可发性聚苯乙烯阻燃性研究*

王雅珍，王凤超，常海洋

(1 齐齐哈尔大学材料科学院工程学院，黑龙江　齐齐哈尔　161006；2 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江　齐齐哈尔　161006)



特稿

可发性聚苯乙烯阻燃性研究*

王雅珍1，王凤超2，常海洋2

(1 齐齐哈尔大学材料科学院工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006；2 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006)

可发性聚苯乙烯(EPS)，是一种优质的塑料材料，有质量轻、强度高和化学性质稳定、力学性能较强且方便加工等优点。但是由于EPS的易燃性，在使用上存有严重的安全隐患，所以对于阻燃性EPS的研究，已成为必然。本文综述了近些年中，EPS的阻燃方法以及所使用阻燃剂种类的研究。

可发性聚苯乙烯；阻燃剂；应用

1　聚苯乙烯系列发泡材料简介

我国是EPS生产以及使用的大国[1]，产品被广泛应用于外墙保温、内墙装饰以及墙体隔音[2]等诸多方面。但是，在EPS板材被大量使用的同时也相继带来严重的安全隐患。EPS泡沫制品的极限氧指数低，燃烧热释放量高，属于极易燃材料。一旦着火，由于其内部结构特殊，火焰会迅速增长，并且聚合物在高温下解聚生成小分子，在燃烧后很难形成固定炭层，故无法起到自熄作用[3-4]。所以因外墙保温板可燃导致火灾加剧，将EPS板材如何能难燃、不燃转化为一个社会性的问题。

2　EPS 阻燃方法

目前，对EPS泡沫塑料的阻燃分类方法主要是阻燃方法和阻燃剂种类两方面，本文从EPS泡沫塑料的制备及成型阶段入手，总结阻燃剂在各个阶段中的加入方式及现存的各种研究工艺，主要内容如下：

2.1聚合阶段阻燃法

聚合阶段阻燃法是在本体的悬浮聚合时加入阻燃剂，通过一步法加工工艺，将阻燃剂以分子级液滴形式均匀分散于苯乙烯内部。

在添加型阻燃剂中，卤系阻燃剂效果较好，在聚苯乙烯阻燃体系中占有重要地位，这是因为卤系阻燃剂与苯乙烯单体由较好的相容性并且添加量也相对较少。上海容志材料科技有限公司[5]，选用与聚苯乙烯基体相溶性较好的溴化苯乙烯作为阻燃剂，将阻燃剂在苯乙烯单体中溶解后，添加到反应器中，并加入阻燃增效剂过氧化二异丙苯以及各种助阻燃剂进行聚合反应，反应一段时间后再加入发泡剂戊烷，继续反应得到混有阻燃剂的可发性聚苯乙烯珠粒。将发泡后的珠粒加工成板材，防火性能可以达到B2级。西博拉技术有限公司[6]，同样采用卤化苯乙烯为阻燃剂，通过悬浮聚合使苯乙烯与卤化苯乙烯进行聚合，将产物用于制备发泡聚苯乙烯(EPS)，也可用于制备挤出聚苯乙烯(XPS)。对加工后材料进行阻燃测试，最低氧指数大于29。鉴于可发性聚苯乙烯材料处理的特殊性，实际上可用的卤系阻燃剂种类并不多，并且由于大多数卤系阻燃剂在燃烧时都会有有害气体放出，造成火灾中更大的伤亡，所以在选择阻燃剂种类时越来越多的无卤阻燃剂更为受到关注和欢迎。

Banik B K等[7]认为，含磷化合物阻燃剂机理为磷化物受热脱水生成聚磷酸强脱水剂，在有机物表面生成碳化物，与生成的氧化物及聚磷酸对基体表面覆盖，隔绝空气以起到阻燃作用。部分研究机构把含磷乙烯基类化合物与苯乙烯进行共聚,成功制备出含磷苯乙烯共聚物，然后测试共聚物的热性能、阻燃性能，结果表明,通过比较氧指数和残炭量，发现含磷苯乙烯共聚物比纯聚苯乙烯显示出更好的阻燃性能[8-10]。另外，某些研究机构在聚苯乙烯分子主链中添加环状结构的含磷化合物、环状磷腈。所得产物的阻燃机理为固相阻燃机理，具有更好的光学透明性、更高残炭量和良好阻燃性能[11-12]。

江阴中创网络信息有限公司[13]以纳米石墨为主要添加剂，与单硬脂酸甘油脂、磷酸钙、脱水盐、苯乙烯、过氧化苯甲酰、发泡剂，经传统的聚苯乙烯悬浮聚合工艺，制成了纳米级石墨可发性聚苯乙烯。这种纳米复合材料具有良好的阻燃性能和导热性能。

2.2包覆阻燃法

包覆阻燃是聚苯乙烯泡沫的另一种阻燃方式，通过使用粘合剂或者类似粘合剂作用的物质，包裹可发性聚苯乙烯颗粒，然后加工成板材。包覆法可以解决阻燃剂与基体相容性差的问题，同时提高阻燃可发性聚苯乙烯的力学性能，并且当板材燃烧时，每一个被包覆的聚苯乙烯颗粒都可以形成一个独立的阻燃个体单位，这样不仅可以有效的达到的阻燃效果，同时还可以防止火势蔓延。

目前，树脂包覆阻燃工艺占据包覆阻燃工艺主体，所用树脂通常为热固性树脂，例如酚醛树脂、氨基树脂、脲醛树脂、聚酯等。

东理工大学[14]用热固性酚醛树脂包覆介质，以高聚磷酸铵为阻燃剂,探讨了EPS阻燃的工艺流程以及工艺参数。将热固性酚醛树脂和高聚磷酸铵按不同比例配制成混合液，加入预发泡的EPS颗粒进行搅拌，使混合液均匀的涂覆在EPS珠粒表面，加入固化剂苯酚磺酸进行固化，使得混合液均匀的固定在EPS珠粒表面。将包覆的EPS珠粒放入发泡模具中，加工成板材。并测试板材的阻燃性能、力学性能以及环保性能，测试结果显示：在酚醛树脂含量相同，高聚磷酸铵含量在20份时，EPS材料的氧指数最高可达到FH-1级别、水平垂直燃烧速度最慢；随着粘合剂酚醛树脂和阻燃剂高聚磷酸铵含量的增多，材料的力学性能和保温性能变差。

辽宁工程技术大学[15]研究了用热固性三聚氰胺甲醛树脂为包覆剂，用聚磷酸铵或PNP为阻燃剂。将包覆剂与阻燃剂混合。经过燃烧测试后，结果表明：包覆阻燃可以明显提高可发性聚苯乙烯保温板的阻燃性能，燃烧氧指数由18%提升到32%，残炭量增加85%，明显改善遇火收缩现象。进一步适量的添加聚磷酸铵可以进一步的提升成炭率，使得阻燃性能更进一步提高。

另外重庆龙者低碳环保科技有限公司[16]和苏州市金明塑料有限公司[17]都研制出一种包覆浆料，以硅酸盐以及木质纤维、玻璃纤维等各类填料为原料，包覆卤系或者非卤系阻燃剂。经过燃烧测试后这两种方法制得的聚苯乙烯板防火等级均可达到A级。

2.3浸渍阶段添加法

浸渍阶段添加占据两步法生产工艺主体[18]。操作方法是浸渍发泡阶段，在聚苯乙烯基体的水悬浮溶液中添加阻燃剂。阻燃剂以发泡剂为载体，在加热加压的物理条件下将阻燃剂全部渗入聚苯乙烯单体中。考虑到苯乙烯单体处理的特殊性，目前该种方法常以有机溴化物作为阻燃剂和以有机过氧化物作为协同剂，这是由于溴系阻燃剂以及有机过氧化物与苯乙烯单体的相容性较好，两者之间容易进行优化匹配。

英国的Tang L[19]研究发现如果在浸渍法工艺制作EPS阻燃保温板中使用的微米级六溴环十二烷的平均粒径小于25 μm 时，至少可以有70%能被苯乙烯基体吸收，远高于使用通用级的六溴环十二烷时的吸收量，因此可以减少六溴环十二烷的使用量，如此不仅降低了成本而且还降低了由于阻燃剂的量过大而对材料的物理性能造成的影响。

BASF公司[20]在聚合阶段添加不同粒径的六溴环十二烷对阻燃性能由相似的影响。试验证明微米级六溴环十二烷比通用级六溴环十二烷，与苯乙烯基体的结合效果更强, 阻燃效果更好。

2.4外涂层阻燃法

外涂层阻燃法是在可发性聚苯乙烯保温板外表刷涂或者喷涂具有阻燃性能的材料，如防火涂料等，通过隔绝火源与EPS的接触，从而达到阻燃的目的，是一种应用价值高并且有效的阻燃方式。

由于其操作简单，成本较低，所以应用价值很高。目前，涂层技术不断进步，涂覆形式也有日益增多。王勇[21]等公开了一种制备阻燃可发性聚苯乙烯泡沫塑料的新方法，即在EPS表面涂上硼酸和粘合剂，在硼酸遇热后首先形成玻璃态涂层从而隔离火源与EPS相接处而起到阻燃作用。通过金属如铝箔包覆泡沫塑料，相关报道中，阻燃要求可达到B1级别。

通过对上述几种关于可发性聚苯乙烯保温板的阻燃的叙述，我们可以将各个方法所可使用的阻燃剂以及各个方法优缺点[22-23]总结如表1所示。

表1　可发性聚苯乙烯阻燃方法对比

3　结语与展望

可发性聚苯乙烯保温板作为应用广泛的建筑材料，其阻燃性和环保性的受关注度越来越高。目前，文中所述四种阻燃方法单独使用都不能使EPS材料达到理想阻燃效果，所以通常将四种方法配合使用。同时，在阻燃剂的使用上也各有利弊，新型环保阻燃剂的开发已经成为阻燃研究的主要方向，这也是解决EPS阻燃问题的关键。

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Study on Expandable Polystyrene’s Flame Retardant*

WANG Ya-zhen1, WANG Feng-chao2, CHANG Hai-yang2

(1 College of Materials Science and Engineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006;2CollegeofChemicalandChemicalEngineering,QiqiharUniversity,HeilongjiangQiqihar161006,China)

Polystyrene is a kind of high quality plastic material, has the advantages of light weight, high strength, chemical stability, high mechanical property and convenient processing. However, due to the EPS of the flammability, there is a serious safety hazard, so the study of flame retardant EPS has become inevitable. The flame retardant method of polystyrene and the types of flame retardant used was reviewed.

expandable polystyrene; flame retardants; application

国家自然科学基金项目(No: 21376127)。

王雅珍(1961-)，女，教授，主要研究方向为高分子材料。

王凤超(1990-)，男。

TQ328.4

A

1001-9677(2016)01-0001-03