CN104403197A - 一种增强阻燃保温复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种增强阻燃保温复合材料，由以下重量百分比的原料组成：高分子支撑材料10～40%、储能增强材料30～70%、阻燃剂10～40%、相容剂3～8%、助剂0～2%；其中，所述高分子支撑材料为热塑性材料；所述储能增强材料为中空纤维包覆石蜡。本发明的增强阻燃保温复合材料具有较好的保温和阻燃效果，基本无析出，并且有较高的强度，能够在建筑、汽车等领域使用，改善保温效果。

Description

一种增强阻燃保温复合材料
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种增强阻燃保温复合材料。
背景技术
能源的稀缺使得节能材料得到越来越多的重视，其中保温材料在建筑、汽车和农业等领域成为开发的重点。
现在市场上的保温材料多为通过降低导热率来达到保温效果，如聚氨酯、聚苯乙烯泡沫材料等，在汽车中有时也用纤维毡和泡沫材料的多层结构来达到增强保温的效果。但此类保温材料只能降低温度的变化速度，不能保持温度的恒定。相变储能材料相在其相变温度附近发生相变，释放或吸收大量热量，这一特征可被用于储存能量或控制环境温度，达到合适的居住环境。中国专利申请号 200410068844.6的发明专利，开发了一种以PE、PP、SBS、SEBS为基体的高导热相变蓄热材料，添加了10%-30%的石蜡，使相变温度控制在15-70℃。中国专利申请号为 201110191570的发明专利，在此基础上用膨胀珍珠岩和膨胀石墨等多孔材料来包覆石蜡，降低了石蜡的渗出和制备的难度。然而，这些材料强度都较低，无法满足高强度的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种增强阻燃保温复合材料，该材料有较好的保温和阻燃效果，基本无析出，并且有较高的强度，保温效果好，能够在建筑、汽车等领域使用。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种增强阻燃保温复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
高分子支撑材料              10～40 %
储能增强材料                  30～70 %
阻燃剂               10～40 %
相容剂                          3～8%
助剂                             0～2 %
其中，所述高分子支撑材料为热塑性材料；所述储能增强材料为中空纤维包覆石蜡。
高分子支撑材料作为基体，具有良好的加工性能，并且保证了复合材料的基本强度，防止内部储能物质的渗出。储能增强材料具有良好的储能效果，相转变时对热量的吸收或释放保证了局部空间的温度稳定，并且克服了单纯使用石蜡时析出、强度降低、阻燃差等缺陷。
其中，所述储能增强材料中中空纤维为无机纤维或有机多孔纤维，中空纤维的质量百分比为50%-90%，石蜡的质量百分比为10%-50%。
优选地，所述中空纤维的直径为9μm-20μm，中空率20%-60%，长度为3-25mm。石蜡的相变潜热为150J/g-260J/g，相转变温度为15℃-60℃。相变温度使复合材料在此温度下具有吸收或释放热量的特性，相变潜热的大小和中空纤维包覆的石蜡含量大小决定了吸收或释放热量的能力大小，因此决定了材料保温能力的大小，相变潜热与材料的保温能力正相关。更优地，中空纤维为短切中空玻璃纤维。
其中，所述热塑性材料为PP、PE、ABS、PA、PC、PBT中的一种或一种以上的混合物。
优选地，所述热塑性材料为PP与PE按质量比为1:1的比例混合的混合物，或所述热塑性材料为PP与PA按质量比为1:1的比例混合的混合物。复配后的热塑性材料兼具两种材料的特性优点，加工性能好，并且保证了复合材料的基本强度，防止内部储能物质的渗出。
其中，所述阻燃剂为溴/锑阻燃剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和无机阻燃剂中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物；
其中所述溴/锑阻燃剂为四溴双酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚、八溴S醚、2,4,6-三(2,4,6-三溴苯氧基)-1,3,5-三嗪、溴化环氧树脂、溴化聚苯乙烯和溴化聚碳酸酯中的一种和三氧化二锑按任意比例混合的混合物；
其中所述氮系阻燃剂为三聚氰胺、氰尿酸、双氰胺、尿素及其衍生物中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物；
其中所述磷系阻燃剂为磷酸酯或磷酸盐、次磷酸酯或次磷酸盐、聚合物磷（膦）酸酯或聚合物磷（膦）酸盐、磷杂环化合物中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物； 
其中所述无机阻燃剂为氢氧化镁粉末或晶须、碱式硫酸镁粉末或晶须、碳酸镁粉末或晶须中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物。
优选地，阻燃剂为溴/锑阻燃剂、碱式硫酸镁晶须以质量比为1:1混合的混合物，该复配阻燃剂有较好的强度和阻燃性能，有利于增强复合材料的阻燃性能。
其中，所述相容剂为马来酸酐接枝物、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种。所述马来酸酐接枝物包括马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯，所述丙烯酸共聚物包括马来酸-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物。
该塑料改性体系中，相容剂能够借助分子间的键合力，改善聚合物和储能增强材料、阻燃剂的相容性，得到性能更好的共混材料。
优选地，一种增强阻燃保温复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
高分子支撑材料              10～40 %
储能增强材料                  30～70 %
阻燃剂               10～40 %
相容剂                          3～8%
助剂                            0.5～2 %。
其中，所述助剂包括抗氧剂和润滑剂，抗氧剂和润滑剂的质量百分比均为0.1-1%。
优选地，所述助剂还包括有质量百分比为0.1-0.5%的光稳定剂。
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或一种以上的混合物；所述润滑剂为二甲基硅油润滑剂、硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺和硬脂酸镁中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物；所述光稳定剂为UV光稳定剂或其他光稳定剂。
其中，所述储能增强材料的制备方法为：将石蜡和中空纤维在搅拌机的搅拌下混合均匀，然后放入60℃-80℃的水浴中加热并不停搅拌，3-5h后取出冷却，制得中空纤维包覆石蜡的储能增强材料。该储能增强材料具有良好的储能效果，相转变时对热量的吸收或释放保证了局部空间的温度稳定，并且克服了单纯使用石蜡时析出、强度降低、阻燃差等缺陷。
本发明的一种增强阻燃保温复合材料的制备方法，包括以下加工步骤：
(1)按原料的重量配比称取原料；
(2)将高分子支撑材料、阻燃剂、相容剂及助剂在高速搅拌机中混合3～5分钟，将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出造粒，储能增强材料通过侧喂料从挤出机中段加入。
本发明的有益效果：本发明增强阻燃保温复合材料能够在一定程度使材料的温度稳定在一定区间中，具有良好的保温性能、防析出性能和阻燃性能，更重要的是克服了类似材料强度差的缺点，提高了材料的强度，使之能够应用于建筑、汽车保温等领域，应用领域更广泛。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
具体实施例所得到的数据通过以下方法获得：
1． 拉伸强度按照ISO527测定，样条类型为5A型；
2．燃烧性能按照UL 94 中V级防火试验测试；
3．相变温度和相变潜热用DSC（耐迟DSC 200F3, 测试速率为5℃/min）测试；
4．析出性能测试：使用热压机，将各具体实施例的样品在200℃热压成厚度为3mm的片材，并裁成10cm×10cm的方片，用万分位天平称重后放入85℃的烘箱中，每隔一天用二氯甲烷对表面进行清洗，二周后后再次称重，计算出片材二周前后的质量损失百分比△wt%。△wt%≤0.5%是判定为A级，0.5%<△wt%≤1%为B级，1%<△wt%≤5%为C级，△wt%＞5%为D级。质量损失百分比越大，表面复合材料内部石蜡或其它低分子物质的析出越低，更加有利于外观、阻燃性以及对储能性能的保留。
实施例1
将石蜡1(熔点47.1℃，相变潜热240J/g)和一种中空玻璃纤维按80 : 20的质量比在搅拌机搅拌下混合均匀，然后放入70℃的水浴中加热并不停搅拌，4h后取出冷却，制得储能增强材料ESF-1。将PP (牌号为PP HP500N, 购自中海壳牌石油化工有限公司)、阻燃剂（为十溴二苯乙烷、三氧化二锑和碱式硫酸镁晶须按质量比为4:1:5混合的溴/锑阻燃剂）、PP-g-MAH及助剂在高速搅拌机中混合4分钟后用双螺杆挤出机经熔融挤出造粒，ESF-1通过侧喂料从挤出机中段加入。其中高分子支撑材料PP、储能增强材料ESF-1、阻燃剂、PP-g-MAH及助剂的质量比为20：60 : 15: 4: 1。所述助剂为0.5%的抗氧剂和0.5%的润滑剂。
实施例2
本实施例中，将石蜡1换为石蜡2 (熔点27.5℃，相变潜热190J/g)，石蜡2和中空纤维按90:10的质量比混合加工，水浴温度为60℃，制成储能增强材料ESF-2。本实施例的阻燃剂为十溴二苯乙烷、三氧化二锑和碱式硫酸镁晶须按质量比为4:1:10混合的溴/锑阻燃剂。高分子支撑材料PP、储能增强材料ESF-2、阻燃剂、PP-g-MAH及助剂的质量比为25:55:16:3.6:0.4。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
本实施例中，将石蜡1和中空纤维按70:30的质量比混合加工，水浴温度为65℃，制成储能增强材料ESF-3。
高分子支撑材料PBT、储能增强材料、阻燃剂复配物、PP-g-MAH及助剂的质量比为40: 30: 25: 4: 1。所述阻燃剂为一种氮磷复配阻燃剂，所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯，所述助剂包括0.4%的抗氧剂、0.4%的润滑剂和0.2%的光稳定剂。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
本实施例中，储能增强材料ESF-4中的石蜡的质量百分比为60%，中空纤维的质量百分比为40%，水浴温度为75℃。所述高分子支撑材料为PP与PA按质量比为1:1混合的混合物，所述阻燃剂为溴/锑阻燃剂和氮系阻燃剂的复配阻燃剂。高分子支撑材料、储能增强材料ESF-4、阻燃剂、相容剂及助剂的质量比为30:44:20:5.4:0.6。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例5
本实施例中，将石蜡1和中空纤维按50:50的质量比混合加工，水浴温度为80℃，制成储能增强材料ESF-5。所述高分子支撑材料为PP与PE按质量比为1:1混合的混合物，本实施例的助剂为0，阻燃剂为八溴S醚和三氧化二锑按质量比为4:1混合的溴/锑阻燃剂。本实施例中，高分子支撑材料、储能增强材料ESF-4、阻燃剂、相容剂的质量比为33:46:15:6。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
将PP、石蜡1、阻燃剂、PP-g-MAH及助剂按质量比为44: 36: 15: 4：1在高速搅拌机中混合4分钟后，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒。所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、三氧化二锑和碱式硫酸镁晶须按质量比为4:1:5混合的溴/锑阻燃剂。
对比例2
本对比例中，PP、石蜡1、阻燃剂、PP-g-MAH及助剂的质量比为60: 10: 25: 4：1。
本对比例的其余内容与对比例1相同，这里不再赘述。
表1：各实施例和对比例的性能
　 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
拉伸强度 Mpa 41.7 42.6 55.4 46.2 23.2 6 12
相变温度 ℃ 47 27.7 46.9 47.4 47.2 47.1 46.5
相变潜热 J/g 121 93 58 85 62 55 55
阻燃等级 V-1 V-1 V-0 V-1 V-1 不阻燃 V-2
析出性 B级 A级 B级 A级 B级 D级 C级
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
高分子支撑材料       10～40 %
储能增强材料         30～70 %
阻燃剂               10～40 %
相容剂               3～8%
助剂                  0～2 %
其中，所述高分子支撑材料为热塑性材料；所述储能增强材料为中空纤维包覆石蜡。
2.根据权利要求1所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述储能增强材料中中空纤维为无机纤维或有机多孔纤维，中空纤维的质量百分比为50%-90%，石蜡的质量百分比为10%-50%。
3.根据权利要求2所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述中空纤维的直径为9μm-20μm，中空率20%-60%，石蜡的相变潜热为150J/g-260J/g，相转变温度为15℃-60℃。
4.根据权利要求1所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述热塑性材料为PP、PE、ABS、PA、PC、PBT中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述热塑性材料为PP与PE按质量比为1:1的比例混合的混合物，或所述热塑性材料为PA与PP按质量比为1:1的比例混合的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为溴/锑阻燃剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和无机阻燃剂中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物；
所述溴/锑阻燃剂为四溴双酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚、八溴S醚、2,4,6-三(2,4,6-三溴苯氧基)-1,3,5-三嗪、溴化环氧树脂、溴化聚苯乙烯和溴化聚碳酸酯中的一种和三氧化二锑按任意比例混合的混合物；
所述氮系阻燃剂为三聚氰胺、氰尿酸、双氰胺、尿素及其衍生物中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物；
所述磷系阻燃剂为磷酸酯或磷酸盐、次磷酸酯或次磷酸盐、聚合物磷酸酯或聚合物磷酸盐、磷杂环化合物中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物； 
所述无机阻燃剂为氢氧化镁粉末或晶须、碱式硫酸镁粉末或晶须、碳酸镁粉末或晶须中的一种或者一种以上按任意比例混合的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝物、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
高分子支撑材料       10～40 %
储能增强材料         30～70 %
阻燃剂               10～40 %
相容剂               3～8%
助剂                  0.5～2 %。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述助剂包括抗氧剂和润滑剂，抗氧剂和润滑剂的质量百分比均为0.1-1%。
10.根据权利要求1或2或3所述的一种增强阻燃保温复合材料，其特征在于：所述储能增强材料的制备方法为：将石蜡和中空纤维在搅拌机的搅拌下混合均匀，然后放入60℃-80℃的水浴中加热并不停搅拌，3-5h后取出冷却，制得中空纤维包覆石蜡的储能增强材料。
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