一種低密度高強度的改性發泡型高分子材料及其製品的製作方法

2023-05-16 10:48:26

專利名稱：一種低密度高強度的改性發泡型高分子材料及其製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低密度高強度的改性發泡型高分子材料及其製品，特別涉及一種低密度、高強度的改性發泡型高分子塑料材料及其製品，用於建築及裝飾材料、包裝材料、汽車材料、隔熱材料等領域。
背景技術：
高分子材料是上個世紀三十年代逐漸發展起來的新材料，上個世紀的七、八十年代得到了迅速發展，高分子材料中的塑料材料的發展更是名列前茅。儘管目前塑料材料已有200多個品種，由於不同行業、不同用途、不同製品有其獨特的要求，或者為了降低成本，於是，改性和複合塑料材料就成為近40年來重要的發展方向。
建築塑料就是以高分子材料為主要成分，並對其改性而發展起來的新型建築材料。廣泛用作建築裝修、裝飾材料，有的還用作結構及牆體材料，已成為第四大建築材料。儘管如此，已有的建築塑料僅用於建築中的部分部位，而且塑料管材約佔其產量的一半；2000年，我國PVC塑料門窗在整個門窗中的佔有率約為30％；而牆體、牆面材料的比例不到1％(參閱《建築塑料》劉柏賢、劉隼編著，2000年9月第一版，化學工業出版社)。究其原因，是由於按現有技術生產的改性高分子塑料材料及其製品的結構性能，還不能滿足一些建築結構部位材料的要求；即便有的塑料材料能夠滿足要求，但成本高，與傳統的相應建築材料相比，沒有任何競爭力，因此沒有實際使用價值。
另外，建築塑料製品的標準化、系列化設計，也有待隨之解決。

發明內容
本發明的目的之一是，通過提供一種低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料，採用這類塑料材料製成建築構件、預製部件，滿足五層以下建築用材的要求，並使低層建築用材實現標準化、系列化、工廠化設計與生產。同時實現高層、特別是超高層牆體、樓面板超輕質化。
本發明的另一個目的是，通過提供低密度高強度的發泡型改性高分子塑料材料，採用這類塑料材料製成各種規格的板材，板材的規格為長800mm～3000mm×寬600mm～1500mm×厚5mm～300mm。它既能滿足相同規格的木質板材的技術指標要求，又能實現木質板材不能達到的、良好的技術性能，諸如，隔熱、阻燃、隔音、防潮、防腐、防蟲等，從而克服上述現有技術的缺點。
本發明的另一個目的是，通過提供低密度高強度的發泡型改性高分子塑料材料，採用這類塑料材料製成各種規格的箱、櫃、包裝材料及其製品，它既可以一次成型，也可以採用這類塑料材料製成的各種板材加工製作；它既能滿足木材、金屬材料或包裝發泡塑料的性能要求，又能實現木材、金屬材料或包裝發泡塑料不能達到的良好性能，諸如，滿足使用要求的機械強度、輕質、隔熱、阻燃、隔音、防潮、防腐、防蟲等，克服了現有技術的缺點。
為了實現上述目的，本發明提供一種低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料。這類塑料材料以現有的可製成泡沫塑料的熱塑性塑料或熱固性塑料為基料，加入功能性填料-碳酸鈣，或加入矽酸鹽，如滑石粉、矽灰石等，二氧化矽，如石英粉等，硫酸鈣、紅泥、粉煤灰、礦渣等無機填充劑以及各種纖維素、木粉等，其重量比在20％～80％，必要時加入增強性填料，金屬或非金屬材料的筋、網、增強劑，或加入增韌劑，如橡膠等，特別是在這種改性高分子塑料中加入發泡劑，使其發泡倍率能控制為5～20之間，新塑料製品的密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3，還應加入必不可少的偶聯劑、表面活性劑、阻燃劑、光/熱穩定劑及其它助劑。
本發明的優點是，本發明提供的低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料，輕質高強、保溫、抗震、隔音、阻燃、隔熱、緩衝減震性好、外形美觀，具有滿足使用要求的物理性能和機械強度。用本發明提供的低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料，製成建築構件、預製建築部件，易於標準化、系列化設計，便於大規模、批量生產；積木式、模塊化的成套結構及其附件，便於建築工程的設計及施工，從而大大縮短建築工程的建設周期，進而降低建築工程的成本。本發明提供的低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料及其製品，適用範圍廣、需求量大、綜合成本低、競爭力強，克服了上述現有技術的缺點，有很好的經濟效益和社會效益。
具體實施例 下面將藉助於具體實施例對本發明作進一步的描述。
實施例1 苯乙烯70～20份，碳酸鈣填充母料30～80份(或者，碳酸鈣30～80，鈦酸脂類或鋯類偶聯劑1％～1.5％)，兩者充分混合後，加入引發劑和無機與有機分散劑複合的分散劑和水，採用生產可發性聚苯乙烯(EPS)的工藝流程，加料後，在常壓、85℃下進行聚合；成粒後，用氮氣壓入戊烷發泡劑1～2份，升溫升壓，以便進一步聚合和浸漬；經後處理工序後，即得改性發泡型聚苯乙烯。
實施例2 先在水相下加入複合引發劑和無機與有機分散劑複合的分散劑，加入抗衝擊改性劑(如ACR)和其它助劑；按照與實施例1類似的配方工藝，將實施例1中的苯乙烯換成氯乙烯70～20份，碳酸鈣填充母料30～80份(或者，碳酸鈣30～80，鈦酸脂類或鋯類偶聯劑1％～1.5％)，兩者充分混合後，加入聚合釜；升溫，進行聚合；聚合中途，加入戊烷發泡劑1～2份，進一步聚合和浸漬；經後處理工序後，即得改性聚氯乙烯發泡塑料。
實施例3 聚氯乙烯(PVC)70～20份，碳酸鈣填充母料30～80份(或者，其它填充料)，兩者充分混合後，加入戊烷發泡劑1～2份，以及各種助劑(包括加工助劑)；進一步高速混合；擠出發泡，控制溫度，使發泡材料的密度為0.08g～0.96g/cm3；經後處理工序後，即得改性發泡型聚氯乙烯材料的製品。
實施例4 聚碳酸脂(PC)65～25份，碳酸鈣、滑石粉等混合無機填充料10～50份，玻璃纖維25份，大分子鈦酸脂類偶聯劑，充分混合後，再加入表面活性劑，進一步混合，加入偶氮發泡劑3～6份及發泡劑促進劑，進一步浸漬、混煉，經擠出、造粒工序後，即得改性聚碳酸脂發泡塑料。
實施例5 在現有以光氣界面縮聚法、以雙酚A鈉鹽、二氯甲烷和光氣為主要原料縮聚合成聚碳酸脂(PC)的工藝流程中，經縮聚、沉析，並經過濾、水洗、乾燥後，得到純淨、乾燥的粉狀聚碳酸脂(假定其重量份為65～25份，)，再加入碳酸鈣、滑石粉等混合無機填充料10～50份，玻璃纖維25份，大分子鈦酸脂類偶聯劑(MTCA)，充分混合後，再加入表面活性劑，進一步混合，加入偶氮發泡劑3～6份及發泡劑促進劑，進一步浸漬、混煉，經擠出、造粒工序後，即得改性聚碳酸脂發泡塑料。也可以在現有以熔融縮聚法合成聚碳酸脂(PC)的工藝流程中，加入填充料和發泡劑及其它助劑，製得改性聚碳酸脂發泡塑料。
實施例6 A階酚醛樹脂(PF，液態；或線型酚醛樹脂)20～60份，碳酸鈣45～15份、滑石粉5份、無機纖維10份、硫酸鋇10份等混合無機填充料，大分子鈦酸脂類偶聯劑。先將各種填充料和偶聯劑充分混合後，再加入表面活性劑和酚醛樹脂，進一步混合，加入水(或加入發泡劑，如二氯甲烷等混合發泡劑)3～8份，及發泡劑促進劑、穩定劑，在加工製品過程中，再加入固化劑、促進劑等助劑，並藉助於機械攪拌(或加溫模壓並控制發泡率)，製成固體改性發泡酚醛塑料製品。
實施例7 尿醛樹脂(UF，液態)20～70份，加入混合無機填充料80～30份，大分子鈦酸脂類偶聯劑。先將樹脂、各種填充料和偶聯劑充分混合後，加入表面活性劑，進一步混合，再加入固化劑、化學發泡劑1～6份、穩定劑等助劑，並藉助於機械攪拌，在加工製品過程中，形成多孔性泡沫塑料固體。以這種熱固性泡沫塑料製作各種不同類型的構件時，還可以加入金屬材料的筋、網等。
實施例8 聚異氰尿酸脂(PIR)25～60份，碳酸鈣50～15份、滑石粉5份、無機纖維10份、硫酸鋇10份等混合無機填充料，大分子鈦酸脂類偶聯劑等混合偶聯劑。先將各種填充料和偶聯劑充分混合後，再加入表面活性劑和聚異氰尿酸脂，進一步混合，加入發泡劑1～3份(或加入水1～4份)及發泡穩定劑以及阻燃劑等其它助劑，還可以加入金屬結構材料，製作各種類型的構件。
實施例9 兩步法生成的聚氨脂(PU)25～70份，碳酸鈣35～15份、滑石粉10份、纖維30～5份等混合填充料，大分子鈦酸脂類偶聯劑等混合偶聯劑。先將各種填充料和偶聯劑充分混合後，加入表面活性劑，再與半預聚物和聚醚多元醇(按配比剩餘的)進一步混合，加入發泡劑(如滷化碳類)0.8～6份(或加入水3～10份)及發泡穩定劑以及阻燃劑等其它助劑，還可以加入金屬結構材料，製作各種類型的構件。
當基料換成可製成泡沫塑料的聚乙烯(PE)、ABS、聚醯胺(PA)等高分子塑料樹脂時，加入各種填充料和偶聯劑、表面活性劑，充分混合後，加入發泡劑及發泡穩定劑以及阻燃劑等其它助劑，可製得相應的改性發泡塑料。
儘管本發明是參照其特定的具體實施例來描述的，但本領域的技術人員應該理解，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行形式和細節的各種修改。
權利要求
1.低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料，這類材料是以現有可製成泡沫塑料的熱塑性塑料或熱固性塑料為基料，加入填料，如碳酸鈣等無機填料或各種纖維素等有機填料；也可以是在相應單體材料中，加入填充母料，使其聚合改性，在改性、聚合過程中，同時加入增強劑、偶聯劑、阻燃劑、穩定劑及其它助劑，其特徵在於，在這種改性高分子塑料中加入發泡劑。其加入填料改性聚合的方法是，在單體材料中，加入填充母料；或加入填料，如碳酸鈣等，同時加入相應的偶聯劑，並使兩者充分混合；然後，加入使相應單體材料聚合的引發劑和分散劑以及其它助劑；在加溫和加壓下，進行充分聚合。
2.如權利要求1所述的改性發泡型高分子塑料材料，其特徵是，加入填料，如碳酸鈣等無機填料或各種有機填料，其重量比大於20％，直到80％。
3.如權利要求1所述的改性發泡型高分子塑料材料，其特徵是，在這種改性高分子塑料中加入發泡劑，將發泡倍率控制為5～20，使該塑料材料的製品的密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3。
4.標準化、系列化設計的建築構件、預製建築部件，其特徵是，由如權利要求1所述的改性發泡型高分子塑料材料製成，控制溫度，使發泡密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3，並填充金屬或非金屬材料的筋、網或增強材料，滿足五層以下建築物的建築用材的使用要求，並滿足高層、特別是超高層牆體、樓面板的使用要求。
5.標準化、系列化設計的各種板材，其特徵是，由如權利要求1所述的改性發泡型高分子塑料材料製成，控制溫度，使發泡密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3，並填充金屬或非金屬材料的筋、網或增強材料，；板材的規格為長800mm～3000mm×寬600mm～1500mm×厚5mm～300mm。
6.適合一些材料和設備包裝用的塑料包裝製品，或獨立的箱和櫃，或依附於室內牆壁的各種類型的櫃，其特徵是，由如權利要求1所述的改性發泡型高分子塑料材料製成，控制溫度，使發泡密度在0.08g/cm3～0.96g/cm3；或由如權利要求5所述的各種板材製成。
全文摘要
本發明提供低密度高強度的改性發泡型高分子塑料材料，這類材料是以現有可製成泡沫塑料的熱塑性塑料或熱固性塑料為基料，加入填料，如碳酸鈣、各種纖維素等填料；也可以是在相應單體材料中，加入填充母料，使其聚合改性，在改性、聚合過程中，同時加入表面活性劑、偶聯劑、阻燃劑、穩定劑及其它助劑，特別是在這種改性高分子塑料中加入發泡劑，使其發泡倍率能控制為5～20之間，新塑料製品的密度為0.08g/cm
文檔編號C08J9/00GK1544513SQ20031011343
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月11日 優先權日2003年11月11日
發明者李先利, 李先明 申請人:李先利, 李先明