CN101570639A - 阻燃型木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

阻燃型木塑复合材料及其制备方法，它涉及一种木塑复合材料及其制备方法。本发明解决了现有的阻燃型木塑复合材料中采用的含卤阻燃剂烟雾大、聚磷酸铵为阻燃剂主体不适合成型加工温度要求高的木塑复合材料的制备及制备得到的木塑复合材料力学性能差的问题。本发明材料由改性废旧塑料、木质纤维、膨胀型阻燃剂、润滑剂和助剂制成。方法：一、称取原料；二、木质纤维预处理；三、原料混合得到预混料；四、预混料进行熔融复合制得木塑复合材料熔体；五、熔体通过挤出、注射、热压或模压成型即得阻燃型木塑复合材料。本发明膨胀型阻燃剂适合加工温度要求高的木塑复合材料的制备，本发明的阻燃型木塑复合材料阻燃性能和力学性能好，烟雾小。

Description

阻燃型木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是以木质纤维材料和热塑性塑料为主要原料制造的复合材料。它具有使用寿命长、美观、可再生、造价低、防虫、防腐、抗滑、可喷涂、比纯塑料产品的硬度高、可与木材一样进行加工、粘接和固定等优点，特别是在采用废旧塑料与木材加工剩余物或秸秆作为主要原料时，还具有资源利用和环境保护方面的突出优势。正是由于木塑复合材料有诸多的优点，木塑复合材料在许多领域都有着广泛的应用，例如门窗、地板、墙壁的建筑材料、舰船材料、栅栏材料、家具材料、汽车材料等。随着木塑复合材料的应用越来越广，许多领域对木塑复合材料又有了更高的要求，例如室内装饰、家具等室内应用领域均对木塑复合材料有阻燃的要求，以降低火灾的危险性。
目前，多采用在木塑复合材料中添加阻燃剂的方式来提高木塑复合材料的阻燃性，常用的阻燃剂是含卤阻燃剂，虽然含卤阻燃剂具有很好的阻燃性能，但是含卤阻燃剂燃烧过程中产生的烟雾大，容易造成人员窒息，并且因烟雾过大，不易辨别方向而难以及时撤离火灾现场，给火灾扑救造成极大困难。
现还有采用以聚磷酸铵为阻燃剂主体的膨胀阻燃体系来制备阻燃性木塑复合材料，例如“阻燃塑木复合材料及其制备方法”(公开号CN 1837278A)，该专利采用聚磷酸铵作为阻燃剂主体，又以季戊四醇或淀粉为炭源的膨胀阻燃体系使阻燃塑木复合材料具备了较好的阻燃性，但是为了保证阻燃塑木复合材料的阻燃性，该方法中聚磷酸铵加入量较大，而影响阻燃性木塑复合材料的力学性能，使制备得到的阻燃性木塑复合材料的力学性能较差；同时当采用回收的混合废旧塑料为原料时，因混合废旧塑料是各种塑料的混杂，在进行阻燃木塑复合材料加工时需采用高的加工温度，而这样容易造成聚磷酸铵分解，进而影响阻燃木塑复合材料的阻燃性能，聚磷酸铵为阻燃剂主体不适用于成型加工温度要求高的废旧塑料基木塑复合材料。
发明内容
本发明为了解决现有的阻燃型木塑复合材料中采用的含卤阻燃剂烟雾大、聚磷酸铵为阻燃剂主体不适合成型加工温度要求高的木塑复合材料的制备及制备得到的木塑复合材料力学性能差的问题。而提供了一种阻燃型木塑复合材料及其制备方法。
本发明阻燃型木塑复合材料按重量份数比由100～300份的改性废旧塑料、100～600份的木质纤维、15～100份的膨胀型阻燃剂、0.75～20份的润滑剂和1～10份的助剂制成；其中，膨胀型阻燃剂按重量份数比由18～22份的无卤阻燃剂、1～8份的淀粉、0.5～3份的4分子筛和1～10份的硼酸锌制成。
本发明的阻燃型木塑复合材料中的无卤阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐。
本发明阻燃型木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取100～300份的改性废旧塑料、100～600份的木质纤维、15～100份的膨胀型阻燃剂、0.75～20份的润滑剂和1～10份的助剂；其中，改性废旧塑料由110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯制成；膨胀型阻燃剂按重量份数比由18～22份的无卤阻燃剂、1～8份的淀粉、0.5～3份的4
Figure A20091007223700052
分子筛和1～10份的硼酸锌混合制成；二、将步骤一称取的木质纤维材料置于热处理机中搅拌处理直至木质纤维材料中的含水率为0.5％～3％为止，控制物料的温度为105～150℃；三、将步骤一称取的改性废旧塑料、膨胀型阻燃剂、润滑剂、助剂和步骤二处理后的木质纤维置于高混机中，于温度80～120℃条件下混合5～10min，然后搅拌冷却至25～50℃，即得到预混料；四、将预混料置于温度为135～190℃、双螺杆转速为30～50r/min的螺杆挤出机中进行熔融复合即得到木塑复合材料熔体；五、木塑复合材料熔体经过通过挤出、注射、热压或模压成型后即得到阻燃型木塑复合材料。
本发明的膨胀型阻燃剂中是以无卤阻燃剂为阻燃主体，无卤阻燃剂受热分解可同时起到酸源、气源和碳源的作用，淀粉作为辅助成炭剂，4
Figure A20091007223700053
分子筛为协效剂，硼酸锌为抑烟剂，它们相互配合构成了膨胀型阻燃体系，本发明所采用的膨胀型阻燃体系具有阻燃和抑烟的双重功效，且本发明的所使用的改性废旧塑料与膨胀型阻燃剂具有很好的相容性，因而本发明的阻燃型木塑复合材料具有良好的阻燃性和力学性能。对本发明的阻燃型木塑复合材料进行力学和锥形量热仪阻燃性能检测，本发明制备得到的阻燃型木塑复合材料力学性能检测结果是弯曲强度为46～50MPA，弯曲模量为2.7～3.8GPA，冲击强度为8.5～9.8MPA，本发明制备得到的阻燃型木塑复合材料阻燃性能检测结果是点燃时间为39～40s，平均热释放速率为170～174kw/m2，平均质量损失速率为0.058～0.068g/s，平均比表面消光面积为350～380m2/kg，烟释放速率0.6～0.8m2/s，成炭率(500s计)27％～32％，一氧化碳产率为0.024％～0.029％，二氧化碳产率为2.01％～2.05％；与现有的以聚磷酸铵为阻燃剂主体制备得到木塑复合材料相比，本发明的阻燃型木塑复合材料烟雾小，力学性能和阻燃性好，本发明的膨胀型阻燃剂适合成型加工温度要求高木塑复合材料。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式阻燃型木塑复合材料按重量份数比由100～300份的改性废旧塑料、100～600份的木质纤维、15～100份的膨胀型阻燃剂、0.75～20份的润滑剂和1～10份的助剂制成；其中，膨胀型阻燃剂按重量份数比由18～22份的无卤阻燃剂、1～8份的淀粉、0.5～3份的4
Figure A20091007223700061
分子筛和1～10份的硼酸锌制成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或其中几种的组合。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式中润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是助剂为抗氧剂、增塑剂或着色剂；其中抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基)苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或其中几种的组合；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯；着色剂为二氧化钛、炭黑、铁红、酞菁绿或酞菁蓝。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式中抗氧剂为混合物时，各种抗氧剂间可按任意比混合。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是改性废旧塑料由110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯制成；其中，废旧塑料由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或其中几种的组合。其他与具体实施方式三相同。
本实施方式中废旧塑料为混合物时，各种废旧塑料间可按任意比混合。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或四不同的是无卤阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐。
具体实施方式六：本实施方式阻燃型木塑复合材料制备方法，其特征在于阻燃型木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取100～300份的改性废旧塑料、100～600份的木质纤维、15～100份的膨胀型阻燃剂、0.75～20份的润滑剂和1～10份的助剂；其中，改性废旧塑料由110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯制成；膨胀型阻燃剂按重量份数比由18～22份的无卤阻燃剂、1～8份的淀粉、0.5～3份的4
Figure A20091007223700071
分子筛和1～10份的硼酸锌混合制成；二、将步骤一称取的木质纤维材料置于热处理机中搅拌直至木质纤维材料中的含水率为0.5％～3％为止，控制物料的温度为105～150℃；三、将步骤一称取的改性废旧塑料、膨胀型阻燃剂、润滑剂、助剂和步骤二处理后的木质纤维置于高混机中，于温度80～120℃条件下混合5～10min，然后搅拌冷却至25～50℃，即得到预混料；四、将预混料置于温度为135～190℃、双螺杆转速为30～50r/min的螺杆挤出机中进行熔融复合即得到木塑复合材料熔体；五、木塑复合材料熔体经过通过挤出、注射、热压或模压成型后即得到阻燃型木塑复合材料。
本实施方式步骤一中的润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或其中几种的组合；若润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。
本实施方式步骤一中的助剂为抗氧剂、增塑剂或着色剂；其中抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基)苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或其中几种的组合；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯；着色剂为二氧化钛、炭黑、铁红、酞菁绿或酞菁蓝；若抗氧剂为混合物时，各种抗氧剂间可按任意比混合。
本实施方式步骤一中的废旧塑料由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或其中几种的组合；若废旧塑料为混合物时，各种废旧塑料间可按任意比混合。
本实施方式步骤一中的无卤阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐。
本实施方式步骤一中以无卤阻燃剂为阻燃主体的膨胀型阻燃剂适合成型加工温度要求高的木塑复合材料。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中改性废旧塑料的制备方法为：将110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯混合均匀，然后再将混合物置于双螺杆挤出机中熔融接枝即得到改性废旧塑料，接枝反应温度为175～195℃，物料停留的时间为3～5min。其他步骤及参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是步骤五中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于热压机上热压成成板材或异型制品，上下压板的温度均为170～180℃。其他步骤及参数与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤五中采用锥形双螺杆挤出机一步法将木塑复合材料熔体挤出成型，机筒温度为140℃～190℃，口模温度165℃～195℃，模具末端通水冷却。其他步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤五中采用平行双螺杆挤出机熔融复合、单螺杆机或锥形双螺杆挤出机挤出的双阶机组一步法成挤出成型，口模温度为160～195℃，模具末端通水冷却。其他步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十一：本实施方式阻燃型木塑复合材料制备方法，其特征在于阻燃型木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取200份的改性废旧塑料、400份的木质纤维、800份的膨胀型阻燃剂、14份的润滑剂和6份的助剂；其中，改性废旧塑料由115份的废旧塑料、0.96份的马来酸酐和0.15份的过氧化二异丙苯制成；膨胀型阻燃剂按重量份数比由20份的无卤阻燃剂、5份的淀粉、2.5份的4
Figure A20091007223700081
分子筛和6份的硼酸锌混合制成；二、将步骤一称取的木质纤维材料置于混合机中搅拌直至木质纤维材料中的含水率为2％为止，控制物料的温度为135℃；三、将步骤一称取的改性废旧塑料、膨胀型阻燃剂、润滑剂、助剂和步骤二处理后的木质纤维置于高混机中，于温度100℃下混合8min，然后搅拌冷却至40℃，即得到预混料；四、将预混料置于温度为140～185℃、双螺杆转速为40r/min的螺杆挤出机中进行熔融复合即得到木塑复合材料熔体；五、木塑复合材料熔体经过通过挤出、注射、热压或模压成型后即得到阻燃型木塑复合材料。
本实施方式步骤一中的润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或其中几种的组合；若润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。
本实施方式步骤一中的助剂为抗氧剂、增塑剂或着色剂；其中抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基)苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或其中几种的组合；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯；着色剂为二氧化钛、炭黑、铁红、酞菁绿或酞菁蓝；若抗氧剂为混合物时，各种抗氧剂间可按任意比混合。
本实施方式步骤一中的废旧塑料由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或其中几种的组合；若废旧塑料为混合物时，各种废旧塑料间可按任意比混合。
本实施方式步骤一中的无卤阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐。
本实施方式步骤一中改性废旧塑料的制备方法为：将112份的废旧塑料、2份的马来酸酐和0.18份的过氧化二异丙苯混合均匀，然后再将混合物置于双螺杆挤出机中熔融接枝即得到改性废旧塑料，接枝反应温度为190℃，物料停留的时间为4min。
本实施方式步骤五中热压成型时将木塑复合材料熔体置于热压机上热压成成板材，上下压板的温度均为170～180℃，模具末端通水冷却。
本实施方式制备得到的阻燃型木塑复合材料采用进行力学性能和锥形量热仪阻燃性能的检测，锥形量热仪的热流速率为50kW/m2，力学性能检测结果如表1所示，阻燃性能检测结果如表2所示，；从表1和表2的数据结果可以看出本实施方式得到的阻燃型木塑复合材料力学性能和阻燃性能好。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤五中采用锥形双螺杆挤出机一步法将木塑复合材料熔体挤出成型，机筒温度为140℃～190℃，口模温度165℃～195℃，模具末端通水冷却。其他步骤及参数与具体实施方式十一相同。
本实施方式制备得到的阻燃型木塑复合材料采用进行力学性能和锥形量热仪阻燃性能的检测，锥形量热仪的热流速率为50kW/m2，力学性能检测结果如表1所示，阻燃性能检测结果如表2所示，；从表1和表2的数据结果可以看出本实施方式得到的阻燃型木塑复合材料力学性能和阻燃性能好。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤五中采用平行双螺杆挤出机熔融复合和单螺杆机挤出的双阶机组一步法成挤出成型，单螺杆转速为20～40r/min，温度从进料口至模具前端采用升温设置，温度升温至140～180℃，控制口模温度为180～190℃，模具末端通水冷却。其他步骤及参数与具体实施方式十一相同。
本实施方式制备得到的阻燃型木塑复合材料采用进行力学性能和锥形量热仪阻燃性能的检测，锥形量热仪的热流速率为50kW/m2，力学性能检测结果如表1所示，阻燃性能检测结果如表2所示；从表1和表2的数据结果可以看出本实施方式得到的阻燃型木塑复合材料力学性能和阻燃性能好。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一不同的是木塑复合材料熔体挤压成型方法为：木塑复合材料通过与平形双螺杆挤出机造粒，然后用单螺杆挤出机挤出成型，其中单螺杆转速为20～40r/min，口模温度180～190℃，温度从进料口至模具前端采用先降温再升温设置，范围170～185℃，模具末端通水冷却。其他步骤及参数与具体实施方式十一相同。
本实施方式制备得到的阻燃型木塑复合材料采用进行力学性能和锥形量热仪阻燃性能的检测，锥形量热仪的热流速率为50kW/m2，力学性能检测结果如表1所示，阻燃性能检测结果如表2所示；从表1和表2的数据结果可以看出本实施方式得到的阻燃型木塑复合材料力学性能和阻燃性能好。
表1
 弯曲强度(MPA)   弯曲模量(GPA)   冲击强度(MPA)
  具体实施方式十一   48.85   3.01   9.09
  具体实施方式十二   49.02   3.48   9.15
  具体实施方式十三   46.42   2.96   8.98
  具体实施方式十四   46.92   3.16   9.18
表2
  具体实施方式十一   具体实施方式十二   具体实施方式十三   具体实施方式十四
  点燃时间(s)   39   39   40   40
  平均热释放速率(kw/m2) 172.55 173.15 170.20 172.20
  最大热释放速率(kw/m2) 240.54 242.32 236.42 237.44
  平均质量损失速率(g/s) 0.065 0.066 0.061 0.059
  平均比消光面积(m2/kg) 369.33 377.11 349.98 351.08
  烟释放速率(m2/s) 0.670 0.689 0.747 0.757
  成炭率(500s计)(％) 27.4 28.0 29.9 31.1
  一氧化碳产率(％) 0.028 0.027 0.027 0.024
  二氧化碳产率(％) 2.038 2.019 2.018 2.017

Claims (10)

1、阻燃型木塑复合材料，其特征在于阻燃型木塑复合材料按重量份数比由100～300份的改性废旧塑料、100～600份的木质纤维、15～100份的膨胀型阻燃剂、0.75～20份的润滑剂和1～10份的助剂制成；其中，膨胀型阻燃剂按重量份数比由18～22份的无卤阻燃剂、1～8份的淀粉、0.5～3份的4
Figure A2009100722370002C1
分子筛和1～10份的硼酸锌制成。
2、根据权利要求1所述的阻燃型木塑复合材料，其特征在于润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或其中几种的组合。
3、根据权利要求1或2所述的阻燃型木塑复合材料，其特征在于助剂为抗氧剂、增塑剂或着色剂；其中抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基)苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或其中几种的组合；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯；着色剂为二氧化钛、炭黑、铁红、酞菁绿或酞菁蓝。
4、根据权利要求3所述的阻燃型木塑复合材料，其特征在于改性废旧塑料由110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯制成；其中，废旧塑料由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或其中几种的组合。
5、根据权利要求1、2或4所述的阻燃型木塑复合材料，其特征在于无卤阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐。
6、阻燃型木塑复合材料制备方法，其特征在于阻燃型木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取100～300份的改性废旧塑料、100～600份的木质纤维、15～100份的膨胀型阻燃剂、0.75～20份的润滑剂和1～10份的助剂；其中，改性废旧塑料由110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯制成；膨胀型阻燃剂按重量份数比由18～22份的无卤阻燃剂、1～8份的淀粉、0.5～3份的4
Figure A2009100722370002C2
分子筛和1～10份的硼酸锌混合制成；二、将步骤一称取的木质纤维材料置于热处理机中搅拌处理直至木质纤维材料中的含水率为0.5％～3％为止，控制物料的温度为105～170℃；三、将步骤一称取的改性废旧塑料、膨胀型阻燃剂、润滑剂、助剂和步骤二处理后的木质纤维置于高混机中，于温度80～120℃条件下混合5～10min，然后搅拌冷却至25～50℃，即得到预混料；四、将预混料置于温度为135～190℃、双螺杆转速为30～50r/min的螺杆挤出机中进行熔融复合即得到木塑复合材料熔体；五、木塑复合材料熔体通过挤出、注射、热压或模压成型后即得到阻燃型木塑复合材料。
7、根据权利要求6所述的阻燃型木塑复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一中改性废旧塑料的制备方法为：将110～120份的废旧塑料、0.15～2.5份的马来酸酐和0.05～0.25份的过氧化二异丙苯混合均匀，再将混合物置于双螺杆挤出机中熔融接枝即得到改性废旧塑料，接枝反应温度为175～195℃，物料停留的时间为3～5min。
8、根据权利要求6或7所述的阻燃型木塑复合材料及其制备方法，其特征在于步骤五中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于热压机上热压成板材或异型制品，上下压板的温度均为170～180℃。
9、根据权利要求8所述的阻燃型木塑复合材料及其制备方法，其特征在于步骤五中采用锥形双螺杆挤出机一步法将木塑复合材料熔体挤出成型，机筒温度为140℃～190℃，口模温度165℃～195℃，模具末端通水冷却。
10、根据权利要求8所述的阻燃型木塑复合材料及其制备方法，其特征在于步骤五中采用平行双螺杆挤出机熔融复合、单螺杆机或锥形双螺杆挤出机挤出的双阶机组一步法成挤出成型，口模温度为160～195℃，模具末端通水冷却。
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Application publication date: 20091104

Assignee: Harbin Yang Jing Technology Development Co., Ltd.

Assignor: Northeast Forestry University

Contract record no.: 2016230000009

Denomination of invention: Flame-retardant wood-plastic composite material and preparation method thereof

Granted publication date: 20110413

License type: Common License

Record date: 20160412

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TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20180320

Address after: No. 88, development Boulevard, Danyang Development Zone, Zhenjiang, Jiangsu

Patentee after: Jiangsu Kentier Wood Co.,Ltd.

Address before: 150001 Xiangfang district and Xinglu No. 26, Harbin, Heilongjiang

Patentee before: Northeast Forestry University