一种低密度聚氯乙烯发泡材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种低密度聚氯乙烯发泡材料，所述低密度聚氯乙烯发泡材料的密度为0.10～0.20g/cm3，所述发泡材料的原料包括：100重量份的聚氯乙烯树脂，2～40重量份的发泡调节剂，0.5～5重量份的热稳定剂，0.5～3重量份的热分解有机发泡剂，0.5～3重量份的热分解无机发泡剂，1～2重量份的润滑型加工助剂，0～30重量份的抑烟剂，0～30重量份的阻燃剂，0～30重量份的填充剂，0～5重量份的润滑剂，0～10重量份的颜料。本发明使用聚氯乙烯代替现有技术中的聚苯乙烯，制备得到密度低的发泡材料，用以替代现有技术中的聚苯乙烯发泡材料，降低了发泡材料的生产成本，可使用于建筑、包装、家具工业等领域。
【专利说明】一种低密度聚氯乙烯发泡材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及聚氯乙烯发泡材料【技术领域】，具体涉及一种低密度聚氯乙烯发泡材料及其制备技术。
【背景技术】
[0002]聚氯乙烯(PVC)是一种性能优良的通用型热塑性塑料，是我国产量最大的塑料品种之一。聚氯乙烯具有阻燃性好、耐腐蚀、机械强度高、电绝缘性好、成本低等优点，但与此同时也存在光热稳定性差、抗冲击强度低、加工成形性能差、密度高等缺点，因此在聚氯乙烯加工过程中必须加入各种稳定剂、加工助剂和抗冲改性剂，以改善其光/热稳定性、加工性能和抗冲击性 能。通过向聚氯乙烯树脂中加入发泡剂和加工助剂，可以得到一种聚氯乙烯发泡材料，大大降低了聚氯乙烯制品的密度。
[0003]与不发泡聚氯乙烯材料相比，聚氯乙烯发泡材料具有密度低、质轻，而且具有优良的缓冲减震、隔音吸音性能，热导率低，隔热性能好，还具优良的电绝缘、耐腐蚀、耐霉菌性能；其次它减少了原料用量，进而降低了产品的成本；降低了热导率，提高了保温性，隔热性；减少了热膨胀性。与木质材料相比，聚氯乙烯发泡材料具有防潮、防腐、防虫、阻燃、可无需油漆、无毒无味等特点，还会防白蚁。在聚氯乙烯发泡制品中添加了木粉或者其他填充料，通过添加不同的填充料，赋予硬质聚氯乙烯发泡制品不同的特性，同时硬质聚氯乙烯发泡制品表面装饰性好。该类产品不但可以节约木材，还可以有效改善人们的居住环境，是最佳的室内外建筑材料。聚氯乙烯低发泡材料除了能够取代木材之外，还可以取代其他的建筑材料。
[0004]现在的聚氯乙烯发泡形成规模的产品主要有硬质聚氯乙烯自由发泡和结皮发泡实心板、硬质聚氯乙烯建筑模板，硬质聚氯乙烯发泡装饰型材、管材、硬质聚氯乙烯发泡塑木制品等。聚氯乙烯发泡材料在建筑、包装、家具工业等领域内，应用越来越广泛。
[0005]近年来，我们国家确立了建立资源节约型、环境友好型社会的目标，重视低碳环保经济发展。如在建筑行业，通过对建筑外围护结构采取措施，减少建筑物室内热量向室外散发，对建筑物起到冬季保温，夏季隔热和装饰、保护的效果，从而保持建筑室内温度。建筑保温材料在建筑保温上就起到了创造适宜的室内热环境和节约能源的作用。目前常用的建筑保温材料主要是聚苯乙烯泡沫板(Expanded Polystyrene简称EPS)。
[0006]聚苯乙烯泡沫是一种轻型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。密度是衡量聚苯乙烯发泡材料的一项重要指标，一般其密度在0.10g/cm3以下。聚苯乙烯发泡材料的封闭空腔结构决定了其具有良好的隔热性，并且其热传导率极低，因此被大量用作建筑保温材料。但是由于聚苯乙烯发泡材料本身成本高，且阻燃性差，尤其是近几年来一些重大火灾事故的发生，严重制约着其应用范围。苯乙烯主要由石油裂解产生，随着石油战争的不断升级和石油资源的日渐缺乏，也是影响聚苯乙烯发泡材料应用的重要因素。
[0007]相比于聚苯乙烯发泡材料，聚氯乙烯发泡材料具有成本低和阻燃性好的优势，但其劣势在于密度高，一般其密度在0.40~0.7g/cm3。因此如何降低聚氯乙烯材料的密度是阻碍聚氯乙烯发泡材料替代聚苯乙烯发泡材料的关键问题。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的第一个技术问题是:针对现有技术中聚苯乙烯发泡材料成本高、阻燃性能差的缺陷，提供一种密度低、阻燃性能好且完全可以替代聚苯乙烯发泡材料的低密度聚氯乙烯发泡材料。
[0009]本发明所要解决的第二个技术问题是:针对现有技术中聚苯乙烯发泡材料成本高、阻燃性能差的缺陷，提供一种密度低、阻燃性能好且完全可以替代聚苯乙烯发泡材料的低密度聚氯乙烯发泡材料的制备方法。
[0010]为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是:
[0011]一种低密度聚氯乙烯发泡材料，所述低密度聚氯乙烯发泡材料的密度为0.10~0.20g/cm3,由包含聚氯乙烯树脂的聚氯乙烯混合物经过螺杆挤出机挤出加工而得到。
[0012]优选的，所述聚氯乙烯混合物按重量份计，包括以下组分:
[0013](a) 100重量份的聚氯乙烯树脂，
[0014](b) 2~40重量份的发泡调节剂，
[0015](c)0.5~5重量份的热稳定剂，
[0016](d) 0.5~3重量份的热分解有机发泡剂，
[0017](e) 0.5~3重量份的热分解无机发泡剂，
[0018](f) I~2重量份的润滑型加工助剂，
[0019](g) O~30重量份的抑烟剂，
[0020](h) O~30重量份的阻燃剂，
[0021](i) O~30重量份的填充剂，
[0022](j) O~5重量份的润滑剂，
[0023](k) O~10重量份的颜料。
[0024]优选的，所述聚氯乙烯树脂为聚氯乙烯均聚物或聚氯乙烯共聚物，其中，聚氯乙烯共聚物包含80~99.99wt%的氯乙烯单元和0.01~20wt%的由其他单体形成的单元,所述的其他单体选自醋酸乙烯酯、丙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸的C1~C12烷基酯、丙烯酸的C1~C12烷基酷中的一种或多种。
[0025]优选的，所述发泡调节剂选自以下物质组成的组:氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物，或者氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯聚合物的混合物；
[0026]所述热稳定剂选自有机锡稳定剂、钙锌稳定剂或铅盐稳定剂；
[0027]所述热分解有机发泡剂是偶氮类化合物；
[0028]所述热分解无机发泡剂是在190°C以下能够热分解的碳酸氢盐；
[0029]所述润滑型加工助剂为丙烯酸酯-苯乙烯共聚物；
[0030]所述填充剂选自碳酸钙、滑石粉或白炭黑；
[0031]所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸单甘脂、硬脂酸季戊四醇酯、己二酸季戊四醇酯和硬脂酸钙中的至少一种；
[0032] 所述颜料选自钛白粉、炭黑、群青颜料和荧光增白剂中的至少一种。[0033]作为进一步的优选，所述热分解无机发泡剂是碳酸氢钠或者碳酸氢钾中的至少一种；所述热分解有机发泡剂是偶氮二甲酰胺。
[0034]作为进一步的优选，所述发泡调节剂中，氯化聚乙烯的重量百分比为I~90wt%，甲基丙稀酸烷基酷的重量比为10~99wt%。
[0035]作为在进一步的优选，所述氯化聚乙烯中的氯重量百分含量为33~37%。
[0036]为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是:
[0037]制备低密度聚氯乙烯发泡材料的方法，包括以下步骤:
[0038](I)将所述发泡材料的原料加入高速混合机，在50~52°C加聚氯乙烯树脂和热稳定剂；在58~62°C加润滑剂、有机发泡剂、无机发泡剂；在68~72°C加润滑型加工助剂和发泡调节剂；在72~78°C加填充剂、颜料、阻燃剂和抑烟剂，然后在105~110°C混料完毕，过40目筛放料后冷却至50°C以下。
[0039](2)将步骤(1)得到的物料经螺杆挤出机熔融挤出，得到所述发泡材料，所述螺杆挤出机的机筒温度依次包括153~157°C、158~162°C、163~167°C、158~162°C和158~162°C的五个温度区间，所述螺杆挤出机的主机转速为6.0~8.0rpm，所述熔融挤出时的牵引速度为1.5~2.5m/min。
[0040]优选的，所述聚氯乙烯树脂为聚氯乙烯均聚物或聚氯乙烯共聚物，其中，聚氯乙烯共聚物包含80~99.99wt%的氯乙烯单元和0.01~20wt%的由其他单体形成的单元,所述的其他单体选自醋酸乙烯酯、丙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸的C1~C12烷基酯、丙烯酸的C1~C12烷基酷中的一种或多种。
[0041]优选的，所述发泡调节剂选自以下物质组成的组:氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物，或者氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯聚合物的混合物；
[0042]所述热稳定剂选自有机锡稳定剂、钙锌稳定剂或铅盐稳定剂；
[0043]所述热分解有机发泡剂是偶氮类化合物；
[0044]所述热分解无机发泡剂是在190°C以下能够热分解的碳酸氢盐；
[0045]所述润滑型加工助剂为丙烯酸酯-苯乙烯共聚物；
[0046]所述填充剂选自碳酸钙、滑石粉或白炭黑；
[0047]所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸单甘脂、硬脂酸季戊四醇酯、己二酸季戊四醇酯和硬脂酸钙中的至少一种；
[0048]所述颜料选自钛白粉、炭黑、群青颜料和荧光增白剂中的至少一种。
[0049]作为进一步的优选，所述热分解无机发泡剂是碳酸氢钠或者碳酸氢钾中的至少一种；所述热分解有机发泡剂是偶氮二甲酰胺。
[0050]作为进一步的优选，所述发泡调节剂中，氯化聚乙烯的重量百分比为I~90wt%，甲基丙稀酸烷基酷的重量比为10~99wt%。
[0051]作为在进一 步的优选，所述氯化聚乙烯中的氯重量百分含量为33~37%。
[0052]由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0053]本发明的低密度聚氯乙烯发泡材料的密度为0.10~0.20g/cm3,由包含聚氯乙烯树脂的聚氯乙烯混合物经过螺杆挤出机挤出加工而得到，使用聚氯乙烯代替现有技术中的聚苯乙烯，制备得到密度低的发泡材料，克服了现有技术中聚苯乙烯发泡材料的阻燃性能差和成本高的缺陷。[0054]本发明的 申请人:经过深入研究和探讨影响聚氯乙烯发泡材料密度继续降低的关键因素，并通过大量实验证明，影响聚氯乙烯发泡制品密度的因素有两点:熔体强度和熔体断裂伸长率，而制约聚氯乙烯发泡材料继续降低密度的难点在于如何同时保证聚氯乙烯具有高熔体强度和高熔体断裂伸长率，在现有技术中使用丙烯酸酯类加工助剂制备得到的聚氯乙烯发泡材料的密度仍然在0.50g/cm3以上。针对这一难题，本发明通过同时使用有机和无机发泡剂配合进行发泡，并通过发泡调节剂-氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物、或者氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯聚合物的混合物的有效调节控制，进行改性聚氯乙烯发泡配方，同时保证聚氯乙烯具有高熔体强度和高熔体断裂伸长率，其中高熔体强度可以保证完整密闭的泡孔结构，高熔体断裂伸长率可以保证较大的泡孔尺寸，从而得到密度低于0.20g/cm3的聚氯乙烯发泡材料，用以完全替代现有技术中的聚苯乙烯发泡材料，降低了发泡材料的生产成本，提高了发泡材料的阻燃性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0056]图1是本发明比较例1-7的熔体强度及断裂伸长率随丙烯酸酯类加工助剂用量增加变化趋势；
[0057]图2是本发明比较例8-14的熔体强度及断裂伸长率随发泡调节剂-氯化聚乙烯和丙烯酸烷基酯接枝共聚物用量增加变化趋势；
[0058]图3是本发明实施例19的发泡材料泡孔结构图；
[0059]图4是本发明比较例20的发泡材料泡孔结构图。
【具体实施方式】
[0060]比较例1-7影响聚氯乙烯发泡材料密度的因素
[0061]向普通聚氯乙烯发泡配方中逐渐增加丙烯酸酯类加工助剂的用量，通过挤出机进行发泡棒材挤出实验，检测熔体强度、熔体断裂伸长率、发泡棒材密度和泡孔结构，观察对比影响聚氯乙烯发泡材料密度的影响因素。
[0062]1、实验测试聚氯乙烯发泡材料配方见表1。
[0063]表1比较例1-7原料配方
[0064]
【权利要求】
1.一种低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于:所述低密度聚氯乙烯发泡材料的密度为0.10~0.20g/cm3,由包含聚氯乙烯树脂的聚氯乙烯混合物经过螺杆挤出机挤出加工而得到。
2.如权利要求1所述的低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于所述聚氯乙烯混合物按重量份计，包括以下组分: (a)100重量份的聚氯乙烯树脂， (b)2~40重量份的发泡调节剂， (c)0.5~5重量份的热稳定剂， (d)0.5~3重量份的热分解有机发泡剂， (e)0.5~3重量份的热分解无机发泡剂， (f)I~2重量份的润滑型加工助剂， (g)0~30重量份的抑烟剂， (h)0~30重量份的阻燃剂， (i)0~30重量份的填充剂， (j)0~5重量份的润滑剂， (k)0~10重量份的颜料。
3.如权利要求1或2所述的低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于:所述聚氯乙烯树脂为聚氯乙烯均聚物或聚氯乙烯共聚物，其中，聚氯乙烯共聚物包含80~99.99wt%的氯乙烯单元和0.01~20wt%的由其他单体形成的单元,所述的其他单体选自醋酸乙烯酯、丙稀、苯乙稀、甲基丙稀酸的C1~C12烷基酷、丙稀酸的C1~C12烷基酷中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于: 所述发泡调节剂选自以下物质组成的组:氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物，或者氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯聚合物的混合物； 所述热稳定剂选自有机锡稳定剂、钙锌稳定剂或铅盐稳定剂； 所述热分解有机发泡剂是偶氮类化合物； 所述热分解无机发泡剂是在190°C以下能够热分解的碳酸氢盐； 所述填充剂选自碳酸钙、滑石粉或白炭黑； 所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸单甘脂、硬脂酸季戊四醇酯、己二酸季戊四醇酯和硬脂酸钙中的至少一种； 所述颜料选自钛白粉、炭黑、群青颜料和荧光增白剂中的至少一种。
5.如权利要求4所述的低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于:所述热分解无机发泡剂是碳酸氢钠或者碳酸氢钾中的至少一种；所述热分解有机发泡剂是偶氮二甲酰胺。
6.如权利要求4所述的低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于:所述发泡调节剂中，氯化聚乙烯的重量百分比为I~90wt%，甲基丙烯酸烷基酯的重量比为10~99wt%。
7.如权利要求6所述的低密度聚氯乙烯发泡材料，其特征在于:所述氯化聚乙烯中的氯重量百分含量为33~37%。
8.制备权利要求3所述的低密度聚氯乙烯发泡材料的方法，其特征在于包括以下步骤: (I)将所述发泡材料的原料加入高速混合机，在50~52°C加聚氯乙烯树脂和热稳定剂；在58~62°C加润滑剂、有机发泡剂、无机发泡剂；在68~72°C加润滑型加工助剂和发泡调节剂；在72~78°C加填充剂、颜料、阻燃剂和抑烟剂，然后在105~110°C混料完毕，过40目筛放料后冷却至50°C以下； (2)将步骤(1)得到的物料经螺杆挤出机熔融挤出，得到所述发泡材料，所述螺杆挤出机的机筒温度依次包括153~157°C、158~162°C、163~167°C、158~162°C和158~162°C的五个温度区间，所述螺杆挤出机的主机转速为6.0~8.0rpm，所述熔融挤出时的牵引速度为1.5~2.5m/min。
9.如权利要求8所述的低密度聚氯乙烯发泡材料的制备方法，其特征在于: 所述发泡调节剂选自以下物质组成的组:氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物，或者氯化聚乙烯与甲基丙烯酸烷基酯聚合物的混合物； 所述热稳定剂选自有机锡稳定剂、钙锌稳定剂或铅盐稳定剂； 所述热分解有机发泡剂是偶氮类化合物； 所述热分解无机发泡剂是在190°C以下能够热分解的碳酸氢盐； 所述填充剂选自碳酸钙、滑石粉或白炭黑； 所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸单甘脂、硬脂酸季戊四醇酯、己二酸季戊四醇酯和硬脂酸钙中的至少一种； 所述颜料选自钛白粉、炭黑、群青颜料和荧光增白剂中的至少一种。
10.如权利要求8所述的低密度聚氯乙烯发泡材料的制备方法，其特征在于:所述热分解无机发泡剂是碳酸氢钠或者碳酸氢钾中的至少一种；所述热分解有机发泡剂是偶氮二甲酰胺。
【文档编号】C08J9/10GK104004302SQ201410263681
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】赵东日 申请人:山东日科化学股份有限公司