CN101665613A - 一种耐高温烘烤的酚醛模塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，包含添加剂，还包括以下组分：(1)酚醛树脂，含量是30～48％；(2)木粉，含量是10～40％；(3)矿物填料，含量是10～30％；(4)乌洛托品，含量是4.0～9.0％；(5)磷酸酐，含量是0.5～5.0％；(6)丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子，含量是0.5～5.0％；并且公开了本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的制备方法。本发明的酚醛模塑料在250℃烘烤2小时，不开裂、不起泡、不变形；相对于普通电木，本发明成本不显著增加。

Description

一种耐高温烘烤的酚醛模塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐高温工程材料以及其制备方法，特别涉及一种耐高温烘烤的酚醛模塑料及其制备方法。

背景技术

酚醛模塑料又称胶木粉和电木粉，是一种用途广泛的的热固性塑料，是由酚醛树脂、填料、增塑剂、润滑剂和固化剂以一定配比组成。酚醛树脂的含量一般为35％-65％，填料一般为木粉，石棉、云母、高岭土，尼龙或玻璃纤维等。

酚醛模塑料是一种硬而脆的热固性塑料，密度1.5％～2.0g/cm3。机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘性能优异，适合制作电器，仪表的绝缘机构件，可在湿热条件下使用。

以木粉填充的普通酚醛模塑料成型制品在200℃以下经1小时烘烤，表面即出现开裂现象，甚至变形。这给某些厨房用具产品使用电木带来限制。耐高温烘烤类的电木一般要求在230℃以上烘2小时，不开裂、不起泡、不变形。木粉的加入一方面降低了酚醛树脂的热稳定性，另一方面，木粉中的丙酮提取物等次级组分由于易于流动而影响电木制品的耐烘烤性能。电木制品在高温烘烤时因受热会产生内应力，而不经增韧的电木经烘烤后容易开裂变形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温烘烤的酚醛模塑料及其制备方法，本发明的酚醛模塑料在250℃烘烤2小时，不开裂、不起泡、不变形；相对于普通电木，本发明成本不显著增加。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，包含添加剂，其特征在于，包括以下组分：

(1)酚醛树脂，含量是30～48％；

(2)木粉，含量是10～40％；

(3)矿物填料，含量是10～30％；

(4)乌洛托品，含量是4.0～9.0％；

(5)磷酸酐，含量是0.5～5.0％；

(6)丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子，含量是0.5～5.0％。

所述的矿物填料包括碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、玻璃纤维的一种或几种组合。

所述的酚醛树脂是热塑性酚醛树脂。

所述木粉细度是100-150目；水分≤6.0％；表观密度0.21-0.29mg/cm³；丙酮提取物≤3.0％；灰分＜4.0％。

所述的乌洛托品粒径是200-300目。

所述的磷酸酐主要包括氧化磷，其中氧化磷的含量≥98.8％。

所述丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子是全硫化橡胶粒子，粒径是50-150nm。

一种耐高温烘烤的酚醛模塑料的制备方法，其特征在于，

将磷酸酐与乌洛托品预先在高速混合机中高速混合反应15-20分钟，反应温度30-50℃，生成氧化磷/乌洛托品键合物。之后再与丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子高速混合3分钟，获得中间混合物；

将酚醛树脂粉碎，与木粉、中间混合物以及矿物填料，与添加剂一起均匀混合后，经塑炼粉碎造粒。

本发明的有益效果是提供一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，在250℃烘烤2小时，不产生开裂、不起泡、不变形，为耐高温烘烤用品如厨具手柄等提供一种理想的成型材料；并且本发明相对于普通电木，成本不显著增加。本发明还公开了制备耐高温烘烤的酚醛模塑料的方法。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明公开一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，包含添加剂，还包括以下组分：(1)酚醛树脂，含量是30～48％；(2)木粉，含量是10～40％；(3)矿物填料，含量是10～30％；(4)乌洛托品固化剂，含量是4.0～9.0％；(5)磷酸酐催化剂，含量是0.5～5.0％；(6)丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子，含量是0.5～5.0％。所述的添加剂包括颜料、润滑剂、阻燃剂、脱模剂等，是本发明领域公知技术。

本发明使用酚醛树脂作为粘合剂。所采用的酚醛树脂是酸催化的热塑性酚醛树脂，占本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的30～48％，但35％～45％的比重范围是相对更好的。

本发明使用木粉作为增强材料。所述木粉细度是100-150目；水分≤6.0％；表观密度0.21-0.29mg/cm³；丙酮提取物≤3.0％；灰分＜4.0％。木粉中的丙酮提取物，属次级组分，非骨架高分子，或非结构高分子，是不属于纤维素，半纤维素，或木质素分类的任何化合物，这些相对易于流动的物质对木粉的表面化学有着极大的影响。其含量必须严格控制，否则影响电木的耐热性能和耐烘烤性能。本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料所采用的木粉的丙酮提取物不超过3.0％。木粉的用量占本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的10-40％，但20-30％的比重范围是相对更好的。

本发明使用磷酸酐作为催化剂，所述的磷酸酐催化剂主要包括氧化磷，其中氧化磷的含量≥98.8％。磷酸酐的加入，可以使酚醛树脂和磷酸酐之间生成健能较高的P-O健，从而改善了酚醛模塑料的耐热性能。本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料采用磷酸酐与乌洛托品预先在高速混合机中高速混合反应15-20分钟，反应温度30-50℃，生成氧化磷/乌洛托品键合物。之后再与纳米橡胶粒子高速混合3分钟，此混合物再与其他物料按正常模塑料生产工艺混合产生本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料。磷酸酐的用量占本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的0.5-5.0％，但2.0-3.0％的比重范围是相对更好的。磷酸酐的用量的比重低于0.5％，起不了改善耐热性的作用，而高于5.0％，则固化速度太慢，影响注射加工效率。

本发明使用乌洛托品作为固化剂，粒径为200-300目。乌洛托品固化剂用量占本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的4.0-9.0％，但5.0-8.0％的比重范围是相对更好的；并且乌洛托品固化剂的用量为本发明所使用的热塑性酚醛树脂重量的12％～18％。如果使用的固化剂量超过上限值太多，则成型的本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的机械强度就会降低；反之，如果固化剂用量低于下限量，则成型时的收缩不可能充分，也会使成型的本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的机械强度降低。机械性能的降低将导致耐高温烘烤性能下降。

本发明采用丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子作为增韧剂。所述的丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子为超细全硫化橡胶粒子，粒径为50-150nm。丙烯酸酯橡胶是以丙烯酸酯为主单体经共聚而得的弹性体，其主链为饱和碳链，侧基为极性酯基，其耐热、耐老化性优于丁腈橡胶，由于酯基的极性，与酚醛树脂有较好的相容性；硅橡胶具有优良的耐高、低温性能。丙烯酸酯纳米粒子既提高了丙烯酸酯橡胶的耐热性，又解决了与酚醛树脂相容性的问题，其正常使用温度可以达到300℃；硅橡胶纳米粒子由于纳米效应也可以更好地起增韧作用。为了解决纳米硅橡胶粒子在本发明耐高温烘烤的酚醛模塑料成型中的分散问题，采用在高速混合机中与氧化磷/乌洛托品健合物预混合分散技术。

由于普通的电木制品在250℃高温烘烤时因受热会产生内应力，这种局部内应力是导致电木制品开裂的主要原因。而本发明中使用丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子作为增韧剂，使得本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料在250℃高温下能保持正常的力学强度而不变形，丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子的韧性作用吸收和分散了本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料中的内应力，从而改善了电木制品的耐烘烤性能。丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子用量占本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的0.5-5.0％，但1.0-4.0％的比重范围是相对更好的；所占比重低于0.5％，增韧效果不佳；而所占比重高于5.0％，电木制品弯曲强度下降。

本发明使用的矿物填料包括碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、玻璃纤维中的一种或者几种组合。矿物填料的选择取决于对强度及加工性能的要求，一般云母、硅灰石、玻璃纤维可以提高成型的本发明耐高温烘烤的酚醛模塑料的机械强度；而碳酸钙、滑石粉可以改善成型的本发明耐高温烘烤的酚醛模塑料的流动性即改善其加工性能。碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、玻璃纤维等矿物填料的用量占本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的10-30％，但13-28％的比重范围是相对更好的。

本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的制备方法是：

将磷酸酐与乌洛托品预先在高速混合机中高速混合反应15-20分钟，反应温度30-50℃，生成氧化磷/乌洛托品键合物；之后再与丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子高速混合3分钟，得到中间混合物。

将线型酚醛树脂粉碎，与木粉、中间混合物以及矿物填料，及添加剂一起均匀混合后，经双辊塑炼机塑炼粉碎造粒，最后造粒成型，即获得注塑用的本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料。所述的添加剂包括颜料、润滑剂、阻燃剂、脱模剂等，是本领域公知技术，不再赘述。

表1是本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的6个实施例，通过本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的制备方法进行混合以混炼，最后造粒成型。实施例1-6的各组成部分比重及性能指标都列在该表中。表1中制成耐高温烘烤的酚醛模塑料的各组成部分的用量以占耐高温烘烤的酚醛模塑料重量的百分比表示；表1中的各项性能指标按ISO14526-2标准测试，燃烧性按UL94标准测试。

表1

表1是本发明的耐高温烘烤的酚醛模塑料的6个实施例，各个组成部分采用如下规格和型号：(1)热塑性酚醛树脂，游离酚≤3.0％，软化点：85℃-95℃；上海欧亚合成材料有限公司生产。(2)木粉，细度：100-150目；水分≤6.0％；表观密度mg/cm³：0.21-0.29；丙酮提取物≤3.0％；灰分＜4.0％；浙江荣盛木粉厂生产。(3)磷酸酐：氧化磷≥98.8％；天津圆通塑料助剂化工有限公司生产。(4)丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子，粒径为50～150nm；北化研化工新技术公司产品。(5)乌洛托品，50um粒径；浙江巨化集团公司综合利用经营分公司产品。(6)矿物填料由碳酸钙和玻璃纤维组成，比重各50％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1、一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，包含添加剂，其特征在于，包括以下组分：

(1)酚醛树脂，含量是30～48％；

(2)木粉，含量是10～40％；

(3)矿物填料，含量是10～30％；

(4)乌洛托品，含量是4.0～9.0％；

(5)磷酸酐，含量是0.5～5.0％；

(6)丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子，含量是0.5～5.0％。

2、根据权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，其特征在于，所述的矿物填料包括碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、玻璃纤维的一种或几种组合。

3、根据权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，其特征在于，所述的酚醛树脂是热塑性酚醛树脂。

4、根据权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，其特征在于，所述木粉细度是100-150目；水分≤6.0％；表观密度0.21-0.29mg/cm³；丙酮提取物≤3.0％；灰分＜4.0％。

5、根据权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，其特征在于，所述的乌洛托品粒径是200-300目。

6、根据权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，其特征在于，所述的磷酸酐主要包括氧化磷，其中氧化磷的含量≥98.8％。

7、根据权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料，其特征在于，所述丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子是全硫化橡胶粒子，粒径是50-150nm。

8、权利要求1所述的一种耐高温烘烤的酚醛模塑料的制备方法，其特征在于，

将磷酸酐与乌洛托品预先在高速混合机中高速混合反应15-20分钟，反应温度30-50℃，生成氧化磷/乌洛托品键合物。之后再与丙烯酸酯纳米粒子或硅橡胶纳米粒子高速混合3分钟，获得中间混合物；

将酚醛树脂粉碎，与木粉、中间混合物以及矿物填料，与添加剂一起均匀混合后，经塑炼粉碎造粒。