CN106497109A - 一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法。所述的聚苯乙烯复合材料，由包括以下重量份的组分制成：植物填充材料100份，玻璃纤维毡20～50份，聚苯乙烯胶黏剂40～80份，其中所述的聚苯乙烯胶黏剂中含有阻燃成分。本发明采用木粉和聚苯乙烯为主要原料，通过合理的配方工艺的设计制备出一种成本低，力学性能和阻燃效果好的聚苯乙烯复合材料，该复合材料采用玻璃纤维毡作为增强材料，不仅兼具木材和塑料的特点，更具有耐冲击性能好，使用寿命长，防水防蛀的优点。

Description

一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
传统的板材、建筑装饰材料大多为木材，也有塑料材质的。由于石油资源和森林资源的日益短缺。木材成本和塑料材料的成本也大幅上升。而对于废旧木材或废旧塑料来说，使用过一次后还有较大的使用价值，可以再次回收予以利用，以节约宝贵的社会资源。
在木材和塑料综合利用方面，现在使用较多的是木塑材料，即将木质材料磨粉后进行表面处理，然后当做填料加入塑料中，和塑料一起熔融挤出制得木塑材料，这种挤出工艺由于受到挤出机熔融共混工艺的限制，木材需要先处理为粉状材料，以便于在挤出机中流动。而磨粉工艺对木材本身的纤维结构破坏较大，使木材的力学性能优势未能得到较好的发挥。
而另一方面，聚苯乙烯材料由于其价格较低，产品硬度较大，易发泡的特点，在建筑装饰领域和汽车内饰领域得到广泛的应用。而聚苯乙烯材料的回收再利用，多采用的是熔融造粒的工艺，这种工艺对回收原料的选择性较高，需要回收原料本身品质较好。而对于更多的聚苯乙烯回收料如采用熔融造粒工艺，则面临着回收材料成分不纯，产品性能较差的问题。
如能将聚苯乙烯回收材料和廉价的木质资源结合起来，制备一种高性能的聚苯乙烯复合材料，会有较高的市场价值和社会价值。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法。制得的聚苯乙烯复合材料具有成本低，力学性能和阻燃效果好的优点。
本发明的技术方案如下：
一种聚苯乙烯复合材料，由包括以下重量份的组分制成：
植物填充材料： 100份，
玻璃纤维毡： 20～50份，
聚苯乙烯胶黏剂： 40～80份。
优选的，所述的植物填充材料选自植物破碎料或植物粉末中的一种或几种；
所述的植物破碎料选自木材破碎料、竹子破碎料、秸秆破碎料中的一种或几种；
所述的植物粉末选自木粉、竹粉、稻壳粉中的一种或几种。
优选的，所述的植物破碎料和植物粉末的重量份之比为(2～3):1。
优选的，所述的植物填充材料选用废旧材料，或回收材料进行加工。
优选的，所述的玻璃纤维毡的面密度为300g/m2～800g/m2。
优选的，所述的聚苯乙烯胶黏剂由包括以下重量份的组分制成：
优选的，所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯。
优选的，所述的碳化剂选自季戊四醇、双季戊四醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或几种；
所述的催化剂选自硼酸、磷酸酯、聚磷酸铵中的一种或几种；
所述的发泡剂选自三聚氰胺、尿素、双氰胺、聚磷酸铵中的一种或几种。
优选的，所述的填充剂选自氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或几种，优选的额所述的填充剂为20～40份；
当填料为氢氧化铝或氢氧化镁时，氢氧化铝或氢氧化镁本身含有结晶水，受热时能释放出结晶水产生一定阻燃效果，同时其和膨胀性阻燃剂在胶黏剂中搭配使用，可以产生类似与碳化剂的效果，覆盖到燃烧物的表面，隔绝氧气产生阻燃的协同效果。
所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠。
优选的，所述的增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或几种；
所述的溶剂选自乙酸乙酯或环己酮。
一种上述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂；按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡20～50份，聚苯乙烯胶黏剂40～80份；
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，再加入冷压机中冷却固化得到所述的聚苯乙烯复合材料。
优选的，所述的聚苯乙烯胶粘剂由以下方法制得：
(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐2～6份，碳化剂40～60份，催化剂30～50份，发泡剂10～20份，填充剂0～40份，乳化剂2～12份，增塑剂5～20份，溶剂150～300份；
(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，搅拌溶解；
(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂、填充剂先和马来酸酐混合均匀，再加入50～200份溶剂中混合均匀；
(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂。
优选的，所述的步骤(2)中将溶液升温到40～60℃，搅拌溶解。
优选的，所述的步骤(III)中的热压温度为60～120℃，压力为1～4MPa，热压时间为15～30min，冷压温度为室温，冷压压力为1～3MPa，冷压时间为20～40min。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用木粉和聚苯乙烯为主要原料，通过合理的配方工艺的设计制备出一种成本低，力学性能和阻燃效果好的聚苯乙烯复合材料，该复合材料采用玻璃纤维毡作为增强材料，不仅兼具木材和塑料的特点，更具有耐冲击性能好，使用寿命长，防水防蛀的优点。
(2)本发明采用聚苯乙烯为主要原料，由于聚苯乙烯中含有苯环，使得制得的胶黏剂具有一定的刚性，同时本发明中加入了碳化剂、催化剂、发泡剂等阻燃成分，胶黏剂在遇火燃烧的过程中能膨胀碳化，产生碳化层，隔绝氧气，起到阻燃的效果。
(3)本发明阻燃配方中还加入氢氧化铝、氢氧化镁作为填充剂，当填料为氢氧化铝或氢氧化镁时，氢氧化铝或氢氧化镁本身含有结晶水，受热时能释放出结晶水产生一定阻燃效果，同时其和膨胀性阻燃剂在胶黏剂中搭配使用，可以产生类似与碳化剂的效果，覆盖到燃烧物的表面，隔绝氧气产生阻燃的协同效果。
(4)本发明对聚苯乙烯的性能要求不高，可采用回收的聚苯乙烯材料，为聚苯乙烯回收提供了一种高附加值回收的新方法；本发明配方中不用加入石灰石等碱性助剂，提高了胶黏剂长期使用的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中除特殊说明外，含量均为重量份。
实施例1
一种聚苯乙烯复合材料由以下方法制得：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂：(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐2份，碳化剂40份，催化剂30份，发泡剂10份，乳化剂2份，增塑剂5份，溶剂150份；其中，所述的碳化剂为季戊四醇；所述的催化剂为硼酸；所述的发泡剂为三聚氰胺；所述的填充剂为氢氧化铝；所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的溶剂为乙酸乙酯；(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，升温至40℃搅拌溶解；(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂先和马来酸酐混合均匀，再加入50份溶剂中混合均匀；(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂。
按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡20份，聚苯乙烯胶黏剂40份；其中所述的植物填充材料为木材破碎料和木粉按重量比为2:1的混合物；所述的玻璃纤维毡的面密度为300g/m2；
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，热压温度为60℃，压力为1MPa，热压时间为15min，再加入冷压机中冷却固化，冷压温度为室温，冷压压力为1MPa，冷压时间为20min，得到所述的聚苯乙烯复合材料。
对制得的聚苯乙烯复合材料按照UL-94标准进行防火性能测试，测试结果阻燃等级达到V0标准；按照ASTM D256标准进行冲击性能测试，冲击强度为22J/M。
实施例2
一种聚苯乙烯复合材料由以下方法制得：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂：(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐6份，碳化剂60份，催化剂50份，发泡剂20份，填充剂40份，乳化剂12份，增塑剂20份，溶剂300份；其中，所述的碳化剂为双季戊四醇；所述的催化剂为磷酸酯；所述的发泡剂为双氰胺；所述的填充剂为氢氧化镁；所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯；所述的溶剂为乙酸乙酯；(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，升温至60℃搅拌溶解；(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂、填充剂先和马来酸酐混合均匀，再加入200份溶剂中混合均匀；(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂；
按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡50份，聚苯乙烯胶黏剂80份；其中所述的植物填充材料为竹子破碎料和竹粉按重量比为3:1的混合物；所述的玻璃纤维毡的面密度为800g/m2；
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，热压温度为120℃，压力为4MPa，热压时间为30min，再加入冷压机中冷却固化，冷压温度为室温，冷压压力为3MPa，冷压时间为40min，得到所述的聚苯乙烯复合材料。
对制得的聚苯乙烯复合材料按照UL-94标准进行防火性能测试，测试结果阻燃等级达到V0标准；按照ASTM D256标准进行冲击性能测试，冲击强度为28J/M。
实施例3
一种聚苯乙烯复合材料由以下方法制得：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂：(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐4份，碳化剂50份，催化剂40份，发泡剂15份，填充剂20份，乳化剂7份，增塑剂12份，溶剂200份；其中，所述的碳化剂为聚乙二醇；所述的催化剂为聚磷酸铵；所述的发泡剂为三聚氰胺；所述的填充剂为氢氧化铝和氢氧化镁按重量比1:1的混合物；所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的溶剂为乙酸乙酯；(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，升温至50℃搅拌溶解；(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂、填充剂先和马来酸酐混合均匀，再加入100份溶剂中混合均匀；(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂；
按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡30份，聚苯乙烯胶黏剂60份；其中所述的植物填充材料为木材破碎料和稻壳粉按重量比为2:1的混合物；所述的玻璃纤维毡的面密度为500g/m2；
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，热压温度为100℃，压力为2MPa，热压时间为20min，再加入冷压机中冷却固化，冷压温度为室温，冷压压力为2MPa，冷压时间为30min，得到所述的聚苯乙烯复合材料。
对制得的聚苯乙烯复合材料按照UL-94标准进行防火性能测试，测试结果阻燃等级达到V0标准；按照ASTM D256标准进行冲击性能测试，冲击强度为24J/M。
实施例4
一种聚苯乙烯复合材料由以下方法制得：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂：(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐5份，碳化剂25份，催化剂35份，发泡剂15份，填充剂30份，乳化剂10份，增塑剂12份，溶剂250份；其中，所述的碳化剂为山梨醇；所述的催化剂为磷酸酯；所述的发泡剂为双氰胺和聚磷酸铵按重量比1:2的混合物；所述的填充剂为氢氧化铝和氢氧化镁按重量比1:1的混合物；所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的溶剂为环己酮；(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，升温至50℃搅拌溶解；(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂、填充剂先和马来酸酐混合均匀，再加入150份溶剂中混合均匀；(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂；
按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡40份，聚苯乙烯胶黏剂70份；其中所述的植物填充材料为竹子破碎料、秸秆破碎料和木粉按重量比为2:1的混合物；所述的玻璃纤维毡的面密度为600g/m2；
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，热压温度为110℃，压力为3MPa，热压时间为20min，再加入冷压机中冷却固化，冷压温度为室温，冷压压力为3MPa，冷压时间为30min，得到所述的聚苯乙烯复合材料。
对制得的聚苯乙烯复合材料按照UL-94标准进行防火性能测试，测试结果阻燃等级达到V0标准；按照ASTM D256标准进行冲击性能测试，冲击强度为25J/M。
实施例5
一种聚苯乙烯复合材料由以下方法制得：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂：(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐3份，碳化剂45份，催化剂35份，发泡剂13份，填充剂15份，乳化剂4份，增塑剂10份，溶剂200份；其中，所述的碳化剂为双季戊四醇；所述的催化剂为硼酸；所述的发泡剂为双氰胺和聚磷酸铵按重量比1:2的混合物；所述的填充剂为氢氧化铝和氢氧化镁按重量比1:1的混合物；所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的溶剂为环己酮；(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，升温至60℃搅拌溶解；(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂、填充剂先和马来酸酐混合均匀，再加入100份溶剂中混合均匀；(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂；
按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡25份，聚苯乙烯胶黏剂50份；其中所述的植物填充材料为木材破碎料和稻壳粉按重量比为2:1的混合物；所述的玻璃纤维毡的面密度为800g/m2。
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，热压温度为80℃，压力为2MPa，热压时间为20min，再加入冷压机中冷却固化，冷压温度为室温，冷压压力为2MPa，冷压时间为30min，得到所述的聚苯乙烯复合材料。
对制得的聚苯乙烯复合材料按照UL-94标准进行防火性能测试，测试结果阻燃等级达到V0标准；按照ASTM D256标准进行冲击性能测试，冲击强度为27J/M。
以上所述实施例只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的原理所做的等效变化或修饰，均应在本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种聚苯乙烯复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：
植物填充材料： 100份，
玻璃纤维毡： 20～50份，
聚苯乙烯胶黏剂： 40～80份。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述的植物填充材料选自植物破碎料或植物粉末中的一种或几种；
所述的植物破碎料选自木材破碎料、竹子破碎料、秸秆破碎料中的一种或几种；
所述的植物粉末选自木粉、竹粉、稻壳粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述的玻璃纤维毡的面密度为300g/m2～800g/m2。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述的聚苯乙烯胶黏剂由包括以下重量份的组分制成：
5.根据权利要求4所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述的碳化剂选自季戊四醇、双季戊四醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或几种；
所述的催化剂选自硼酸、磷酸酯、聚磷酸铵中的一种或几种；
所述的发泡剂选自三聚氰胺、尿素、双氰胺、聚磷酸铵中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述的填充剂选自氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或几种，优选的额所述的填充剂为20～40份；
所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠。
7.根据权利要求4所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述的增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或几种；
所述的溶剂选自乙酸乙酯或环己酮。
8.一种如权利要求1～7中任一所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(I)制备聚苯乙烯胶黏剂；按重量份秤取植物填充材料100份，玻璃纤维毡20～50份，聚苯乙烯胶黏剂40～80份；
(II)将玻璃纤维毡在聚苯乙烯胶黏剂中浸泡后取出，将聚苯乙烯胶黏剂与植物填充材料混合均匀，得到胶液混合材料，
(III)先将胶液混合材料铺放在模具底层，再将玻璃纤维毡铺放在胶液混合材料上，然后继续铺放胶液混合材料；铺好后放入热压机中，加热加压，再加入冷压机中冷却固化得到所述的聚苯乙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯胶粘剂由以下方法制得：
(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，马来酸酐2～6份，碳化剂40～60份，催化剂30～50份，发泡剂10～20份，填充剂0～40份，乳化剂2～12份，增塑剂5～20份，溶剂150～300份；
(2)将聚苯乙烯加入100份溶剂中，搅拌溶解；
(3)将碳化剂、催化剂、发泡剂、填充剂先和马来酸酐混合均匀，再加入50～200份溶剂中混合均匀；
(4)将步骤(2)中制得的混合物，慢慢加入步骤(3)中的混合物中，并加入乳化剂和增塑剂，混合均匀制得所述聚苯乙烯胶黏剂。
10.根据权利要求8所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(III)中的热压温度为60～120℃，压力为1～4MPa，热压时间为15～30min，冷压温度为室温，冷压压力为1～3MPa，冷压时间为20～40min。
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