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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