CN104017311B - 钢塑高阻燃防火门窗型材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有良好加工性能和机械强度，并且具有优异阻燃和抑烟效果的钢塑防火窗型材及其制造方法，由PVC发泡体与钢衬复合而成，PVC发泡体由PVC树脂，增塑剂，热稳定剂，抗冲改性剂，润滑剂，紫外线吸收剂，钛白粉，阻燃抑烟剂和组成，阻燃抑烟剂由锡酸锌，α-八钼酸铵，α-磷酸锆，季磷盐表面活性剂等组成，提高了阻燃抑烟剂的阻燃和抑烟效率，使PVC发泡体具有优异的塑性，便于在钢衬上进行复合加工，并提高氧指数，降低烟密度等级，适用于作为大型建筑物的隔断玻璃幕墙和门窗的框架。

Description

钢塑高阻燃防火门窗型材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，具体是一种由具有阻燃抑烟效果的PVC发泡体与钢衬复合而成的钢塑防火门窗型材及其制造方法。

背景技术

随着工业的发展，塑料在化工、轻工、农业、建材、机电、纺织等行业中的应用越来越广泛，塑料的成型和加工技术的发展也越来越迅速。尤其近几年来，钢塑共挤门窗异型材的兴起，使塑料在建筑工业中的地位越来越重要。

聚氯乙烯（PVC）因其本身具有耐腐蚀、绝缘、耐磨损、综合力学性能好等优点，目前在化工、轻工、农业、建材、机电、纺织等行业中应用广泛。在建筑工业里，对PVC的选材与应用时，还应考虑防火问题。虽然PVC本身具有阻燃性，但是在生产过程中，为了改善其成型加工性能，通常加入大量增塑剂和其他助剂，大大降低了PVC材料的隔热阻燃性能。市场上开发了一系列PVC阻燃剂，如氢氧化铝，氢氧化镁，三氧化二锑等。

但这些阻燃剂也存在很多不足：首先，这些阻燃剂生产过程中难以消去里面的杂质，如三氧化二锑杂质包含有三氧化二砷以及铅等重金属，对人体有剧毒，不符合国家RoHS指标的规定；其次，PVC燃烧时难以完全燃烧，会产生大量的炭微粒，飘散于气体中形成黑烟并伴有刺鼻的有害气体，造成救援和逃离火场的困难；更严重的是，为了获得足够的阻燃性能，要求添加的比例较高，影响材料的机械性能，从而影响材料的整体综合性能。所以对PVC材料的阻燃、抑烟、增强力学强度方面的研究势在必行。

CN103275508A公开的阻燃塑料，阻燃剂为三氧化二锑，占阻燃塑料质量百分比30—40%，添加剂占阻燃塑料质量百分比20—35%。

CN102344626A的阻燃剂为聚丙烯阻燃母粒，添加剂、填充剂等各占5—10%。CN1583869A的阻燃抑烟剂的主要组分是氧化钼（MoO₃）、三氧化二锑（Sb₂O₃）、硼酸锌（ZnBO₃）和界面增强剂。

CN102501527A的阻燃抑烟层主要成分是氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或其任意比混合物。

CN103756189A公开的阻燃抑烟剂是由三氧化二锑、八钼酸铵和硼酸锌组成，增韧剂为CPE，增效剂为水合羟基氧化铁，稳定剂是钙锌复合热稳定剂，润滑剂是固体石蜡。

CN102975427A公开一种防火阻燃钢塑复合板及其制造方法，其无卤防火阻燃层是由30—45%的低密度聚乙烯及其共聚物，50—68%的氢氧化镁/氢氧化铝无机阻燃料、表面活性剂、抗氧剂和其他助剂组成，所述的防火阻燃钢塑复合板的制造方法是采用共挤出复合技术，所用热熔粘接剂主要成分是聚乙烯接枝马来酸酐。

CN103788547A公开了一种阻燃抑烟PVC管材料及其制备方法，所述复合阻燃剂及阻燃助剂组成，所述阻燃剂为采用钛酸酯类偶联剂NDZ-311表面处理的Mg(OH)₂，所述阻燃助剂为采用钛酸酯类偶联剂表面处理的Sb₂O₃或采用硅烷类偶联剂表面处理的ZnO。

CN103030901A的阻燃抑烟体系是由氢氧化铝、八钼酸铵、硼酸锌、钼酸锌、氧化锌和硬脂酸复合而成。

CN1288020A的抑烟剂主要是粉煤灰，用量15-70份，抑烟协同剂为硼酸锌、三氧化二锑及氢氧化铝。

以上各专利中，有两大明显的缺点：第一，大多数阻燃抑烟体系是用三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种复合而成，加入量大（50—75%），且需要引入其他助剂较多，从而影响材料的力学性能，比如加热后尺寸变化率、维卡软化点；第二，大多数助剂所选粒子粒径等级较大，且以直接添加的方式加入PVC中直接进行复合，影响与PVC的相容性。

设计PVC型材在建筑工业中的应用方面，在考虑防火阻燃抑烟的同时还应考虑增强材料的力学强度问题，只有在提高整体型材的阻燃性能的同时保证其具有更好的机械强度，才能使其在建筑工业中发挥重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好加工性能和机械强度，并且具有优异阻燃和抑烟效果的钢塑防火窗型材及其制造方法。

本发明钢塑高阻燃防火门窗型材由PVC发泡体与钢衬复合而成，PVC发泡体由以下重量百分比的材料组成：PVC树脂60—75wt%，增塑剂8—20wt%，热稳定剂1—6wt%，抗冲改性剂1—2.5wt%，润滑剂0.5—1.8wt%，紫外线吸收剂0.1—0.8wt%，钛白粉0—6%，阻燃抑烟剂5—15wt%，发泡剂0.5—2wt%。

所述的阻燃抑烟剂由下述成分和质量百分比组成：锡酸锌30—45wt%，α-八钼酸铵35—50wt%，α-磷酸锆10—25wt%，浓度为15—40wt%的甲胺水溶液2—6wt%，季磷盐表面活性剂1—3wt%；

本发明中，增塑剂可以是DOP、DBP或者合成植物酯，优选合成植物酯，如二甘醇二苯甲酸酯。

热稳定剂是高级脂肪酸盐，如钙、镁、锌、钡、稀土金属的硬脂酸盐，优选是稀土硬脂酸盐（XT-1热稳定剂），是一种无毒热稳定剂。

抗冲改性剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，或者聚丙烯酸酯，优选聚丙烯酸酯抗冲改性剂（ACR加工改性剂）。

润滑剂可以是石蜡，棕榈蜡、硬脂酸或聚乙烯蜡，优选是C18—C40聚乙烯蜡（PE蜡）。

季磷盐表面活性剂是R₁,R₂,R₃,R₄-PBr，其中R₁=C10—C20烷基，R₂=R₃=R₄=C1—C5烷基，优选十六烷基三丁基溴化磷，十六烷基三甲基溴化磷或者十二烷基三甲基溴化磷。

紫外线吸收剂是苯并三唑类化合物，优选2-(2-羟基-3,5-二叔丁基)-5-氯代苯并三唑（UV-327紫外线吸收剂）。

发泡剂优选偶氮二甲酰胺（AC发泡剂）。

本发明钢塑高阻燃防火门窗型材的制作方法包括以下步骤：

A.将所述α-磷酸锆与甲胺水溶液混合，超声波混合处理后，加入季磷盐，继续进行超声波混合处理，过滤，用水洗涤至无Br^-，在60—90℃，1.5×10⁴—2.5×10⁴Pa气压下干燥8—20小时，研磨，过200目筛；然后与锡酸锌、α-八钼酸铵混合，投入高频共振研磨机中，研磨4—15小时，得到阻燃抑烟剂；

B.把PVC树脂投入到高速搅拌机中，搅拌升温至50—70℃，然后投入热稳定剂，搅拌升温到85—95℃，投入增塑剂、抗冲改性剂、润滑剂、紫外线吸收剂、钛白粉和阻燃抑烟剂，继续搅拌升温至115—130℃，转入低速混合冷却机中，加入发泡剂，搅拌均匀后造粒，冷却至45—55℃，得到阻燃PVC发泡体颗粒；

C.将阻燃PVC发泡体颗粒投入挤出机中加热至120—140℃挤出，在模具中包覆钢衬，经定型，冷却，得到型材成品。

钢衬表面还可以有镀锌层。

本发明引入锡、钼、锌和磷酸锆，通过高频共振研磨得到纳米级超细粉粒阻燃抑烟剂，提高阻燃抑烟剂的阻燃和抑烟效率，减少阻燃抑烟剂的使用量，使PVC发泡体的拉伸屈服强度，抗冲击强度和塑性得到提高，便于在钢衬上进行复合加工，PVC发泡体的氧指数是普通PVC发泡体的2倍以上，烟密度等级比普通PVC的烟密度等级降低10%以上，制得的防火窗型材的耐火完整性比传统防火门窗型材大大提高，克服了传统PVC阻燃型材烟雾重、力学强度低的缺点。

具体实施方式

实施例1

制备阻燃抑烟剂：材料配比为锡酸锌37.5wt%，α-八钼酸铵45.8wt%，α-磷酸锆12.2wt%，浓度25wt%的甲胺水溶液3wt%，十六烷基三丁基溴化磷1.5wt%。

先将α-磷酸锆与甲胺水溶液混合，进行100mW超声波处理30min后，加入十六烷基三丁基溴化磷，继续进行100mW超声波处理30min后，离心过滤，用水漂洗至AgNO₃水溶液检验洗涤液无Br^-的存在，在65℃，2×10⁴Pa的气压下进行真空干燥10小时，研磨过200目筛，然后与锡酸锌、α-八钼酸铵混合，投入高频共振研磨机中，研磨混合12h，得到阻燃抑烟剂。

PVC发泡体：PVC树脂70wt%，XT-1热稳定剂1.5wt%，合成植物酯增塑剂14wt%，ACR加工改性剂1.5wt%，PE蜡0.8wt%，UV-327紫外线吸收剂0.2wt%，钛白粉3wt%，阻燃抑烟剂8wt%，AC发泡剂1wt%。

把PVC树脂投入到高速搅拌机中，搅拌升温至60℃，然后投入XT-1热稳定剂，搅拌升温到90℃，再投入合成植物酯增塑剂、ACR加工改性剂、PE蜡润滑剂、UV-327紫外线吸收剂、钛白粉、阻燃抑烟剂，继续搅拌升温至120℃，最后投入低速混合冷却机中，加入AC发泡剂，搅拌均匀，造粒，冷却至50℃左右，出料，得到阻燃PVC发泡体颗粒。

钢塑复合：在预先通过辊轧机轧制过的钢衬表面通过热镀锌方法形成一镀锌层，将其输送到共挤模具中，将阻燃PVC发泡体颗粒投入挤出机中加热至130℃挤出，在模具中形成包覆钢衬，经过口模定型，投入冷水中冷却，得到型材成品。

实施例2

制备阻燃抑烟剂：材料配比为锡酸锌44.4wt%，α-八钼酸铵37wt%，α-磷酸锆13.5wt%，浓度25wt%的甲胺水溶液3.4wt%，十六烷基三丁基溴化磷1.7wt%。加工方法与实施例1相同。

PVC发泡体：PVC树脂68wt%，XT-1热稳定剂2wt%，合成植物酯增塑剂12wt%，ACR加工改性剂2.5wt%，PE蜡1wt%，UV-327紫外线吸收剂0.5wt%，钛白粉3wt%，阻燃抑烟剂10wt%，AC发泡剂1wt%。

PVC发泡体混合方法和钢塑复合方法与实施例1相同。

实施例3

制备阻燃抑烟剂：材料配比为锡酸锌41.7wt%，α-八钼酸铵44.5wt%，α-磷酸锆10wt%，浓度25wt%的甲胺水溶液2.5wt%，十六烷基三丁基溴化磷1.3wt%；加工方法与实施例1相同。

PVC发泡体：PVC树脂62wt%，XT-1热稳定剂2wt%，合成植物酯增塑剂14wt%，ACR加工改性剂2wt%，PE蜡1wt%，UV-327紫外线吸收剂0.5wt%，钛白粉4.5wt%，阻燃抑烟剂12.5wt%，AC发泡剂1.5wt%。

PVC发泡体混合方法和钢塑复合方法与实施例1相同。

实施例4

制备阻燃抑烟剂：材料配比为锡酸锌40.7wt%，α-八钼酸铵37wt%，α-磷酸锆16.3wt%，浓度25wt%的甲胺水溶液3.8wt%，十六烷基三丁基溴化磷2.2wt%；加工方法与实施例1相同。

PVC发泡体：PVC树脂65wt%，XT-1热稳定剂2wt%，合成植物酯增塑剂12wt%，ACR加工改性剂2wt%，PE蜡1.2wt%，UV-327紫外线吸收剂0.8wt%，钛白粉3wt%，阻燃抑烟剂13wt%，AC发泡剂1wt%。

PVC发泡体混合方法和钢塑复合方法与实施例1相同。

实施例5

制备阻燃抑烟剂：材料配比为锡酸锌36.4wt%，α-八钼酸铵45.5wt%，α-磷酸锆13.2wt%，浓度25wt%的甲胺水溶液3.3wt%，十六烷基三丁基溴化磷1.6wt%；加工方法与实施例1相同。

PVC发泡体：PVC树脂71wt%，XT-1热稳定剂1wt%，合成植物酯增塑剂9.5wt%，ACR加工改性剂1wt%，PE蜡0.5wt%，UV-327紫外线吸收剂0.5wt%，钛白粉1.5wt%，阻燃抑烟剂14wt%，AC发泡剂1wt%。

PVC发泡体混合方法和钢塑复合方法与实施例1相同。

利用挤出成型工艺将各实施例的阻燃PVC发泡体制成PVC异型材，并对其做各物理机械性能、氧指数、烟密度指标的检测，均符合并高于国家标准。

PVC异型材的各项性能：

将实施例制得的各钢塑型材配套单片防火玻璃组装成整个防火窗扇，并按照《GBT12513镶玻璃构件耐火试验方法》标准对各防火窗扇进行模拟火灾试验中，在炉内试验温度达到500℃时，型材表面没有明显的变化，温度达到700℃时，型材表面颜色逐渐变化加深，温度在800—950℃时，型材上的表层被烧烤后变黑，没有脱落，没有明火产生，耐火时间可达0.5—1小时，防火窗扇整体耐火完整性可达1—2小时，具有较好的防火、阻燃、抑烟性能，适用于作为大型建筑物的隔断玻璃幕墙和门窗的框架。

防火窗扇模拟火灾试验：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						耐火时间（分钟）	50	58	52	62	48
整体耐火完整性（分钟）	111	115	104	112	109

Claims (10)

1.一种钢塑高阻燃防火门窗型材，由PVC发泡体与钢衬复合而成，其特征在于，所述PVC发泡体由以下重量百分比的材料组成：PVC树脂60—75wt%，增塑剂8—20wt%，热稳定剂1—6wt%，抗冲击改性剂1—2.5wt%，润滑剂0.5—1.8wt%，紫外线吸收剂0.1—0.8wt%，钛白粉0—6%，阻燃抑烟剂5—15wt%，发泡剂0.5—2wt%；

所述的阻燃抑烟剂由下述成分和质量百分比组成：锡酸锌30—45wt%，α-八钼酸铵35—50wt%，α-磷酸锆10—25wt%，浓度15—40wt%的甲胺水溶液2—6wt%，季磷盐表面活性剂1—3wt%。

2.根据权利要求1所述钢塑高阻燃防火门窗型材，其特征在于，所述增塑剂为合成植物酯。

3.根据权利要求1所述钢塑防高阻燃火门窗型材，其特征在于，所述抗冲改性剂为聚丙烯酸酯抗冲改性剂。

4.根据权利要求1所述钢塑高阻燃防火门窗型材，其特征在于，所述热稳定剂是稀土硬脂酸盐。

5.根据权利要求1所述钢塑高阻燃防火门窗型材，其特征在于，所述润滑剂为PE蜡。

6.根据权利要求1所述钢塑高阻燃防火门窗型材，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2-(2-羟基-3,5-二叔丁基)-5-氯代苯并三唑。

7.根据权利要求1所述钢塑高阻燃防火门窗型材，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。

8.根据权利要求1所述钢塑高阻燃防火门窗型材，其特征在于，所述季磷盐为R₁,R₂,R₃,R₄-PBr，其中R₁=C10—C20烷基，R₂=R₃=R₄=C1—C5烷基。

9.权利要求1-8任一项所述钢塑高阻燃防火门窗型材的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.将所述α-磷酸锆与甲胺水溶液混合，超声波混合处理后，加入季磷盐，继续进行超声波混合处理，过滤，用水洗涤至无Br^-，在60—90℃，1.5×10⁴—2.5×10⁴Pa气压下干燥8—20小时，研磨，过200目筛；然后与锡酸锌、α-八钼酸铵混合，投入高频共振研磨机中，研磨4—15小时，得到阻燃抑烟剂；

B.把PVC树脂投入到高速搅拌机中，搅拌升温至50—70℃，然后投入热稳定剂，搅拌升温到85—95℃，投入增塑剂、抗冲改性剂、润滑剂、紫外线吸收剂、钛白粉和阻燃抑烟剂，继续搅拌升温至115—130℃，转入低速混合冷却机中，加入发泡剂，搅拌均匀后造粒，冷却至45—55℃，得到阻燃PVC发泡体颗粒；

C.将阻燃PVC发泡体颗粒投入挤出机中加热至120—140℃挤出，在模具中包覆钢衬，经定型，冷却，得到型材成品。

10.权利要求9所述钢塑高阻燃防火门窗型材的制作方法，其特征在于，钢衬表面有镀锌层。