一種聚氯乙烯阻燃板及其生產工藝的製作方法
2023-10-19 13:32:57
本發明屬於阻燃板製備領域，尤其涉及一種聚氯乙烯阻燃板的生產工藝。
背景技術：
聚氯乙烯是一種綜合性能優良、價格低廉和原料來源廣泛的通用塑料，其產量僅次於聚乙烯而居世界樹脂產量第二位。其在生活的各個領域中的應用會也來越廣泛，聚氯乙烯阻燃板加工製作通常是在聚氯乙烯樹脂中加入阻燃劑、潤滑劑以及其他功能助劑後經擠出機擠出成型，然而為了保證聚氯乙烯阻燃板的硬度(抗拉伸性能)，往往不能夠添加影響聚氯乙烯阻燃板硬度以及軟化溫度的增塑劑，而不添加增塑劑往往會導致聚氯乙烯阻燃板在加工過程中聚氯乙烯與其它助劑(如阻燃劑、潤滑劑)之間混合不均而影響成品的機械強度和性能，為解決該問題，通常則需要加熱到很高的溫度(往往超過170℃)才能使聚氯乙烯處於粘流狀態，以滿足與增韌劑、阻燃劑等助劑均勻混合的要求，然而聚氯乙烯樹脂達到170℃時容易分解釋放氯氣，使提高溫度的做法失去可行性；因此，如何在較低的溫度下完成聚氯乙烯樹脂與各種助劑之間的混合，並擠出成型成為聚氯乙烯阻燃板加工中的一個至關重要的問題；
此外，聚氯乙烯製品用作結構材料，強度和韌性是兩個重要的力學性能，但是聚氯乙烯玻璃化溫度高，通常呈脆性，存在著抗衝擊強度低，加工性能差等缺點，這就需要聚氯乙烯阻燃板在生產過程中加入增韌劑以增強聚氯乙烯阻燃板的抗衝擊性，然而由於受到加工溫度的限制，能夠用於生產硬度聚氯乙烯阻燃板的增韌劑種類有限，且效果不佳，因此，如何提高聚氯乙烯阻燃板的抗衝擊性同樣是聚氯乙烯阻燃板生產加工中的一個重要問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，對製作聚氯乙烯阻燃板的原料和工藝進行了改進，提供了一種各物料混合均勻，加工溫度低，且抗拉伸性能、抗衝擊性優良的聚氯乙烯阻燃板及其生產工藝。
為達到上述目的，本發明所採取的技術方案是：
一種聚氯乙烯阻燃板，包括如下重量份的原料組分：
進一步的，所述聚乙烯樹脂選自高密度聚乙烯樹脂、低密度聚乙烯樹脂和線性低密度聚乙烯樹脂中的一種或幾種；
所述相容劑選自氯化聚乙烯樹脂，所述氯化聚乙烯樹脂的含氯量為30-40％；
所述引發劑選自氧化氫二異丙苯，過氧化苯甲醯，過硫酸鉀，過硫酸銨，過硫酸鈉，叔丁基過氧化氫，過氧化氫異丙苯；偶氮二異丁腈中的一種或幾種；
所述潤滑劑選自液體石蠟、固體石蠟、氯化石蠟、聚乙烯蠟的一種或幾種；
所述熱穩定劑選自脂肪酸有機錫、馬來酸有機錫、硫醇有機錫、硫醇銻鹽類、巰基乙酸酯硫醇銻類、巰基羧酸酯銻類、羧酸酯銻類中的一種或幾種；
所述阻燃劑選自氧化錫、三氧化二銻的一種或兩種；
所述助發泡劑選自無水甲醇、無水乙醇；二氯甲烷、丙酮中的一種或幾種；
所述氣泡成核劑選自滑石粉、高嶺土、雲母、二氧化矽、玻璃、石英、碳酸鈣、炭黑、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁、氧化鈦、硫酸鋇、凹凸棒、蒙脫土、黏土、膨潤土、硅藻土中的一種或多種，氣泡成核劑的粒徑為300～5000目。
更進一步的，所述有機錫類熱穩定劑選自脂肪酸有機錫、馬來酸有機錫、硫醇有機錫中的一種或幾種；所述有機銻類熱穩定劑選自硫醇銻鹽類、巰基乙酸酯硫醇銻類、巰基羧酸酯銻類、羧酸酯銻類中的一種或幾種。
進一步的，所述塑化劑由二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配而成。
進一步的，所述防老劑選自N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳、N-苯基-2-萘胺、甜菜鹼中的一種或幾種。
進一步的，具體包括如下重量份的原料組分：
所述氯化聚乙烯樹脂的含氯量為35％；所述塑化劑由二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配而成。
一種聚氯乙烯阻燃板的生產工藝，具體包括以下步驟：
步驟一：按重量份稱取各原料備用，先向混料釜中加入聚氯乙烯樹脂、聚乙烯樹脂、糯米膠粉、塑化劑、氣泡成核劑、引發劑、熱穩定劑、潤滑劑、阻燃劑，選擇性加入防老劑、顏料和相容劑後，於115-120℃於1400r/min混合15min使物料熟化；然後降溫至20-45℃後，加入塑化劑，以1400r/min繼續混合15min製成預混料；
步驟二、將預混料加入雙螺杆發泡擠出機的料鬥中，設置雙螺杆發泡擠出機的料筒溫度為110-120℃，雙螺杆發泡擠出機內的壓力為10MPa～15MPa，使混合料在雙螺杆發泡擠出劑中充分混合和熔融後，形成預混料熔體；然後將液氯和助發泡劑在靜態混合器中充分混合製成氯氣組合發泡劑，再經過單向閥注入到雙螺杆發泡擠出機的中段後繼續混煉1-4h，在雙螺杆發泡擠出機中，氯氣在雙螺杆的剪切作用下被充分打散、並與預混料熔體混合均勻，並充分接觸，且在引發劑的作用下聚乙烯與氯氣發生氯化反應生成氯化聚乙烯，從而使聚乙烯與聚氯乙烯逐漸相容，形成均一的熔體混合物；所述均一的熔體混合物在模頭壓力為8～12MPa、溫度為100～110℃的條件下，保持0.01～30kg/h/mm2的擠出流量通過發泡口模進行擠出發泡，得初級原料；
步驟三、將初級原料於80-110℃下加入第二擠出機的料鬥中，設置第二擠出機的料筒溫度為130-140℃，機頭溫度為140-150℃，所述初級原料在第二擠出機內進行二次加熱塑化後，擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切製得聚氯乙烯阻燃板。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於：
本發明以聚氯乙烯樹脂45-55份；聚乙烯樹脂10-20份；糯米膠粉0.1-3份；塑化劑5-15份；氣泡成核劑0.1-2份；液氯5-15份；助發泡劑2-4份；引發劑0.01-0.1份；熱穩定劑0.5-1.5份；防老劑0-1份；潤滑劑0.3-0.8份；阻燃劑2-4份；顏料0-3份；相容劑0-0.5份為原料，採用發泡擠出機完成混煉、氯化反應後，經第二擠出機擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切製得聚氯乙烯阻燃板，該工藝所用設備簡單，操作方便，加工溫度低，且採用該工藝製得的聚氯乙烯阻燃板耐老化性能、阻燃性、抗拉伸性能、抗衝擊性優良。
本發明以聚氯乙烯樹脂為主體，以聚乙烯為剛性粒子，以氯化聚乙烯為彈性體，從而形成聚乙烯-聚氯乙烯/氯化聚乙烯改性體系，較單獨使用氯化聚乙烯共混改性，其抗衝擊性能更佳；且本發明採用現將聚氯乙烯與聚乙烯以及少量的氯化聚乙烯樹脂(在此作為相容劑)共混後，在將共混物的聚乙烯部分氯化為氯化聚乙烯彈性體，其較傳統的聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯三者直接混煉改性的方法，其聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯三者之間的均勻度更佳從而使其抗衝擊性也最佳，且所需的加工溫度也最低。
本發明中，在原料的混合過程中，氯化聚乙烯樹脂作為相容劑使用，隨著聚乙烯發生氯化反應生成氯化聚乙烯，氯化聚乙烯則作為彈性體成為聚氯乙烯的改性劑。
本發明採用氯氣發泡法，將製作發泡板用的發泡擠出機，適當調整了擠出機的長度後作為氯化反應的反應裝置來完成聚乙烯的氯化，將靜態混合器與擠出機的連通管路上設置於擠出機的中段；擠出機後段的長度需要保證注入氯氣組合發泡劑後，物料還能在擠出機內存在1-4h；在擠出機的前段，預混料充分混合和熔融，形成預混料熔體；然後，在擠出機的中段注入氯氣組合發泡劑，在擠出機的後段，氯氣在雙螺杆的剪切作用下被充分打散、並與預混料熔體混合均勻，並充分接觸，且在引發劑的作用下聚乙烯與氯氣發生氯化反應生成氯化聚乙烯，隨著氯化聚乙烯的生成量越來越多，且含氯量越來越高，從而使聚乙烯與聚氯乙烯在氯化聚乙烯的作用下逐漸相容，形成均一的熔體混合物；最後，經模口擠出發泡，從而去除熔融混合物中的塑化劑、助發泡劑以及未反應完的氯氣；採用該方法完成氯化反應較傳統的固相氯化法、水相懸浮法、溶劑氯化法等設備更簡單，操作更簡便，且氯氣與物料接觸更充分，氯氣利用率更高，從而使廢氣排放量更少，降低了環境汙染。
本發明以二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配溶液來作為塑化劑，大幅降低了聚氯乙烯加工過程中的發泡擠出機的設置溫度，且二氯甲烷、無水乙醇和丙酮隨熔體混合物的擠出，發泡成為氣體而逃離，不會對聚氯乙烯阻燃板最終的力學性能造成影響。
本發明在發泡擠出機中完成聚乙烯氯化以及各物料的塑化混合，而第二擠出機僅僅是將發泡擠出機中擠出的帶孔初始物料糅合成實心物料後擠出成型，不需要物料混合時要求的極強的流動性，因此也不需要過高的溫度；因此，採用本方法較採用傳統的方法將加工溫度從170降低到了150℃以下，大幅將降低了加工溫度，避免了加工過程中聚氯乙烯的分解。
本發明中成核劑的加入促進了塑化劑二氯甲烷、無水乙醇和丙酮、以及未反應完全的氯氣的成核發泡以及逸出。
本發明以甜菜鹼作為防老劑，提高了聚氯乙烯阻燃板的耐老化性能，延長其的使用壽命；且其耐老化作用與N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳、N-苯基-2-萘胺相比，相當甚至更優。
本發明糯米膠粉的加入，將阻燃劑、熱穩定劑等均勻的吸附於聚氯乙烯樹脂的分子間隙中，使製得的聚氯乙烯阻燃板更緻密，強度更高、硬度更大。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明所用雙螺杆發泡擠出機包括擠出機，擠出機上裝配有預混料的計量加料機構和氯氣組合發泡劑的注入計量機構，裝配有能夠使液氯與助發泡劑充分混合的靜態混合器，裝配有能使氯氣組合發泡劑與預混料熔體充分均勻混合併且防止氣體倒流的發泡劑閉氣系統，以及發泡口模；進一步的，所述靜態混合器與擠出機的連通管路上設置有單向閥，所述注入計量機構設置於所述靜態混合器與單向閥之間；所述靜態混合器與擠出機的連通管路設置於所述擠出機的中段；擠出機後段的長度需要保證注入氯氣組合發泡劑後，物料還能在擠出機內存在1-4h。
所用液氯由氯氣液化所得，為黃綠色液體，沸點-34.6℃，熔點-103℃，在常壓下即汽化成氯氣。
所述糯米膠粉購自南昌華特化工有限公司。
實施例1
一種聚氯乙烯阻燃板，包括如下重量的原料組分：
所述氯化聚乙烯樹脂的含氯量為35％；所述塑化劑由二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配而成。
其生產工藝為：
步驟一：按上述重量稱取各原料備用，先向混料釜中加入聚氯乙烯樹脂、聚乙烯樹脂、糯米膠粉、塑化劑、氣泡成核劑、引發劑、熱穩定劑、防老劑、潤滑劑、阻燃劑、顏料和相容劑後，於115℃於1400r/min混合15min使物料熟化；然後降溫至30℃後，加入塑化劑，以1400r/min繼續混合15min製成預混料；
步驟二、將預混料加入雙螺杆發泡擠出機的料鬥中，設置雙螺杆發泡擠出機的料筒溫度為110-120℃，雙螺杆發泡擠出機內的壓力為10MPa～15MPa，使混合料在雙螺杆發泡擠出劑中充分混合和熔融後，形成預混料熔體；然後將液氯和助發泡劑在靜態混合器中充分混合製成氯氣組合發泡劑，再經過單向閥注入到雙螺杆發泡擠出機的中段後繼續混煉2h，在雙螺杆發泡擠出機中，氯氣在雙螺杆的剪切作用下被充分打散、並與預混料熔體混合均勻，並充分接觸，且在引發劑的作用下聚乙烯與氯氣發生氯化反應生成氯化聚乙烯，從而使聚乙烯與聚氯乙烯逐漸相容，形成均一的熔體混合物；所述均一的熔體混合物在模頭壓力為8～12MPa、溫度為100～110℃的條件下，保持3kg/h/mm2的擠出流量通過發泡口模進行擠出發泡，得初級原料；發泡產生的廢氣排入廢氣吸收系統；
步驟三、將初級原料於80-110℃下加入第二擠出機的料鬥中，設置第二擠出機的料筒溫度為130-140℃，機頭溫度為140-150℃，所述初級原料在第二擠出機內進行二次加熱塑化後，擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切得聚氯乙烯阻燃板成品。
實施例2
一種聚氯乙烯阻燃板，包括如下重量的原料組分：
所述氯化聚乙烯樹脂的含氯量為35％；所述塑化劑由二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配而成。
其生產工藝為：
步驟一：按上述重量稱取各原料備用，先向混料釜中加入聚氯乙烯樹脂，聚乙烯樹脂，糯米膠粉，塑化劑，氣泡成核劑，引發劑，熱穩定劑，防老劑，潤滑劑，阻燃劑，顏料和相容劑後，於115℃於1400r/min混合15min使物料熟化；然後降溫至30℃後，加入塑化劑，以1400r/min繼續混合15min製成預混料；
步驟二、將預混料加入雙螺杆發泡擠出機的料鬥中，設置雙螺杆發泡擠出機的料筒溫度為110-120℃，雙螺杆發泡擠出機內的壓力為10MPa～15MPa，使混合料在雙螺杆發泡擠出劑中充分混合和熔融後，形成預混料熔體；然後將液氯和助發泡劑在靜態混合器中充分混合製成氯氣組合發泡劑，再經過單向閥注入到雙螺杆發泡擠出機的中段後繼續混煉2h，在雙螺杆發泡擠出機中，氯氣在雙螺杆的剪切作用下被充分打散、並與預混料熔體混合均勻，並充分接觸，且在引發劑的作用下聚乙烯與氯氣發生氯化反應生成氯化聚乙烯，從而使聚乙烯與聚氯乙烯逐漸相容，形成均一的熔體混合物；所述均一的熔體混合物在模頭壓力為8～12MPa、溫度為100～110℃的條件下，保持3kg/h/mm2的擠出流量通過發泡口模進行擠出發泡，得初級原料；發泡產生的廢氣排入廢氣吸收系統；
步驟三、將初級原料於80-110℃下加入第二擠出機的料鬥中，設置第二擠出機的料筒溫度為130-140℃，機頭溫度為140-150℃，所述初級原料在第二擠出機內進行二次加熱塑化後，擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切得聚氯乙烯阻燃板成品。
實施例3
一種聚氯乙烯阻燃板，包括如下重量的原料組分：
所述塑化劑由二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配而成。
其生產工藝為：
步驟一：按重量稱取各原料備用，先向混料釜中加入聚氯乙烯樹脂，聚乙烯樹脂，糯米膠粉，塑化劑，氣泡成核劑，引發劑，熱穩定劑，防老劑，潤滑劑，阻燃劑和顏料後，於117℃於1400r/min混合15min使物料熟化；然後降溫至40℃後，加入塑化劑，以1400r/min繼續混合15min製成預混料；
步驟二、將預混料加入雙螺杆發泡擠出機的料鬥中，設置雙螺杆發泡擠出機的料筒溫度為110-120℃，雙螺杆發泡擠出機內的壓力為10MPa～15MPa，使混合料在雙螺杆發泡擠出劑中充分混合和熔融後，形成預混料熔體；然後將液氯和助發泡劑在靜態混合器中充分混合製成氯氣組合發泡劑，再經過單向閥注入到雙螺杆發泡擠出機的中段後繼續混煉3h，在雙螺杆發泡擠出機中，氯氣在雙螺杆的剪切作用下被充分打散、並與預混料熔體混合均勻，並充分接觸，且在引發劑的作用下聚乙烯與氯氣發生氯化反應生成氯化聚乙烯，從而使聚乙烯與聚氯乙烯逐漸相容，形成均一的熔體混合物；所述均一的熔體混合物在模頭壓力為8～12MPa、溫度為100～110℃的條件下，保持2kg/h/mm2的擠出流量通過發泡口模進行擠出發泡，得初級原料；發泡產生的廢氣排入廢氣吸收系統；
步驟三、將初級原料於80-110℃下加入第二擠出機的料鬥中，設置第二擠出機的料筒溫度為130-140℃，機頭溫度為140-150℃，所述初級原料在第二擠出機內進行二次加熱塑化後，擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切得聚氯乙烯阻燃板。
實施例4
一種聚氯乙烯阻燃板，包括如下重量的原料組分：
所述氯化聚乙烯樹脂的含氯量為35％；所述塑化劑由二氯甲烷、無水乙醇和丙酮按重量比4.5∶4.5∶1復配而成。
其生產工藝為：
步驟一：按重量稱取各原料備用，先向混料釜中加入聚氯乙烯樹脂，聚乙烯樹脂，糯米膠粉，塑化劑，氣泡成核劑，引發劑，熱穩定劑，防老劑，潤滑劑，阻燃劑，顏料和相容劑後，於120℃於1400r/min混合15min使物料熟化；然後降溫至35℃後，加入塑化劑，以1400r/min繼續混合15min製成預混料；
步驟二、將預混料加入雙螺杆發泡擠出機的料鬥中，設置雙螺杆發泡擠出機的料筒溫度為110-120℃，雙螺杆發泡擠出機內的壓力為10MPa～15MPa，使混合料在雙螺杆發泡擠出劑中充分混合和熔融後，形成預混料熔體；然後將液氯和助發泡劑在靜態混合器中充分混合製成氯氣組合發泡劑，再經過單向閥注入到雙螺杆發泡擠出機的中段後繼續混煉1.5h，在雙螺杆發泡擠出機中，氯氣在雙螺杆的剪切作用下被充分打散、並與預混料熔體混合均勻，並充分接觸，且在引發劑的作用下聚乙烯與氯氣發生氯化反應生成氯化聚乙烯，從而使聚乙烯與聚氯乙烯逐漸相容，形成均一的熔體混合物；所述均一的熔體混合物在模頭壓力為8～12MPa、溫度為100～110℃的條件下，保持3.5kg/h/mm2的擠出流量通過發泡口模進行擠出發泡，得初級原料；發泡產生的廢氣排入廢氣吸收系統；
步驟三、將初級原料於80-110℃下加入第二擠出機的料鬥中，設置第二擠出機的料筒溫度為130-140℃，機頭溫度為140-150℃，所述初級原料在第二擠出機內進行二次加熱塑化後，擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切得聚氯乙烯阻燃板。
對比例1
一種聚氯乙烯阻燃板所用原料及其生產工藝，與實施例2相比，差別僅在於缺少糯米膠粉，其它均相同。
對比例2
一種聚氯乙烯阻燃板，包括如下重量的原料組分：
所述氯化聚乙烯樹脂的含氯量為35％；
其生產工藝為：
步驟一：按上述重量稱取各原料並加入混料釜中於115℃於1400r/min混合15min使物料熟化；然後降溫至30℃後，以1400r/min繼續混合15min製成預混料；
步驟二、將預混料加入擠出機的料鬥中，設置擠出機的料筒溫度為150-165℃，機頭溫度為160-170℃使混合料在擠出劑中充分混合、熔融塑化後擠出成型，然後經過壓光、冷卻定型、牽引、裁切得聚氯乙烯阻燃板成品。
效果例1
表1中拉伸性能按GB/T1040-1992測試，缺口衝擊強度按GB/T1043-1993測試；阻燃性能根據ASTM E84-15建築材料表面燃燒特徵測試方法進行。
表1聚氯乙烯阻燃板主要性能指標檢測結果
由實施例1與實施例2-4對比可知，N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳、甜菜鹼均可以作為防老劑使用，且與N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳相比，甜菜鹼的耐老化效果略優；由實施例2與對比例1對比可知：原料中加入糯米膠粉後所制的阻燃板的拉伸強度明顯增強；由實施例1-4與對比例2對比可知：採用本發明方法較採用傳統的直接混煉擠出的方法，其各方面性能均最好。