CN105111677A - 一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料及其制备方法 - Google Patents
一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料及其制备方法。较大阻燃剂的添加量和较低的阻燃效率一直是限制聚苯乙烯材料发展的重要因素。本发明聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，由所述的三聚氰胺改性脲醛树脂、无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂组成三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料，该三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料与预发好的聚苯乙烯颗粒的质量比为100：20-70，三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料均匀包覆在预发好的聚苯乙烯颗粒表面。当火焰接触复合泡沫塑料时，包裹在外层的三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料炭化形成保护层，隔绝火焰，达到复合泡沫塑料阻燃的目的。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫保温材料，具体地说是一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯作为五大通用塑料之一，是我国目前使用量最大的泡沫保温材料，由于其具有闭孔蜂窝结构，使得聚苯乙烯板材具有极低的吸水性和导热系数、较高的抗压性和抗老化性，同时还具有质量轻、尺寸稳定性好以及良好的力学性能、电绝缘性能和加工性能等优点，被广泛应用于医疗器械、家电、交通、军工等行业中。
随着建筑行业的迅速发展和住宅商品化的深入，以及人们对节约能源要求不断提高，建筑节能得到了人们的高度重视，出现了新技术、新工艺和新材料，聚苯乙烯泡沫板目前最主要的一个应用领域就是作为建筑外墙保温材料。
然而，聚苯乙烯材料的碳氢结构使其极易燃烧，侧链上体积较大的苯环容易脱掉，更加剧了燃烧过程的生烟量和熔滴倾向。封闭的泡孔带来的空气流通性也导致聚苯乙烯材料易燃，较大阻燃剂的添加量和较低的阻燃效率一直是限制聚苯乙烯材料发展的重要因素。因此，将聚苯乙烯材料用于具有防火安全的外墙保温产品时，必须对其进行阻燃处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有聚苯乙烯材料阻燃性能差的缺陷，提供一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其通过在预发好的聚苯乙烯颗粒中添加三聚氰胺改性脲醛树脂、阻燃剂和阻燃协效剂，从而提高聚苯乙烯类产品的阻燃性能。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其各组分及其重量份数如下：三聚氰胺改性脲醛树脂100份，无机填料5-15份，阻燃剂30-50份，阻燃协效剂12-20份，固化剂10-15份和预发好的聚苯乙烯颗粒；
由所述的三聚氰胺改性脲醛树脂、无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂组成三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料，该三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料与预发好的聚苯乙烯颗粒的质量比为100：20-70，三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料均匀的包覆在预发好的聚苯乙烯颗粒表面。
本发明所用的三聚氰胺改性脲醛树脂难燃，其与无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂共同组成混合型阻燃填料，阻燃效率高、价格低廉、无毒环保、抑制发烟、无腐蚀性。本发明三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料均匀包覆在聚苯乙烯颗粒表面，当火焰接触复合泡沫塑料时，包裹在外层的三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料炭化形成保护层，隔绝火焰，达到复合泡沫塑料阻燃的目的。
进一步，所述三聚氰胺改性脲醛树脂的制备方法如下：
将甲醛溶液和第一批尿素加入到反应容器中，调节pH为8～8.5同时升温至85～90℃，保温反应，然后降温至65～70℃，调节pH为4～5同时升温至75～80℃，并加入第二批尿素，反应完毕后调节pH为8～9同时升温至85～90℃，并加入三聚氰胺与第三批尿素，反应结束后冷却至室温出料，即得三聚氰胺改性脲醛树脂，该三聚氰胺改性脲醛树脂中游离甲醛质量含量小于0.3%，固含量控制在60～70%。
三聚氰胺改性脲醛树脂采用上述制备方法，可以有效增加二羟基甲基脲的含量，有利于形成脲醛树脂的次甲基脲与二羟甲基脲达到最佳组合值，得以提高树脂强度。
进一步，所述甲醛与总尿素的摩尔比为1.05～1.50:1，三聚氰胺的加入量为总尿素质量的4-6%，第一批尿素占总尿素的50-80%，第二批尿素占总尿素的10-30%，第三批尿素占总尿素的10-30%。本发明采用分批加尿素且第一批尿素用量大而第二、三批尿素用量比较小，不仅降低了甲醛的释放量，而且在保证树脂强度不变的基础上降低了甲醛与尿素的物质的量比。
进一步，调节pH所用的酸性调节剂选自甲酸、盐酸、硫酸、乙酸中的一种或两种，调节pH所用的碱性调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的一种或两种。
进一步，所述的无机填料选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锌中的一种或两种以上的混合物。
进一步，所述的阻燃剂选自氢氧化铝或/和氢氧化镁。
进一步，所述的阻燃协效剂选自聚磷酸铵、季戊四醇、氯化石蜡、三聚氰胺、三氧化二铁、膨胀石墨、硼酸锌中两种以上的混合物。
进一步，所述的固化剂选自氯化铵、硫酸铵、六亚甲基四胺、间二苯酚、尿素、氨水中的一种或两种以上的混合物。
本发明还提供上述聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料的制备方法，其步骤如下：
将所述的三聚氰胺改性脲醛树脂与无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂搅拌均匀，得到三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料；
将所述的三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料与预发好的聚苯乙烯颗粒混合，迅速混入固化剂，使三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料包覆在预发好的聚苯乙烯颗粒表面，最后将所得的混合物置于模具中模压成型，得到成型品。无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂在树脂表面分散均匀，对预发好的聚苯乙烯颗粒机械性能影响较小；包覆过程无毒无腐蚀；聚苯乙烯颗粒与三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料具有良好的相容性，使得混合填料包覆成型品(如聚苯板)能持续保持高效阻燃，延长使用寿命。
进一步，所述模压成型的温度为100～140℃，模压成型的压力为0.1～0.4MPa。
本发明将难燃的三聚氰胺改性脲醛树脂与无机填料、阻燃剂、阻燃协效剂、固化剂充分混合，均匀包覆在预发好的聚苯乙烯颗粒表面，然后在合适的温度和压力下通过模具制备得到高阻燃、无滴落的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，该复合泡沫塑料的极限氧指数达到B1级及以上、垂直燃烧达到V-0等级、无熔融低落现象发生。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1-4中，甲醛溶液和甲酸溶液均为市售的工业甲醛溶液（浓度约为37wt%）和甲酸溶液（浓度约为98wt%）；实施例5-8中，“份”均为重量份。
实施例1
将24.32g37%甲醛溶液、第一部分尿素9g加入到三口瓶中，接着加入50%氢氧化钠溶液1g，缓慢升温至85℃，保温反应40分钟后降低温度至70℃，加入无水甲酸0.5g同时升温至75℃，并加入第二批尿素3g，反应10分钟后加入50%氢氧化钠溶液3g同时升温至85℃，并加入三聚氰胺0.6g与第三批尿素3g，反应结束后冷却至室温出料，即得到三聚氰胺改性脲醛树脂；树脂的游离甲醛含量为0.293%，固含量为64.0%。
实施例2
将24.32g37%甲醛溶液、第一部分尿素9g加入到三口瓶中，接着加入50%氢氧化钡溶液1.5g，缓慢升温至90℃，保温反应60分钟后降低温度至65℃，加入无水甲酸0.5g同时升温至80℃，并加入第二批尿素3g，反应25分钟后加入氢氧化钡溶液3g同时升温至90℃，并加入三聚氰胺0.62g与第三批尿素3.6g，反应结束后冷却至室温出料，即得到三聚氰胺改性脲醛树脂；树脂的游离甲醛含量为0.158%，固含量为67.9%。
实施例3
将24.32g37%甲醛溶液、第一部分尿素9g加入到三口瓶中，接着加入50%氢氧化钡溶液1.5g，缓慢升温至85℃，保温反应60分钟后降低温度至70℃，加入盐酸0.5g同时升温至80℃，并加入第二批尿素3g，反应25分钟后加入氢氧化钡溶液3g同时升温至90℃，并加入三聚氰胺0.62g与第三批尿素3.6g，反应结束后冷却至室温出料，即得到三聚氰胺改性脲醛树脂；树脂的游离甲醛含量为0.244%，固含量为65.6%。
实施例4
将24.32g37%甲醛溶液、第一部分尿素9g加入到三口瓶中，接着加入50%氢氧化钠溶液1g，缓慢升温至88℃，保温反应40分钟后降低温度至75℃，加入硫酸0.5g同时升温至75℃，并加入第二批尿素3g，反应10分钟后加入50%氢氧化钠溶液3g同时升温至85℃，并加入三聚氰胺0.6g与第三批尿素3g，反应结束后冷却至室温出料，即得到三聚氰胺改性脲醛树脂；树脂的游离甲醛含量为0.289%，固含量为62.2%。
实施例5
将三聚氰胺改性脲醛树脂100份（为实施例1所制），氢氧化铝30份，三氧化二铁4份，膨胀石墨8份，碳酸钙5份混合均匀。
将100份脲醛树脂混合液与20份预发好聚苯乙烯颗粒均匀混合，加入按质量比30/70加入氯化铵/间二苯酚10份，并迅速搅拌置于100℃、0.1MPa模具中模压成型。产品的极限氧指数为28.4%，垂直燃烧达到V-O等级，无熔融低落现象。
实施例6
将三聚氰胺改性脲醛树脂100份（为实施例2所制），氢氧化铝50份，三氧化二铁8份，膨胀石墨12份，碳酸镁15份混合均匀。
将100份脲醛树脂混合液与70份预发好聚苯乙烯颗粒均匀混合，加入按质量比60/40加入硫酸铵/六亚甲基四胺15份，并迅速搅拌置于140℃、0.4MPa模具中模压成型。产品的极限氧指数为32.6%，垂直燃烧达到V-O等级，无熔融低落现象。
实施例7
将三聚氰胺改性脲醛树脂100份（为实施例3所制），氢氧化铝40份，聚磷酸铵15份，季戊四醇5份，三聚氰胺5份，碳酸锌10份混合均匀。
将100份脲醛树脂混合液与20份预发好聚苯乙烯颗粒均匀混合，加入按质量比30/70加入氨水/尿素10份，并迅速搅拌置于120℃、0.1MPa模具中模压成型。极限氧指数为29.2%，垂直燃烧达到V-O等级，无熔融低落现象。
实施例8
将三聚氰胺改性脲醛树脂100份（为实施例4所制），氢氧化镁50份，聚磷酸铵20份，氯化石蜡10份，硼酸锌5份，碳酸钡15份混合均匀。
将100份脲醛树脂混合液与70份预发好聚苯乙烯颗粒均匀混合，加入按质量比60/40加入硫酸铵/六亚甲基四胺15份，并迅速搅拌置于140℃、0.4MPa模具中模压成型。极限氧指数为31.1%，垂直燃烧达到V-O等级，无熔融低落现象。
Claims (10)
1.一种聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其各组分及其重量份数如下：三聚氰胺改性脲醛树脂100份，无机填料5-15份，阻燃剂30-50份，阻燃协效剂12-20份，固化剂10-15份和预发好的聚苯乙烯颗粒；
由所述的三聚氰胺改性脲醛树脂、无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂组成三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料，该三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料与预发好的聚苯乙烯颗粒的质量比为100：20-70，三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料均匀的包覆在预发好的聚苯乙烯颗粒表面。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，所述三聚氰胺改性脲醛树脂的制备方法如下：
将甲醛溶液和第一批尿素加入到反应容器中，调节pH为8～8.5同时升温至85～90℃，保温反应，然后降温至65～70℃，调节pH为4～5同时升温至75～80℃，并加入第二批尿素，反应完毕后调节pH为8～9同时升温至85～90℃，并加入三聚氰胺与第三批尿素，反应结束后冷却至室温出料，即得三聚氰胺改性脲醛树脂，该三聚氰胺改性脲醛树脂中游离甲醛质量含量小于0.3%，固含量控制在60～70%。
3.根据权利要求2所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，
所述甲醛与总尿素的摩尔比为1.05～1.50:1，三聚氰胺的加入量为总尿素质量的4-6%，第一批尿素占总尿素的50-80%，第二批尿素占总尿素的10-30%，第三批尿素占总尿素的10-30%。
4.根据权利要求1或2所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，调节pH所用的酸性调节剂选自甲酸、盐酸、硫酸、乙酸中的一种或两种，调节pH所用的碱性调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的一种或两种。
5.根据权利要求1或2所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，所述的无机填料选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锌中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，所述的阻燃剂选自氢氧化铝或/和氢氧化镁。
7.根据权利要求1或2所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，所述的阻燃协效剂选自聚磷酸铵、季戊四醇、氯化石蜡、三聚氰胺、三氧化二铁、膨胀石墨、硼酸锌中两种以上的混合物。
8.根据权利要求1或2所述的聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料，其特征在于，所述的固化剂选自氯化铵、硫酸铵、六亚甲基四胺、间二苯酚、尿素、氨水中的一种或两种以上的混合物。
9.权利要求1-8任一项所述聚苯乙烯/三聚氰胺改性脲醛树脂复合泡沫塑料的制备方法，其步骤如下：
将所述的三聚氰胺改性脲醛树脂与无机填料、阻燃剂和阻燃协效剂搅拌均匀，得到三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料；
将所述的三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料与预发好的聚苯乙烯颗粒混合，迅速混入固化剂，使三聚氰胺改性脲醛树脂混合填料包覆在预发好的聚苯乙烯颗粒表面，最后将所得的混合物置于模具中模压成型，得到成型品。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述模压成型的温度为100～140℃，模压成型的压力为0.1～0.4MPa。
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Denomination of invention: Polystyrene/melamine modified urea formaldehyde resin composite foam and its preparation method Granted publication date: 20170818 Pledgee: The Bank of Hangzhou Fuyang branch of the new Limited by Share Ltd. Pledgor: FANGYUAN PLASTICS MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2024980020610 |