CN102241861A - 阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料及其制备方法，所述硬质仿木材料包括如下重量份数的组分：回收聚苯乙烯50～70份，高抗冲聚苯乙烯55～75份，芯层阻燃母粒35～45份，表层专用阻燃母粒30～40份，发泡剂0.5～0.9份，增韧剂1～4份，增塑剂0.1～0.5份，着色剂0.5～0.9份。本发明的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，阻燃型高强度，为一种具有一定韧性、低密度的硬质发泡仿木材料，并同时具有防火、防水、防油、防虫、防霉、耐候、质轻等优点。

Description

阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料及其制备方法
技术领域
本技术涉及一种高分子仿木组合物，具体涉及一种聚苯乙烯低发泡硬质阻燃仿木材料及其制备方法。
背景技术
目前，市场上聚苯乙烯低发泡硬质仿木材料被广泛应运于画框，镜框，相框等中高档家居装饰类工艺品和家装建材领域。但聚苯乙烯(简称PS，下同)遇火易燃性限制了其低发泡硬质产品在建材，尤其是在车用内饰领域的推广与运用。
目前，阻燃型PS材料多集中在高发泡倍率的可发性聚苯乙烯(EPS)、挤塑聚苯乙烯(XPS)保温隔音材料和不发泡的PS实心材料，但各种阻燃PS材料有以下不足：
1、高发泡倍率的阻燃可发性聚苯乙烯(EPS)，挤塑聚苯乙烯(XPS)硬度和强度低；
2、不发泡阻燃PS材料密度高，抗冲击性能差，成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，包括如下重量份数的组分：
回收聚苯乙烯    50～70份，优选60份
高抗冲聚苯乙烯  55～75份，优选65份
芯层阻燃母粒    35～45份，优选40份
表层专用阻燃母粒    30～40份，优选35份
发泡剂              0.5～0.9份，优选0.7份
增韧剂              1～4份，优选3份
增塑剂              0.1～0.5份，优选0.3份
着色剂              0.5～0.9份，优选0.7份
所述回收聚苯乙烯指的是将回收的高发泡倍率的PS包装材料或墙体保温材料，通过脱挥造粒后制成的PS粒子。其性能接近通用级聚苯乙烯。如镇江奇美牌号为GPPS-22的产品；
所述高抗冲聚苯乙烯指的英文名称是High Impact Polystyrene，也称为耐冲击性聚苯乙烯，简称HIPS，所述耐冲击性聚苯乙烯是通过在聚苯乙烯中添加聚丁基橡胶颗粒的办法生产的一种抗冲击的聚苯乙烯产品，可采用赛科石化公司牌号为514的产品；
所述芯层阻燃母粒包括如下重量份数的组分：
回收聚苯乙烯  40～60份，优选50份
溴类阻燃剂    20～50份，优选30份
三氧化二锑    5～15份，优选10份
表面处理的无机阻燃剂5～15份，优选10份
氧化聚乙烯蜡  0.05～0.5份，优选0.1份
增塑剂        0.03～1份，优选0.3份；
所述无机阻燃剂选自粒径为0.7～1.6微米的氢氧化铝或氢氧化镁中的一种以上，表面处理方法的步骤如下：将所述无机阻燃剂与水搅拌混合成砂浆，然后将钛酸酯偶联剂乙醇溶液倒入所述砂浆中，在80～90℃下搅拌20～60分钟，过滤，干燥，即可得到表面处理的无机阻燃剂，各个组分的重量份数为：无机阻燃剂为40～60份，优选50份，水为37～57份，优选47份，钛酸酯偶联剂为1～2份，优选1.5份，乙醇为1～2份，优选1.5份；
优选的，所述无机阻燃剂为粒径为0.7～1.1微米的氢氧化铝或氢氧化镁的混合物，其中：氢氧化铝∶的氢氧化镁＝3.5～4.5∶1，重量比；
芯层专用阻燃母粒的制备方法，将回收聚苯乙烯、溴类阻燃剂、三氧化二锑、表面处理的无机阻燃剂、氧化聚乙烯蜡和增塑剂，采用常规的共混挤出方法，即可获得芯层专用阻燃母粒，共混挤出温度为130～170℃。
所述表层专用阻燃母粒包括如下重量份数的组分：
高抗冲聚苯乙烯40～60份，优选50份
溴类阻燃剂    10～40份，优选30份
硼酸盐        5～15份，优选10份
氧化聚乙烯蜡  0.1～0.2份，优选0.15份
增塑剂        0.2～0.4份，优选0.3份。
所述硼酸盐选自硼砂、硼酸或硼酸锌中的一种以上。
表层专用阻燃母粒的制备方法：将高抗冲聚苯乙烯、溴类阻燃剂、硼酸盐、氧化聚乙烯蜡和增塑剂，采用常规的共混挤出方法，即可获得表层专用阻燃母粒，共混挤出温度为140～180℃；
表层阻燃以能够形成隔离氧的碳化层为主；芯层阻燃以扑灭燃烧自由基为主，以增加聚合物热熔和抑烟为辅，并着重考虑通过对无机填充阻燃剂的表面处理，增加其在机体中的分散性，在芯层发泡过程中部分充当成核剂以增加泡孔密度，调节单孔直径，增加气孔完整度，以减轻材料的密度，增加材料的韧性及强度。
所述发泡剂选自偶氮类、N-亚硝化合物、酰肼类化合物、无机发泡剂；所述偶氮类如偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯或偶氮二甲酸二乙酯，所述N-亚硝化合物如二亚硝基五次甲基四胺，所述酰肼类化合物如4，4′氧代双苯磺酰肼，所述无机发泡剂如碳酸氢钠、碳酸铵或亚硝酸铵；
所述增韧剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、丁苯橡胶或丁苯透明抗冲树脂；
所述着色剂为色粉或色母粒；所述色粉如炭黑、钛白粉，所述色母粒为色粉与高抗冲聚苯乙烯的混合物，其中色粉的重量份数为20～45份，高抗冲聚苯乙烯重量份数为80～55份；所述色母粒的制备方法如下：将色粉与高抗冲聚苯乙烯共混挤出，切粒，即可获得色母粒。
上述涉及的增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油或环烷烃橡胶油。
上述涉及的溴类阻燃剂选自溴化聚苯乙烯，十溴联苯醚，十溴二苯乙烷，八溴联苯醚或四溴双酚A中的一种以上；
本发明的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将回收聚苯乙烯、芯层专用阻燃母粒、发泡剂、增塑剂、着色剂和增塑剂混合后，加入主挤出机；
(2)将高抗冲聚苯乙烯、表层专用阻燃母粒和着色剂，混合后，加入辅挤出机；
步骤(1)中的着色剂的用量为着色剂总重量的55～60％；
(3)将主挤出机和辅挤出机，通过同模共挤，发泡，冷却定型，即可获得所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，共混挤出温度为135～175℃，可根据需要，可制得截面形状各异，品种花样众多的框条建材，并进行后续的热压花及热转印工序，以满足不同的需要。
所述同模共挤指的是，两种塑化的原料在同一挤出模具汇合，辅机熔融原料包裹在芯层融料上面，芯层原料所含的发泡剂在挤出模口自由发泡膨胀，即主挤出机和辅挤出机中的物料通过同一个模具挤出成型。
用本发明所述的配方和制备方法，所获得的产品，具有塑化效果好，气孔均一细密，边角饱满，无弯曲，裂纹和破孔，可用于制备画框，镜框，相框等中高档家居装饰类工艺品。
本发明的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，阻燃型高强度，为一种具有一定韧性、低密度的硬质发泡仿木材料，并同时具有防火、防水、防油、防虫、防霉、耐候、质轻等优点。
具体实施方式
如无特别说明，实施例中，物料的用量均为重量份。
实施例1
40份的氢氧化铝和10份的氢氧化镁，47份的水搅拌混合成砂浆30分钟后，将1.5份的钛酸酯偶联剂和1.5份的乙醇搅拌混合，倒入砂浆，在85℃下搅拌40分钟，经过滤，干燥后得到表面处理的无机阻燃剂。钛酸酯偶联剂采用天长市宏盛精细化工厂牌号为TC-2的产品；
50份的回收聚苯乙烯粒子，30份的十溴二苯乙烷，10份的三氧化二锑，10份的处理后的无机阻燃剂，0.1份的氧化聚乙烯蜡和0.3份白油，在混合机搅拌12分钟后，在双螺杆挤出机挤出造粒，共混挤出温度为150℃得到芯层专用阻燃母粒。
60份的高抗冲聚苯乙烯，30份的十溴环十二烷，10份的硼酸锌，0.15份的氧化聚乙烯蜡，0.3份白油，在混合机中搅拌12分钟后，在双螺杆挤出机挤出造粒，共混挤出温度为160℃，得到表层专用阻燃母粒。
将60份的回收聚苯乙烯，40份的芯层专用阻燃母粒，0.7份的偶氮二甲酰胺发泡剂，3份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体，0.4份的色母粒0.3份的白油。在混合机中，搅拌12分钟后，加入主挤出机；将65份的高抗冲聚苯乙烯，35份的表层专用阻燃母粒，0.3份的色母粒，在混合机混合8分钟后，加入辅挤出机；然后通过同模共挤，自由发泡，冷却定型，即可获得所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，共混挤出温度为155℃。
其中色母粒为色粉与高抗冲聚苯乙烯的混合物，其中色粉的重量份数为35份，高抗冲聚苯乙烯重量份数为65份；所述色母粒的制备方法如下：将色粉与高抗冲聚苯乙烯共混挤出，切粒，即可获得色母粒。
采用GB/1843-1996，ANSL/UL94-1996标准进行检测，密度可控在0.36～0.60g/cm3，制品表面硬度可达80(邵氏D)，冲击强度可达3KJ/m2以上，材料的阻燃效能可达美标UL94的V-0级。
实施例2
将35份氢氧化铝和10份的氢氧化镁，53份的水搅拌混合成砂浆30分钟后，将1份的钛酸酯偶联剂和1份的乙醇搅拌混合，倒入砂浆，在85℃下搅拌40分钟，经过滤，干燥后得到表面处理的无机阻燃剂。钛酸酯偶联剂采用天长市宏盛精细化工厂牌号为TC-2的产品；
40份的回收聚苯乙烯粒子，30份的十溴二苯乙烷，10份的三氧化二锑，20份的处理后的无机阻燃剂，0.1份的氧化聚乙烯蜡和0.3份白油，在混合机搅拌15分钟后，在双螺杆挤出机挤出造粒，共混挤出温度为140～180℃得到芯层专用阻燃母粒。
50份的高抗冲聚苯乙烯，37份的十溴环十二烷，11份的硼酸锌，2份三氧化钼，0.15氧化聚乙烯蜡，0.3份白油，在混合机中搅拌15分钟后，在双螺杆挤出机挤出造粒，共混挤出温度为160℃，得到表层专用阻燃母粒。
将70份的回收聚苯乙烯，30份的芯层专用阻燃母粒，0.7份的偶氮二甲酰胺发泡剂，3份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体，0.4份的色母粒0.3份的白油。在混合机中，搅拌12分钟后，加入主挤出机；将60份的高抗冲聚苯乙烯；40份的表层专用阻燃母粒，0.3份的色母粒，在混合机混合8分钟后，加入辅挤出机；然后通过同模共挤，自由发泡，冷却定型，即可获得所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，共混挤出温度为155℃。
其中色母粒为色粉与高抗冲聚苯乙烯的混合物，其中色粉的重量份数为35份，高抗冲聚苯乙烯重量份数为65份；所述色母粒的制备方法如下：将色粉与高抗冲聚苯乙烯共混挤出，切粒，即可获得色母粒；
采用GB/1843-1996，ANSL/UL94-1996标准进行检测，密度可控在0.45～0.85g/cm3，制品表面硬度可达85(邵氏D)，冲击强度可达2.5KJ/m2以上，材料的阻燃效能可达美标UL94的V-0级。

Claims (10)

1.阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
回收聚苯乙烯      50～70份
高抗冲聚苯乙烯    55～75份
芯层阻燃母粒      35～45份
表层专用阻燃母粒  30～40份
发泡剂            0.5～0.9份
增韧剂            1～4份
增塑剂            0.1～0.5份
着色剂            0.5～0.9份。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
回收聚苯乙烯      60份
高抗冲聚苯乙烯    65份
芯层阻燃母粒      40份
表层专用阻燃母粒  35份
发泡剂            0.7份
增韧剂            3份
增塑剂            0.3份
着色剂            0.7份。
3.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述芯层阻燃母粒包括如下重量份数的组分：
回收聚苯乙烯        40～60份
溴类阻燃剂          20～50份
三氧化二锑          5～15份
表面处理的无机阻燃剂5～15份
氧化聚乙烯蜡        0.05～0.5份
增塑剂              0.03～1份。
4.根据权利要求3所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述芯层阻燃母粒包括如下重量份数的组分：
回收聚苯乙烯          50份
溴类阻燃剂            30份
三氧化二锑            10份
表面处理的无机阻燃剂  10份
氧化聚乙烯蜡          0.1份
增塑剂                0.3份。
5.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述无机阻燃剂选自粒径为0.7～1.6微米的氢氧化铝或氢氧化镁中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述无机阻燃剂为粒径为0.7～1.1微米的氢氧化铝或氢氧化镁的混合物，其中：氢氧化铝∶的氢氧化镁＝3.5～4.5∶1，重量比。
7.根据权利要求1所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述表层专用阻燃母粒包括如下重量份数的组分：
高抗冲聚苯乙烯    40～60份
溴类阻燃剂    10～40份
硼酸盐        5～15份
氧化聚乙烯蜡  0.1～0.2份
增塑剂        0.2～0.4份。
8.根据权利要求7所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述表层专用阻燃母粒包括如下重量份数的组分：
高抗冲聚苯乙烯    50份
溴类阻燃剂        30份
硼酸盐            10份
氧化聚乙烯蜡      0.15份
增塑剂            0.3份
所述硼酸盐选自硼砂、硼酸或硼酸锌中的一种以上；
9.根据权利要求1～8任一项所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，其特征在于，所述发泡剂选自偶氮类、N-亚硝化合物、酰肼类化合物、无机发泡剂；所述偶氮类如偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯或偶氮二甲酸二乙酯，所述N-亚硝化合物如二亚硝基五次甲基四胺，所述酰肼类化合物如4，4′氧代双苯磺酰肼，所述无机发泡剂如碳酸氢钠、碳酸铵或亚硝酸铵；
所述增韧剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、丁苯橡胶或丁苯透明抗冲树脂；
所述着色剂为色粉或色母粒；所述色粉如炭黑、钛白粉，所述色母粒为色粉与高抗冲聚苯乙烯的混合物，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油或环烷烃橡胶油；
所述溴类阻燃剂选自溴化聚苯乙烯，十溴联苯醚，十溴二苯乙烷，八溴联苯醚或四溴双酚A中的一种以上。
10.制备权利要求1～9任一项阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料的方法，包括如下步骤：
(1)将回收聚苯乙烯、芯层专用阻燃母粒、发泡剂、增塑剂、着色剂和增塑剂混合后，加入主挤出机；
(2)将高抗冲聚苯乙烯、表层专用阻燃母粒和着色剂，混合后，加入辅挤出机；
步骤(1)中的着色剂的用量为着色剂总重量的55～60％；
(3)将主挤出机和辅挤出机，通过同模共挤，发泡，冷却定型，即可获得所述的阻燃聚苯乙烯发泡硬质仿木材料，共混挤出温度为135～175℃。
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