CN105968670A - 一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料 - Google Patents

一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂40‑80份，去离子水30‑50份，交联剂1‑5份；其中，制备过程包括：将聚乙烯醇及去离子水通过分子复合增塑技术制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再将共混颗粒放入单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，得到泡孔均一泡沫材料，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为120‑135℃，螺杆转速为15‑45rpm。本发明以较少的组分通过热塑挤出发泡制备得到泡孔均一的泡沫材料，该泡沫材料具有优异的综合性能，具有制备成本低、制备简单等优点。

Description

一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料
技术领域
本发明属于聚乙烯醇泡沫材料及其制备技术，具体涉及一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)作为一种水溶性高分子材料，不仅因多羟基、强氢键结构赋予了其强极性、高熔点、耐热性、抗静电、生物相容、耐溶剂性等优异特性，而且还是一种可以完全生物降解的合成高分子材料。PVA在燃烧过程中无融滴、无有害气体放出，且在降解过程中可以作为大分子成炭剂，是其在制备阻燃材料方面独有的特点。因此，制备环境友好和综合性能优异的无卤阻燃PVA基泡沫材料具有明显的优势和价值。
中国专利申请号CN2012100333871公开一种无卤阻燃聚乙烯醇泡沫材料及其制备方法是由100份聚乙烯醇、20～35份氮-磷无卤阻燃剂、0.1～10份催化剂以及0.1～10份成核剂混匀制成复合粉体，将复合粉体加入由0.1～10份表面活性剂、0.1～10份交联剂和30～45份增塑发泡剂构成的混合溶液中在60～80℃充分溶胀，然后于熔融温度140～180℃、压力8～10MPa连续挤出发泡制得。其中氮-磷无卤阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐或三聚氰胺焦磷酸盐中任一种；增塑发泡剂为水与乙醇、乙二醇、丙三醇、季戊四醇或山梨醇中的任一种按重量比1:1～5:1组成的混合物；催化剂为氧化铝、氧化镁、磷钼酸盐、铝硅酸盐、钼硅酸盐、4A分子筛、水滑石或蒙脱土中任一种；成核剂为滑石粉、碳酸钙、二氧化硅或氧化锌中任一种；表面活性剂为烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、硬脂酸盐、硅氧烷或氟碳类表面活性剂中任一种；交联剂为硼酸或硼砂，且该泡沫材料的极限氧指数按ASTM D2863标准测试为28～36％，垂直燃烧按ASTM D3801标准测试为UL94V0级。
然而，上述专利CN2012100333871公开的聚乙烯醇泡沫材料的组分较多，成本较高，且不同组分均会影响制备聚乙烯醇泡沫材料时的发泡性能，过多的组分不利于提高聚乙烯醇泡沫材料的结构和性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种组分简单、制备工艺简单的阻燃聚乙烯醇泡沫材料，可得到泡孔结构及发泡性能较佳的阻燃聚乙烯醇泡沫材料。
一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，其特征在于，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂40-80份，去离子水30-50份，交联剂1-5份；
其中，制备过程包括：将聚乙烯醇及去离子水通过分子复合增塑技术制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再将共混颗粒放入单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，得到泡孔均一泡沫材料，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为120-135℃，螺杆转速为15-45rpm。
其中，无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵、硼酸锌和氧化锑其中之一。
其中，交联剂为硼酸或硼砂。
在一个实施例中，所述一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂60份，去离子水40份，交联剂3份。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以较少的组分通过热塑挤出发泡的实现了无机阻燃剂高填充聚乙烯醇制备得到泡孔均一的泡沫材料，该泡沫材料具有优异的综合性能，具有制备成本低、制备简单等优点。
具体实施方式
本发明提出一种组分简单、制备工艺简单的阻燃聚乙烯醇泡沫材料，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂40-80份，去离子水30-50份，交联剂1-5份。制备过程如下：(1)将聚乙烯醇100份及去离子水30-50份按照中国专利申请CN101153089A所公开的技术方案，以去离子水为增塑剂，通过分子复合增塑技术，制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；(2)将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再利用单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为120-135℃，螺杆转速为15-45rpm。
无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵、硼酸锌和氧化锑其中之一。交联剂为硼酸或硼砂。以下以无机阻燃剂为氢氧化铝、交联剂为硼酸为例进一步说明。
其中，去离子水的主要作用是作为增塑剂。去离子水还可以通过与聚乙烯醇上的羟基形成新的氢键作用，破坏原有的聚乙烯醇分子内和分子间氢键，有效降低聚乙烯醇熔点，故去离子水作为增塑剂实现了聚乙烯醇的热塑加工；利用去离子水汽化与聚乙烯醇和氢氧化铝的共混颗粒在挤压成型过程中挤压形成的基体发生相分离成孔，去离子水作为物理发泡剂制备使基体上形成泡孔进而制备为聚乙烯醇泡沫材料；并且，在聚乙烯醇泡沫材料燃烧过程中，其内部泡孔中残留的水汽化吸热，故去离子水起到灭火剂的作用。
另外，在组合物中使用去离子水的组分数量会影响混合颗粒的熔体强度，使用较多份数的去离子水时混合颗粒的熔体强度低，无法维持泡孔在生长过程中的结构而易造成塌陷，导致泡沫材料表观密度增大，但去离子水的质量份数不宜过低，否则会影响热塑加工性能，使连续挤出发泡困难，故本申请综合考虑上述因素，在上述组合物中恰当的选择去离子水30-50份。
氢氧化铝为无机阻燃剂，同时在发泡过程中起到了异相成核剂的作用。随着氢氧化铝使用量的增加也增大的泡沫的表观密度，泡沫材料的泡孔密度增大，泡孔直径减小，归结于氢氧化铝在组合物中的异相成核作用，最终得到泡沫材料的泡孔密度增大，泡孔直径减小。
硼酸为交联剂。采用硼酸交联聚乙烯醇，有利于泡沫材料的泡孔结构的固定成型，显著减小泡孔直径和有效改善泡孔均一性。
在利用单螺杆挤出机进行热塑挤出发泡过程中，气泡的成核和生长都发生在口模附近，因此口模温度是影响泡沫材料最终性能的关键因素。口模温度较低时组合物熔体粘度大，对气泡的生长起到严重的限制作用，使发泡困难；而口模温度较高时，组合物熔体中去离子水的剧烈蒸发造成了不稳定的发泡，同时组合物熔体粘度明显下降而无法有效的保持住气体，导致泡孔容易出现坍塌和收缩现象，不利于发泡生长。因此，本申请选择最佳口模温度120-135℃时可以保证了去离子水的迅速汽化发泡，同时使组合物熔体强度维持形成的泡孔结构，最终可以得到泡孔均一的泡沫材料。
单螺杆挤出机的螺杆转速也会影响发泡性能。螺杆转速过小时成核发泡困难。而螺杆转速过高时，加剧了去离子水的汽化发泡，同时螺杆过快转动使组合物熔体的粘度降低，从而造成了发泡不稳定，甚至出现泡孔坍塌合并的现象，也不利于发泡生长。因此，本申请选用螺杆转速15-45rpm以确保获得泡孔均一的泡沫材料。
实施例1
一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂40份，去离子水30份，交联剂1份。制备过程如下：(1)将聚乙烯醇及去离子水通过分子复合增塑技术制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；(2)将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再利用单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，得到泡孔均一泡沫材料，其中，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为120℃，螺杆转速为15rpm。经检测，实施例1制备得到的泡沫材料的极限氧指数(LOI)达到34％，膨胀倍率约为9.2。
实施例2
一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂60份，去离子水40份，交联剂3份。制备过程如下：(1)将聚乙烯醇及去离子水通过分子复合增塑技术制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；(2)将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再利用单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，得到泡孔均一泡沫材料，其中，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为125℃，螺杆转速为35rpm。经检测，实施例2制备得到的泡沫材料基材的极限氧指数(LOI)达到36％，膨胀倍率约为10.0。
实施例3
一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂80份，去离子水50份，交联剂5份。制备过程如下：(1)将聚乙烯醇及去离子水通过分子复合增塑技术制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；(2)将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再利用单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，得到泡孔均一泡沫材料，其中，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为135℃，螺杆转速为45rpm。经检测，泡沫材料基材的极限氧指数(LOI)达到35％，膨胀倍率约为9.9。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，其特征在于，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂40-80份，去离子水30-50份，交联剂1-5份；
其中，制备过程包括：将聚乙烯醇及去离子水通过分子复合增塑技术制备得到可热塑加工聚乙烯醇颗粒；将聚乙烯醇颗粒、无机阻燃剂和交联剂在高速混合机充分混合得到共混颗粒，再将共混颗粒放入单螺杆挤出机中经热塑挤出发泡，得到泡孔均一的泡沫材料，该单螺杆挤出机的口模的加工温度为120-135℃，螺杆转速为15-45rpm。
2.根据权利要求1所述一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，其特征在于，无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵、硼酸锌和氧化锑其中之一。
3.根据权利要求1所述一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，其特征在于，交联剂为硼酸或硼砂。
4.根据权利要求1所述一种阻燃聚乙烯醇泡沫材料，其特征在于，由质量份数表示的如下组分制备而成：聚乙烯醇100份，无机阻燃剂60份，去离子水40份，交联剂3份。
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