CN110819020A - 一种多材料混合型的泡沫材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：该泡沫材料由以下重量份数的原料制备而成：聚苯乙烯树脂：55‑60份；改性聚碳硅烷：45‑50份；聚丁二酸乙二醇酯：10‑15份；农业填充废料：5‑10份；复合交联剂1‑3份；复合发泡剂1‑3份；增容剂：2‑3份。本发明成本低、保温效果良好、质量稳定、环保无毒、使用寿命长、环境适应性强。

Description

一种多材料混合型的泡沫材料
技术领域
本发明涉及泡沫材料技术领域，具体涉及一种多材料混合型的泡沫材料。
背景技术
发泡聚苯乙烯树脂，是20世纪40年代初由德国巴斯夫公司首先发明的一种具有出色的低密度和绝热性能的泡沫材料。发泡聚苯乙烯树脂的用途非常广泛，由于其具有高强度、质量轻、极佳的保温绝热性能和高吸收能量能力，可以用作各种仪表、贵重物品、精密仪器、蔬菜水果和水产品等的包装材料；而因为其具有热传导率低、吸水性小、电绝缘性好、隔音、防潮以及成型工艺简单等优良特性，而被广泛应用在道路桥梁的路基铺设和房屋建筑以及渔业捕捞和冷藏行业的保温材料等方面。
发泡聚苯乙烯树脂的结构特点是比表面积很大，且材料内部结构为泡孔状，并且泡孔之间为泡壁、支柱或者聚苯乙烯薄膜，其材料内部大部分体积为空气所占有，当其着火后非常容易发生火焰扩散。因此，发泡聚苯乙烯树脂制品的阻燃要比其他普通树脂材料困难很多。而且，发泡聚苯乙烯树脂燃烧时会产生橙色火焰，发出苯乙烯的气味，并伴随大量黑烟，毒性很大。阻燃发泡材料因其具有质轻、阻燃等性能，被广泛用于各种需要防火的场合。但现有阻燃发泡材料，其阻燃性能仍不是太理想，无法满足某些防火要求较高的场合，在使用上还是受到一些局限。
因此，为了解决以上问题，我们提出了一种多材料混合型的泡沫材料。
发明内容
本发明的目的是为了通过在保证泡沫性能的同时减少泡沫材料中聚苯乙烯树脂的含量，以此来降低聚苯乙烯泡沫燃烧时产生的苯乙烯气味及其他有机物的污染，减少对环境的污染。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案，一种多材料混合型的泡沫材料，该泡沫材料由以下重量份数的原料制备而成：聚苯乙烯树脂：55-60份；改性聚碳硅烷：45-50份；聚丁二酸乙二醇酯：10-15份；农业填充废料：5-10份；复合交联剂1-3份；复合发泡剂1-3份；增容剂：2-3份。
上述改性聚碳硅烷通过以下方法制备得到：(1)聚二甲基硅烷得制备：二甲基二氯硅烷与钠在有机溶剂甲苯中反应得到粗聚二甲基硅烷，使该粗聚二甲基硅烷中的金属钠失活，然后在表面活性剂的存在下水洗该粗聚二甲基硅烷得聚二甲基硅烷；(2)聚碳硅烷的制备：通过聚二甲基硅烷的热骨架重排得到聚碳硅烷；(3)改性聚碳硅烷的制备：将聚碳硅烷溶于四氢呋喃中，并按比例与环氧树脂混合，在恒定搅拌条件下将混合物回流，反应完成后，在减压条件下除去改性聚碳硅烷中的溶剂，即获得改性聚碳硅烷。
上述农业填充废料的制备方法为：将质量含水量在0.5-1％的小麦秸秆、稻壳和玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135-140℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成80-100目的细粉，再加入氢化松香季戊四醇酯和聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于135-140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成120-140目的粉末，即得农业填充废料。
上述小麦秸秆、稻壳、玉米芯、氢化松香季戊四醇酯和聚四氟乙烯超细粉的重量份数比为10-15：10：5：0.5-1：0.1-0.5。
上述聚苯乙烯树脂为可分解、低产碳率的可溶性高分子聚合物。
上述复合交联剂按二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.25-0.35混合均匀；上述复合发泡剂按偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为4.5-5.5：3混合均匀。
上述增容剂为乙烯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物。
一种多材料混合型的泡沫材料的制备方法，由以下具体步骤制备而成：(1)将聚苯乙烯树脂、改性聚碳硅烷、聚丁二酸乙二醇酯、增容剂物料混合，升温至100-120℃，混炼8-12分钟；(2)将混炼好的物料加入农业填充废料、复合交联剂、复合发泡剂在90-100℃进行二次混炼6-10分钟；(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20秒后取出；(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，保压6-12min，去压发泡，冷却至常温即得。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、以改性聚碳硅烷和聚苯乙烯树脂共同作为主料，协以多种辅料制得泡沫材料，通过改性聚碳硅烷以及辅料的添加明显减少了聚苯乙烯树脂的用量，并且所制泡沫箱导热系数低至0.015W/(m.K)，其保温性能远优于由纯聚苯乙烯树脂制备的泡沫材料，拓广了应用范围。
2、具有机械强度好，缓冲性能优异；加工性好，易于模塑成型；着色性好，温度适应性强，抗放射性优异；低热膨胀系数，低导热性和良好的耐化学性等优点。
3、二叔丁基过氧化异丙基苯为基础的交联剂，其交联效果好，用量少；三烯丙基异氰脲酸酯可显著提高制品的耐热性、阻燃性、耐溶剂性、机械强度等；本发明以二叔丁基过氧化异丙基苯和三烯丙基异氰脲酸酯复配制成复合交联剂，能显著地提高产品质量。
4、偶氮二甲酰胺发泡的制品弹性好、泡孔径匀、强度好；偶氮二甲酸二异丙酯在40-120℃范围内可获得高发气量；二者复配作为发泡剂不仅起到优良的发泡效果，还能增加产品的弹性。
5、制备工艺简单，成本低，非常适于工业生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例1-5中所用改性聚碳硅烷通过以下处理得到：(1)聚二甲基硅烷得制备：在氮气条件下，将金属钠50份置于甲苯145份中，加热至110℃以上使金属钠融解，激烈搅拌以使融解的金属钠分散，向其中缓慢滴加重量份数为150份的二甲基二氯硅烷；滴加结束后，继续搅拌10h，得到浆状物，待浆状物冷却到40℃，缓慢滴加溶解有0.4份非离子表面活性剂的甲醇5份；向其中加水，边缓慢搅拌该反应混合物边加热以蒸馏除去甲苯/水，减压过滤得到固形物，并干燥，得53份聚二甲基硅烷；(2)聚碳硅烷的制备：将53份聚二甲基硅烷在Ar/N2、400℃条件下，反应120h进行热骨架重排得到聚碳硅烷51份；(3)改性聚碳硅烷的制备：将51份聚碳硅烷溶于四氢呋喃中，称取与聚碳硅烷等摩尔的环氧树脂进行混合，在恒定搅拌条件下将混合物回流，反应完成后，在减压条件下除去溶剂，即获得改性聚碳硅烷50份。
实施例1：
(1)将聚苯乙烯树脂60份、改性聚碳硅烷45份、聚丁二酸乙二醇酯12份、增容剂2份物料混合，升温至120℃，混炼10分钟；
(2)将混炼好的物料加入农业填充废料8份、二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.25的复合交联剂2份、偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为4.5：3的复合发泡剂2份在95℃进行二次混炼10分钟；
(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-5MPa，15秒后取出；
(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6-7MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温即得。
农业填充废料通过以下处理得到：将质量含水量在0.5-1％的10份小麦秸秆、10份稻壳和5份玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成100目的细粉，再加入0.6份氢化松香季戊四醇酯和0.1份聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成140目的粉末。
实施例2：
(1)将聚苯乙烯树脂55份、改性聚碳硅烷50份、聚丁二酸乙二醇酯15份、增容剂3份物料混合，升温至120℃，混炼10分钟；
(2)将混炼好的物料加入农业填充废料10份、二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.3的复合交联剂2份、偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为5：3的复合发泡剂2份在95℃进行二次混炼10分钟；
(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-5MPa，15秒后取出；
(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6-7MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温即得。
农业填充废料通过以下处理得到：将质量含水量在0.5-1％的15份小麦秸秆、10份稻壳和5份玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成100目的细粉，再加入0.8份氢化松香季戊四醇酯和0.3份聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成140目的粉末。
实施例3：
(1)将聚苯乙烯树脂57份、改性聚碳硅烷48份、聚丁二酸乙二醇酯10份、增容剂3份物料混合，升温至120℃，混炼10分钟；
(2)将混炼好的物料加入农业填充废料6份、二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.35的复合交联剂1份、偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为5.5：3的复合发泡剂1份在95℃进行二次混炼10分钟；
(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-5MPa，15秒后取出；
(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6-7MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温即得。
农业填充废料通过以下处理得到：将质量含水量在0.5-1％的13份小麦秸秆、10份稻壳和5份玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成100目的细粉，再加入1份氢化松香季戊四醇酯和0.5份聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成140目的粉末。
实施例4：
(1)将聚苯乙烯树脂58份、改性聚碳硅烷50份、聚丁二酸乙二醇酯13份、增容剂2份物料混合，升温至120℃，混炼10分钟；
(2)将混炼好的物料加入农业填充废料10份、二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.25的复合交联剂3份、偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为4.5：3的复合发泡剂3份在95℃进行二次混炼10分钟；
(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-5MPa，15秒后取出；
(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6-7MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温即得。
农业填充废料通过以下处理得到：将质量含水量在0.5-1％的15份小麦秸秆、10份稻壳和5份玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成100目的细粉，再加入0.7份氢化松香季戊四醇酯和0.4份聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成140目的粉末。
实施例5：
(1)将聚苯乙烯树脂60份、改性聚碳硅烷50份、聚丁二酸乙二醇酯10份、增容剂2份物料混合，升温至120℃，混炼10分钟；
(2)将混炼好的物料加入农业填充废料6份、二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.35的复合交联剂2份、偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为5.5：3的复合发泡剂2份在95℃进行二次混炼10分钟；
(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-5MPa，15秒后取出；
(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上150℃温度下加压至6-7MPa，保压10min，去压发泡，冷却至常温即得。
农业填充废料通过以下处理得到：将质量含水量在0.5-1％的11份小麦秸秆、10份稻壳和5份玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成100目的细粉，再加入0.9份氢化松香季戊四醇酯和0.2份聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成140目的粉末。
对实施例1-5所得的泡沫材料进行性能测试，结论如下：
Figure BDA0002270504580000061
Figure BDA0002270504580000071
由测试结果可知，改性聚碳硅烷和聚苯乙烯树脂共同作为泡沫材料的主要成分，协以多种辅料制得泡沫材料，通过改性聚碳硅烷以及辅料的添加明显减少了聚苯乙烯树脂的用量，得到的泡沫材料的性能均得到了良好的改善并仍均可以满足行业标准。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：该泡沫材料由以下重量份数的原料制备而成：聚苯乙烯树脂：55-60份；改性聚碳硅烷：45-50份；聚丁二酸乙二醇酯：10-15份；农业填充废料：5-10份；复合交联剂1-3份；复合发泡剂1-3份；增容剂：2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：所述改性聚碳硅烷通过以下方法制备得到：(1)聚二甲基硅烷得制备：二甲基二氯硅烷与钠在有机溶剂甲苯中反应得到粗聚二甲基硅烷，使该粗聚二甲基硅烷中的金属钠失活，然后在表面活性剂的存在下水洗该粗聚二甲基硅烷得聚二甲基硅烷；(2)聚碳硅烷的制备：通过聚二甲基硅烷的热骨架重排得到聚碳硅烷；(3)改性聚碳硅烷的制备：将聚碳硅烷溶于四氢呋喃中，并按比例与环氧树脂混合，在恒定搅拌条件下将混合物回流，反应完成后，在减压条件下除去改性聚碳硅烷中的溶剂，即获得改性聚碳硅烷。
3.根据权利要求1所述的一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：所述农业填充废料的制备方法为：将质量含水量在0.5-1％的小麦秸秆、稻壳和玉米芯分别粉碎后混合均匀，并于热压温度135-140℃、热压压力2.5-3MPa、热压时间0.5-1min/mm条件下热压，待自然冷却至室温后利用粉碎机制成80-100目的细粉，再加入氢化松香季戊四醇酯和聚四氟乙烯超细粉，充分混合后送入混炼机中，于135-140℃下混炼10min，冷却至室温后利用粉碎机制成120-140目的粉末，即得农业填充废料。
4.根据权利要求3所述的一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：所述小麦秸秆、稻壳、玉米芯、氢化松香季戊四醇酯和聚四氟乙烯超细粉的重量份数比为10-15：10：5：0.5-1：0.1-0.5。
5.根据权利要求1所述的一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：所述聚苯乙烯树脂为可分解、低产碳率的可溶性高分子聚合物。
6.根据权利要求1所述的一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：所述复合交联剂按二叔丁基过氧化异丙基苯：三烯丙基异氰脲酸酯重量份数比为1：0.25-0.35混合均匀；所述复合发泡剂按偶氮二甲酸二异丙酯：偶氮二甲酰胺重量份数比为4.5-5.5：3混合均匀。
7.根据权利要求1所述的一种多材料混合型的泡沫材料，其特征在于：所述增容剂为乙烯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种多材料混合型的泡沫材料的制备方法，其特征在于：由以下具体步骤制备而成：(1)将聚苯乙烯树脂、改性聚碳硅烷、聚丁二酸乙二醇酯、增容剂物料混合，升温至100-120℃，混炼8-12分钟；(2)将混炼好的物料加入农业填充废料、复合交联剂、复合发泡剂在90-100℃进行二次混炼6-10分钟；(3)将二次混炼好的物料开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20秒后取出；(4)将片料加到预热的模具中，于平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，保压6-12min，去压发泡，冷却至常温即得。
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