一种阻燃铝塑复合片材及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种阻燃铝塑复合片材，由铝膜、胶粘剂和聚苯乙烯基复合片材制成，所述的铝膜经真空辊涂胶粘剂，再与聚苯乙烯基复合片材在95～105℃条件下辊压热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材；所述的聚苯乙烯基复合片材按如下重量份的原料熔融共混挤出制成：40～60份聚苯乙烯、17～26份聚磷酸铵、5～10份纤维素、6～8份改性蒙脱土和12～16份聚苯醚；本发明阻燃铝塑复合片材具有优良持久的阻燃性能、力学性能、阻隔性能和耐候性能，且制备方法简单，适于工业化生产。
【专利说明】一种阻燃铝塑复合片材及其制备方法
(-)【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种阻燃铝塑复合片材及其制备方法。
(二)【背景技术】
[0002]铝塑复合片材是以合成高分子材料为芯层、铝膜为饰面层的多层复合材料。铝塑复合片材以质轻环保、美观时尚、施工方便及高耐候、高阻隔、清洁等特点，广泛应用于建筑幕墙、广告宣传牌匾、室内外装修、车船装饰、家具制造等领域。铝塑复合片材相对于纯铝片材更经济、更环保，符合发展循环经济和低碳经济的要求。然而，铝塑复合片材芯层材料普遍使用易燃的聚苯乙烯、聚乙烯等材料，这为发生火灾埋下了隐患。为保障铝塑复合片材在建筑制品、装饰装修材料等领域的使用安全性，进一步促进这类产品的推广应用，需增加和提升产品的阻燃性能。
[0003]解决铝塑复合片材易燃的问题主要通过在基材中加入阻燃剂来实现。常用的阻燃剂有:(a)卤素阻燃剂，这类阻燃剂以气相发挥阻燃作用，但是卤素阻燃剂在燃烧时会产生大量有毒有腐蚀性的烟雾(包括卤化氢、二恶英)，易造成二次污染，达不到环保建材的要求，故不宜选作具有防火、环保功能的铝塑复合材料基材的阻燃剂。(b)磷氮阻燃剂，这类阻燃剂通过凝聚相阻燃模式来抑制材料燃烧。其凝聚相主要为多孔泡沫炭层，能有效隔离氧气和热量的蔓延，阻止材料进一步燃烧，但是单独使用磷氮阻燃剂形成的炭层结构强度不够，在大面积片材上形成时易发生坍塌而重新暴露着火源。(C)金属氢氧化物阻燃剂，这类阻燃剂在高温时吸热脱水，可以带走燃烧产生的热量，降低燃烧速度，防止火焰蔓延，达到抑制燃烧的目的，并且不产生浓烟和有毒气体，不会对环境造成二次污染，现在已有用作较厚尺寸的阻燃铝塑复合材料(如4mm厚板材)的芯材。目前，采用这类方案制造阻燃铝塑复合材料的国外企业有德国Alucobond、日本三菱Alpolic、美国Reynolds等，国内企业有合肥杰事杰、上海雅祥科技、湖南塑料研究所等，相关专利有CN102108145A、CN101475716B、CN1817813等。为达到较好的阻燃效果，金属氢氧化物和硼酸锌等无机类增效剂在铝塑复合材料芯材中的添加量大(一般金属氢氧化物重量份在60?80%，无机类增效剂重量份在2?10%)，造成材料硬度大且脆性大，可塑性变差且制造的复合材料类型以较厚的板材为主，无法制成薄型阻燃铝塑复合片材(厚度0.5?0.8mm)0因此，有必要通过引入新材料、新工艺，开发一种环境友好的超薄型阻燃铝塑复合片材及其制备方法，以便拓宽铝塑复合材料的应用领域。
(三)
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种阻燃铝塑复合片材，其具有优良持久的阻燃性能、力学性能、阻隔性能和耐候性能。
[0005]本发明还提供了一种阻燃铝塑复合片材的制备方法，该制备方法操作简单，适于工业化生产。
[0006]本发明采用如下技术方案:[0007]—种阻燃铝塑复合片材，所述的阻燃铝塑复合片材由铝膜、有机硅胶粘剂和聚苯乙烯基复合片材制成，所述的铝膜经真空辊涂有机硅胶粘剂，再与聚苯乙烯基复合片材在95?105°C条件下辊压热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材；所述的聚苯乙烯基复合片材按如下重量份的原料熔融共混挤出制成:40?60份聚苯乙烯、17?26份聚磷酸铵、5?10份纤维素、6?8份改性蒙脱土和12?16份聚苯醚；所述的改性蒙脱土为烷基三甲基季铵盐改性蒙脱土，所述烷基三甲基季铵盐的分子结构式为CH3 (CH2)nN(CH3) 3 + X —，其中，n=17?25，X为Cl或Br ;优选所述的改性蒙脱土为十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土 ；所述改性蒙脱土的粒径为15?25um。
[0008]本发明所述的有机硅胶粘剂，其主要成分为聚二甲基硅氧烷，所述的有机硅胶粘剂由如下重量份的原料在25?40°C下恒温搅拌混炼制成:70?80份羟基封端聚二甲基硅氧烷、6?10份烷基封端聚二甲基硅氧烷、I?2份二甲基戊二胺、0.5?2份有机锡催化剂和6?22.5份气相二氧化硅；其中，所述的有机锡催化剂选自二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或其中任意两种以任意比例的混合物。
[0009]本发明所述改性蒙脱土的来源为美国NANOCOR公司，产品型号为1.28E。
[0010]本发明所述的铝膜优选纯铝箔，厚度为0.01?0.02mm ;所述阻燃铝塑复合片材的厚度为0.50?0.80_。
[0011]进一步，本发明所述的聚苯乙烯基复合片材的原料中，所述的聚磷酸铵的聚合度为1000?1500，含磷量为31?32%，粒径为15?18um，如果聚合度过小，基本的热稳定性能下降；聚合度过大，材料遇火后的起始热分解温度升高，不利于及时促进材料脱水碳化；推荐所述的纤维素的聚合度为2000?5000,粒径为15?25um,主要成碳协效剂,聚合度过小，其热稳定性能下降；聚合度过大，其与聚苯乙烯树脂的熔炼效果下降；所述的聚苯醚为粉末状，其玻璃化转变温度为214°C。
[0012]进一步，所述的阻燃铝塑复合片材，所述有机硅胶粘剂的上胶量为30?75g/m2铝膜。
[0013]再进一步，阻燃铝塑复合片材中，所述的有机硅胶粘剂的原料中，所述的羟基封端聚二甲基硅氧烷和所述的烷基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量均为1000?1500 (I?15Pa.s，25°C );分子量过小，形成的有机硅胶粘剂对铝膜和聚苯乙烯基复合片材的粘结性能下降；分子量过大，有机硅胶粘剂的粘度过大，通过辊涂方式对铝膜上胶难度加大，易出现上胶过量或不均的问题。
[0014]具体的，本发明所述的阻燃铝塑复合片材的制备方法，包括如下步骤:
[0015](I)将改性蒙脱土和聚苯醚熔融混合挤出造粒得到蒙脱土母粒，把蒙脱土母粒、聚苯乙烯、聚磷酸铵、纤维素在60°C?70°C预混，混合均匀后经同向平行双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材；
[0016](2)将羟基封端聚二甲基硅氧烷、烷基封端聚二甲基硅氧烷、二甲基戊二胺、有机锡催化剂和气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再于25?40°C下恒温搅拌混炼20?30min，制得有机硅胶粘剂。
[0017](3)铝膜经真空辊按上胶量30?75g/m2铝膜涂上胶后，与聚苯乙烯基复合片材在95?105°C条件下辊压热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0018]具体操作时，可选用本领域常用的高速混合机(一般主轴转速为300r/min)来混合物料，每次混合的时间一般为10?20min可使物料混合均匀。
[0019]改性蒙脱土和聚苯醚熔融混合挤出造粒制备蒙脱土母粒，可将熔融段的温度控制在250?260°C ;制得聚苯乙烯基复合片材时，可将熔融段的温度控制在230?240°C。
[0020]本发明具有如下优点:
[0021]本发明阻燃铝塑复合片材具有优良持久的阻燃性能、力学性能、阻隔性能和耐候性能。
[0022]本发明制备方法采用聚苯醚对改性蒙脱土进行熔融混炼拨层处理，将处理后的蒙脱土母粒和聚苯乙烯、聚磷酸铵、纤维素熔融复合制备阻燃铝塑复合片材，操作简单，适于工业化生产。
(四)【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是阻燃体系结构设计示意图；
[0024]图中:1-铝箔，2-有机硅粘合层，3-阻燃芯材。
(五)【具体实施方式】
[0025]下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0026]实施例1
[0027]将1.6kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)和0.8kg十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(美国NANOCOR公司，1.28E)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制得蒙脱土母粒，熔融段温度250?260°C。把2.4kg蒙脱土母粒和4.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、2.6kg聚磷酸铵、
1.0kg纤维素在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在230?240°C，压延热辊温度控制在125?180°C。
[0028]将8.0kg羟基封端聚二甲基硅氧烷、1.0kg烷基封端聚二甲基硅氧烷、0.1kg 二甲基戊二胺、0.2kg 二乙酸二丁基锡、0.7kg气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再恒温(32?40°C)搅拌混炼，制得有机硅胶粘剂。
[0029]铝膜经真空辊涂上胶(上胶量35g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95?105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0030]实施例2
[0031]将1.2kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)和0.6kg十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(美国NANOCOR公司，1.28E)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制得蒙脱土母粒，熔融段温度250?260°C。把1.8kg蒙脱土母粒和6.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、1.7kg聚磷酸铵、
0.5kg纤维素在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在230?240°C，压延热辊温度控制在125?180°C。
[0032]将8.0kg羟基封端聚二甲基硅氧烷、1.0kg烷基封端聚二甲基硅氧烷、0.1kg 二甲基戊二胺、0.2kg 二乙酸二丁基锡、0.7kg气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再恒温(32?40°C)搅拌混炼，制得有机硅胶粘剂。
[0033]铝膜经真空辊涂上胶(上胶量35g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95?105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0034]实施例3
[0035]将1.5kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)和0.7kg十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(美国NANOCOR公司，1.28E)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制得蒙脱土母粒，熔融段温度250?260°C。把2.2kg蒙脱土母粒和5.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、2.0kg聚磷酸铵、
0.8kg纤维素在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在230?240°C，压延热辊温度控制在125?180°C。
[0036]将8.0kg羟基封端聚二甲基硅氧烷、1.0kg烷基封端聚二甲基硅氧烷、0.1kg 二甲基戊二胺、0.2kg 二乙酸二丁基锡、0.7kg气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再恒温(32?40°C)搅拌混炼，制得有机硅胶粘剂。
[0037]铝膜经真空辊涂上胶(上胶量35g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95?105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0038]实施例4
[0039]将1.5kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)和0.7kg十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(美国NANOCOR公司，1.28E)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制得蒙脱土母粒，熔融段温度250?260°C。把2.2kg蒙脱土母粒和5.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、2.0kg聚磷酸铵、
0.8kg纤维素在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在230?240°C，压延热辊温度控制在125?180°C。
[0040]将8.0kg羟基封端聚二甲基硅氧烷、1.0kg烷基封端聚二甲基硅氧烷、0.1kg 二甲基戍二胺、0.15kg 二月桂酸二丁基锡、0.05kg辛酸亚锡、0.7kg气相二氧化娃加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再恒温(32?40°C)搅拌混炼，制得有机硅胶粘剂。
[0041]铝膜经真空辊涂上胶(上胶量75g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95?105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0042]实施例5
[0043]将1.5kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)和0.7kg十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(美国NANOCOR公司，1.28E)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制得蒙脱土母粒，熔融段温度250?260°C。把2.2kg蒙脱土母粒和5.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、2.0kg聚磷酸铵、
0.8kg纤维素在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在230?240°C，压延热辊温度控制在125?180°C。
[0044]将7.0kg羟基封端聚二甲基硅氧烷、0.6kg烷基封端聚二甲基硅氧烷、0.1kg 二甲基戊二胺、0.05kg 二月桂酸二丁基锡、2.25kg气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再恒温(32~40°C)搅拌混炼，制得有机硅胶粘剂。
[0045]铝膜经真空辊涂上胶(上胶量35g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95~105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0046]实施例6
[0047]将1.5kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)和0.7kg十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(美国NANOCOR公司，1.28E)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制得蒙脱土母粒，熔融段温度250~260°C。把2.2kg蒙脱土母粒和5.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、2.0kg聚磷酸铵、
0.8kg纤维素在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在230~240°C，压延热辊温度控制在125~180°C。
[0048]将7.0kg羟基封端聚二甲基硅氧烷、0.6kg烷基封端聚二甲基硅氧烷、0.1kg 二甲基戊二胺、0.05kg 二月桂酸二丁基锡、2.25kg气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再恒温(32~40°C)搅拌混炼，制得有机硅胶粘剂。
[0049]铝膜经真空辊涂上胶(上胶量75g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95~105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0050]对比例1: [0051]把1.5kg聚苯醚(S201A/日本旭化成)、2.0kg十二烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土、
5.0kg聚苯乙烯(1300/美国陶氏)、1.5kg聚磷酸铵在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混lOmin，预混温度为70°C，再经平行同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材，熔融段温度控制在245~255°C，压延热辊温度控制在125~180。。。
[0052]铝膜经真空辊涂上胶(聚醋酸乙烯酯胶粘剂，上胶量75g/m2)，与聚苯乙烯基复合片材辊压热复合(热辊温度95~105°C)、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
[0053]对实施例1~6和对比例I制备的阻燃铝塑复合片材进行性能测试，检测标准:拉伸强度按照GB/T1040-2006《塑料拉伸性能的测定》测试；氧指数按照《塑料用氧指数法测定燃烧行为》测试；水平燃烧残余长度按照GB/T2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》测试，测试结果如下:
[0054]
【权利要求】
1.一种阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的阻燃铝塑复合片材由铝膜、有机硅胶粘剂和聚苯乙烯基复合片材制成，所述的铝膜经真空辊涂有机硅胶粘剂，再与聚苯乙烯基复合片材在95~105°C条件下辊压热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材；所述的聚苯乙烯基复合片材按如下重量份的原料熔融共混挤出制成:40~60份聚苯乙烯、17~26份聚磷酸铵、5~10份纤维素、6~8份改性蒙脱土和12~16份聚苯醚；所述的改性蒙脱土为烷基三甲基季铵盐改性蒙脱土，所述烷基三甲基季铵盐的分子结构式为CH3(CH2)nN(CH3) 3+X一，其中，n=17~25，X为Cl或Br ;所述改性蒙脱土的粒径为15~25um。
2.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的有机硅胶粘剂由如下重量份的原料在25~40°C下恒温搅拌混炼制成:70~80份羟基封端聚二甲基硅氧烷、6~10份烷基封端聚二甲基硅氧烷、I~2份二甲基戊二胺、0.5~2份有机锡催化剂和6~22.5份气相二氧化硅；其中，所述的有机锡催化剂选自二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或其中任意两种以任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述改性蒙脱土的来源为美国NANOCOR公司，产品型号为1.28E。
4.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的铝膜为纯铝箔，厚度为0.01~0.02mm ;所述阻燃铝塑复合片材的厚度为0.50~0.80mm。
5.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的聚苯乙烯基复合片材的原料中，所述的聚磷酸铵的聚合度为1000~1500，含磷量为31~32%，粒径为15~18um。
6.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的聚苯乙烯基复合片材的原料中，所述的纤维素的聚合度为2000~5000，粒径为15~25um。
7.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的聚苯乙烯基复合片材的原料中，所述的聚苯醚为粉末状，其玻璃化转变温度为214°C。
8.如权利要求1所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的阻燃铝塑复合片材，所述有机硅胶粘剂的上胶量为30~75g/m2铝膜。
9.如权利要求2所述的阻燃铝塑复合片材，其特征在于所述的有机硅胶粘剂的原料中，所述的羟基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为1000~1500 ;所述的烷基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为1000~1500。
10.如权利要求2所述的阻燃铝塑复合片材的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤: (1)将改性蒙脱土和聚苯醚熔融混合挤出造粒得到蒙脱土母粒，把蒙脱土母粒、聚苯乙烯、聚磷酸铵、纤维素在60°c~70°C预混，混合均匀后经同向平行双螺杆挤出机熔融共混挤出、压延、牵引、冷却成型，制得聚苯乙烯基复合片材； (2)将羟基封端聚二甲基硅氧烷、烷基封端聚二甲基硅氧烷、二甲基戊二胺、有机锡催化剂和气相二氧化硅加入制胶缸，先对制胶缸进行抽真空，再于25~40°C下恒温搅拌混炼20~30min，制得有机硅胶粘剂。 (3 )铝膜经真空辊按上胶量30~75g/m2铝膜涂上胶后，与聚苯乙烯基复合片材在95~105°C条件下辊压热复合、冷辊压延后，制得阻燃铝塑复合片材。
【文档编号】B32B27/30GK103895297SQ201410072774
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】周佳红, 周箭, 高汉卿, 吴越, 武府鹏 申请人:杭州师范大学