CN102408642B

CN102408642B - 一种阻燃型微发泡全塑仿木材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102408642B
Application number: CN 201110223781
Authority: CN
Inventors: 曾碧榕; 许延利; 许一婷; 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: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102408642A

Abstract

一种阻燃型微发泡全塑仿木材料及其制备方法，涉及一种全塑仿木材料及其制备方法。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，阻燃剂15～25，抑烟剂5～15，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。按组分配比将助剂、着色剂、阻燃剂、抑烟剂、发泡剂和泡孔调节剂混合，得到混合料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、树脂和无机填充材料，以及混合料A混合，得到混合料B；将混合料B造粒，将所得的粒料成型，得无卤阻燃型微发泡全塑仿木材料。

Description

一种阻燃型微发泡全塑仿木材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全塑仿木材料及其制备方法，尤其涉及一种具有阻燃功能的微发泡全塑仿木材料及其制备方法。

背景技术

微发泡全塑仿木材料是一种节能环保的新型替木产品，由纯高分子材料发泡制成，可100％回收再使用。由于木材、塑木复合材料和全塑仿木材料都属于可燃物质，一旦燃烧，火势迅速蔓延形成火灾，势必造成无可挽回的人员伤亡和财产损失。全塑仿木材料作为一种新型替木产品，其阻燃性能受到建筑和家装等行业的广泛重视。王梅等(木材及木塑复合材料的阻燃性能研究进展[J]，塑料科技，2010，38：104-109)阐述了木材的阻燃机理，同时提出木塑复合材料的阻燃一般采用木纤维和树脂基体分别阻燃的理论。秦特夫等(木塑复合材料燃烧性能的研究[J]，南京林业大学学报，2011，35：71-74)发现添加阻燃技术后木塑复合材料的放热量和放热速率有所降低。刘运学等(全塑型聚氨酯塑胶地板的制备[J]，聚氨酯工业，2005，20，4：34-37)详细介绍了全塑型聚氨酯塑胶地板的制备，通过引进复合阻燃剂，使聚氨酯制品的阻燃等级达到了1。宋永明等(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，解决了木塑复合材料耐冲击性能差、易于燃烧的问题。目前国内传统塑木复合仿木材料的研发较多，全塑仿木材料的研究报道比较有限。阻燃技术在木材及木塑复合仿木材料中有所应用，而阻燃型全塑仿木材料的制备在国内公开发表的中文文献中非常少见。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有阻燃功能的阻燃型微发泡全塑仿木材料及其制备方法。

所述阻燃型微发泡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，阻燃剂15～25，抑烟剂5～15，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)、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；其中按质量比，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。

所述阻燃剂可由含卤阻燃剂、无机阻燃剂和三氧化二锑组成，按质量比，所述含卤阻燃剂∶无机阻燃剂∶三氧化二锑可为(6～11)∶(5～10)∶(4～7)；所述含卤阻燃剂可选自六溴环十二烷(HBCD)、四溴双酚A(TBBPA)、十溴二苯醚(DBDPO)、十溴二苯乙烷等中的至少一种；所述无机阻燃剂可选自氢氧化镁、氢氧化铝等中的至少一种。

所述抑烟剂可选自钼酸锌/氧化铁/氧化锌/氧化亚铜混合物，硼酸锌，氢氧化镁等中的至少一种。

所述发泡剂可包括吸热型发泡剂和放热型发泡剂，按质量比，吸热型发泡剂∶放热型发泡剂可为1∶(0.5～2)；所述吸热型发泡剂可选自碳酸铵，碳酸氢铵，NaHCO₃发泡剂，AC/NaHCO₃复合发泡剂，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)中的至少一种；所述放热型发泡剂可选自偶氮二甲酰胺发泡剂、偶氮甲酰胺甲酸钾发泡剂等中的至少一种。

所述CF系列发泡剂为CF-5505发泡剂、CF-210发泡剂、CF-420发泡剂(英国HENLEY品牌发泡剂)等中的一种。

所述泡孔调节剂可为聚丙烯酸酯类(ACR)等。

所述助剂可包括紫外线吸收剂、润滑剂、木香剂和分散剂，按质量比，紫外线吸收剂0.2～0.5，润滑剂0.2～0.5，木香剂0.4～0.7，分散剂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)；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、氨基硅油等中的至少一种；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；所述分散剂可为含端羧基聚丙烯酸丁酯(PBACOOH)低聚物。

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、氧化铁红和炭黑复合颜料；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。

所述阻燃型微发泡全塑仿木材料的制备方法包括以下步骤：

1)按组分配比将助剂、着色剂、阻燃剂、抑烟剂、发泡剂和泡孔调节剂混合，得到混合料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80℃下干燥2h。

3)按配比将聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、树脂和无机填充材料，以及混合料A混合，得到混合料B；

4)将混合料B造粒，将所得的粒料成型，得无卤阻燃型微发泡全塑仿木材料。

在步骤4)中，所述造粒可将混合料B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℃，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℃。

本发明制备的阻燃型微发泡全塑仿木材料与传统具有阻燃性能的塑料相比，独特性在于其具有天然木的强度和纹理，仿木效果逼真。与具有阻燃性能的塑木复合材料相比，独特优势在于：材料主体为高分子树脂，不含木质纤维成分，其阻燃要求相对木塑材料容易实现，阻燃机理也相对简单，传统塑料的阻燃的技术即可满足阻燃要求，降低了制备技术难度。而木塑复合材料的阻燃需要对木纤维与树脂基体分别处理，阻燃机理复杂。阻燃型微发泡全塑仿木材料的制备选用添加型有机阻燃剂和添加型无机阻燃剂的复合阻燃剂。由于所使用的有机阻燃剂为液态，添加后不仅起阻燃作用，而且还起到增塑剂的作用，这样制品的硬度、拉伸强度会随着加入量的增加而降低；而无机阻燃剂为固态，添加后在起阻燃作用的同时，还起到填料的作用，故制品的硬度、拉伸强度会随着加入量的增加而升高。因此采用复合阻燃剂，在取得较好阻燃效果的同时，对制品的主要力学性能影响不大。本发明的阻燃机理阐述为：当聚合物燃烧分解时，含卤阻燃剂开始分解，并捕捉燃烧反应中的高活性自由基，使其变为活性较低的卤素自由基，从而减缓或抑制燃烧链的反应。同时，反应生成的卤化氢气体可以稀释空气中的氧气，附着在材料表面，起隔氧作用，反应产生的水受热蒸发后亦能起到降温隔氧作用。锑化物表现出协同阻燃作用，它与卤化氢反应生产卤化锑，其蒸气密度大，能长时间附着在材料表面起到隔氧作用，卤化锑的分解是吸热反应，能够降低材料温度，反应亦可以捕捉燃烧反应中的高活性自由基，从而抑制燃烧。无机金属氢氧化物分解同样可长生水蒸气，产生的氧化物是高级耐火材料，且能在表面形成炭化层，有绝氧绝热抑烟作用。此外，通过添加抑烟剂，使燃烧过程中产生交联反应，交联会使得炭化层增加，有效减少形成烟气的炭的数量。

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

将纳米碳化硅1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CF-210/AC复合发泡剂0.5份(1∶1)0.5份，ACR泡孔调节剂0.5份，阻燃剂HBCD/三氧化二锑/氢氧化镁(6∶4∶5)15份，抑烟剂钼酸锌/氧化铁/硼酸锌(2∶1∶2)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0.7份，氧化锌/氧化铁红/炭黑0.5份混合，而后将所述两组混合物与PS100份，HIPS25份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机(造粒挤出温度160℃)中挤出造粒，最后将所得的粒料在挤出机(180℃，螺杆转速6～10r/min)中挤出加工成型。

对产品材料的氧指数及烟密度进行检测，以评价材料燃烧的难易程度及发烟量、释烟速率等阻燃性能指标。检测结果如下：

1、氧指数检测：氧指数检测值为24.7，根据GB2406-80定义，塑料制品氧指数＜21为可燃性塑料，于22～27之间为自熄性塑料，氧指数＞27为阻燃性塑料。聚苯乙烯塑料氧指数17～18，为可燃性塑料。与之相比，该全塑仿木材料氧指数为22以上，阻燃性能明显提高，已达到自熄标准，接近阻燃标准。

2、烟密度检测：经JSC-2型塑料烟密度检测装置检测，检测条件如下：样品距辐射源25cm，辐射源照度为25KW/m²(相应辐射温度为530℃，环境温度为40℃)。检测结果如下：试样平均7min时烟密度急剧增加，根据GB/T8323-2008，10min时试样最大平均烟密度为528。于相同实验条件，聚苯乙烯塑料的检测结果如下：4min时烟密度急剧增加，根据GB/T8323-2008，10min时最大烟密度为792(烟密度最大，已达检测上线)。检测结果说明，较聚苯乙烯塑料，该全塑仿木材料发烟量大为降低，发烟速率大为减缓，在火灾发生时有利于降低烟尘对人员视线及呼吸的干扰，有利于提供更长的逃生时间，减少人员伤亡与财产损失。

将产品进行拉伸强度、弯曲强度，吸水率，热收缩率等物理机械性能检测，结果见表1、表2。

实施例2

将纳米硫酸钡1份，纳米碳酸钙2份，AS/PMMA树脂(8∶5)13份混合，在干燥机内于80℃干燥2h。同时将CF-420/AP复合发泡剂1份(4∶5)，ACR泡孔调节剂1份，阻燃剂TBBPA/三氧化二锑/氢氧化铝(8∶7∶5)20份，抑烟剂钼酸锌/氧化锌/氢氧化铝(5∶3∶2)10份，UV-531(紫外线吸收剂)0.3份，硬脂酸钙/硬脂酸锌/氨基硅油(1∶1∶1)0.3份，云木木香油0.4份，聚丙烯酸丁酯1份，联苯胺黄/喹吖啶酮紫/永固黄HR(4∶2∶4)1份混合，而后将所述两组混合物与PS100份、HIPS30份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机(造粒挤出温度170℃)中挤出造粒，最后将所得的粒料在挤出机(200℃，螺杆转速6～10r/min)中挤出加工成型。

实施例3

将纳米二氧化硅1.5份，纳米硫酸钡1.5份，纳米碳酸钙3份，ABS/AS/PMMA树脂(6∶6∶3)15份混合，在干燥机内于80℃干燥2h。同时将发泡剂AP/AC/NaHCO₃复合(7∶3∶5)1.5份，泡孔调节剂PA-530/K-400复合(1∶1)2份，阻燃剂DBDPO/十溴二苯乙烷/三氧化二锑/氢氧化镁/氢氧化铝(5∶6∶4∶5∶5)25份，抑制烟钼酸锌/氧化铁/氧化亚铜，硼酸锌(5∶3∶3∶4)15份，UV-531(紫外线吸收剂)0.5份，聚乙烯蜡/氨基硅油(2∶3)0.5份，香樟木香油0.7份，聚丙烯酸丁酯1.3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，而后将所述两组混合物与PS100份、HIPS35份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机(造粒挤出温度160℃)中挤出造粒，最后将所得的粒料在挤出机(180℃，螺杆转速6～10r/min)中挤出加工成型。

实施例4

将纳米二氧化硅1份，纳米硫酸钡1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。同时将发泡剂碳酸氢钠/CF-5505/AC复合(2∶2∶1)1.5份，PA-530/ACR(1∶1)复合泡孔调节剂2份，阻燃剂TBBPA/十溴二苯乙烷/三氧化二锑/氢氧化铝(8∶7∶6∶5)20份，抑烟剂钼酸锌/氧化锌/氢氧化铝(5∶3∶2)10份，UV-531(紫外线吸收剂)0.5份，硬脂酸钙/聚乙烯蜡/氨基硅油(1∶2∶2)0.5份，香樟木香油0.7份，聚丙烯酸丁酯1.5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，而后将所述两组混合物与PS100份、HIPS35份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机(造粒挤出温度170℃)中挤出造粒，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。

实施例4

将纳米二氧化硅1份，纳米硫酸钡1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。同时将发泡剂碳酸氢钠/CF-5505/AC复合(2∶2∶1)1.5份，PA-530/ACR(1∶1)复合泡孔调节剂2份，阻燃剂TBBPA/十溴二苯乙烷/三氧化二锑/氢氧化铝(8∶7∶6∶5)20份，抑烟剂钼酸锌/氧化锌/氢氧化铝(5∶3∶2)10份，UV-531(紫外线吸收剂)0.5份，硬脂酸钙/聚乙烯蜡/氨基硅油(1∶2∶2)0.5份，香樟木香油0.7份，聚丙烯酸丁酯1.5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，而后将所述两组混合物与PS100份、HIPS35份混合，将最终混合物于双螺杆挤出机(造粒挤出温度170℃)中挤出造粒，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。

表1

实施例	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	吸水率(％)	握螺钉力(N)
					1	17.4	15.5	0.7	2159
2	17.5	15.9	0.72	2180
					3	17.8	16.1	0.71	2207
4	18.0	16.5	0.73	2213

表2

Claims

1.一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，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，阻燃剂15～25，抑烟剂5～15，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。

2.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，其特征在于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、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，其特征在于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；其中按质量比，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。

4.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，其特征在于所述阻燃剂由含卤阻燃剂、无机阻燃剂和三氧化二锑组成，按质量比，所述含卤阻燃剂∶无机阻燃剂∶三氧化二锑可为(6～11)∶(5～10)∶(4～7)；所述含卤阻燃剂选自六溴环十二烷、四溴双酚A、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷中的至少一种；所述无机阻燃剂选自氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，其特征在于所述抑烟剂选自钼酸锌/氧化铁/氧化锌/氧化亚铜混合物，硼酸锌，氢氧化镁中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，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，按质量比，吸热型发泡剂∶放热型发泡剂为1∶(0.5～2)；所述吸热型发泡剂选自碳酸铵，碳酸氢铵，NaHCO₃发泡剂，AC/NaHCO₃复合发泡剂，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；所述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。

7.如权利要求6所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，其特征在于所述CF系列发泡剂为CF-5505发泡剂、CF-210发泡剂、CF-420发泡剂中的一种。

8.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料，其特征在于所述泡孔调节剂为聚丙烯酸酯类；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0.2～0.5，润滑剂0.2～0.5，木香剂0.4～0.7，分散剂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、氨基硅油中的至少一种；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；所述分散剂为含端羧基聚丙烯酸丁酯低聚物；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、氧化铁红和炭黑复合颜料；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。

9.如权利要求1所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2)将树脂和无机填充材料干燥；

10.如权利要求9所述的一种阻燃型微发泡全塑仿木材料的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述干燥是在80℃下干燥2h；

在步骤4)中，所述造粒最好将混合料B经双螺杆挤出机挤出造粒，造粒挤出的温度最好为150～170℃；所述成型最好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最好为150～200℃，螺杆转速最好为6～10r/min；所述注塑成型的注塑设备的注射压力最好为60～120MPa，保压压力最好为30～40MPa，喷嘴温度最好为170～200℃。