一種增強阻燃保溫複合材料的製作方法
2023-05-14 20:28:26 2
一種增強阻燃保溫複合材料的製作方法
【專利摘要】本發明涉及高分子材料【技術領域】，具體涉及一種增強阻燃保溫複合材料，由以下重量百分比的原料組成：高分子支撐材料10～40%、儲能增強材料30～70%、阻燃劑10～40%、相容劑3～8%、助劑0～2%；其中，所述高分子支撐材料為熱塑性材料；所述儲能增強材料為中空纖維包覆石蠟。本發明的增強阻燃保溫複合材料具有較好的保溫和阻燃效果，基本無析出，並且有較高的強度，能夠在建築、汽車等領域使用，改善保溫效果。
【專利說明】一種增強阻燃保溫複合材料
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高分子材料【技術領域】，具體涉及一種增強阻燃保溫複合材料。
【背景技術】
[0002] 能源的稀缺使得節能材料得到越來越多的重視，其中保溫材料在建築、汽車和農 業等領域成為開發的重點。
[0003] 現在市場上的保溫材料多為通過降低導熱率來達到保溫效果，如聚氨酯、聚苯乙 烯泡沫材料等，在汽車中有時也用纖維氈和泡沫材料的多層結構來達到增強保溫的效果。 但此類保溫材料只能降低溫度的變化速度，不能保持溫度的恆定。相變儲能材料相在其相 變溫度附近發生相變，釋放或吸收大量熱量，這一特徵可被用於儲存能量或控制環境溫度， 達到合適的居住環境。中國專利申請號200410068844. 6的發明專利，開發了一種以PE、 PP、SBS、SEBS為基體的高導熱相變蓄熱材料，添加了 10%-30%的石蠟，使相變溫度控制在 15-70°C。中國專利申請號為201110191570的發明專利，在此基礎上用膨脹珍珠巖和膨脹 石墨等多孔材料來包覆石蠟，降低了石蠟的滲出和製備的難度。然而，這些材料強度都較 低，無法滿足高強度的要求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有技術中的上述不足，提供一種增強阻燃保溫複合材料， 該材料有較好的保溫和阻燃效果，基本無析出，並且有較高的強度，保溫效果好，能夠在建 築、汽車等領域使用。
[0005] 本發明的目的通過以下技術方案實現。
[0006] -種增強阻燃保溫複合材料，由以下重量百分比的原料組成： 高分子支撐材料 10?40 % 儲能增強材料 30?70 % 阻燃劑 10?40 % 相容劑 3?8% 助劑 0?2 % 其中，所述高分子支撐材料為熱塑性材料；所述儲能增強材料為中空纖維包覆石蠟。
[0007] 高分子支撐材料作為基體，具有良好的加工性能，並且保證了複合材料的基本強 度，防止內部儲能物質的滲出。儲能增強材料具有良好的儲能效果，相轉變時對熱量的吸收 或釋放保證了局部空間的溫度穩定，並且克服了單純使用石蠟時析出、強度降低、阻燃差等 缺陷。
[0008] 其中，所述儲能增強材料中中空纖維為無機纖維或有機多孔纖維，中空纖維的質 量百分比為50%-90%，石蠟的質量百分比為10%-50%。
[0009] 優選地，所述中空纖維的直徑為9 μ m-20 μ m，中空率20%-60%，長度為3-25mm。石 蠟的相變潛熱為150J/g_260J/g，相轉變溫度為15°C _60°C。相變溫度使複合材料在此溫度 下具有吸收或釋放熱量的特性，相變潛熱的大小和中空纖維包覆的石蠟含量大小決定了吸 收或釋放熱量的能力大小，因此決定了材料保溫能力的大小，相變潛熱與材料的保溫能力 正相關。更優地，中空纖維為短切中空玻璃纖維。
[0010] 其中，所述熱塑性材料為PP、PE、ABS、PA、PC、PBT中的一種或一種以上的混合物。
[0011] 優選地，所述熱塑性材料為PP與PE按質量比為1:1的比例混合的混合物，或所述 熱塑性材料為PP與PA按質量比為1:1的比例混合的混合物。復配後的熱塑性材料兼具兩 種材料的特性優點，加工性能好，並且保證了複合材料的基本強度，防止內部儲能物質的滲 出。
[0012] 其中，所述阻燃劑為溴/銻阻燃劑、氮系阻燃劑、磷系阻燃劑和無機阻燃劑中的一 種或者一種以上按任意比例混合的混合物； 其中所述溴/銻阻燃劑為四溴雙酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚、八溴S醚、2, 4, 6-三 (2, 4, 6-三溴苯氧基）-1，3, 5-三嗪、溴化環氧樹脂、溴化聚苯乙烯和溴化聚碳酸酯中的一 種和三氧化二銻按任意比例混合的混合物； 其中所述氮系阻燃劑為三聚氰胺、氰尿酸、雙氰胺、尿素及其衍生物中的一種或者一種 以上按任意比例混合的混合物； 其中所述磷系阻燃劑為磷酸酯或磷酸鹽、次磷酸酯或次磷酸鹽、聚合物磷(膦）酸酯或 聚合物磷(膦）酸鹽、磷雜環化合物中的一種或者一種以上按任意比例混合的混合物； 其中所述無機阻燃劑為氫氧化鎂粉末或晶須、鹼式硫酸鎂粉末或晶須、碳酸鎂粉末或 晶須中的一種或者一種以上按任意比例混合的混合物。
[0013] 優選地，阻燃劑為溴/銻阻燃劑、鹼式硫酸鎂晶須以質量比為1:1混合的混合物， 該復配阻燃劑有較好的強度和阻燃性能，有利於增強複合材料的阻燃性能。
[0014] 其中，所述相容劑為馬來酸酐接枝物、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸縮水甘油酯中的 一種。所述馬來酸酐接枝物包括馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝聚苯乙烯，所述丙烯酸 共聚物包括馬來酸-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物。
[0015] 該塑料改性體系中，相容劑能夠藉助分子間的鍵合力，改善聚合物和儲能增強材 料、阻燃劑的相容性，得到性能更好的共混材料。
[0016] 優選地，一種增強阻燃保溫複合材料，由以下重量百分比的原料組成： 高分子支撐材料 10?40 % 儲能增強材料 30?70 % 阻燃劑 10?40 % 相容劑 3?8% 助劑 0. 5?2 %。
[0017] 其中，所述助劑包括抗氧劑和潤滑劑，抗氧劑和潤滑劑的質量百分比均為0.1-1%。
[0018] 優選地，所述助劑還包括有質量百分比為0. 1-0. 5%的光穩定劑。
[0019] 所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑168中的一種或一種以上的混合 物；所述潤滑劑為二甲基矽油潤滑劑、矽酮粉、季戊四醇硬脂酸酯、聚乙烯蠟、乙撐雙硬脂醯 胺和硬脂酸鎂中的一種或者一種以上按任意比例混合的混合物；所述光穩定劑為UV光穩 定劑或其他光穩定劑。
[0020] 其中，所述儲能增強材料的製備方法為：將石蠟和中空纖維在攪拌機的攪拌下混 合均勻，然後放入60°C -80°C的水浴中加熱並不停攪拌，3-5h後取出冷卻，製得中空纖維包 覆石蠟的儲能增強材料。該儲能增強材料具有良好的儲能效果，相轉變時對熱量的吸收或 釋放保證了局部空間的溫度穩定，並且克服了單純使用石蠟時析出、強度降低、阻燃差等缺 陷。
[0021] 本發明的一種增強阻燃保溫複合材料的製備方法，包括以下加工步驟： (1) 按原料的重量配比稱取原料； (2) 將高分子支撐材料、阻燃劑、相容劑及助劑在高速攪拌機中混合3?5分鐘，將混合 的原料置於雙螺杆機中，經熔融擠出造粒，儲能增強材料通過側餵料從擠出機中段加入。
[0022] 本發明的有益效果：本發明增強阻燃保溫複合材料能夠在一定程度使材料的溫度 穩定在一定區間中，具有良好的保溫性能、防析出性能和阻燃性能，更重要的是克服了類似 材料強度差的缺點，提高了材料的強度，使之能夠應用於建築、汽車保溫等領域，應用領域 更廣泛。
【具體實施方式】
[0023] 結合以下實施例對本發明作進一步描述。
[0024] 具體實施例所得到的數據通過以下方法獲得： 1. 拉伸強度按照IS0527測定，樣條類型為5A型； 2. 燃燒性能按照UL 94中V級防火試驗測試； 3. 相變溫度和相變潛熱用DSC (耐遲DSC 200F3，測試速率為5°C /min)測試； 4. 析出性能測試：使用熱壓機，將各具體實施例的樣品在200°C熱壓成厚度為3mm的片 材，並裁成IOcmXlOcm的方片，用萬分位天平稱重後放入85°C的烘箱中，每隔一天用二氯 甲烷對表面進行清洗，二周後後再次稱重，計算出片材二周前後的質量損失百分比Λ wt%。 Λ wt% 彡 0· 5% 是判定為 A 級，0· 5%〈 Λ wt% 彡 1% 為 B 級，1%〈 Λ wt% 彡 5% 為 C 級，Λ wt% > 5%為D級。質量損失百分比越大，表面複合材料內部石蠟或其它低分子物質的析出越低，更 加有利於外觀、阻燃性以及對儲能性能的保留。
[0025] 實施例1 將石蠟1 (熔點47. 1°C，相變潛熱240J/g)和一種中空玻璃纖維按80 : 20的質量比 在攪拌機攪拌下混合均勻，然後放入70°C的水浴中加熱並不停攪拌，4h後取出冷卻，製得 儲能增強材料ESF-I。將PP (牌號為PP HP500N，購自中海殼牌石油化工有限公司）、阻 燃劑（為十溴二苯乙烷、三氧化二銻和鹼式硫酸鎂晶須按質量比為4:1:5混合的溴/銻阻 燃劑)、PP-g-MAH及助劑在高速攪拌機中混合4分鐘後用雙螺杆擠出機經熔融擠出造粒， ESF-I通過側餵料從擠出機中段加入。其中高分子支撐材料PP、儲能增強材料ESF-1、阻燃 齊[J、PP-g-MAH及助劑的質量比為20:60 : 15: 4: 1。所述助劑為0. 5%的抗氧劑和0. 5%的 潤滑劑。
[0026] 實施例2 本實施例中，將石蠟1換為石蠟2 (熔點27. 5°C，相變潛熱190J/g)，石蠟2和中空纖 維按90:10的質量比混合加工，水浴溫度為60°C，製成儲能增強材料ESF-2。本實施例的 阻燃劑為十溴二苯乙烷、三氧化二銻和鹼式硫酸鎂晶須按質量比為4:1:10混合的溴/銻 阻燃劑。高分子支撐材料PP、儲能增強材料ESF-2、阻燃劑、PP-g-MAH及助劑的質量比為 25:55:16:3. 6:0. 4〇
[0027] 本實施例的其餘內容與實施例1相同，這裡不再贅述。
[0028] 實施例3 本實施例中，將石蠟1和中空纖維按70:30的質量比混合加工，水浴溫度為65°C，製成 儲能增強材料ESF-3。
[0029] 高分子支撐材料PBT、儲能增強材料、阻燃劑復配物、PP-g-MAH及助劑的質量比為 40: 30: 25: 4: 1。所述阻燃劑為一種氮磷復配阻燃劑，所述相容劑為甲基丙烯酸縮水甘 油酯，所述助劑包括〇. 4%的抗氧劑、0. 4%的潤滑劑和0. 2%的光穩定劑。
[0030] 本實施例的其餘內容與實施例1相同，這裡不再贅述。
[0031] 實施例4 本實施例中，儲能增強材料ESF-4中的石蠟的質量百分比為60%，中空纖維的質量百分 比為40%，水浴溫度為75°C。所述高分子支撐材料為PP與PA按質量比為1:1混合的混合 物，所述阻燃劑為溴/銻阻燃劑和氮系阻燃劑的復配阻燃劑。高分子支撐材料、儲能增強材 料ESF-4、阻燃劑、相容劑及助劑的質量比為30:44:20:5. 4:0. 6。
[0032] 本實施例的其餘內容與實施例1相同，這裡不再贅述。
[0033] 實施例5 本實施例中，將石蠟1和中空纖維按50:50的質量比混合加工，水浴溫度為80°C，製成 儲能增強材料ESF-5。所述高分子支撐材料為PP與PE按質量比為1:1混合的混合物，本實 施例的助劑為〇,阻燃劑為八溴S醚和三氧化二銻按質量比為4:1混合的溴/銻阻燃劑。本 實施例中，高分子支撐材料、儲能增強材料ESF-4、阻燃劑、相容劑的質量比為33:46:15:6。
[0034] 本實施例的其餘內容與實施例1相同，這裡不再贅述。
[0035] 對比例1 將PP、石蠟1、阻燃劑、PP-g-MAH及助劑按質量比為44: 36: 15: 4:1在高速攪拌機中 混合4分鐘後，用雙螺杆擠出機熔融擠出造粒。所述阻燃劑為十溴二苯乙烷、三氧化二銻和 鹼式硫酸鎂晶須按質量比為4:1:5混合的溴/銻阻燃劑。
[0036] 對比例2 本對比例中，PP、石蠟1、阻燃劑、PP-g-MAH及助劑的質量比為60: 10: 25: 4:1。
[0037] 本對比例的其餘內容與對比例1相同，這裡不再贅述。
[0038] 表1 :各實施例和對比例的性能
【權利要求】
1. 一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：由以下重量百分比的原料組成： 高分子支撐材料 10?40 % 儲能增強材料 30?70 % 阻燃劑 10?40 % 相容劑 3?8% 助劑 0?2 % 其中，所述高分子支撐材料為熱塑性材料；所述儲能增強材料為中空纖維包覆石蠟。
2. 根據權利要求1所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述儲能增強材 料中中空纖維為無機纖維或有機多孔纖維，中空纖維的質量百分比為50%-90%，石蠟的質量 百分比為10%-50%。
3. 根據權利要求2所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述中空纖維 的直徑為9 ii m-20 ii m，中空率20%-60%，石蠟的相變潛熱為150J/g-260J/g，相轉變溫度為 15。。-60。。。
4. 根據權利要求1所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述熱塑性材料 為PP、PE、ABS、PA、PC、PBT中的一種或一種以上的混合物。
5. 根據權利要求4所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述熱塑性材料 為PP與PE按質量比為1:1的比例混合的混合物，或所述熱塑性材料為PA與PP按質量比 為1:1的比例混合的混合物。
6. 根據權利要求1所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述阻燃劑為溴 /銻阻燃劑、氮系阻燃劑、磷系阻燃劑和無機阻燃劑中的一種或者一種以上按任意比例混合 的混合物； 所述溴/銻阻燃劑為四溴雙酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚、八溴S醚、2, 4, 6-三 (2, 4, 6-三溴苯氧基）-1，3, 5-三嗪、溴化環氧樹脂、溴化聚苯乙烯和溴化聚碳酸酯中的一 種和三氧化二銻按任意比例混合的混合物； 所述氮系阻燃劑為三聚氰胺、氰尿酸、雙氰胺、尿素及其衍生物中的一種或者一種以上 按任意比例混合的混合物； 所述磷系阻燃劑為磷酸酯或磷酸鹽、次磷酸酯或次磷酸鹽、聚合物磷酸酯或聚合物磷 酸鹽、磷雜環化合物中的一種或者一種以上按任意比例混合的混合物； 所述無機阻燃劑為氫氧化鎂粉末或晶須、鹼式硫酸鎂粉末或晶須、碳酸鎂粉末或晶須 中的一種或者一種以上按任意比例混合的混合物。
7. 根據權利要求1所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述相容劑為馬 來酸酐接枝物、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種。
8. 根據權利要求1所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：由以下重量百分 比的原料組成： 高分子支撐材料 10?40 % 儲能增強材料 30?70 % 阻燃劑 10?40 % 相容劑 3?8% 助劑 0. 5?2 %。
9. 根據權利要求1-8中任意一項所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所 述助劑包括抗氧劑和潤滑劑，抗氧劑和潤滑劑的質量百分比均為〇. 1-1%。
10. 根據權利要求1或2或3所述的一種增強阻燃保溫複合材料，其特徵在於：所述 儲能增強材料的製備方法為：將石蠟和中空纖維在攪拌機的攪拌下混合均勻，然後放入 60°C -80°C的水浴中加熱並不停攪拌，3-5h後取出冷卻，製得中空纖維包覆石蠟的儲能增 強材料。
【文檔編號】C08K13/06GK104403197SQ201410704931
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】李文波, 嵇家棟, 彭志宏 申請人:蘇州銀禧科技有限公司