CN102268164B

CN102268164B - 一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生产方法

Info

Publication number: CN102268164B
Application number: CN 201110222462
Authority: CN
Inventors: 许一婷; 许延利; 曾碧榕; 吴卫明; 戴李宗
Original assignee: Jiangsu Changsheng Pipe Industry Co Ltd; Xiamen University
Current assignee: Jiangsu Changsheng Pipe Industry Co Ltd; Xiamen University
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102268164A

Abstract

一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生产方法，涉及一种全塑仿木材料。提供一种可改善防水防潮性能，降低材料密度与脆性，提高机械强度并延长使用寿命，而且材料不含木质成分，低碳环保的微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生产方法。全塑仿木材料的组成及配比为聚苯乙烯100，高抗冲聚苯乙烯20～40，树脂10～15，无机填充材料2～5，发泡剂0.5～1.5，泡孔调节剂0.5～2，着色剂0.5～2，助剂1.5～3。将发泡剂、泡孔调节剂、助剂与着色剂混合得混合料A；将树脂和无机填充材料干燥；按配比将聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、树脂和混合料A与无机填充材料混合得混合料B；将混合料B挤出造粒，成型，即得产品。

Description

一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种全塑仿木材料，尤其是一种采用热平衡微发泡技术制备的聚苯乙烯全塑仿木材料。

背景技术

微发泡工艺是指在塑料生产加工等领域中，利用发泡技术，在原料内部形成均匀微小封闭的气孔。其优势在于节省原料，降低制品密度，同时可减少制品内部的缺陷，克服部分原料脆性大的缺点，提高制品韧性，提升机械强度；封闭的气孔同时改善制品的防水防潮性能，拓宽使用范畴，延长使用寿命。微发泡技术已然广泛应用于传统塑料制造业，木塑复合仿木材料制造业等生产制造领域。

苏阳等(苏阳等，聚丙烯PP注塑化学微发泡过程的研究[J].现代机械，2007，(05)：77-78)通过对聚丙烯PP化学微发泡注塑过程进行研究，表明在化学微发泡注塑过程中存在欠发泡、微发泡、过发泡三种状态，并得出结论：对注塑化学微发泡过程的控制是制备高性能微发泡材料的关键。

张正红(张正红.PVC木塑复合微孔发泡材料挤出成型技术研究[J].浙江化工，2007，(12))介绍了PVC木塑复合微孔发泡材料挤出成型的生产技术及一些注意事项。

中国专利CN101153098A公开了一种微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料及其制备方法，其配方主要成分是聚苯乙烯、木质纤维、发泡剂和各类助剂。但传统木塑复合仿木材料中因存在树脂与木质纤维相容性的问题，泡孔大小，分布均匀性难以较好控制，且内部缺陷较多，影响材料的防水防潮性能及机械强度。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有的全塑仿木材料的主辅料相容性较差、泡孔尺寸差别较大、分布不均等问题，提供一种可改善防水防潮性能，降低材料密度与脆性，提高机械强度并延长使用寿命，而且材料不含木质成分，低碳环保的微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生产方法。

所述微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的组成及按质量比的配比为：聚苯乙烯(PS)100，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)20～40，树脂10～15，无机填充材料2～5，发泡剂0.5～1.5，泡孔调节剂0.5～2，着色剂0.5～2，助剂1.5～3。

所述树脂可选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS)树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等中的至少一种。

所述无机填充材料可选自CaCO₃纳米颗粒和SiO₂纳米颗粒，或CaCO₃纳米颗粒和SiC纳米颗粒，或CaCO₃纳米颗粒和BaSO₄纳米颗粒等；按质量比，CaCO₃纳米颗粒为1～3，SiO₂纳米颗粒或SiC纳米颗粒或BaSO₄纳米颗粒为1～2。

所述发泡剂包括吸热型发泡剂和放热型发泡剂，其质量比为吸热型发泡剂∶放热型发泡剂为(1～2)∶(1～2)，其中吸热型发泡剂可选自碳酸铵，碳酸氢铵，NaHCO₃发泡剂，偶氮二甲酰胺复合物(Hydrocell)发泡剂，柠檬酸与碳酸氢钠复合物(Hydrocerolbih)发泡剂，CF系列发泡剂(聚苯乙烯专用发泡剂)等中的至少一种；放热型发泡剂可选自偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂、偶氮甲酰胺甲酸钾(AP)发泡剂等中的至少一种。

所述CF系列发泡剂可选自CF-5505发泡剂、CF-210发泡剂、CF-420发泡剂等(英国HENLEY品牌发泡剂)中的一种。

所述泡孔调节剂可选自氨基硅油和聚丙烯酸酯类(ACR)等中的至少一种。

所述助剂包括紫外线吸收剂、润滑剂、木香剂和分散剂，按质量比，紫外线吸收剂为0.2～0.5，润滑剂为0.2～0.5，木香剂为0.4～0.7，分散剂为0.7～1.3；所述紫外线吸收剂可选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)等；所述润滑剂可选自聚乙烯蜡，锂复合皂基脂，硬脂酸锌、硬脂酸钙，棕榈蜡等中的至少一种；所述木香剂可选自云木木香油、檀木木香油、香樟木香油等中的一种；所述分散剂可选自含端羧基聚丙烯酸丁酯(PBACOOH)低聚物等。

所述着色剂可选自无机颜料、有机颜料等中的至少一种，所述无机颜料可选自氧化锌、氧化铁红、炭黑复合颜料等中的一种，所述有机颜料可选自联苯胺黄、喹吖啶酮紫、永固黄HR等中的至少一种。

所述微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生产方法，包括以下步骤：

1)将发泡剂、泡孔调节剂、助剂与着色剂混合得混合料A；

2)将树脂和无机填充材料干燥；

在步骤2)中，所述干燥可在70～90℃下干燥1～3h。

3)按配比将聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、树脂和混合料A与无机填充材料混合得混合料B；

4)将混合料B挤出造粒，成型，得微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料。

在步骤4)中，所述挤出造粒可经双螺杆挤出机挤出造粒，造粒挤出的温度可为150～170℃；所述成型可将所得的粒料在挤出机中挤出加工成型或通过注塑设备注塑成型；所述挤出加工成型的挤出温度可为150～200℃，挤出机的螺杆转速可为6～10r/min；所述注塑成型的注塑设备的注射压力可为60～120MPa，保压压力可为30～40MPa，喷嘴温度可为170～200℃。

本发明提供一种基于热平衡微发泡技术的挤出成型聚苯乙烯全塑环保仿木材料，通过将微发泡工艺应用于全塑仿木材料，避免了主辅料相容性问题，解决了传统木塑仿木材料中泡孔尺寸差别大、分布不均等问题，进一步改善了仿木材料的防水防潮性能，降低材料密度与脆性，提高机械强度并延长使用寿命，且材料不含木质成分，低碳环保。

本发明通过采用吸热型与放热型发泡剂复配使用，实现发泡剂分解时热量平衡技术，有助于发泡过程中的温度控制，使泡孔结构与尺寸易于控制，防止单纯使用一种发泡剂(特别是放热型发泡剂)分解放出的热量使得外层冷却时内部局部过热，粘度降低，分解气体易逸出，导致泡孔不均匀。同时形成的均匀泡孔结构可在材料受到外力作用时吸收及分散能量，有助于提高型材机械性能。其微发泡原理为，通过挤出加工成型或注塑成型过程中，发泡剂在熔体中达到分解温度后产生气体进而发泡，纳米CaCO₃与SiO₂此时可起到成核作用，有助于形成气泡。控制熔体流速与压力，使得熔体压力大于气泡压力而又不至于破泡，此时泡孔调节剂起到关键作用，通过调节熔体粘度使得发泡时气体向外的膨胀压与泡孔壁处熔体的压力达到动态平衡，有利于形成均匀细小的气泡。当部分发泡的熔体由挤出装置进入发泡装置后，进行急剧冷却及可控降压操作，使得表面气泡来不及膨胀就被固定下来，即得到内部多泡而表面光滑的制品。本发明将微发泡工艺应用于全塑仿木材料，避免了主辅料相容性问题，解决了传统木塑仿木材料中泡孔尺寸差别大、分布不均等问题，进一步改善了仿木材料的防水防潮性能，降低材料密度与脆性，提高机械强度并延长使用寿命，且材料不含木质成分，低碳环保。

附图说明

图1为实施例1生产的样品近表面部分经显微图像分析系统50倍放大示意图。

图2为实施例2生产的样品经显微图像分析系统50倍放大示意图。

图3为实施例3生产的样品经显微图像分析系统50倍放大示意图。

图4为实施例4生产的样品经显微图像分析系统50倍放大示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将纳米SiC1份，纳米碳酸钙1份，ABS树脂10份混合，在干燥机内于80℃干燥2h，同时将碳酸氢钠/AC复合发泡剂0.5份(1∶1)，ACR泡孔调节剂0.5份，UV-531(紫外线吸收剂)0.2份，聚乙烯蜡/锂复合皂基脂(1∶1)0.2份，檀木木香油0.4份，聚丙烯酸丁酯PBACOOH0.7份，氧化锌/氧化铁红/炭黑(2∶2∶1)0.5份混合，而后将上述两组混合物与PS100份，HIPS25份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度控制在160～170℃，最后将所得的粒料于180～200℃下在挤出机中挤出加工成型，挤出机螺杆转速8r/min。

结合材料的密度，对相关机械性能检测，结果见表1、表2。结果发现，热平衡微发泡技术进一步降低材料密度，提高了材料抗冲强度，改善了仿木材料的防水防潮性能，提高机械强度并延长使用寿命。样品的发泡程度与相应泡孔密度见图1，如图1所示，样品靠近表面的部分结皮发泡使得该部分含泡孔数量少，实际生产中，结皮时表面应力较难控制，受其影响，少量泡孔会破裂，实验测得密度较大，为788.7kg/m³，且泡孔取向性明显。

实施例2

将纳米BaSO₄2份，纳米碳酸钙2份，AS/PMMA树脂13份(8∶5)混合，在干燥机内于80℃干燥2h。同时将Hydrocell/AP复合发泡剂1份，氨基硅油泡孔调节剂1份，UV-531(紫外线吸收剂)0.3份，硬脂酸钙/硬脂酸锌(1∶1)0.3份，云木木香油0.4份，聚丙烯酸丁酯PBACOOH 1份，联苯胺黄/喹吖啶酮紫/永固黄HR(4∶2∶4)1份混合，而后将上述两组混合物与PS 100份、HIPS 30份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度控制在150～160℃，最后将所得的粒料于160～180℃下在挤出机中挤出加工成型，挤出机螺杆转速10r/min。

结合材料的密度，对相关机械性能检测，结果见表1、表2。样品发泡程度与相应泡孔密度见图2，如图2所示，经50倍放大观察，可见封闭均匀泡孔结构，此样品密度为643.8kg/m³，单位面积内，有效泡孔数量＞25。

实施例3

将纳米SiO₂2份，纳米碳酸钙3份，ABS/AS/PMMA树脂15份(6∶6∶3)混合，在干燥机内于80℃干燥2h。同时将发泡剂Hydrocerol/AC/碳酸氢铵复合(7∶5∶3)1.5份，ACR/氨基硅油泡孔调节剂(1∶1)2份，UV-531(紫外线吸收剂)0.5份，聚乙烯蜡0.5份，香樟木香油0.7份，聚丙烯酸丁酯PBACOOH1.3份，氧化锌/氧化铁红/炭黑，联苯胺黄、喹吖啶酮紫、永固黄HR(2∶3∶1∶4∶2∶3)1.5份混合，而后将上述两组混合物与PS100份、HIPS35份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度控制在160～170℃，最后将所得的粒料于180～200℃下在挤出机中挤出加工成型，挤出机螺杆转速7r/min。

.结合材料的密度，对相关机械性能检测，结果见表1、表2。样品发泡程度与相应泡孔密度见图3，如图所示，单位面积内，有效泡孔数量较实施例2少，近20个，因而密度较实施例2大，为765.7kg/m³。

实施例4

将纳米SiO₂1份，纳米BaSO₄1份，纳米碳酸钙3份，ABS/PMMA树脂15份(3∶2)混合，在干燥机内于80℃干燥2h。同时将发泡剂碳酸铵/CF-5505/AC复合(2∶2∶1)1.5份，ACR/氨基硅油(1∶1)复合泡孔调节剂2份，UV-531(紫外线吸收剂)0.5份，硬脂酸钙/聚乙烯蜡(1∶2)0.5份，香樟木香油0.7份，聚丙烯酸丁酯PBACOOH1.3份，氧化锌/氧化铁红/炭黑，联苯胺黄、喹吖啶酮紫、永固黄HR(2∶3∶1∶4∶2∶3)1.5份混合，而后将上述两组混合物与PS100份、HIPS35份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度控制在160～170℃，最后将所得的粒料通过卧式注塑机注塑成型，喷嘴温度180～195℃，注塑压力80-120MPa，保压压力30-40MPa。

结合材料的密度，对相关机械性能检测，结果见表1、表2。样品发泡程度与相应泡孔密度见图4，如图4所示，可观察到明显的封闭泡孔结构，且泡孔紧凑，密度为775.1kg/m³。对比实施例2、3，说明在制品内部(非结皮部分)，利用发泡技术可将制品密度控制在650～750kg/m³。

表1

表2

Claims

1.一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于其组成及按质量比的配比为：聚苯乙烯100，高抗冲聚苯乙烯20~40，树脂10~15，无机填充材料2~5，发泡剂0.5~1.5，泡孔调节剂0.5~2，着色剂0.5~2，助剂1.5~3；

所述树脂选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；

所述无机填充材料选自CaCO₃纳米颗粒和SiO₂纳米颗粒，或CaCO₃纳米颗粒和SiC纳米颗粒，或CaCO₃纳米颗粒和BaSO₄纳米颗粒；按质量比，CaCO₃纳米颗粒为1~3，SiO₂纳米颗粒或SiC纳米颗粒或BaSO₄纳米颗粒为1~2；

所述泡孔调节剂选自氨基硅油、聚丙烯酸酯类中的至少一种。

2.如权利要求1所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述发泡剂包括吸热型发泡剂和放热型发泡剂，其质量比为吸热型发泡剂∶放热型发泡剂为（1～2）∶（1~2），其中吸热型发泡剂选自碳酸铵，碳酸氢铵，NaHCO₃发泡剂，偶氮二甲酰胺复合物发泡剂，柠檬酸与碳酸氢钠复合物发泡剂，CF系列发泡剂中的至少一种；放热型发泡剂选自偶氮二甲酰胺发泡剂、偶氮甲酰胺甲酸钾发泡剂中的至少一种。

3.如权利要求2所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述CF系列发泡剂选自CF-5505发泡剂、CF-210发泡剂、CF-420发泡剂中的一种。

4.如权利要求1所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述助剂包括紫外线吸收剂、润滑剂、木香剂和分散剂，按质量比，紫外线吸收剂为0.2~0.5，润滑剂为0.2~0.5，木香剂为0.4~0.7，分散剂为0.7~1.3；所述紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；所述润滑剂选自聚乙烯蜡，锂复合皂基脂，硬脂酸锌、硬脂酸钙，棕榈蜡中的至少一种；所述木香剂选自云木木香油、檀木木香油、香樟木香油中的一种；所述分散剂选自含端羧基聚丙烯酸丁酯低聚物。

5.如权利要求1所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述着色剂选自无机颜料、有机颜料中的至少一种，所述无机颜料选自氧化锌、氧化铁红、炭黑复合颜料中的一种，所述有机颜料选自联苯胺黄、喹吖啶酮紫、永固黄HR中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将发泡剂、泡孔调节剂、助剂与着色剂混合得混合料A；

2）将树脂和无机填充材料干燥；

3）按配比将聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、树脂和混合料A与无机填充材料混合得混合料B；

4）将混合料B挤出造粒，成型，得微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料。

7.如权利要求6所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生产方法，其特征在于在步骤2）中，所述干燥是在70～90℃下干燥1～3h。

8.如权利要求6所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生产方法，其特征在于在步骤4）中，所述挤出造粒是经双螺杆挤出机挤出造粒，造粒挤出的温度为150～170℃。所

9.如权利要求6所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生产方法，其特征在于在步骤4）中，所述成型是将所得的粒料在挤出机中挤出加工成型或通过注塑设备注塑成型；所述挤出加工成型的挤出温度为150～200℃，挤出机的螺杆转速为6～10r/min。

10.如权利要求6所述的一种微发泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生产方法，其特征在于在步骤4）中，所述成型的注塑设备的注射压力为60~120MPa，保压压力为30～40MPa，喷嘴温度为170～200℃。