專利名稱：一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全塑仿木材料，尤其是一種采用熱平衡微發(fā)泡技術制備的聚苯乙烯全塑仿木材料。
背景技術：
微發(fā)泡工藝是指在塑料生產(chǎn)加工等領域中，利用發(fā)泡技術，在原料內(nèi)部形成均勻微小封閉的氣孔。其優(yōu)勢在于節(jié)省原料，降低制品密度，同時可減少制品內(nèi)部的缺陷，克服部分原料脆性大的缺點，提高制品韌性，提升機械強度；封閉的氣孔同時改善制品的防水防潮性能，拓寬使用范疇，延長使用壽命。微發(fā)泡技術已然廣泛應用于傳統(tǒng)塑料制造業(yè)，木塑復合仿木材料制造業(yè)等生產(chǎn)制造領域。蘇陽等(蘇陽等，聚丙烯PP注塑化學微發(fā)泡過程的研究[J].現(xiàn)代機械，2007， (05) 77-78)通過對聚丙烯PP化學微發(fā)泡注塑過程進行研究，表明在化學微發(fā)泡注塑過程中存在欠發(fā)泡、微發(fā)泡、過發(fā)泡三種狀態(tài)，并得出結論對注塑化學微發(fā)泡過程的控制是制備高性能微發(fā)泡材料的關鍵。張正紅(張正紅.PVC木塑復合微孔發(fā)泡材料擠出成型技術研究[J].浙江化工， 2007，(12))介紹了 PVC木塑復合微孔發(fā)泡材料擠出成型的生產(chǎn)技術及一些注意事項。中國專利CN101153098A公開了一種微發(fā)泡聚苯乙烯基木塑復合材料及其制備方法，其配方主要成分是聚苯乙烯、木質(zhì)纖維、發(fā)泡劑和各類助劑。但傳統(tǒng)木塑復合仿木材料中因存在樹脂與木質(zhì)纖維相容性的問題，泡孔大小，分布均勻性難以較好控制，且內(nèi)部缺陷較多，影響材料的防水防潮性能及機械強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在針對現(xiàn)有的全塑仿木材料的主輔料相容性較差、泡孔尺寸差別較大、分布不均等問題，提供一種可改善防水防潮性能，降低材料密度與脆性，提高機械強度并延長使用壽命，而且材料不含木質(zhì)成分，低碳環(huán)保的微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生產(chǎn)方法。所述微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料的組成及按質(zhì)量比的配比為聚苯乙烯 (PS) 100，高抗沖聚苯乙烯(HIPS) 20 40，樹脂10 15，無機填充材料2 5，發(fā)泡劑0. 5 1. 5，泡孔調(diào)節(jié)劑0. 5 2，著色劑0. 5 2，助劑1. 5 3。所述樹脂可選自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABQ樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等中的至少一種。所述無機填充材料可選自CaCO3納米顆粒和SW2納米顆粒，或CaCO3納米顆粒和 SiC納米顆粒，或CaCO3納米顆粒和BaSO4納米顆粒等；按質(zhì)量比，CaCO3納米顆粒為1 3， SiO2納米顆?；騍iC納米顆粒或BaSO4納米顆粒為1 2。所述發(fā)泡劑包括吸熱型發(fā)泡劑和放熱型發(fā)泡劑，其質(zhì)量比為吸熱型發(fā)泡劑放熱型發(fā)泡劑為(1 幻(1 幻，其中吸熱型發(fā)泡劑可選自碳酸銨，碳酸氫銨，NaHCO3發(fā)泡劑，偶氮二甲酰胺復合物(Hydrocell)發(fā)泡劑，檸檬酸與碳酸氫鈉復合物(Hydrocerolbih) 發(fā)泡劑，CF系列發(fā)泡劑(聚苯乙烯專用發(fā)泡劑)等中的至少一種；放熱型發(fā)泡劑可選自偶氮二甲酰胺(AC)發(fā)泡劑、偶氮甲酰胺甲酸鉀(AP)發(fā)泡劑等中的至少一種。所述CF系列發(fā)泡劑可選自CF-5505發(fā)泡劑、CF-210發(fā)泡劑、CF-420發(fā)泡劑等(英國HENLEY品牌發(fā)泡劑)中的一種。所述泡孔調(diào)節(jié)劑可選自氨基硅油和聚丙烯酸酯類(ACR)等中的至少一種。所述助劑包括紫外線吸收劑、潤滑劑、木香劑和分散劑，按質(zhì)量比，紫外線吸收劑為0. 2 0. 5，潤滑劑為0. 2 0. 5，木香劑為0. 4 0. 7，分散劑為0. 7 1. 3 ；所述紫外線吸收劑可選自2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)等；所述潤滑劑可選自聚乙烯蠟，鋰復合皂基脂，硬脂酸鋅、硬脂酸鈣，棕櫚蠟等中的至少一種；所述木香劑可選自云木木香油、檀木木香油、香樟木香油等中的一種；所述分散劑可選自含端羧基聚丙烯酸丁酯(PBAC00H) 低聚物等。所述著色劑可選自無機顏料、有機顏料等中的至少一種，所述無機顏料可選自氧化鋅、氧化鐵紅、炭黑復合顏料等中的一種，所述有機顏料可選自聯(lián)苯胺黃、喹吖啶酮紫、永固黃HR等中的至少一種。所述微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生產(chǎn)方法，包括以下步驟1)將發(fā)泡劑、泡孔調(diào)節(jié)劑、助劑與著色劑混合得混合料A ；2)將樹脂和無機填充材料干燥；在步驟2、中，所述干燥可在70 90°C下干燥1 3h。3)按配比將聚苯乙烯(PQ、高抗沖聚苯乙烯(HIPQ、樹脂和混合料A與無機填充材料混合得混合料B;4)將混合料B擠出造粒，成型，得微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料。在步驟4)中，所述擠出造?？山?jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒，造粒擠出的溫度可為 150 170°C ；所述成型可將所得的粒料在擠出機中擠出加工成型或通過注塑設備注塑成型；所述擠出加工成型的擠出溫度可為150 200°C，擠出機的螺桿轉速可為6 lOr/min ； 所述注塑成型的注塑設備的注射壓力可為60 120MPa，保壓壓力可為30 40MPa，噴嘴溫度可為170 200°C。本發(fā)明提供一種基于熱平衡微發(fā)泡技術的擠出成型聚苯乙烯全塑環(huán)保仿木材料， 通過將微發(fā)泡工藝應用于全塑仿木材料，避免了主輔料相容性問題，解決了傳統(tǒng)木塑仿木材料中泡孔尺寸差別大、分布不均等問題，進一步改善了仿木材料的防水防潮性能，降低材料密度與脆性，提高機械強度并延長使用壽命，且材料不含木質(zhì)成分，低碳環(huán)保。本發(fā)明通過采用吸熱型與放熱型發(fā)泡劑復配使用，實現(xiàn)發(fā)泡劑分解時熱量平衡技術，有助于發(fā)泡過程中的溫度控制，使泡孔結構與尺寸易于控制，防止單純使用一種發(fā)泡劑 (特別是放熱型發(fā)泡劑)分解放出的熱量使得外層冷卻時內(nèi)部局部過熱，粘度降低，分解氣體易逸出，導致泡孔不均勻。同時形成的均勻泡孔結構可在材料受到外力作用時吸收及分散能量，有助于提高型材機械性能。其微發(fā)泡原理為，通過擠出加工成型或注塑成型過程中，發(fā)泡劑在熔體中達到分解溫度后產(chǎn)生氣體進而發(fā)泡，納米CaCO3與S^2此時可起到成核作用，有助于形成氣泡?？刂迫垠w流速與壓力，使得熔體壓力大于氣泡壓力而又不至于破泡，此時泡孔調(diào)節(jié)劑起到關鍵作用，通過調(diào)節(jié)熔體粘度使得發(fā)泡時氣體向外的膨脹壓與泡孔壁處熔體的壓力達到動態(tài)平衡，有利于形成均勻細小的氣泡。當部分發(fā)泡的熔體由擠出裝置進入發(fā)泡裝置后，進行急劇冷卻及可控降壓操作，使得表面氣泡來不及膨脹就被固定下來，即得到內(nèi)部多泡而表面光滑的制品。本發(fā)明將微發(fā)泡工藝應用于全塑仿木材料，避免了主輔料相容性問題，解決了傳統(tǒng)木塑仿木材料中泡孔尺寸差別大、分布不均等問題，進一步改善了仿木材料的防水防潮性能，降低材料密度與脆性，提高機械強度并延長使用壽命， 且材料不含木質(zhì)成分，低碳環(huán)保。


圖1為實施例1生產(chǎn)的樣品近表面部分經(jīng)顯微圖像分析系統(tǒng)50倍放大示意圖。圖2為實施例2生產(chǎn)的樣品經(jīng)顯微圖像分析系統(tǒng)50倍放大示意圖。圖3為實施例3生產(chǎn)的樣品經(jīng)顯微圖像分析系統(tǒng)50倍放大示意圖。圖4為實施例4生產(chǎn)的樣品經(jīng)顯微圖像分析系統(tǒng)50倍放大示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1將納米SiCl份，納米碳酸鈣1份，ABS樹脂10份混合，在干燥機內(nèi)于80°C干燥2h， 同時將碳酸氫鈉/AC復合發(fā)泡劑0. 5份(1 1)，ACR泡孔調(diào)節(jié)劑0. 5份，UV-531 (紫外線吸收劑)0. 2份，聚乙烯蠟/鋰復合皂基脂(1 1)0. 2份，檀木木香油0.4份，聚丙烯酸丁酯PBAC00H0.7份，氧化鋅/氧化鐵紅/炭黑0:2: 1) 0. 5份混合，而后將上述兩組混合物與PS100份，HIPS25份混合，將最終混合物于雙螺桿擠出機中擠出造粒，造粒溫度控制在 160 170°C，最后將所得的粒料于180 200°C下在擠出機中擠出加工成型，擠出機螺桿轉速 8r/min。結合材料的密度，對相關機械性能檢測，結果見表1、表2。結果發(fā)現(xiàn)，熱平衡微發(fā)泡技術進一步降低材料密度，提高了材料抗沖強度，改善了仿木材料的防水防潮性能，提高機械強度并延長使用壽命。樣品的發(fā)泡程度與相應泡孔密度見圖1，如圖1所示，樣品靠近表面的部分結皮發(fā)泡使得該部分含泡孔數(shù)量少，實際生產(chǎn)中，結皮時表面應力較難控制，受其影響，少量泡孔會破裂，實驗測得密度較大，為788. Ag/m3，且泡孔取向性明顯。實施例2將納米BaS042份，納米碳酸鈣2份，AS/PMMA樹脂13份(8 幻混合，在干燥機內(nèi)于 80°C干燥池。同時將Hydrocel 1/AP復合發(fā)泡劑1份，氨基硅油泡孔調(diào)節(jié)劑1份，UV-531 (紫外線吸收劑)0. 3份，硬脂酸鈣/硬脂酸鋅(1 1)0. 3份，云木木香油0.4份，聚丙烯酸丁酯PBAC00H 1份，聯(lián)苯胺黃/喹吖啶酮紫/永固黃HIU4 2 4) 1份混合，而后將上述兩組混合物與PS 100份、HIPS 30份混合，將最終混合物于雙螺桿擠出機中擠出造粒，造粒溫度控制在150 160°C，最后將所得的粒料于160 180°C下在擠出機中擠出加工成型，擠出機螺桿轉速lOr/min。結合材料的密度，對相關機械性能檢測，結果見表1、表2。樣品發(fā)泡程度與相應泡孔密度見圖2，如圖2所示，經(jīng)50倍放大觀察，可見封閉均勻泡孔結構，此樣品密度為 643. mcg/m3，單位面積內(nèi)，有效泡孔數(shù)量> 25。
實施例3將納米份，納米碳酸鈣3份，ABS/AS/PMMA樹脂15份(6 6 3)混合，在干燥機內(nèi)于80°C干燥池。同時將發(fā)泡劑Hydrocerol/AC/碳酸氫銨復合(7:5:幻1. 5份， ACR/氨基硅油泡孔調(diào)節(jié)劑(1 1)2份，UV-531(紫外線吸收劑)0. 5份，聚乙烯蠟0.5份，香樟木香油0. 7份，聚丙烯酸丁酯PBAC00H1. 3份，氧化鋅/氧化鐵紅/炭黑，聯(lián)苯胺黃、喹吖啶酮紫、永固黃HIU2 :3:1:4:2: 3) 1.5份混合，而后將上述兩組混合物與PS100份、 HIPS35份混合，將最終混合物于雙螺桿擠出機中擠出造粒，造粒溫度控制在160 170°C， 最后將所得的粒料于180 200°C下在擠出機中擠出加工成型，擠出機螺桿轉速7r/min。.結合材料的密度，對相關機械性能檢測，結果見表1、表2。樣品發(fā)泡程度與相應泡孔密度見圖3，如圖所示，單位面積內(nèi)，有效泡孔數(shù)量較實施例2少，近20個，因而密度較實施例2大，為765. 7kg/m3。實施例4將納米SiO2I份，納米BaSO4I份，納米碳酸鈣3份，ABS/PMMA樹脂15份(3 2) 混合，在干燥機內(nèi)于80°C干燥濁。同時將發(fā)泡劑碳酸銨/CF-5505/AC復合O 2 1) 1. 5 份，ACR/氨基硅油(1 1)復合泡孔調(diào)節(jié)劑2份，UV-531(紫外線吸收劑)0. 5份，硬脂酸鈣 /聚乙烯蠟(1 2) 0.5份，香樟木香油0.7份，聚丙烯酸丁酯PBAC00H1. 3份，氧化鋅/氧化鐵紅/炭黑，聯(lián)苯胺黃、喹吖啶酮紫、永固黃HIU2 :3:1:4:2: 3)1.5份混合，而后將上述兩組混合物與PS100份、HIPS35份混合，將最終混合物于雙螺桿擠出機中擠出造粒，造粒溫度控制在160 170°C，最后將所得的粒料通過臥式注塑機注塑成型，噴嘴溫度180 195°C，注塑壓力 80-120MPa，保壓壓力 30_40MPa。結合材料的密度，對相關機械性能檢測，結果見表1、表2。樣品發(fā)泡程度與相應泡孔密度見圖4，如圖4所示，可觀察到明顯的封閉泡孔結構，且泡孔緊湊，密度為775. Ikg/ m3。對比實施例2、3，說明在制品內(nèi)部(非結皮部分)，利用發(fā)泡技術可將制品密度控制在 650 750kg/m3。表 1
實施 例拉伸強度 (MPa)沖擊強度 (N/M)密度 (kg/m3)1#實施例117.30.14(結皮部分) 788.7相應未發(fā)泡制品17.50.10(結皮部分) 890.32#實施例217.60.15643.8相應未發(fā)泡制品17.70.11720.43#實施例317.90.18765.7相應未發(fā)泡制品17.80.14853.64#實施例418.00.17775.1表權利要求
1.一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于其組成及按質(zhì)量比的配比為聚苯乙烯100，高抗沖聚苯乙烯20 40，樹脂10 15，無機填充材料2 5，發(fā)泡劑0. 5 1. 5， 泡孔調(diào)節(jié)劑0. 5 2，著色劑0. 5 2，助劑1. 5 3。
2.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述樹脂選自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。
3.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述無機填充材料選自CaCO3納米顆粒和SW2納米顆粒，或CaCO3納米顆粒和SiC納米顆粒，或CaCO3納米顆粒和BaSO4納米顆粒；按質(zhì)量比，CaCO3納米顆粒為1 3，SW2納米顆?；騍iC納米顆?；駼aSO4納米顆粒為1 2。
4.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述發(fā)泡劑包括吸熱型發(fā)泡劑和放熱型發(fā)泡劑，其質(zhì)量比為吸熱型發(fā)泡劑放熱型發(fā)泡劑為(1 2) (1 幻，其中吸熱型發(fā)泡劑選自碳酸銨，碳酸氫銨，NaHCO3發(fā)泡劑，偶氮二甲酰胺復合物發(fā)泡劑，檸檬酸與碳酸氫鈉復合物發(fā)泡劑，CF系列發(fā)泡劑中的至少一種；放熱型發(fā)泡劑選自偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、偶氮甲酰胺甲酸鉀發(fā)泡劑中的至少一種。
5.如權利要求4所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述CF系列發(fā)泡劑選自CF-5505發(fā)泡劑、CF-210發(fā)泡劑、CF-420發(fā)泡劑中的一種。
6.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述泡孔調(diào)節(jié)劑選自氨基硅油、聚丙烯酸酯類中的至少一種。
7.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述助劑包括紫外線吸收劑、潤滑劑、木香劑和分散劑，按質(zhì)量比，紫外線吸收劑為0. 2 0. 5，潤滑劑為 0. 2 0. 5，木香劑為0. 4 0. 7，分散劑為0. 7 1. 3 ；所述紫外線吸收劑選自2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮；所述潤滑劑選自聚乙烯蠟，鋰復合皂基脂，硬脂酸鋅、硬脂酸鈣，棕櫚蠟中的至少一種；所述木香劑選自云木木香油、檀木木香油、香樟木香油中的一種；所述分散劑選自含端羧基聚丙烯酸丁酯低聚物。
8.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料，其特征在于所述著色劑選自無機顏料、有機顏料中的至少一種，所述無機顏料選自氧化鋅、氧化鐵紅、炭黑復合顏料中的一種，所述有機顏料選自聯(lián)苯胺黃、喹吖啶酮紫、永固黃HR中的至少一種。
9.如權利要求1所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟1)將發(fā)泡劑、泡孔調(diào)節(jié)劑、助劑與著色劑混合得混合料A；2)將樹脂和無機填充材料干燥；3)按配比將聚苯乙烯、高抗沖聚苯乙烯、樹脂和混合料A與無機填充材料混合得混合料B ；4)將混合料B擠出造粒，成型，得微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料。
10.如權利要求9所述的一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟2~)中，所述干燥是在70 90°C下干燥1 3h ；在步驟4)中，所述擠出造粒最好經(jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒，造粒擠出的溫度最好為 150 170°C ；所述成型最好將所得的粒料在擠出機中擠出加工成型或通過注塑設備注塑成型；所述擠出加工成型的擠出溫度最好為150 200°C，擠出機的螺桿轉速最好為6 10r/min ；所述注塑成型的注塑設備的注射壓力最好為60 120MPa，保壓壓力最好為30 40MPa,噴嘴溫度最好為170 200°C。
全文摘要
一種微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生產(chǎn)方法，涉及一種全塑仿木材料。提供一種可改善防水防潮性能，降低材料密度與脆性，提高機械強度并延長使用壽命，而且材料不含木質(zhì)成分，低碳環(huán)保的微發(fā)泡聚苯乙烯全塑仿木材料及其生產(chǎn)方法。全塑仿木材料的組成及配比為聚苯乙烯100，高抗沖聚苯乙烯20～40，樹脂10～15，無機填充材料2～5，發(fā)泡劑0.5～1.5，泡孔調(diào)節(jié)劑0.5～2，著色劑0.5～2，助劑1.5～3。將發(fā)泡劑、泡孔調(diào)節(jié)劑、助劑與著色劑混合得混合料A；將樹脂和無機填充材料干燥；按配比將聚苯乙烯、高抗沖聚苯乙烯、樹脂和混合料A與無機填充材料混合得混合料B；將混合料B擠出造粒，成型，即得產(chǎn)品。
文檔編號C08K3/26GK102268164SQ20111022246
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權日2011年8月4日
發(fā)明者吳衛(wèi)明, 戴李宗, 曾碧榕, 許一婷, 許延利 申請人:廈門大學, 江蘇常盛管業(yè)有限公司