一种电器用低气味阻燃抗菌hips材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种电器用低气味阻燃抗菌hips材料及其制备方法 (Low-odor flame-retardant antibacterial HIPS material for electric appliances and preparation method thereof ) 是由 邢纪普 李益祖 杨亚娣 徐元元 郭雪晴 李荣群 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料及其制备方法,其由41-70份HIPS树脂、18-32份复合阻燃剂、10-20份抗菌母粒、2.7-7份其他助剂按照重量份制备而成；其中,所述复合阻燃剂由溴系阻燃剂、三氧化二锑、磷酸酯阻燃剂按照(11-18)：(3-6)：(4-10)质量比组成。本发明通过选用合适的HIPS原材料,从材料分子结构入手,优选小分子高流动性原材料,采用溴系阻燃剂、三氧化二锑、磷酸酯阻燃剂三者复配,对提高阻燃性具有良好协同作用。本发明采用的HIPS抗菌母粒,采用的芫荽纤维有来源广泛,成本低特点,能有效抑制细菌滋生；另外芫荽纤维内部特殊的超细微孔结构使其具有强劲的吸附能力,能吸附空气中甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质,消除不良气味。(The invention discloses a low-odor flame-retardant antibacterial HIPS material for electric appliances and a preparation method thereof, wherein the low-odor flame-retardant antibacterial HIPS material is prepared from 41-70 parts of HIPS resin, 18-32 parts of composite flame retardant, 10-20 parts of antibacterial master batch and 2.7-7 parts of other auxiliary agents in parts by weight; wherein the composite flame retardant is prepared from a brominated flame retardant, antimony trioxide and a phosphate flame retardant according to the proportion of (11-18): (3-6): (4-10) mass ratio. According to the invention, by selecting a proper HIPS raw material, starting from a material molecular structure, a small-molecular high-fluidity raw material is preferably selected, and a brominated flame retardant, antimony trioxide and a phosphate flame retardant are compounded, so that the flame retardant has a good synergistic effect on improving flame retardance. The HIPS antibacterial master batch adopted by the invention has the characteristics of wide sources and low cost, and can effectively inhibit bacterial breeding; in addition, the special ultrafine pore structure in the coriander fibers enables the coriander fibers to have strong adsorption capacity, and can adsorb harmful substances such as formaldehyde, benzene, toluene, ammonia and the like in the air and eliminate bad smell.)
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料及其制备方法。
背景技术
HIPS(即高抗冲击聚苯乙烯)不仅具有耐腐蚀、韧性、硬度、刚性相均衡的优良力学性能，而且具有较好的尺寸稳定性、表面光泽度和着色能力。作为一种重要的热塑性工程塑料，广泛应用于居民住宅、家电、电子电器和汽车工业等方面。然而，HIPS的氧指数仅为18％，属于易燃烧树脂，离火后继续燃烧并释放大量的浓烟和有毒气体，这一缺点限制了其应用范围。阻燃HIPS易降解和黄变，外观件接触较多，细菌滋生，如空调，洗衣机，小家电外壳等。对人体健康不利，因此如何改善HIPS的阻燃性能和抗菌性能成为了目前行业亟需解决的问题。在此之前也有一些对抗菌阻燃HIPS复合材料的研究，但存在使用过程中产生异味、阻燃等级不高V0、材料颜色发黄等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，既能使材料具有优良阻燃性能，达到2.5mm 5VA,又能使材料具有良好抗菌性能，低气味。
本发明一方面公开了一种电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料，其由41-70份HIPS树脂、18-32份复合阻燃剂、10-20份抗菌母粒、2.7-7份其他助剂按照重量份制备而成；其中，所述复合阻燃剂由溴系阻燃剂、三氧化二锑、磷酸酯阻燃剂按照(11-18)：(3-6)：(4-10)质量比组成。
进一步方案：所述溴系阻燃剂包括十溴二苯醚、八溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯乙烷、溴代环氧齐聚物、聚十溴苯乙烯、三(三溴苯基)氰尿酸酯中的至少一种。
进一步方案：所述磷酸酯阻燃剂为1,3亚苯基磷酸(2,6-甲苯基)四酯、四苯基双酚A二磷酸酯及其衍生物阻燃剂(BDP)、四苯基间苯二酚二磷酸酯及其衍生物(RDP)阻燃剂、磷酸三苯酯(TPP)阻燃剂中的至少一种。
进一步方案：所述抗菌母粒由HIPS树脂、芫荽纤维、SBS树脂、钛酸酯偶联剂、润滑剂按照40：40：20：(1-1.5)：(0.2-0.8)的重量比制备而成。
进一步方案：所述其他助剂由抗氧剂、光稳定剂、抗滴落剂、润滑剂、抗静电剂按照(0.4-1)：(0.7-2)：(0.5-1)：(0.6-2)：(0.5-1)的重量比组成。
进一步方案：所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂1076和亚磷酸酯类抗氧剂168按重量比1:1复配而成。
进一步方案：所述光稳定剂为UV531、UV326、UV327、UV328、UV329、UV770、UV-P中的至少一种。
进一步方案：所述抗滴落剂为PTFE化合物。
进一步方案：所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、EBS、PETS、硅酮类中的至少一种。
本发明另一方面公开了如上述所述的一张电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑，加入低混机中以200-300r/min的转速混合3-5分钟，得到第一混合料；
(2)按重量份称取抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂，加入高混机中以400-600r/min的转速混合6-10分钟，得到第二混合料；
(3)将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以300-400r/min的转速混合6-10分钟，得到第三混合料；
(4)将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，按重量份称取磷酸酯阻燃剂并通过挤出级4-5段通氮气保护下侧喂加入，按重量份称取抗菌母粒并在通氮气保护下从6-7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为180～210℃、螺杆转速为400～500r/min、熔体压力控制在1.5～1.8MPa、真空度-0.04～-0.08Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过选用合适的HIPS原材料，从材料分子结构入手，优选小分子高流动性原材料，采用溴系阻燃剂、三氧化二锑、磷酸酯阻燃剂三者复配，对提高阻燃性具有良好协同作用。溴系阻燃剂与三氧化二锑，在燃烧反应中生成溴化氢，而溴化氢能捕获传递燃烧链式反应的活性自由基，生成活性低的溴自由基，如溴氧化锑、溴化锑，致使燃烧减缓或终止。此外，溴化氢为密度大的气体，并且难燃，它不仅能稀释空气中的氧，同时还覆盖于材料表面，替代空气，致使材料的燃烧速度降低或自熄。磷酸酯阻燃剂燃烧时通过隔离氧气、热量的方法在材料表面形成阻燃的碳层，从而防止材料受热继续分解。燃烧接触层表面脱水形成的水蒸气可以稀释氧气，氧自由基及可燃气体的浓度。三者在气相、液相、固相进行协同作用，从而使材料达到更高等级阻燃5VA。
本发明采用的HIPS抗菌母粒，采用的芫荽纤维有来源广泛，成本低特点，能有效抑制细菌滋生；另外芫荽纤维内部特殊的超细微孔结构使其具有强劲的吸附能力，能吸附空气中甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质，消除不良气味。经过日晒后，可以将吸附的有害物质挥发掉，使其吸附功能自动再生。这种制备方法简单，加工方便，所制得的抗菌母粒抗菌效果良好，同时由于芫荽纤维的加入，可以对材料进行补强，具有良好冲击性能。采用钛酸酯偶联剂对芫荽纤维进行偶联处理，增进了与HIPS树脂良好的界面结合力，一方面提升了材料强度，另外也促进材料良好抗菌效果。
本发明双螺杆组合和挤出工艺进行优化配置，平行双螺杆挤出机主喂料中，磷酸酯阻燃剂通过挤出级4-5段通氮气保护下侧喂加入，抗菌母粒通氮气保护下6-7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料，具有高阻燃性能和抗菌性能稳定，气味低，耐黄变优点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
HIPS树脂，道达尔HIPS 6351，本体法聚合HIPS。
溴系阻燃剂，由十溴二苯乙烷、三(三溴苯基)氰尿酸酯按照重量比1:3进行复配，
三氧化二锑，纯度≥99.99％，粒径D50:0.5μm，白度≥98，厂家是湖南省闪星锑业有限责任公司；
磷酸酯阻燃剂，由四苯基(双酚-A)二磷酸酯(BDP)、四苯基间苯二酚二磷酸酯及其衍生物(RDP)阻燃剂、磷酸三苯酯(TPP)三者重量比：1:2:1，厂家是浙江万盛股份有限公司；
抗菌母粒，自制，制备方法如下：
取40份芫荽纤维放入反应器中的N,N-二甲基丙烯酰胺中，通入氮气使反应器内部为惰性环境，升温至120-130℃，并保持1-2h，将1-1.5份钛酸酯偶联剂加入反应器内，然后升温至150-160℃的条件下并保持2-3小时，然后降温至室温，得到改性芫荽纤维。
取改性芫荽纤维40份，然后加入HIPS 40份、SBS20份、润滑剂0.5份，在高混锅中分散搅拌均匀，得到混合物料，将所述混合物料加入双螺杆挤出机挤出造粒，即得芫荽纤维抗菌母粒。双螺杆挤出机各区温度：170-200℃，螺杆转速为450r/min、熔体压力控制在1.6MPa、真空度-0.04～-0.08Mpa。
通过第6-7段侧喂加入可以保证芫荽纤维自身纤维长度不被过度剪切，一方面保证了材料的良好强度；另外材料不被过度剪切，不会产生异味，而具有芫荽纤维自然清香。这种制备方法简单，加工方便，所制得的抗菌母粒抗菌效果好。
抗氧剂，由巴斯夫受阻酚类抗氧剂1076和亚磷酸酯类抗氧剂168按重量比1:1复配而成。
光稳定剂，由UV770和UV-P按重量比3:1复配而成，厂家是天津利安隆新材料股份有限公司；
抗滴落剂，由广州熵能创新材料股份有限公司生产的改性聚四氟乙烯SN3300；
润滑剂，由硬脂酸钙与EBS按重量比1:2复配而成；硬脂酸钙的厂家为东莞市汉维科技股份有限公司，牌号为CV500，EBS的厂家为常州可赛成功塑胶材料有限公司；
抗静电剂，牌号为ATMER 190，厂家为英国禾大；
所有材料均为市售常规常用产品。
可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
实施例1
本实施例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂69.3份，溴系阻燃剂11份，三氧化二锑3份，磷酸酯阻燃剂4份，抗菌母粒10份，抗氧剂0.4份，光稳定剂0.7份，抗滴落剂0.5份，润滑剂0.6份，抗静电剂0.5份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑加入低混机中以250r/min的转速混合3分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合6分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合6分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将磷酸酯阻燃剂通过挤出级5段通氮气保护下侧喂加入，将抗菌母粒并在通氮气保护下从7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为200℃、螺杆转速为400r/min、熔体压力控制在1.5MPa、真空度-0.04～-0.06Mpa。
实施例2
本实施例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂59.5份，溴系阻燃剂13份，三氧化二锑3.5份，磷酸酯阻燃剂6份，抗菌母粒14份，抗氧剂0.5份，光稳定剂1份，抗滴落剂0.6份，润滑剂1.2份，抗静电剂0.7份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑加入低混机中以250r/min的转速混合4分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合7分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合8分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将磷酸酯阻燃剂通过挤出级4段通氮气保护下侧喂加入，将抗菌母粒并在通氮气保护下从7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为190℃、螺杆转速为450r/min、熔体压力控制在1.6MPa、真空度-0.04～-0.06Mpa。
实施例3
本实施例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂49.4份，溴系阻燃剂14.5份，三氧化二锑4.5份，磷酸酯阻燃剂8份，抗菌母粒18份，抗氧剂0.9份，光稳定剂1.5份，抗滴落剂0.8份，润滑剂1.6份，抗静电剂0.8份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑加入低混机中以250r/min的转速混合5分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合8分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合8分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将磷酸酯阻燃剂通过挤出级5段通氮气保护下侧喂加入，将抗菌母粒并在通氮气保护下从6段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为210℃、螺杆转速为500r/min、熔体压力控制在1.7MPa、真空度-0.04～-0.07Mpa。
实施例4
本实施例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂41份，溴系阻燃剂16份，三氧化二锑6份，磷酸酯阻燃剂10份，抗菌母粒20份，抗氧剂1份，光稳定剂2份，抗滴落剂1份，润滑剂2份，抗静电剂1份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑加入低混机中以250r/min的转速混合5分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合10分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合10分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将磷酯阻燃剂通过挤出级4段通氮气保护下侧喂加入，将抗菌母粒并在通氮气保护下从6段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为210℃、螺杆转速为500r/min、熔体压力控制在1.8MPa、真空度-0.04～-0.08Mpa。
对比例1
本对比例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂69.3份，磷酸酯阻燃剂4份，溴系阻燃剂11份，抗菌母粒10份，抗氧剂0.4份，光稳定剂0.7份，抗滴落剂0.5份，润滑剂0.6份，抗静电剂0.5份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂加入低混机中以250r/min的转速混合3分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合6分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合6分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将磷酸酯阻燃剂通过挤出级5段通氮气保护下侧喂加入，将抗菌母粒并在通氮气保护下从7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为200℃、螺杆转速为400r/min、熔体压力控制在1.5MPa、真空度-0.04～-0.06Mpa。
对比例2
本对比例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂69.3份，溴系阻燃剂11份，三氧化二锑3份，抗菌母粒10份，抗氧剂0.4份，光稳定剂0.7份，抗滴落剂0.5份，润滑剂0.6份，抗静电剂0.5份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑加入低混机中以250r/min的转速混合3分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合6分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合6分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将抗菌母粒并在通氮气保护下从7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得电器用低气味阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为200℃、螺杆转速为400r/min、熔体压力控制在1.5MPa、真空度-0.04～-0.06Mpa。
对比例3
本对比例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂69.3份，溴系阻燃剂11份，三氧化二锑3份，磷酸酯阻燃剂4份，麦秸秆纤维母粒10份，抗氧剂0.4份，光稳定剂0.7份，抗滴落剂0.5份，润滑剂0.6份，抗静电剂0.5份。其中，本对比例中的麦秸秆纤维母粒的制备工艺如下：
取40份麦秸秆纤维放入反应器中的N,N-二甲基丙烯酰胺中，通入氮气使反应器内部为惰性环境，升温至120-130℃，并保持1-2h，将1-1.5份钛酸酯偶联剂加入反应器内，然后升温至150-160℃的条件下并保持2-3小时，然后降温至室温，得到改性麦秸秆纤维。
取改性麦秸秆纤维40份，然后加入HIPS树脂40份,SBS树脂20份,润滑剂0.5份，高混锅中分散搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度：170-200℃，螺杆转速为450r/min、熔体压力控制在1.6MPa、真空度-0.04～-0.08Mpa。得麦秸秆纤维母粒。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑加入低混机中以250r/min的转速混合3分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂加入高混机中以500r/min的转速混合6分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合6分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，将磷酸酯阻燃剂通过挤出级5段通氮气保护下侧喂加入，将麦秸秆纤维母粒并在通氮气保护下从7段侧喂加入，经熔融，融混，挤出造粒获得改性复合HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为200℃、螺杆转速为400r/min、熔体压力控制在1.5MPa、真空度-0.04～-0.06Mpa。
对比例4
本对比例中的组分按照以下重量份称取：HIPS树脂69.3份，溴系阻燃剂11份，三氧化二锑3份，磷酸酯阻燃剂4份，抗菌母粒10份，抗氧剂0.4份，光稳定剂0.7份，抗滴落剂0.5份，润滑剂0.6份，抗静电剂0.5份。
将HIPS树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑、磷酸酯阻燃剂加入低混机中以250r/min的转速混合3分钟，得到第一混合料；
将抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、抗滴落剂、抗静电剂、抗菌母粒加入高混机中以500r/min的转速混合6分钟，得到第二混合料；
将第一混合料加入第二混合料中，在高混机中以400r/min的转速混合6分钟，得到第三混合料；
将第三混合料加入平行双螺杆挤出机主喂料中，经熔融，融混，挤出造粒获得阻燃抗菌HIPS材料；
其中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为200℃、螺杆转速为400r/min、熔体压力控制在1.5MPa、真空度-0.04—-0.06MPa。
将上述实施例1-4和对比例1-4制备得到的产品压制成相同厚度的板材，制成50mm×50mm的塑料样品，进行抗菌测试。抗菌测试标准：QB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》。检测用菌：大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC25922。根据UL94标准进行制备样条和样板，进行燃烧性能测试。根据大众PV3900标准测试气味性能。测试结果如表1所示。
表1
从表1来看，本发明采用的溴系阻燃剂、三氧化二锑、磷酸酯阻燃剂具有很好的协同作用，三者在气相、液相、固相上均达到协同效果，从而使材料达到更高等级阻燃5VA，同时不影响材料的力学性能。芫荽纤维发挥了很好地吸附作用，实施例所制得的材料的气味性按照PV3900标准检测达到4.0级以上，同时由于芫荽纤维的补强作用，材料冲击性能良好达到65KJ/m2以上。从对比例4和实施例1比较来看：本发明将磷酸酯阻燃剂和另两种阻燃剂分别加入，以及单独将抗菌母粒通氮气保护下第7段侧喂加入，可以使材料达到更好的抗菌性和阻燃性。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。