CN105778332A - 一种高强高韧阻燃抑烟pvc木塑发泡复合建筑模板及其制备方法 - Google Patents

一种高强高韧阻燃抑烟pvc木塑发泡复合建筑模板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板及其制备方法，制备原料为：PVC树脂、有机填充物、阻燃剂、偶联剂、发泡剂、发泡调节剂、复合稳定剂、润滑剂、增塑剂、加工改性剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂，采用MBS增韧剂，提高产品冲击强度的同时，还提高了产品相容性和加工性能。其制备采用一次成型工艺，简单易行，实验证明制备的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板的性能远远高于普通建筑模板要求，能达到木塑建筑模板国家I级标准，且可达到30次循环利用，废料可回收重塑，达到循环利用零损耗的效果，符合国家节能环保要求，其经济效益是非常可观的。

Description

一种高强高韧阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑发泡复合建筑模板技术领域，尤其涉及的是一种高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板及其制备方法。
背景技术
木塑复合发泡复合建筑模板集中了木材和塑料的双重优点，具有表面光滑、强度大、密度小、轻便易装、防潮防虫蛀、稳定的耐候性、清洁环保和能像木板任意钉、锯、钻、粘等优点，在许多方面得到广泛应用，尤其在建筑模板方面的应用，但传统的木塑复合发泡复合建筑模板具有耐候性差、韧性低和易燃发烟的缺点，限制了木塑复合发泡建筑模板的大规模使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板的制备由以下组分及其重量份组成：
还包括用于活化有机填充物的偶联剂0.2～0.4份，用量为有机填充物重量的1％；和用于活化阻燃剂的偶联剂0.15～0.35份，用量为阻燃剂重量的1％。
所述的PVC树脂为悬浮法制备的SG7或SG8型号树脂。
所述的有机填充物为植物纤维粉：木粉、大豆秸秆粉、亚麻粉、稻壳粉之一或其混合物(细度大约保持在200目)。
所述的阻燃剂为碱式硫酸镁晶须(MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O)，纳米级。
所述偶联剂为γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂(稀释剂为二甲苯)。
所述的发泡剂为AC、NaHCO3混合发泡剂，其质量比为2:1。
所述发泡调节剂为氧化锌、氧化铅等金属氧化物、硬脂酸锌等有机酸盐中的一种或两种的混合物。
所述的稳定剂为稀土稳定剂、钡锌复合稳定剂、钙锌复合稳定剂、铅盐复合稳定剂中的一种或两种的混合物。
所述的润滑剂为硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、氯化石蜡中的一种或两种的混合物。
所述的增塑剂为DOP(通用型邻苯二甲酸二辛酯)。
所述的加工改性剂为ACR(核壳共聚丙烯酸酯类)。
所述的增韧剂为MBS树脂(甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯共聚物)。
所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-P(吸收270～280nm波长的紫外线)和紫外线吸收剂UV-O(吸收280～340nm波长紫外线)。
其制备工艺如下所述：
步骤1、首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将植物纤维粉混合物在喷射式搅拌器中进行偶联剂活化处理，烘干后备用。
步骤2、将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化。
步骤3、将PVC树脂、复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至75～90℃后，将活化后的植物纤维粉、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工。
步骤4、将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机(长径比为30:1)喂料斗进行挤出成型，为防止刚开始混合不均造成局部焦化，造成产品性能降低，依次设置料筒温度一段：162～166℃，二段：163～168℃，三段：165～169℃，四段：163～167℃，五段：168～173℃，合流芯：165～170℃。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用碱式硫酸镁晶须(MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O)新型阻燃剂和MBS树脂(甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯共聚物)增韧剂，分别改善阻燃抑烟性能与抗冲击性能，其综合性能明显高于传统的溴系阻燃剂。
2、碱式硫酸镁晶须(MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O)在受热时首先释放结晶水，在水分的蒸发过程中吸收大量的热量降低材料的温度，如果温度达到335℃左右的时候，碱式硫酸镁晶须中的氢氧化镁开始分解，生成MgO和H2O，吸收热量再次降低材料实际温度，抑制材料燃烧和释放可燃性气体，此外生成的MgSO4与MgO又是耐火材料，覆盖于材料表面，起到了隔绝空气、阻止燃烧的目的。
3、碱式硫酸镁晶须(MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O)，晶须直径能达到纳米级，晶格完整，具有良好的物理性能和机械性能，除此之外，本发明中纳米级碱式硫酸镁晶须除了作为阻燃剂外，还可以对硬质PVC树脂在发泡中起成核剂的作用，很大程度上改善硬质PVC木塑发泡复合建筑模板的强度和加工性能。
4、采用γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂对碱式硫酸镁晶须进行表面处理，解决碱式硫酸镁晶须在模板挤出时容易团聚在一起和与聚合物材料的相容性差的缺点，同时解决了建筑模板长时间放置在潮湿空气中和空气中的水和二氧化碳反应使表面失去光泽、粗糙、鼓泡等的缺点。
5、本专利采用的增韧剂为MBS树脂(甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯共聚物)，聚甲基丙烯酸甲酯和PVC树脂具有相近的溶解度参数，相容性很好，同时丁二烯段和苯乙烯段分别保持良好韧性和良好加工流动性能，使建筑模板具有高韧和良好的加工性能，很大程度上改善了冲击强度和耐寒性。。
6、本专利采用木粉、大豆秸秆粉、亚麻粉、稻壳粉等植物纤维粉之一或者混合物，经“微孔发泡”的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板，其内部的泡孔不仅能降低材料密度，还能有效的防止材料内部应力集中造成的破裂。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1：
各组分都是按照重量份称取，分别称取SG7型号PVC树脂100份，颗粒大小200目；杨木粉与大豆秸秆粉混合物30份，两者质量比为1:1；阻燃剂碱式硫酸镁晶须23份；偶联剂(γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷)0.53份；发泡剂3份，发泡剂为AC、NaHCO3混合发泡剂，NaHCO3：AC质量比为2:1；发泡调节剂ZnO2.5份；稀土类复合稳定剂2.5份；润滑剂硬脂酸甘油酯1.5份；增塑剂DOP1份；ACR加工改性剂8份；增韧剂MBS树脂8份；紫外线吸收剂UV-P和紫外线吸收剂UV-O的混合物0.015份，两者质量比例为1:1。
步骤(1)：首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将植物纤维粉混合物在喷射式搅拌器中进行偶联剂活化处理，偶联剂的添加量为植物纤维粉混合物质量的1％(0.3份)，烘干后备用。
步骤(2)：将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化，偶联剂的添加量为碱式硫酸镁晶须质量的1％(0.23份)。
步骤(3)：将PVC树脂、复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至73～92℃后，将步骤(1)活化处理的植物纤维粉混合物、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工。
步骤(4)：将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机(长径比为30:1)喂料斗进行挤出成型，依次设置挤出机的各区温度：一区163℃，二区165℃，三区168℃，四区165℃，五区170℃，合流芯168℃，主机转速保持在13rpm/min左右。
经挤出成型制备长*宽*厚为183cm*91.5cm*15mm的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板。
实施例2：
各组分都是按照重量份称取，分别称取SG8型号树脂100份，颗粒大小200目；杨木粉35份；阻燃剂碱式硫酸镁晶须18份；偶联剂(γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷)0.53份；发泡剂3份，发泡剂为AC、NaHCO3混合发泡剂，其NaHCO3：AC质量比为2:1；发泡调节剂PbO2.8份；钡锌复合稳定剂3份；润滑剂氯化石蜡1.8份；增塑剂DOP0.7份；加工改性剂ACR6份；增韧剂MBS树脂10份；紫外线吸收剂UV-P和紫外线吸收剂UV-O的混合物0.01份，且比例为1:1。
步骤(1)：首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将杨木粉在喷射式搅拌器中，将稀释后的偶联剂均匀喷淋在杨木粉表面进行偶联剂活化处理，偶联剂的添加量为杨木粉质量的1％(0.35份)，烘干后备用。
步骤(2)：将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释保证均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化，偶联剂的添加量为碱式硫酸镁晶须质量的1％(0.18份)。
步骤(3)：将PVC树脂、钡锌复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至87℃后，活化后的杨木粉、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工。
步骤(4)：将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机(其长径比为30:1)喂料斗进行挤出成型，依次设置挤出机的各区温度：一区165℃，二区168℃，三区168℃，四区167℃，五区172℃，合流芯170℃，主机转速保持在10rpm/min左右。
经挤出成型制备长*宽*厚为183cm*91.5cm*15mm的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板。
实施例3：
各组分都是按照重量份称取，分别称取SG8型号树脂100份，颗粒大小200目；木粉与稻壳粉混合物30份，两者质量比为1:1；阻燃剂碱式硫酸镁晶须23份，偶联剂(γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷)0.53份；发泡剂3.5份，其中NaHCO3：AC质量比为2:1；发泡调节剂硬脂酸锌3份；铅盐复合稳定剂2.8份；润滑剂1.9份，为硬脂酸锌与聚乙烯蜡的混合物，硬脂酸锌：聚乙烯蜡质量比为2:1；增塑剂DOP1.3份，加工改性剂ACR9份，增韧剂MBS树脂11份，紫外线吸收剂UV-P和紫外线吸收剂UV-O的混合物0.008且比例为1:1。
步骤(1)：首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将植物纤维粉混合物在喷射式搅拌器中进行偶联剂活化处理，偶联剂的添加量为植物纤维粉混合物质量的1％(0.3份)，烘干后备用。
步骤(2)：将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释保证均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化，偶联剂的添加量为碱式硫酸镁晶须质量的1％(0.23份)。
步骤(3)：将PVC树脂、复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至85℃后，将活化后的植物纤维粉、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工。
步骤(4)：将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机(其长径比为30:1)喂料斗进行挤出成型，依次设置挤出机的各区温度：一区165℃，二区167℃，三区168℃，四区168℃，五区170℃，合流芯170℃，主机转速保持在11rpm/min左右。
经挤出成型制备长*宽*厚为183cm*91.5cm*15mm的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板。
实施例4：
各组分都是按照重量份称取，分别称取SG8型号树脂100份，颗粒大小200目；大豆秸秆粉27份；阻燃剂碱式硫酸镁晶须37份；偶联剂(γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷)0.64份；发泡剂2.6份，其中NaHCO3：AC质量比为2:1；发泡调节剂3.1份，为ZnO与PbO的混合物，两者质量比为1:1；钙锌复合稳定剂2.8份；润滑剂1.3份，为硬脂酸甘油酯与聚乙烯蜡的混合物，硬脂酸甘油酯：聚乙烯蜡质量比为2:1；增塑剂DOP1.5份；加工改性剂ACR8份；增韧剂MBS树脂10份；紫外线吸收剂UV-P和紫外线吸收剂UV-O的混合物0.013份，且比例为1:1。
步骤(1)：首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将大豆秸秆粉在喷射式搅拌器中进行偶联剂活化处理，偶联剂的添加量为大豆秸秆粉质量的1％(0.27份)，烘干后备用。
步骤(2)：将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释保证均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化，偶联剂的添加量为碱式硫酸镁晶须质量的1％(0.37份)。
步骤(3)：将PVC树脂、复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至86℃后，将活化的大豆秸秆粉、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工。
步骤(4)：将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机(其长径比为30:1)喂料斗进行挤出成型，依次设置挤出机的各区温度：一区170℃，二区170℃，三区171℃，四区173℃，五区170℃，合流芯170℃，主机转速保持在13rpm/min左右。
经挤出成型制备长*宽*厚为183cm*91.5cm*15mm的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板。
实施例5：
各组分都是按照重量份称取，分别称取SG7型号树脂100份，颗粒大小200目；亚麻粉30份；阻燃剂碱式硫酸镁晶须35份；偶联剂(γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷)0.65份；发泡剂4份，其中NaHCO3：AC质量比为2:1；发泡调节剂ZnO3.8份，稀土复合稳定剂2.5份；润滑剂氯化石蜡1.4份；增塑剂DOP0.9份；加工改性剂ACR10份；增韧剂MBS树脂12份；紫外线吸收剂UV-P和紫外线吸收剂UV-O的混合物0.014份，且比例为1:1。
步骤(1)：首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将亚麻粉在喷射式搅拌器中进行偶联剂活化处理，偶联剂的添加量为亚麻粉质量的1％(0.3份)，烘干后备用。
步骤(2)：将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释保证均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化，偶联剂的添加量为碱式硫酸镁晶须质量的1％(0.35份)。
步骤(3)：将PVC树脂、复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至85℃后，将活化的亚麻粉、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工。
步骤(4)：将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机(其长径比为30:1)喂料斗进行挤出成型，依次设置挤出机的各区温度设定一区166℃，二区168℃，三区170℃，四区172℃，五区171℃，合流芯170℃，主机转速保持在12rpm/min左右。
经挤出成型制备长*宽*厚为183cm*91.5cm*15mm的高强高韧、阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板。
将上述各实例获得的建筑模板标准样条分别进行测试，其测试结果如下表1所示：
表1
垂直燃烧性能按美国UL-94标准进行测试；氧指数按GB/T2406-2009进行测试；静曲强度和弹性模量按GB/T17657-1999进行测试；维卡软化温度按GB/T1633-2000进行测试；简支梁冲击强度按GB/T1043.1-2008进行测试；耐碱性按GB/T29500-2013中的5.3.8规定进行测试；抗冻融性能按GB/T29500-2013中的5.3.9规定进行测试；高温试验按GB/T29500-2013中的5.3.10规定进行测试；表观密度按GB/T6343-2009进行测试；邵氏硬度D按GB/T2411-2008进行测试；握螺钉力按GB/T17657-1999中4.10的规定进行测试；吸水率按GB/T17657-1999中4.6的规定进行测试。
综合考虑，所有实施例制作的建筑模板性能均明显优于建筑模板I级标准要求。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强高韧阻燃抑烟PVC木塑发泡复合建筑模板，其特征在于，其制备原料及其重量份为：
还包括用于活化有机填充物的偶联剂0.2～0.4份；和用于活化阻燃剂的偶联剂0.15～0.35份。
2.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的PVC树脂为悬浮法制备的SG7或SG8型号树脂；所述的有机填充物为木粉、大豆秸秆粉、亚麻粉、稻壳粉之一或其混合物。
3.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的阻燃剂为纳米级碱式硫酸镁晶须(MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O)；所述偶联剂为γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的发泡剂为AC、NaHCO3混合发泡剂，其质量比为2:1；所述发泡调节剂为氧化锌、氧化铅等金属氧化物、硬脂酸锌等有机酸盐中的一种或两种的混物。
5.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的稳定剂为稀土稳定剂、钡锌复合稳定剂、钙锌复合稳定剂、铅盐复合稳定剂中的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、氯化石蜡中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的增塑剂为DOP；所述的加工改性剂为ACR。
8.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的增韧剂为MBS树脂。
9.根据权利要求1所述的复合建筑模板，其特征在于，所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-P和紫外线吸收剂UV-O和混合物，混合质量比为1：1。
10.根据权利要求1-9任一所述的复合建筑模板的制备方法，其特征在于，其制备工艺如下：
步骤1、首先用二甲苯作溶剂稀释γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂，温度在65～80℃下，将植物纤维粉混合物在喷射式搅拌器中进行偶联剂活化处理，烘干后备用；
步骤2、将γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷偶联剂用适量的二甲苯溶剂稀释均匀喷淋于碱式硫酸镁晶须表面进行表面活化；
步骤3、将PVC树脂、复合稳定剂加入高速混合机混合，物料温度加热至75～90℃后，将活化后的植物纤维粉、活化后的碱式硫酸镁晶须阻燃剂、发泡剂、润滑剂、发泡调节剂、加工改性剂、增塑剂、增韧剂MBS树脂、紫外线吸收剂加到高速混合机在100℃混合均匀，然后冷却至室温等待进行成型加工；
步骤4、将均匀混合的物料经螺旋加料机进入到双螺杆挤出机喂料斗进行挤出成型，为防止刚开始混合不均造成局部焦化，造成产品性能降低，依次设置料筒温度一段：162～166℃，二段：163～168℃，三段：165～169℃，四段：163～167℃，五段：168～173℃，合流芯：165～170℃。
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