CN109867857A - 一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括原位成纤的聚合物纳米纤维增强层，原位成纤的聚合物纳米纤维增强层表面设有阻燃剂层，原位成纤的聚合物纳米纤维增强层内设有泡孔。本专利通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维增强材料来制备阻燃聚合物泡沫材料。通过在阻燃聚合物复合体系中添加一定量的原位成纤的聚合物纳米纤维来改善阻燃聚合物的发泡性能，使其在达到良好的阻燃性能前提下，并能拥有良好的发泡性能。纳米纤维的存在增加了基体聚合物分子间的连接作用，大大增加了基体聚合物的熔体强度，即使在含有较多的阻燃剂情况下也能拥有良好的发泡性能，制备出发泡倍率高，泡孔密度大，闭孔结构完好的聚合物阻燃泡沫材料。

Description

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料

技术领域

本发明涉及一种聚合物阻燃泡沫材料，特别是涉及一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料。

背景技术

随着国家对建筑节能安全等方面的要求的提高，阻燃聚合物泡沫材料在建筑保温隔音方面有着大量的应用。常规聚合物材料多是易燃材料，特别是在建筑保温层使用较多的聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等。聚合物发泡以后由于其比表面积大大增加，且泡孔中含有大量的空气，聚合物泡沫更易燃烧。因此，聚合物泡沫材料的阻燃是一项急需发展的技术难题。

目前，聚合物阻燃泡沫的生产方式主要是将聚合物泡沫板表面浸渍或涂覆阻燃材料来实现的，如CN102127269B涉及到的PS阻燃泡沫板。或是通过将聚合物发泡珠粒浸渍阻燃剂后再成型为板材，如CN105175990A涉及到的PS阻燃珠粒泡沫。这种方法只是在聚合物表面进行阻燃处理，阻燃性能并不能得到有效保证。

另外，通过直接将阻燃剂和聚合物混合后再发泡制备聚合物阻燃泡沫的技术，存在着阻燃性能和发泡性能不能协调的问题，阻燃剂添加量高，阻燃性能好，但是严重限制了聚合物的发泡性能，造成如发泡倍率低，泡孔结构不均匀，开孔多等问题。通常为了不影响发泡性能，阻燃剂添加量不能过多，这就影响了泡沫的阻燃性能，或是使用高效的阻燃剂，造成成本上升。如CN103739975A涉及到的XPS、或是XPE阻燃泡沫。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提出一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料。

本发明的理论依据如下：

聚合物阻燃剂多是无机材料、或是磷系、氮系和卤系低分子聚合物等，阻燃剂的添加造成聚合物熔体强度的降低，发泡过程中成核数量少，泡孔总不能保持较多的发泡剂气体，泡孔壁容易破裂等问题，严重影响聚合物阻燃泡沫的制备。本专利通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维来制备阻燃聚合物泡沫材料。通过在阻燃聚合物泡沫材料中添加一定量的原位成纤纳米纤维来改善阻燃聚合物的发泡性能，使其在达到良好的阻燃性能前提下，并能拥有良好的发泡性能。通过使用纳米原位成纤的聚合物材料，纳米纤维的存在增加了基体聚合物分子间的连接作用，大大增加了熔体强度，即使在含有较多的阻燃剂情况下也能拥有良好的发泡性能，制备出发泡倍率高，泡孔密度大，闭孔结构完好的聚合物阻燃泡沫材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括原位成纤的聚合物纳米纤维层，原位成纤的聚合物纳米纤维层由分散在聚合物基体中的增强相聚合物经过一定牵伸在聚合物基体中原位形成纤维增强相提供，原位成纤的聚合物纳米纤维层的表面设有阻燃剂层，原位成纤的聚合物纳米纤维层内设有泡孔。

方案优选的，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

方案优选的，所述原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在0.5wt％-10wt％，可以通过纳米原位成纤设备直接制得，也可通过添加5wt％-40wt％的纳米原位成纤聚合物复合母粒和聚合物基体混合后制得。

方案优选的，所述阻燃剂可以为无机阻燃剂或有机阻燃剂，含量根据阻燃剂种类和阻燃性能要求的不同可在10wt％-50wt％之间。其中无机阻燃剂包括但不限于氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、硼类化合物等，有机阻燃剂包括但不限于氮磷系、氮系和磷系化合物等。

方案优选的，所述发泡剂可以为化学发泡剂或物理发泡剂，含量根据发泡倍率和泡孔密度的不同可在1.5wt％-10wt％之间。其中化学发泡剂包括但不限于碳酸铵，偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物，物理发泡剂包括但不限于氮气，二氧化碳，烷烃类和氯氟烃类化合物等。

方案优选的，所述发泡方式根据产品应用要求，可以为模压发泡、挤出发泡或珠粒发泡等方式。

方案优选的，所述纳米原位成纤设备为熔喷非织造设备或纺粘非织造设备。

具体的，所述模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂使用密炼机或是挤出机在发泡剂的发泡温度下混合后，置于发泡模具中，在一定温度(高于发泡剂的发泡温度)和压力下保持一定时间，泄压后制得聚合物复合阻燃泡沫材料。

具体的，所述模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂混合后置于发泡模具中，在模具中通入一定量的物理发泡剂，保温保压一定时间后，泄压制得。

具体的，所述挤出发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、物理或化学发泡剂使用挤出机混合后，在挤出机口模处挤出发泡制得。

具体的，所述珠粒发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、物理发泡剂制成可发性或已发珠粒，再使用珠粒发泡方式制得。

本发明的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，与现有技术相比所产生的有益效果是：

1、原位成纤的纳米纤维大大增加的聚合物基体的熔体强度；

2、在保持阻燃聚合物良好的阻燃性能前提下，大大改善其发泡性能，能制备阻燃性能好，发泡倍率高的聚合物阻燃泡沫材料；

3、适用性广，对阻燃剂和发泡剂没有特殊要求，适合于各种阻燃体系和发泡方式。

附图说明

附图1是本发明纳米原位成纤的聚合物复合阻燃泡沫材料的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料作以下详细说明。

如附图1所示，本发明的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括原位成纤的聚合物纳米纤维层，原位成纤的聚合物纳米纤维层由分散在聚合物基体中的增强相聚合物经过一定牵伸在聚合物基体中原位形成纤维增强相提供，原位成纤的聚合物纳米纤维层的表面设有阻燃剂层，原位成纤的聚合物纳米纤维层内设有泡孔。

本发明的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

其中

原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在0.5wt％-10wt％，可以通过纳米原位成纤设备直接制得，也可通过添加5wt％-40wt％的纳米原位成纤聚合物复合母粒和聚合物基体混合后制得。

阻燃剂可以为无机阻燃剂或有机阻燃剂，含量根据阻燃剂种类和阻燃性能要求的不同可在10wt％-50wt％之间。其中无机阻燃剂包括但不限于氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、硼类化合物等，有机阻燃剂包括但不限于氮磷系、氮系和磷系化合物等。

发泡剂可以为化学发泡剂或物理发泡剂，含量根据发泡倍率和泡孔密度的不同可在1.5wt％-10wt％之间。其中化学发泡剂包括但不限于碳酸铵，偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物，物理发泡剂包括但不限于氮气，二氧化碳，烷烃类和氯氟烃类化合物等。

发泡方式根据产品应用要求，可以为模压发泡、挤出发泡或珠粒发泡等方式。具体的，

模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂使用密炼机或是挤出机在发泡剂的发泡温度下混合后，置于发泡模具中，在一定温度(高于发泡剂的发泡温度)和压力下保持一定时间，泄压后制得聚合物复合阻燃泡沫材料。或将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂混合后置于发泡模具中，在模具中通入一定量的物理发泡剂，保温保压一定时间后，泄压制得。

挤出发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、物理或化学发泡剂使用挤出机混合后，在挤出机口模处挤出发泡制得。

珠粒发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、物理发泡剂制成可发性或已发珠粒，再使用珠粒发泡方式制得。

方案优选的，纳米原位成纤设备为熔喷非织造设备或纺粘非织造设备，通过使用非织造设备来制备原位成纤的聚合物纤维，具体如下；

将聚合物基体材料、原位成纤的增强相聚合物材料和抗氧剂、稳定剂、增容剂以一定比例混合后，加入混炼设备中塑化熔融并充分混合形成共混体系，熔体经过非织造设备的喷丝板流出形成复合纤维，再经过牵伸后，在成网装置上收集，所形成复合纤维的平均直径在0.5-50微米，其中原位成纤的增强相聚合物纤维平均直径在10-500纳米。

其中共混体系中原位成纤的增强相聚合物颗粒平均粒径在0.5-10微米范围内。

其中熔炼设备为双螺杆挤出机，其设定温度根据使用材料的不同而设定，在聚合物基体和增强相聚合物材料的最高熔融温度以上10-50℃。

其中非织造设备的熔喷组件或纺丝组件温度根据使用材料的不同而设定，在聚合物基体和增强相聚合物材料的最高熔融温度以上15-60℃。

其中聚合物基体材料为热塑性聚合物材料，在体系中使用比例为50-98wt％，所述增强相聚合物材料也为热塑性聚合物材料，在体系中使用比例为0.5-45wt％，所述增容剂根据不同的聚合物基体材料和增强相聚合物材料来选择，在体系中添加量为0.5-15wt％，所述抗氧化剂和稳定剂的使用量为1-5wt％。

实施例一

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在0.5wt％，通过纺粘非织造设备直接制得，其制备方法如下：

将聚丙烯颗粒，干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒，增容剂，抗氧剂和稳定剂在双螺杆挤出机中熔融共混，混合温度265℃。以重量百分比计，其中聚丙烯含量50％，PET含量35％，增容剂用量10％，抗氧剂和稳定剂用量5％。共混熔体经纺粘非织造系统的喷丝板流出后，经过冷风箱冷却后再经过气流牵伸，收集在成网装置上制得复合纤维。纺粘组件温度设定在270℃。制得的复合纤维直径在5-50微米范围，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯在牵伸过程中在聚丙烯纤维中原位形成直径在100-500纳米之间的增强纤维。

阻燃剂为无机阻燃剂，含量为10wt％，可以是氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、硼类化合物等。

发泡剂为化学发泡剂，含量为1.5wt％，可以是碳酸铵、偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物。

发泡方式为模压发泡，模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂使用密炼机或是挤出机在发泡剂的发泡温度下混合后，置于发泡模具中，在一定温度(高于发泡剂的发泡温度)和压力下保持一定时间，泄压后制得聚合物复合阻燃泡沫材料。

实施例二

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在2wt％，通过熔喷非织造设备直接制得，其制备方法如下：

将干燥的聚乳酸，干燥后的聚酰胺，增容剂，抗氧剂和稳定剂在双螺杆挤出机中熔融共混，混合温度230℃。以重量百分比计，其中聚乳酸含量80％，聚酰胺含量12％，增容剂用量5％，抗氧剂和稳定剂用量3％。共混熔体经熔喷非织造系统的喷丝板流出后，经过喷丝孔附近的高温高速气流吹出并牵伸，收集在成网装置上制得复合纤维。熔喷组件温度设定在240℃。制得的复合纤维直径在0.8-20微米范围，其中聚酰胺在牵伸过程中在聚乳酸纤维中原位形成直径在30-250纳米之间的增强纤维。

阻燃剂为有机阻燃剂，含量为25wt％，可以是氮磷系、氮系和磷系化合物等。

发泡剂为物理发泡剂，含量为5wt％，可以是氮气、二氧化碳、烷烃类和氯氟烃类化合物等。

发泡方式为模压发泡，模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂混合后置于发泡模具中，在模具中通入一定量的物理发泡剂，保温保压一定时间后，泄压制得。

实施例三

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在10wt％，通过添加5wt％-40wt％的纳米原位成纤聚合物复合母粒和聚合物基体混合后制得。

阻燃剂为无机阻燃剂，含量为50wt％，可以是氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、硼类化合物等。

发泡剂为化学发泡剂，含量为10wt％，可以是碳酸铵、偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物。

发泡方式为挤出发泡，挤出发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂使用挤出机混合后，在挤出机口模处挤出发泡制得。

实施例四

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在8wt％，通过纺粘非织造设备直接制得，其制备方法如下：

将聚酰胺颗粒，干燥后的聚丙烯颗粒，增容剂，抗氧剂和稳定剂在熔炼设备中熔融共混，混合温度270℃。以重量百分比计，其中聚丙烯含量50％，PET含量45％，增容剂用量3％，抗氧剂和稳定剂用量2％。共混熔体经纺粘非织造系统的喷丝板流出后，经过冷风箱冷却后再经过气流牵伸，收集在成网装置上制得复合纤维。纺粘组件温度设定在275℃。制得的复合纤维直径在5-50微米范围，其中聚丙烯在牵伸过程中在聚酰胺纤维中原位形成直径在100-500纳米之间的增强纤维。

阻燃剂为无机阻燃剂，含量为30wt％，可以是氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、硼类化合物等。

发泡剂为化学发泡剂，含量为7wt％，可以是碳酸铵，偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物。

发泡方式为珠粒发泡，珠粒发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂制成可发性或已发珠粒，再使用珠粒发泡方式制得。

实施例五

一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在6wt％，通过熔喷非织造设备直接制得，其制备方法如下：

将聚丙烯颗粒，干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒，增容剂，抗氧剂和稳定剂在熔炼设备中熔融共混，混合温度265℃。以重量百分比计，其中聚丙烯含量61％，PET含量20％，增容剂用量15％，抗氧剂和稳定剂用量4％。共混熔体经熔喷组件中的喷丝板流出，并经喷丝孔附近的高温高速气流吹出并牵伸，收集在成网装置上制得复合纤维。熔喷组件温度设定在270℃。制得的复合纤维直径在5-50微米范围，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯在牵伸过程中在聚丙烯纤维中原位形成直径在100-500纳米之间的增强纤维。

阻燃剂为有机阻燃剂，含量为40wt％，可以是氮磷系、氮系和磷系化合物等。

发泡剂为化学发泡剂，含量为3wt％，可以是碳酸铵，偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物。

发泡方式为模压发泡，模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂使用密炼机或是挤出机在发泡剂的发泡温度下混合后，置于发泡模具中，在一定温度(高于发泡剂的发泡温度)和压力下保持一定时间，泄压后制得聚合物复合阻燃泡沫材料。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，包括原位成纤的聚合物纳米纤维层，原位成纤的聚合物纳米纤维层由分散在聚合物基体中的增强相聚合物经过一定牵伸在聚合物基体中原位形成纤维增强相提供，原位成纤的聚合物纳米纤维层的表面设有阻燃剂层，原位成纤的聚合物纳米纤维层内设有泡孔。

2.根据权利要求1所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，包括如下原料：原位成纤的聚合物纳米纤维、阻燃剂、发泡剂，通过使用原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、发泡剂混合后再通过发泡制得。

3.根据权利要求2所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述原位成纤的聚合物纳米纤维，其纳米纤维成分的含量在0.5wt％-10wt％，可通过纳米原位成纤设备直接制得，或通过添加5wt％-40wt％的纳米原位成纤聚合物复合母粒和聚合物混合后制得。

4.根据权利要求2或3所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述阻燃剂为无机阻燃剂或有机阻燃剂，含量根据阻燃剂种类和阻燃性能要求的不同在10wt％-50wt％之间。

5.根据权利要求2或3所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述发泡剂为化学发泡剂或物理发泡剂，含量根据发泡倍率和泡孔密度的不同，在1.5wt％-10wt％之间。

6.根据权利要求2或3所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述发泡方式根据产品应用要求，选择模压发泡、挤出发泡或珠粒发泡方式。

7.根据权利要求6所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、化学发泡剂使用密炼机或是挤出机在发泡剂的发泡温度下混合后，置于发泡模具中，在一定温度和压力下保持一定时间，泄压后制得聚合物复合阻燃泡沫材料。

8.根据权利要求6所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述模压发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂混合后置于发泡模具中，在模具中通入一定量的物理发泡剂，保温保压一定时间后，泄压制得。

9.根据权利要求6所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述挤出发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、物理或化学发泡剂使用挤出机混合后，在挤出机口模处挤出发泡制得。

10.根据权利要求6所述的一种纳米原位成纤增强聚合物复合阻燃泡沫材料，其特征在于，所述珠粒发泡是指：将原位成纤的聚合物纳米纤维和一定量的阻燃剂、物理发泡剂制成可发性或已发珠粒，再使用珠粒发泡方式制得。