CN1148293C - 一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料，它由内外两层复合材料构成，所述的外层为耐候阻燃高光泽聚丙烯层，所述的内层为玻璃纤维增强聚丙烯层。与现有技术相比，这种复合材料集众多优点于一身，它的外层材料具有很好的抗老化、抗光降解性，还具有阻燃性、高光泽性；内层的玻璃纤维增强聚丙烯，赋予了内层高强高刚的力学性能。该复合材料可采用复合共挤工艺，由于两层都为聚丙烯改性材料，因此具有优良的综合性能。

Description

一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料
在如今的建筑行业中，新型的化工建材得到了广泛应用，这也促进了建筑新材料的不断推陈出新。以建筑门窗材料来说，它既要求要有一定的力学强度，又要求容易加工，同时还要满足装饰的需要。门窗材料也经历了一个发展阶段，由最初的传统木质门窗、钢门窗到如今的铝合金门窗、塑料门窗，从材料的应用上，以及用综合性能上都得到了很大的提高，如今以塑料门窗的发展最为迅速。
对于传统的木质门窗，力学强度低，易燃，随气候变化易变形，同时还消耗木材资源，现已逐步淘汰。
钢制门窗极其笨重，易发生环境腐蚀，加上能耗大，成本高。
对于风行一时的铝合金门窗，它与塑料相比，其比重大，生产同样重量铝材比塑料能耗高；而且从室内保温的角度来看，塑料门窗比铝合金门窗减少热量散失，这是由于前者的平均导热率仅为后者的36％；塑料门窗隔音性能好，这样就可以大大降低交通干道的噪音对人们生活和工作的影响；从环保的角度来看，铝合金门窗既不耐腐蚀，同时废弃的铝材也会造成环境污染。
如今塑料门窗品种很多，常见的为全塑门窗，主要由PVC为材料制成；还有复合窗，即内部结构为铝材，内外表面用PVC包覆(俗称为塑钢门窗)。对于塑钢材料来说，强度高，但由于为两种不同性质材料复合，PVC与铝的热膨胀率相差较大，而且两种材料的界面作用小，因此存在相互匹配性差的缺点；为了防止铝材的氧化，外面的包覆塑料应无缝隙，这样对工艺的要求就很高。塑钢材料的价格由于铝芯的存在而显得太昂贵。
全塑门窗PVC应用广泛，属于通用的塑料。力学性能较好，但耐环境性不好，需加入大量添加剂，而且耐热性不好，在温度高的环境不易长期使用。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种价格便宜、能耗低、耐热性好、耐腐蚀、保温隔音的新型复合聚丙烯建筑门窗材料。
本发明的目的可以通过以下方式来实现：它由内外两层复合材料构成，所述的外层复合材料为耐候阻燃高光泽聚丙烯层，包括如下组分和含量(重量份)：
组分     含量
聚丙烯阻燃剂A阻燃剂B阻燃剂C填充H、I抗氧剂D抗氧剂E热稳定剂F热稳定剂G助剂光稳剂     400～60080～16040～1500～80100～2001～22～51～22～41～22～10
所述的聚丙烯融熔指数MI 2～5g/10min，简支梁缺口冲击强度5～8KJ/m2，所述的阻燃剂A为溴化物，所述的阻燃剂B为氯化物，所述的阻燃剂C为Sb2O3，所述的抗氧剂D为受阻酚类，所述的抗氧剂E为含硫化合物或亚磷酰胺类，所述的填料H为超细滑石粉或云母，所述的填料I为超细活性碳酸钙，所述的热稳定剂F、G为硬脂酸盐，所述的助剂为硬脂酸钡。
所述的内层复合材料为玻璃纤维增强聚丙烯层，包括如下组分和含量(重量份)：
组分   含量
均聚聚丙烯玻璃纤维相容剂偶联剂抗氧剂   500-700200-40030-12010-151-5
所述的均聚聚丙烯融熔指数为2.0-5.0g/10min，拉伸强度大于30MPa，所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，所述的相容剂为聚丙烯与不饱和酸酐的接枝聚合的低聚物，如聚丙烯接枝顺丁烯二酸酐(PP-g-MAH)，所述的偶联剂为市售硅烷类或钛酸酯类偶联剂，如KH-550，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，如抗氧剂1010。
所述的外层阻燃剂A、B、C的复配比例为13∶11∶6(重量)较佳。
所述的外层抗氧剂D、抗氧剂E的比例为3∶7(重量)较佳。
所述的外层光稳定剂的比例为2-10‰(重量)较佳。
与现有技术相比，本发明充分考虑了用作门窗材料的使用环境要求，同时满足了建筑门窗所需的力学强度要求，我们提出的两层复合材料，外层为耐候阻燃高光泽PP层，内层为玻璃纤维增强PP层。这种复合的结构是从作为建筑材料的使用性和适用性考虑的，具有集众多优点于一身的特性。它的外层材料，直接与外界环境接触，材料具有很好的抗老化、抗光降解性。考虑到建筑门窗材料使用的外部环境，故外层材料还具有阻燃性，以达到防火的要求。由于现代人们生活水平的提高，对门窗外观装饰性的要求也越来越高，因此我们的外层材料具有高光泽性，能充分满足外观要求。内层的玻璃纤维增强PP，赋予了内层高强高刚的力学性能。该复合材料的内外两层可采用复合共挤工艺，由于两层都为PP改性材料，相容性很好，不需要采用粘合等工艺，简化了对工艺的要求。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1-3
各实施例的外层复合材料分别包括如下组分和含量(重量份)：
组分含量(重量比)  1    2      3
PP十溴二笨醚氯化聚乙烯(CPE)Sb2O3325-600目滑石粉纳米级活性碳酸钙抗氧剂1010或CA抗氧剂DSTP或DLTP热稳定剂硬酯酸钙热稳定剂硬酯酸镉光稳定剂硬酯酸钡  520  500    490135  135    120110  110    11585   65     65100  130    15050   50     601    1      12    2      22    2      21    1      15    5      52    2      2
阻燃剂A、B、C的复配比例为13∶11∶6时能够达到最佳阻燃性，同时光稳定剂比例为2～10‰时，耐候性达最佳。由于使用了目数不同的无机物相复配，以及分散剂的分散作用，在获得较好力性能的同时，目数较高的无机物及分散剂都使材料表现出较好的光泽性和光滑度。
将上述原料按比例在高混机中混合3～6分钟，再喂入长径比不小于28∶1的同向双螺杆挤出机中共混造粒，挤出温度不小于200℃。运用本发明共混的材料具有优良的阻燃性，达到V-0级，同时还具有很好的耐候性及光泽度，其性能如下表：
                            性能表
性能     1             2            3
熔指(230℃，2.16Kg，10g/min)简支梁缺口冲击强度(KJ/m2)简支梁无缺口冲击强度(KJ/m2)拉伸强度(Mpa)阻燃性(UL-94)老化时间(hr)收缩率％     1.3～1.4      1.0～1.2     1.0～1.28.2           10           10.543.1          43.8         52.027.5          28.5         31V-0           V-0          V-1＞800         ＞800        ＞8001.4           1.43         1.44
本发明的耐候阻燃PP复合材料阻燃性达V-0级，可适于易燃环境，同时耐候性经测试达到抗氧老化800小时以上，完全符合室外环境使用要求。这种复合材料冲击强度为11～15KJ/m2，具有较好的抗冲击性，拉伸强度25～32MPa。
各实施例的内层复合材料分别包括如下组分和含量(重量份)：
组分含量     1     2     3
均聚PP玻璃纤维PP-g-MAH抗氧剂1010KH-550     500400100110     60020050312     700300120515
上述PP为均聚PP，熔指(MI＝2.0-5.0，10g/min)，拉伸强度＞30MPa，玻璃纤维为无碱玻璃纤维，其公制号数2000TEX左右。
该混合物以均聚物PP为基体树脂，首先加入一种自制的相容剂，增加了玻纤与PP之间的界面结合力，使玻璃纤维与PP之间以较强的离子键结合，提高了材料的性能。硅烷偶联剂不但使玻璃纤维与PP的界面结合力增强，还使玻璃纤维在PP中相互交联，使材料成为网状体系，有效的降低了熔指，提高了材料的性能。由上述配方得到的内层复合材料性能如下表：
                           性能表
性能     1     2     3
熔指(230℃，2.16Kg，10g/min拉伸强度(Mpa)简支梁缺口冲击强度(KJ/m2)简支梁无缺口冲击强度(KJ/m2)维卡(5Kg)℃     0.1697.2142.1317.77145.5     0.7470.243.0413.55136.5     0.3285.244.1213.39140.0
本发明内层材料为玻璃增强级PP，赋予了材料很好刚性与韧性，对整个复合材料起到了很好的增强作用。
采用以上两种改性PP分别在不同的挤出机中共混改性，再经过同一模头共挤出复合材料，根据不同的模头成型不同的异型材，具有优良的综合性能。

Claims (4)

1.一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料，其特征在于：它由内外两层复合材料构成，所述的外层复合材料为耐候阻燃高光泽聚丙烯层，包括如下组分和含量(重量份)：     组分     含量     聚丙烯阻燃剂A阻燃剂B阻燃剂C填充H、I抗氧剂D抗氧剂E热稳定剂F热稳定剂G助剂光稳剂     400～60080～16040～1500～80100～2001～22～51～22～41～22～10
所述的聚丙烯融熔指数MI 2～5g/10min，简支梁缺口冲击强度5～8KJ/m2，所述的阻燃剂A为溴化物，所述的阻燃剂B为氯化物，所述的阻燃剂C为Sb2O3，所述的抗氧剂D为受阻酚类，所述的抗氧剂E为含硫化合物或亚磷酰胺类，所述的填料H为超细滑石粉或云母，所述的填料I为超细活性碳酸钙，所述的热稳定剂F为硬酯酸钙、所述的热稳定剂G为硬酯酸镉，所述的助剂为硬脂酸钡。
所述的内层复合材料为玻璃纤维增强聚丙烯层，包括如下组分和含量(重量份)：     组分     含量     均聚聚丙烯玻璃纤维     500-700200-400
    相容剂偶联剂抗氧剂     30-12010-151-5
所述的均聚聚丙烯融熔指数为2.0-5.0g/10min，拉伸强度大于30MPa，所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，所述的相容剂为聚丙烯与不饱和酸酐的接枝聚合的低聚物，所述的偶联剂为市售硅烷类或钛酸酯类偶联剂，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料，其特征在于：所述的外层阻燃剂A、B、C的复配比例为13∶11∶6(重量)。
3.根据权利要求1所述的一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料，其特征在于：所述的外层抗氧剂D、抗氧剂E的比例为3∶7(重量)。
4.根据权利要求1所述的一种新型复合聚丙烯建筑门窗材料，其特征在于：所述的外层光稳定剂的含量为2-10‰(重量)。
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