專利名稱：一種低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子材料及其制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子材料及其制品，特別涉及一種低密度、高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料及其制品，用于建筑及裝飾材料、包裝材料、汽車材料、隔熱材料等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高分子材料是上個世紀(jì)三十年代逐漸發(fā)展起來的新材料，上個世紀(jì)的七、八十年代得到了迅速發(fā)展，高分子材料中的塑料材料的發(fā)展更是名列前茅。盡管目前塑料材料已有200多個品種，由于不同行業(yè)、不同用途、不同制品有其獨(dú)特的要求，或者為了降低成本，于是，改性和復(fù)合塑料材料就成為近40年來重要的發(fā)展方向。
建筑塑料就是以高分子材料為主要成分，并對其改性而發(fā)展起來的新型建筑材料。廣泛用作建筑裝修、裝飾材料，有的還用作結(jié)構(gòu)及墻體材料，已成為第四大建筑材料。盡管如此，已有的建筑塑料僅用于建筑中的部分部位，而且塑料管材約占其產(chǎn)量的一半；2000年，我國PVC塑料門窗在整個門窗中的占有率約為30％；而墻體、墻面材料的比例不到1％(參閱《建筑塑料》劉柏賢、劉隼編著，2000年9月第一版，化學(xué)工業(yè)出版社)。究其原因，是由于按現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的改性高分子塑料材料及其制品的結(jié)構(gòu)性能，還不能滿足一些建筑結(jié)構(gòu)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(tǒng)的相應(yīng)建筑材料相比，沒有任何競爭力，因此沒有實(shí)際使用價值。
另外，建筑塑料制品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計，也有待隨之解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是，通過提供一種低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，采用這類塑料材料制成建筑構(gòu)件、預(yù)制部件，滿足五層以下建筑用材的要求，并使低層建筑用材實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、工廠化設(shè)計與生產(chǎn)。同時實(shí)現(xiàn)高層、特別是超高層墻體、樓面板超輕質(zhì)化。
本發(fā)明的另一個目的是，通過提供低密度高強(qiáng)度的發(fā)泡型改性高分子塑料材料，采用這類塑料材料制成各種規(guī)格的板材，板材的規(guī)格為長800mm～3000mm×寬600mm～1500mm×厚5mm～300mm。它既能滿足相同規(guī)格的木質(zhì)板材的技術(shù)指標(biāo)要求，又能實(shí)現(xiàn)木質(zhì)板材不能達(dá)到的、良好的技術(shù)性能，諸如，隔熱、阻燃、隔音、防潮、防腐、防蟲等，從而克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個目的是，通過提供低密度高強(qiáng)度的發(fā)泡型改性高分子塑料材料，采用這類塑料材料制成各種規(guī)格的箱、柜、包裝材料及其制品，它既可以一次成型，也可以采用這類塑料材料制成的各種板材加工制作；它既能滿足木材、金屬材料或包裝發(fā)泡塑料的性能要求，又能實(shí)現(xiàn)木材、金屬材料或包裝發(fā)泡塑料不能達(dá)到的良好性能，諸如，滿足使用要求的機(jī)械強(qiáng)度、輕質(zhì)、隔熱、阻燃、隔音、防潮、防腐、防蟲等，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料。這類塑料材料以現(xiàn)有的可制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，或加入硅酸鹽，如滑石粉、硅灰石等，二氧化硅，如石英粉等，硫酸鈣、紅泥、粉煤灰、礦渣等無機(jī)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(qiáng)性填料，金屬或非金屬材料的筋、網(wǎng)、增強(qiáng)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(fā)泡劑，使其發(fā)泡倍率能控制為5～20之間，新塑料制品的密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3，還應(yīng)加入必不可少的偶聯(lián)劑、表面活性劑、阻燃劑、光/熱穩(wěn)定劑及其它助劑。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明提供的低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫、抗震、隔音、阻燃、隔熱、緩沖減震性好、外形美觀，具有滿足使用要求的物理性能和機(jī)械強(qiáng)度。用本發(fā)明提供的低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，制成建筑構(gòu)件、預(yù)制建筑部件，易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計，便于大規(guī)模、批量生產(chǎn)；積木式、模塊化的成套結(jié)構(gòu)及其附件，便于建筑工程的設(shè)計及施工，從而大大縮短建筑工程的建設(shè)周期，進(jìn)而降低建筑工程的成本。本發(fā)明提供的低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料及其制品，適用范圍廣、需求量大、綜合成本低、競爭力強(qiáng)，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
具體實(shí)施例 下面將借助于具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)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(lián)劑1％～1.5％)，兩者充分混合后，加入引發(fā)劑和無機(jī)與有機(jī)分散劑復(fù)合的分散劑和水，采用生產(chǎn)可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)的工藝流程，加料后，在常壓、85℃下進(jìn)行聚合；成粒后，用氮?dú)鈮喝胛焱榘l(fā)泡劑1～2份，升溫升壓，以便進(jìn)一步聚合和浸漬；經(jīng)后處理工序后，即得改性發(fā)泡型聚苯乙烯。
實(shí)施例2 先在水相下加入復(fù)合引發(fā)劑和無機(jī)與有機(jī)分散劑復(fù)合的分散劑，加入抗沖擊改性劑(如ACR)和其它助劑；按照與實(shí)施例1類似的配方工藝，將實(shí)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(lián)劑1％～1.5％)，兩者充分混合后，加入聚合釜；升溫，進(jìn)行聚合；聚合中途，加入戊烷發(fā)泡劑1～2份，進(jìn)一步聚合和浸漬；經(jīng)后處理工序后，即得改性聚氯乙烯發(fā)泡塑料。
實(shí)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)，兩者充分混合后，加入戊烷發(fā)泡劑1～2份，以及各種助劑(包括加工助劑)；進(jìn)一步高速混合；擠出發(fā)泡，控制溫度，使發(fā)泡材料的密度為0.08g～0.96g/cm3；經(jīng)后處理工序后，即得改性發(fā)泡型聚氯乙烯材料的制品。
實(shí)施例4 聚碳酸脂(PC)65～25份，碳酸鈣、滑石粉等混合無機(jī)填充料10～50份，玻璃纖維25份，大分子鈦酸脂類偶聯(lián)劑，充分混合后，再加入表面活性劑，進(jìn)一步混合，加入偶氮發(fā)泡劑3～6份及發(fā)泡劑促進(jìn)劑，進(jìn)一步浸漬、混煉，經(jīng)擠出、造粒工序后，即得改性聚碳酸脂發(fā)泡塑料。
實(shí)施例5 在現(xiàn)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(jīng)縮聚、沉析，并經(jīng)過濾、水洗、干燥后，得到純凈、干燥的粉狀聚碳酸脂(假定其重量份為65～25份，)，再加入碳酸鈣、滑石粉等混合無機(jī)填充料10～50份，玻璃纖維25份，大分子鈦酸脂類偶聯(lián)劑(MTCA)，充分混合后，再加入表面活性劑，進(jìn)一步混合，加入偶氮發(fā)泡劑3～6份及發(fā)泡劑促進(jìn)劑，進(jìn)一步浸漬、混煉，經(jīng)擠出、造粒工序后，即得改性聚碳酸脂發(fā)泡塑料。也可以在現(xiàn)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(fā)泡劑及其它助劑，制得改性聚碳酸脂發(fā)泡塑料。
實(shí)施例6 A階酚醛樹脂(PF，液態(tài)；或線型酚醛樹脂)20～60份，碳酸鈣45～15份、滑石粉5份、無機(jī)纖維10份、硫酸鋇10份等混合無機(jī)填充料，大分子鈦酸脂類偶聯(lián)劑。先將各種填充料和偶聯(lián)劑充分混合后，再加入表面活性劑和酚醛樹脂，進(jìn)一步混合，加入水(或加入發(fā)泡劑，如二氯甲烷等混合發(fā)泡劑)3～8份，及發(fā)泡劑促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑，在加工制品過程中，再加入固化劑、促進(jìn)劑等助劑，并借助于機(jī)械攪拌(或加溫模壓并控制發(fā)泡率)，制成固體改性發(fā)泡酚醛塑料制品。
實(shí)施例7 尿醛樹脂(UF，液態(tài))20～70份，加入混合無機(jī)填充料80～30份，大分子鈦酸脂類偶聯(lián)劑。先將樹脂、各種填充料和偶聯(lián)劑充分混合后，加入表面活性劑，進(jìn)一步混合，再加入固化劑、化學(xué)發(fā)泡劑1～6份、穩(wěn)定劑等助劑，并借助于機(jī)械攪拌，在加工制品過程中，形成多孔性泡沫塑料固體。以這種熱固性泡沫塑料制作各種不同類型的構(gòu)件時，還可以加入金屬材料的筋、網(wǎng)等。
實(shí)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(jī)纖維10份、硫酸鋇10份等混合無機(jī)填充料，大分子鈦酸脂類偶聯(lián)劑等混合偶聯(lián)劑。先將各種填充料和偶聯(lián)劑充分混合后，再加入表面活性劑和聚異氰尿酸脂，進(jìn)一步混合，加入發(fā)泡劑1～3份(或加入水1～4份)及發(fā)泡穩(wěn)定劑以及阻燃劑等其它助劑，還可以加入金屬結(jié)構(gòu)材料，制作各種類型的構(gòu)件。
實(shí)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(lián)劑等混合偶聯(lián)劑。先將各種填充料和偶聯(lián)劑充分混合后，加入表面活性劑，再與半預(yù)聚物和聚醚多元醇(按配比剩余的)進(jìn)一步混合，加入發(fā)泡劑(如鹵化碳類)0.8～6份(或加入水3～10份)及發(fā)泡穩(wěn)定劑以及阻燃劑等其它助劑，還可以加入金屬結(jié)構(gòu)材料，制作各種類型的構(gòu)件。
當(dāng)基料換成可制成泡沫塑料的聚乙烯(PE)、ABS、聚酰胺(PA)等高分子塑料樹脂時，加入各種填充料和偶聯(lián)劑、表面活性劑，充分混合后，加入發(fā)泡劑及發(fā)泡穩(wěn)定劑以及阻燃劑等其它助劑，可制得相應(yīng)的改性發(fā)泡塑料。
盡管本發(fā)明是參照其特定的具體實(shí)施例來描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種修改。
權(quán)利要求
1.低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，這類材料是以現(xiàn)有可制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(jī)填料或各種纖維素等有機(jī)填料；也可以是在相應(yīng)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(qiáng)劑、偶聯(lián)劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑及其它助劑，其特征在于，在這種改性高分子塑料中加入發(fā)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(yīng)的偶聯(lián)劑，并使兩者充分混合；然后，加入使相應(yīng)單體材料聚合的引發(fā)劑和分散劑以及其它助劑；在加溫和加壓下，進(jìn)行充分聚合。
2.如權(quán)利要求1所述的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，其特征是，加入填料，如碳酸鈣等無機(jī)填料或各種有機(jī)填料，其重量比大于20％，直到80％。
3.如權(quán)利要求1所述的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，其特征是，在這種改性高分子塑料中加入發(fā)泡劑，將發(fā)泡倍率控制為5～20，使該塑料材料的制品的密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3。
4.標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計的建筑構(gòu)件、預(yù)制建筑部件，其特征是，由如權(quán)利要求1所述的改性發(fā)泡型高分子塑料材料制成，控制溫度，使發(fā)泡密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3，并填充金屬或非金屬材料的筋、網(wǎng)或增強(qiáng)材料，滿足五層以下建筑物的建筑用材的使用要求，并滿足高層、特別是超高層墻體、樓面板的使用要求。
5.標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計的各種板材，其特征是，由如權(quán)利要求1所述的改性發(fā)泡型高分子塑料材料制成，控制溫度，使發(fā)泡密度為0.08g/cm3～0.96g/cm3，并填充金屬或非金屬材料的筋、網(wǎng)或增強(qiáng)材料，；板材的規(guī)格為長800mm～3000mm×寬600mm～1500mm×厚5mm～300mm。
6.適合一些材料和設(shè)備包裝用的塑料包裝制品，或獨(dú)立的箱和柜，或依附于室內(nèi)墻壁的各種類型的柜，其特征是，由如權(quán)利要求1所述的改性發(fā)泡型高分子塑料材料制成，控制溫度，使發(fā)泡密度在0.08g/cm3～0.96g/cm3；或由如權(quán)利要求5所述的各種板材制成。
全文摘要
本發(fā)明提供低密度高強(qiáng)度的改性發(fā)泡型高分子塑料材料，這類材料是以現(xiàn)有可制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(yīng)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(lián)劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑及其它助劑，特別是在這種改性高分子塑料中加入發(fā)泡劑，使其發(fā)泡倍率能控制為5～20之間，新塑料制品的密度為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(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者李先利, 李先明 申請人:李先利, 李先明