ＥｆｆｅｃｔｏｆＭＡＩｌａｍｏｕｎｔｏｎｔｈｅ肝如ＩｌｇｒａｔｉｏｏｆＰＳ’ｇ－ＭＡｉｌ

由图１可知，当ＭＡＨ的用量由１份增至５份时，

接枝率逐渐增加。说明随着ＭＡＨ用量的增大，ＭＡＨ

与大分子自由基反应的几率也逐渐增大，当ＭＡＨ用

量增至５份时，接枝率达到最大值３．７％。但当ＭＡＨ用量超过５份时，接枝率不再增大，反而显著下降。

这主要是由于体系中引发剂用量一定，其分解产生的

自由基数量有限，虽然ＭＡＨ用量在不断增加，但参

加反应的活性自由基数目并没有增加。此外，单体用Ｏ５Ｏ５Ｏ５Ｏ５４３３２２ｌ１

Ｏ

万方数据