CN104139565B - 一种阻燃铝塑复合片材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻燃型铝塑复合片材料及其制备方法，所述复合片材料由铝膜、阻燃胶粘层、有机硅聚合物、无卥基材四层结构复合制成。其中的无卥基材是主体，它以氢氧化铝为无机阻燃剂，添加硼酸锌、红磷等阻燃增效剂，采用连续活化对其表面进行精细化复合偶联处理，再使其粒子的表面活性大幅提高，改善分散性，得到活性阻燃剂，形成高效的阻燃、力学性能的协同体系。本发明所述的片材料，完全符合国家对建筑装饰材料防火安全的性能要求，产品完全吻合于国家“以塑代木”、“节能环保”及“安全防范”等国家重大方针政策，广泛应用于大楼外墙、帷幕墙板、旧楼改造翻新、室内墙壁及天花板装饰、广告牌匾等领域。其制备方法操作简单，适于产业化规模生产。

Description

一种阻燃铝塑复合片材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝塑复合装饰材料技术领域，尤其涉及一种阻燃铝塑复合片材料及其制备方法。

背景技术

铝塑复合片材料是在塑料基材上贴覆铝膜而制得的复合材料。我国自上世纪七十年代以来，以其优异的特性、丰富多彩的装饰效果与耐久性、显著的节约资源(“以塑代木”)并以其质轻环保、美观时尚、施工方便等特点，广泛应用于大楼外墙、帷幕墙板、旧楼改造翻新、室内墙壁及天花板装修、广告宣传牌匾等领域。现行铝塑复合片材料，普遍使用易燃的聚苯乙烯、尼龙等高分子材料，不仅阻燃性能相对较差且热裂解时，释放出大量有毒烟尘并通过自然界食物循环链进入人体，很难代谢出来，无形中侵入人的身体而危及生命，因此已被逐渐淘汰；当今占有较大市场的聚氯乙烯复合片材料，虽有一定的阻燃性能，但远不能满足阻燃要求且PVC燃烧时生烟量大，完全不符环保要求。由于传统铝塑复合片材料阻燃性能的不尽人意，与之相关所引起的建筑施工现场，火灾事故时有发生。例如：

近年来公开报道的：中央电视台新台址(北京元宵日，允许燃放烟花最后一天)、南通三建施工的盛世桃城项目6号楼、衡水市区盛世桃城建筑工地、南京建工集团施工的橄榄城小区8号楼等建筑现场，部分因电焊作业不当或烟花爆竹(如央视新台址)，致使点燃外墙铝塑复合片材燃烧所引起的火灾事故，所酿成人员的重大伤亡、财产损失的重大灾难事件，举不胜举。尤其严重的是，这些复合片材料燃烧时，所释放的大量有毒烟雾，给消防、逃难、救生等工作带来了巨大的困难而夺取人的宝贵生命。

安全问题重于泰山，对现有技术铝塑复合片材料原有物理、化学性能基础上，提升阻燃防火性能，是目前整个行业所亟待解决的问题，势在必行！

在铝塑复合材料行业中，薄型的铝塑复合膜、片材，占有相当大的比重，几乎都是铝箔/粘胶层/基材三层的传统结构。这类片材料的铝箔厚度，分为12um、25um和38um几个等级，而基材选用的厚度为0.25～0.50mm。由于基材厚度薄，难以单纯通过阻燃剂与基材进行混炼制备，不仅致使炭层结构致密性不够，且其强度也不足，容易发生炭层结构坍塌，尤其是这些薄型片材料燃烧时，经酸源脱水成炭，单位体积内炭源和气源物质供应不足，不能有效阻隔热量和氧气的渗透，无法形成铝塑复合材料整体的阻燃体系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种阻燃铝塑复合片材料，其具有高效的阻燃和抑烟性能，可完全符合国家对建筑装饰材料防火安全性能要求。

本发明还提供了一种阻燃铝塑复合片材料的制备方法，其操作简单、切实可行，适于产业规模化生产。

本发明采用如下技术方案：

一种阻燃铝塑复合片材料，所述的复合片材料，由铝膜、阻燃胶粘层、有机硅聚合物、无卥基材四层复合制成。所述的铝膜经加热辊涂阻燃胶后，再与辊涂一层有机硅聚合物的无卥基材，在90～120℃条件下，辊压热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材料。

所述的铝膜为纯铝箔。

所述的阻燃胶粘层，按单位重量份计，原料组成如下：

改性聚酯热熔胶粘剂55～65份、聚磷酸铵15～25份、氰尿酸盐5～15份、聚二甲基硅氧烷环氧树脂3～8份、硼酸锌1～1.5份、红磷阻燃剂1.5～2.5份。

所述阻燃胶粘层，制备方法如下：

将改性聚酯热熔胶粘剂、聚磷酸铵、氰尿酸盐、聚二甲基硅氧烷环氧树脂、硼酸锌、红磷阻燃剂，加入高速混合机内，搅拌成均匀的混合物后，转入密炼机内高速混炼，使其再分散均匀，从而进入双螺杆造粒机内造粒、烘干，得到阻燃胶粘层热熔胶粒；再经加热至150～180℃熔融后，以上胶量25～80g/m²辊涂在铝膜上，形成本发明四层结构中的阻燃胶粘层。

上述阻燃胶粘层的配料及制备方法中，以改性聚酯热熔胶粘剂和磷氮类阻燃剂为主体，以聚二甲基硅氧烷为环氧树脂，使材料表面产生一层致密的膨胀型碳层，阻隔氧气的渗透和火焰的蔓延。配料中因使用消烟剂硼酸锌及助剂红磷阻燃剂等，使阻燃铝塑复合片材料的阻燃胶粘层，在使用过程中不会释放有毒物质、不产生烟雾且在胶粘层界面具有良好的高分子材料相容性。

三、所述的有机硅聚合物，是平均分子量为2000～3000的聚硅硼氧烷，直接采用由义乌市晒康塑胶厂与杭州师范大学联合研发的浙江省重大专项科技项目其中的技术成果。聚硅硼氧烷在燃烧过程中，可在炭层表面形成连续抗氧化的硅酸盐保护层，提升炭层的致密性和阻隔性，进一步抑制氧气的扩散和热辐射；另一方面聚硅硼氧烷具备气相高效的阻燃效果，燃烧过程中，聚硅硼氧烷中的硼，以偏硼酸和偏硼酸酯的形式存在，完全可消除下述无卥基材中的主要填充料聚乙烯，在热裂解中产生的过氧自由基，抑制聚合物的氧化裂解。由于这一层聚硅硼氧烷结构，对于传统三层结构的铝塑复合膜或铝塑复合片材料，得到了极为可靠的阻燃保险。

四、所述的无卥基材，按单位重量份计，原料组成如下：

氢氧化铝粉65～78份、红磷阻燃剂1.0～1.2、聚乙烯20～30份、硬脂酸1.1～2.0份、乙酸乙酯0.2～0.8份、钛酸酯偶联剂0.6～1.0份、硼酸锌0.3～0.6。

所述的无卥基材，制备方法如下：

将氢氧化铝粉、红磷、硼酸锌，加入到高速混合机中一起混合；称取一定份的钛酸酯偶联剂，加入一定比例的乙酸乙酯稀释2min后，缓缓从加料口中进入到高速混合机中，随同氢氧化铝粉、红磷、硼酸锌一起，再混合15～25min，进行活化处理，形成混合的活化阻燃剂；然后加入聚乙烯、硬脂酸，在高速混合机中再混合5～8min，出料后加入到双螺杆造粒机中挤出造粒、烘干，制成无卥基材的粒料；然后再加入到另一高速混合机中，于60～70℃预混，混合均匀后，经同向平行双螺杆挤出机熔融共混(挤出机温度：一区150℃，二区160℃，三、四、五区185℃，六区195℃，七区190℃)挤出、压延、牵引、冷却成型，制得无卥基材；再把有机硅聚合物以50～250g/m²载涂量，辊涂在无卥基材上，备用。

在无卥基材的配料中，所述的氢氧化铝粉为2000目。氢氧化铝是无毒、无公害的无机阻燃剂，具有优异的阻燃抑烟性和成炭防熔滴性，在高温时吸热脱水，可带走燃烧产生的热量，降低燃烧速度，防止火焰蔓延，达到抑制燃烧、不产生浓烟和有毒气体的独特性能。据国内外科技文载，目前国外已大量使用以氢氧化铝为主的无机阻燃剂，其中美国、西欧无机阻燃剂消费量，分别占阻燃剂总消费量的62％、50％。该氢氧化铝潜在的阻燃机能，正逐渐成为今后科研发展趋势。本发明中的氢氧化铝粉，采用连续活化对其表面进行精细化复合偶联处理，再添加硼酸锌、红磷、硬脂酸等阻燃增效剂，使其粒子的表面活性大幅提高，改善分散性，提高阻燃效果，提高与高分子材料相容性、提高抗冲击性能与热性能、提升延伸性和界面的粘结相容性，形成高效的阻燃、力学性能的协同体系。

本发明所述的铝膜厚度为0.01～0.02mm；所述的阻燃铝塑复合片材料厚度为0.45～2.50mm；所述的阻燃粘胶层在铝膜上的上胶量为25～80g/m²；所述的聚硅硼氧烷在无卥基材的载涂量为50～250g/m²。

本发明所述的阻燃铝塑复合片材料的制备方法：

将上述已经辊涂有阻燃粘胶层的铝膜和上述备用的辊涂有聚硅硼氧烷的无卥基材，在80～110℃条件下辊压热复合、冷辊压延后，制得本发明阻燃铝塑复合片材料。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

在现有技术铝塑复合片材料原有物理、化学性能的基础上，有效提升阻燃防火性能，具有高效的抑烟效果，优良的抗拉伸、抗撕裂和剥离强度以及抗紫外线、抗老化性和耐腐蚀性能；其制备方法操作简单，适于产业化规模生产。

附图说明

图1为本发明一种阻燃铝塑复合片材料的结构设计示意图。

图2为本发明一种阻燃铝塑复合片材料制备过程的流程图。

具体实施方案

下面结合说明书附图对本发明的实施形式作进一步详述。

图1为本发明阻燃铝塑复合片材料的结构设计示意图。图中：1为铝膜、2为阻燃胶粘层、3为有机硅聚合物、4为无卥基材。

图2为本发明阻燃铝塑复合片材料的制备过程流程图，图2中分三个部分：

上二行，制备阻燃胶粘层的热熔胶粒料过程并辊涂在铝膜上的示意性流程；

下三行，制备无卥基材的过程并待与有机硅聚合物一起辊涂的示意性流程；

中部，中间大黑框的上、中、底三个框中：中框是辊涂有有机硅聚合物的无卥基材(图1中的有机硅聚合物3和无卥基材4)、底框是辊涂有阻燃胶粘层的铝膜(图1中的铝膜1和阻燃胶粘层2)；上框是本发明阻燃铝塑复合片材料。

本发明所述的阻燃铝塑复合片材料，厚度为0.45～2.50mm，其中铝膜厚度为0.01～0.02mm。由此可见，基材厚度，是铝膜厚度的22.5～250倍。基材是铝塑复合片材料的主体、基础：在阻燃性能、防腐蚀性等方面，起著决定性的作用；在力学性能方面，起着传递载荷、均衡载荷和支承补强材料的关键作用。鉴此，下述的具体实施方式中，以部分技术条件完全相同情况下，重点以其基材配料中，优选六组典型值，汇总详述六个实施案例(下列所选配料均按单位重量计)：

案例一

无卥基材的配料：氢氧化铝粉65份、红磷阻燃剂1.2份、聚乙烯22份、硬脂酸1.8份、乙酸乙酯0.4份、钛酸酯偶联剂0.7份、硼酸锌0.5份。

第一步、

将65份的氢氧化铝粉、1.2份的红磷阻燃剂、0.5份的硼酸锌，加入到高速混合机中一起混合；称取0.7份钛酸酯偶联剂加入0.4份的乙酸乙酯进行稀释2min，后缓缓从加料口中进入到高速混合机中，随同氢氧化铝粉、红磷、硼酸锌，再一起混合15～25min进行活化处理，形成混合的活化阻燃剂，然后加入22份的聚乙烯、1.8份的硬脂酸，在高速混合机中再混合5～8min，出料后加入到双螺杆造粒机中挤出造粒、烘干，制得无卥基材的粒料后，再加入到另一高速混合机中，于60～70℃预混，混合均匀后，经同向平行双螺杆挤出机熔融共混、挤出(挤出机温度：一区150℃，二区160℃，三、四、五区185℃，六区195℃，七区190℃)、压延、牵引、冷却成型，制得无卥基材；再将有机硅聚合物，以载涂量为50～250g/m²，辊涂在无卥基材上，于60～65℃下鼓风烘干，得到辊涂有有机硅聚合物的无卥基材；

第二步、在阻燃胶粘层配方中，优选下述一组值，制备阻燃胶粘层的胶粒：

将60.5份的改性聚酯热熔胶粘剂、20份的聚磷酸铵、11份的氰尿酸盐、5份的聚二甲基硅氧烷环氧树脂、1.0份的硼酸锌、1.8份的红磷阻燃剂，加入高速混合机内，搅拌成均匀的混合物，转入密炼机内高速混炼，使其再分散均匀，从而进入双螺杆造粒机内造粒、烘干，得到阻燃胶粘层的胶粒，再经加热至150～180℃熔融后，以上胶量为25～80g/m²，辊涂在铝膜上，得到辊涂有阻燃胶粘层的铝膜；

第三步：制备阻燃铝塑复合片材料：

将第一步中辊涂有有机硅聚合物的无卥基材、第二步中辊涂有阻燃胶粘层的铝膜，在80～110℃温度条件下热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材料。

案例二：

无卥基材的配料：氢氧化铝粉67份、红磷阻燃剂1.0份、聚乙烯27份、硬脂酸1.2份、乙酸乙酯0.3份、钛酸酯偶联剂0.7份、硼酸锌0.4份。

以下从案例二至六，除上述无卥基材的配料组成不同外，其它的(以下三点)技术条件完全相同，即：

1、第一步中，最后得到辊涂有有机硅聚合物的无卥基材的制备方法，以及所述依次的工艺参数值：稀释2min、混合15～25min、再混合5～8min、60～70℃预混、(挤出机温度：一区150℃，二区160℃，三、四、五区185℃，六区195℃，七区190℃)、载涂量为50～250g/m²、60～65℃下鼓风烘干，完全相同；

2、第二步中，阻燃胶粘层的配料中，所优选的一组典型值，即60.5份的改性聚酯热熔胶粘剂、20份的聚磷酸铵、11份的氰尿酸盐、5份的聚二甲基硅氧烷环氧树脂、1.0份的硼酸锌、1.8份的红磷阻燃剂，以及阻燃胶粘层的胶粒制备方法，包括工艺参数值：胶粒再经加热至150～180℃熔融、上胶量为25～80g/m²，完全相同；

3、第三步中，加工方法包括热复合的温度条件：80～110℃完全相同。

案例三：

无卥基材的配料：氢氧化铝粉65份、红磷阻燃剂1.1份、聚乙烯23份、硬脂酸1.6份、乙酸乙酯0.8份、钛酸酯偶联剂0.7份、硼酸锌0.3份。

案例四：

无卥基材的配料：氢氧化铝粉72份、红磷阻燃剂1.1份、聚乙烯25份、硬脂酸1.5份、乙酸乙酯0.7份、钛酸酯偶联剂0.8份、硼酸锌0.5份。

案例五：

无卥基材的配料：氢氧化铝粉72份、红磷阻燃剂1.0份、聚乙烯25份、硬脂酸1.5份、乙酸乙酯0.8份、钛酸酯偶联剂0.8份、硼酸锌0.5份。

案例六：

无卥基材的配料：氢氧化铝粉75份、红磷阻燃剂1.2份、聚乙烯30份、硬脂酸1.3份、乙酸乙酯0.4份、钛酸酯偶联剂0.6份、硼酸锌0.6份。

上述六个实施案例，所优选的六组无卥基材配料，所制备的阻燃铝塑复合片材料，及其阻燃性能、物理性能检测的结果汇表如下：

以上试验标准，按下列国家或轻工产品行业标准：

燃烧性能：按GB/T2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》；

氧指数：按GB/T2406-2《塑料用氧指数法测定燃烧行为中的室温试验》；

防紫外线性能：按GB/T18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》；

剥离强度(N/m)：按GB-T2791-95《胶粘剂T剥离强度试验方法》；

抗拉强度(MPa)：按GBT13022-91《拉伸性能测试方法》国家标准；

直角撕裂强度(KN/m)：按GB/T1130-1991塑料直角撕裂性能试验方法；

耐腐蚀试验：按QB/T3826-1999《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法中性盐雾试验(NSS)法》。

在上述六个实施案例中，其中有国家化学建材质量监督检验中心，编号为140031111064给出的检验报告、其中有国家日用小商品质量监督检验中心，编号为2014220154给出的检验报告。

至此，申请人特别声明的是：对本发明的阻燃铝塑复合片材料及其制备方法，包括以上所有的工艺过程，工艺参数等，都是经过坚持多年反复无数次单项试检、实践、创新，所获得的经验结果得之不易。所属技术领域的同行人员，完全可很轻易的诸如在上述实施案例材料配方基础上，对某组分的具体含量点值与发明内容部分的技术方案相组合，从而形成新的数值范围或变换配料等处理，进行稍加变化，但所有这一切均应为本发明权利要求书中的保护范围。

本发明完全满足于国家对建筑装饰材料防火安全的性能要求，完全吻合于国家“以塑代木”、“节能环保”及“安全防范”等国家重大方针政策和发展方向。可广泛应用于大楼外墙、帷幕墙板、旧楼改造翻新、室内墙壁及天花板装饰、广告宣传牌匾等领域。本发明制备方法操作简单，易形成协作配套，投入成本低，适于产业规模化生产、增加就业人员、益于关联行业，而且经济效益与社会经济效益高，造福于民造福于社会。

Claims (5)

1.一种阻燃铝塑复合片材料，其特征在于由依次相互粘着的铝膜、阻燃胶粘层、有机硅聚合物、无卤基材组成；

所述的无卤基材，按如下单位重量份的原料组成：氢氧化铝粉65～78份、红磷阻燃剂1.0～1.2份、聚乙烯20～30份、硬脂酸1.1～2.0份、乙酸乙酯0.2～0.8份、钛酸酯偶联剂0.6～1.0份、硼酸锌0.3～0.6份；

所述的阻燃胶粘层，按如下单位重量份的原料组成：改性聚酯热熔胶粘剂55～65份、聚磷酸铵15～25份、氰尿酸盐5～15份、聚二甲基硅氧烷环氧树脂3～8份、硼酸锌1～1.5份、红磷阻燃剂1.5～2.5份。

2.根据权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材料，其特征在于所述阻燃铝塑复合片材料的制备方法如下：将氢氧化铝粉、红磷、硼酸锌，加入到高速混合机中一起混合；称取钛酸酯偶联剂，加入乙酸乙酯稀释2min，后缓缓从加料口中进入到高速混合机中，随同氢氧化铝粉、红磷、硼酸锌一起，再混合15～25min，进行活化处理，形成混合的活化阻燃剂；然后加入聚乙烯、硬脂酸，在高速混合机中再混合5～8min，出料后加入到双螺杆造粒机中挤出造粒、烘干，制成无卤基材的粒料；然后再加入到另一高速混合机中，于60～70℃预混，混合均匀后，经同向平行双螺杆挤出机熔融共混、挤出、压延、牵引、冷却成型，制得无卤基材。

3.根据权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材料，其特征在于先制备成阻燃胶粘层的胶粒，备用；所述的胶粒，制备方法如下：将改性聚酯热熔胶粘剂、聚磷酸铵、氰尿酸盐、聚二甲基硅氧烷环氧树脂、硼酸锌、红磷阻燃剂，加入高速混合机内，搅拌成均匀的混合物，转入密炼机内高速混炼，使其再分散均匀，从而进入双螺杆造粒机内造粒、烘干，得到阻燃胶粘层的胶粒后，备用。

4.根据权利要求3所述的阻燃铝塑复合片材料，其特征在于所述阻燃铝塑复合片材料的制备方法如下：

将有机硅聚合物，以载涂量为50～250g/m²，辊涂在无卤基材上，再于60～65℃下鼓风烘干，得到辊涂有有机硅聚合物的无卤基材备用；将备用的阻燃胶粘层的胶粒，经加热至150～180℃熔融后，以上胶量为25～80g/m²，辊涂在铝膜上，再与上述备用的辊涂有有机硅聚合物的无卤基材，在80～110℃温度条件下热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材料。

5.根据权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材料，其特征在于所述的阻燃铝塑复合片材料厚度为0.45～2.50mm。