一种微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料及其制备方法

摘要

一种微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料及其制备方法，它涉及了一种微发泡木塑复合材料及其制备方法。本发明解决了目前木塑复合材料耐冲击性能差、易于燃烧的问题。本发明由木质纤维材料、偶联剂、增韧剂、润滑剂、聚苯乙烯、发泡剂、助发泡剂、阻燃剂和抑烟剂按重量份混合制成。制备方法为：一、热混；二、冷却、混合；三、挤出成型；即得到微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料。本发明的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料具有密度小、阻燃抑烟效果好、耐冲击的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微发泡木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是将木质纤维材料，如木材、糠壳、稻壳、竹屑、麻类、秸秆、坚果硬壳等，以粉状、纤维状或刨花等形态作为增强物或填料加入到热塑性塑料中，进行熔融复合而得到的一类新型复合材料。

已有木塑微发泡复合材料制备技术中，主要采用聚氯乙烯树脂制备发泡木塑复合材料。但是聚氯乙烯复合材料废弃后需要采取专门的技术措施进行处理，否则会对环境产生潜在危害，增加了使用聚氯乙烯复合材料的社会成本。而在2004年3月17日在中国公开的公开号CN1482165A的专利《木塑发泡材料及其加工成型工艺》，虽然原料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等热塑性树脂，但这种木塑微发泡复合材料耐冲击性能差、易于燃烧。

发明内容

本发明是为了解决目前木塑复合材料耐冲击性能差、易于燃烧的问题。而提供一种微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料及其制备方法。

本发明的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料按重量份由30～70份木质纤维材料、2～8份偶联剂、1～8份增韧剂、0.5～3份润滑剂、70～120份聚苯乙烯、0.5～3份发泡剂、0.5～5份助发泡剂、10～30份阻燃剂和5～15份抑烟剂经混合、挤出成型制成。

上述的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料按如下方法进行制备：一、将木质纤维材料粉碎成粒度为20～300目的粉末，按重量份取粉碎好的木质纤维材料30～70份、偶联剂2～8份、增韧剂1～8份、润滑剂0.5～3份在70～120℃的条件下热混5～20分钟；二、将热混物料冷却至40～60℃，再加入聚苯乙烯塑料70～120份、发泡剂0.5～3份、助发泡剂0.5～5份、阻燃剂10～30份和抑烟剂5～15份混合5～20分钟；三、将混合物料用挤出机挤出成型；即得到微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的木质纤维材料为木粉、稻壳粉、竹屑、秸秆粉、果壳粉、甘蔗渣中一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯偶联剂、异氰酸酯、马来酸酐、邻苯二甲酸酐、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯、马来酸酐改性的聚苯乙烯、马来酸酐改性的聚丙烯中的一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的增韧剂为马来酸酐改性的三元乙丙橡胶、马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、马来酸酐改性的聚烯烃弹性体中一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、棕榈蜡、石蜡、褐煤蜡中一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、4，4′-二-磺酰肼二苯醚、对甲苯磺酰氨基脲中的一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的助发泡剂是氧化锌、醋酸锌、碳酸锌、甘油、硬脂酸钙、硬酯酸锌的一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的阻燃剂是专利号为ZL97118353.8的发明专利中所述的阻燃剂、聚磷酸铵、蜜胺磷酸盐、磷酸铵盐、硼酸、膨胀型阻燃剂、膨胀石墨中的一种或其中几种的组合。

本发明中微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料中的抑烟剂为硼酸锌、三氧化钼、八钼酸铵、氧化铜中的一种或其中几种的组合。

本发明中挤出成型采用常规方法，挤出机机筒温度140～190℃，发泡模温度150～200℃，挤出产物经真空定型、冷却、牵引、切割。

本发明微发泡的聚苯乙烯基木塑复合材料，形成高达30％以上的孔隙率，密度为0.55～0.8g/m³。由于发泡膨胀相当于减少了聚苯乙烯树脂的用量，使得原料成本降低40％左右，并且形成的微孔可有效地钝化裂纹，有利于提高复合材料的抗冲击性能，尤其是增韧改性剂的加入，进一步改善了复合材料的抗冲击性能。而且本发明加入了阻燃剂和抑烟剂，使微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料热释放速率峰值降低35％以上，180秒内平均热释放速率降低40～60％、总烟释放量降低30～60％、一氧化碳产率降低25～40％，500秒内总热释放量降低40％以上，具有良好的阻燃和抑烟效果。本发明的产品废弃后，回收并破碎后直接作为木塑复合材料的原料再利用，不需要专门技术进行处理，不会对环境产生隐患。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料按重量份由30～70份木质纤维材料、2～8份偶联剂、1～8份增韧剂、0.5～3份润滑剂、70～120份聚苯乙烯、0.5～3份发泡剂、0.5～5份助发泡剂、10～30份阻燃剂和5～15份抑烟剂经混合、挤出成型制成。

具体实施方式二：本实施方式的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料按重量份由40份木质纤维材料、4份偶联剂、4份增韧剂、2份润滑剂、100份聚苯乙烯、0.5份发泡剂、1份助发泡剂、25份阻燃剂和8份抑烟剂经混合、挤出成型制成。

具体实施方式三：本实施方式的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料按如下方法进行制备：一、将木质纤维材料粉碎成粒度为20～300目的粉末，按重量份取粉碎好的木质纤维材料30～70份、偶联剂2～8份、增韧剂1～8份、润滑剂0.5～3份在70～120℃的条件下热混5～20分钟；二、将热混物料冷却至40～60℃，再加入聚苯乙烯塑料70～120份、发泡剂0.5～3份、助发泡剂0.5～5份、阻燃剂10～30和抑烟剂5～15份混合5～20分钟；三、将混合物料用挤出机挤出成型；即得到微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中将木质纤维材料粉碎成粒度为100～200目的粉末。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中按重量份取粉碎好的木质纤维材料40～60份、偶联剂3～7份、增韧剂2～7份、润滑剂1～2份在90～100℃的条件下热混6～18分钟。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中按重量份取粉碎好的木质纤维材料50份、偶联剂5份、增韧剂5份、润滑剂1.5份在95℃的条件下热混10分钟。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中将热混物料冷却至42～58℃，再加入聚苯乙烯塑料75～115份、发泡剂0.8～2.9份、助发泡剂0.8～4.5份、阻燃剂12～27份和抑烟剂6～14份混合6～19分钟。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中将热混物料冷却至45～55℃，再加入聚苯乙烯塑料80～110份、发泡剂1～2.8份、助发泡剂1～4份、阻燃剂15～25份和抑烟剂7～12份混合7～18分钟。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中将热混物料冷却至48～52℃，再加入聚苯乙烯塑料100～110份、发泡剂1.5～2.3份、助发泡剂2～3份、阻燃剂10～20份和抑烟剂9～11份混合10～15分钟。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中将热混物料冷却至50℃，再加入聚苯乙烯塑料105份、发泡剂2份、助发泡剂2.5份、阻燃剂15份和抑烟剂10份混合12分钟。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中的木质纤维材料为木粉、稻壳粉、竹屑、秸秆粉、果壳粉、甘蔗渣中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当木质纤维材料为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯偶联剂、异氰酸酯、马来酸酐、邻苯二甲酸酐、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯、马来酸酐改性的聚苯乙烯、马来酸酐改性的聚丙烯中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当偶联剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中的增韧剂为马来酸酐改性的三元乙丙橡胶、马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、马来酸酐改性的聚烯烃弹性体中一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当增韧剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、棕榈蜡、石蜡、褐煤蜡中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当润滑剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中的发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、4，4′-二-磺酰肼二苯醚、对甲苯磺酰氨基脲中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当发泡剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中的助发泡剂是氧化锌、醋酸锌、碳酸锌、甘油、硬脂酸钙、硬酯酸锌中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当助发泡剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中的阻燃剂是专利号为ZL97118353.8的发明专利中所述的阻燃剂、聚磷酸铵、蜜胺磷酸盐、磷酸铵盐、硼酸、膨胀型阻燃剂、膨胀石墨中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当阻燃剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中的抑烟剂为硼酸锌、三氧化钼、八钼酸铵、氧化铜中的一种或其中几种的组合。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

本实施方式中当抑烟剂为两种或两种以上成分组成时按任意比例混合。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤三中的挤出机为平行双螺杆/单螺杆双阶挤出机组或锥形双螺杆挤出机。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式二十：本实施方式的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料按如下方法进行制备：一、将木料碎成粒度为120目的粉末，取粉碎好的木料40份、马来酸酐改性聚苯乙烯偶联剂4份、马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份、润滑剂2份在110℃条件下热混15分钟；二、将混合后的物料冷却至40℃，加入聚苯乙烯塑料100份、偶氮二甲酰胺发泡剂1.5份、醋酸酸锌助发泡剂1份、阻燃剂25份、硼酸锌8份，混合10分钟；三、将混合好的物料，用型号为30mm/45mm的平行双螺杆/单螺杆双阶挤出机组，挤出机机筒温度140～190℃，口模温度185℃，挤出成型；即得到微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料。

本实施方式的润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌按照质量比为1∶1混合的混合物。

本实施方式的阻燃剂为聚磷酸铵和双季戊四醇按照质量比为3∶1混合的混合物。

本实施方式制得的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料其性能指标如表1所示：

表1

  性能指标  微发泡聚苯乙烯基  木塑复合材料  未发泡或未阻燃、抑烟处理  性能比较  密度  0.6g/m³  1.17g/m³  降低了49％  热释放速率峰值  123KW/m²  290KW/m²  降低了58％  180秒内平均热释放速度  107KW/m²  230KW/m²  降低了53％  180秒内总烟释放量  499m²/m²  1078m²/m²  降低了54％  180秒内一氧化碳产率  0.054kg/kg  0.069kg/kg  降低了22％  500秒内总热释放量  41.9kJ/m²  81.6kJ/m²  降低了49％  缺口冲击强度  7kJ/m²  3kJ/m²  提高了2.3倍

说明本实施方式制得的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料密度小、阻燃抑烟效果好、材料耐冲击。