CN102181166A - 一种高效阻燃木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效阻燃木塑复合材料，由木粉50~75份、塑料树脂10~30份、界面相容剂1~5份、冲击改性剂0.5~2份、润滑剂1~3份、其它功能助剂1~5份、阻燃剂10~30份制备而成，制备方法包括脱脂和烘干木粉的步骤，有机化改性膨润土、硼酸锌并机械研磨的步骤，在高速混合机中混合制得预混料的步骤，在双辊塑炼机中混合塑化再模压成型的步骤。有机化处理的膨润土、硼酸锌与氢氧化铝复配成新型阻燃剂，能在保持材料力学性能，提高木塑复合材料的阻燃效果，同时极大地减少氢氧化铝的用量；膨润土、硼酸锌有机超细化处理，解决了无机添加剂同其它成分界面相容性难，进而影响复合材料的机械性能的问题，满足木塑复合材料的阻燃要求。
Description
技术领域
本发明属于木塑复合材料技术领域，具体是涉及一种高效阻燃木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料的主要原料是农林废弃物和废旧塑料，其产品主要用作木材的替代品。开发木塑复合材料对于废弃物综合利用、环境保护和缓解天然木材日趋紧张的压力都具有十分重要的意义。
近年来，木塑复合材料由于其良好的加工性能、机械性能和价格优势，尤其是优异的木质感，愈来愈引起人们的重视。PVC树脂本身属于难燃性材料，但是由于木纤维的加入，使材料的可燃性增加，同时由于PVC燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，发生火灾时会给人们造成很大危害。具有消防安全隐患，限制了这种绿色环保产品的应用范围。因此如何改变PVC基木塑复合材料的燃烧特性，减少火灾发生时有毒气体或烟的释放问题，成为国内外研究的热点。由于木塑复合材料是一种新型材料，其开发和使用的历史不长，因此已公开的木塑复合材料阻燃专利不多，而且已公开的木塑复合材料阻燃专利中木塑阻燃方法还存在一些问题。
例如，申请号为200710072794.2的专利，公开了一种分别在聚苯乙烯木塑复合材料和聚氯乙烯木塑复合材料加入以聚磷酸铵为主体的膨胀型阻燃体系的阻燃方法。该阻燃体系虽然对木塑复合材料具有良好阻燃和抑烟效果，而且阻燃体系无毒，但是聚磷酸铵价格较贵，存在着使阻燃木塑复合材料的生产成本偏高的问题；另一方面在聚磷酸铵易使木塑复合材料燃烧时产生CO的速率加大，具有CO中毒的安全隐患。
又如，公开号为CN101812237A的专利中，公开了一种阻燃木塑复合材料及其制备方法，该阻燃方法用于回收塑料中加入以磷酸一氢铵、磷酸二氢铵为主体的磷酸铵类阻燃剂。虽然能够降低了CO的产生速率，但是并没有有效的解决这一问题。
Al2O3-3H2O(氢氧化铝)性能稳定，价廉无毒，具有阻燃和抑烟作用，是木塑复合材料的常用阻燃剂。但是氢氧化铝作阻燃剂时添加量较大，通常添加量达到40％，量大时必然会导致树脂混炼和成型时物流的流动性变差，影响材料的加工性能和机械性能，使材料成型困难。Mg(OH)2虽然阻燃效果优于氢氧化铝，但是其耐酸性差，在酸中会很快溶解。
近年来，木塑复合材料的阻燃性研究越来越受到人们的重视。如何使用阻燃材料提高高分子复合材料的阻燃性能，以及抑制复合材料燃烧或裂解时烟及有毒气体的生产，成为新材料开发和应用的关键。对易燃和可燃材料进行阻燃处理以提高防火安全性，减少火灾损失，成为一项迫切的任务和战略措施。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种高效阻燃木塑复合材料及其制备方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高效阻燃木塑复合材料，以100份重量份计，原料配方为：木粉50～75份；塑料树脂10～30份；界面相容剂1～5份；冲击改性剂0.5～2份；润滑剂1～3份；其它功能助剂1～5份；阻燃剂10～30份。其中，所述木粉由锯木粉、碎木片、木屑、刨花等木质废弃物经过粉碎干燥制作而成，其粒度30～120目。所述塑料树脂为PE、PP、PVC中的一种，选用新料或回收料。所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚氯乙烯中的一种，与选用的塑料树脂对应，即塑料树脂为聚乙烯时，选用马来酸酐接枝聚乙烯；塑料树脂为聚丙烯时，选用马来酸酐接枝聚丙烯；塑料树脂为聚氯乙烯时，选用马来酸酐接枝聚氯乙烯。所述冲击改性剂为丙烯酸酯聚合物、氯化聚乙烯中的一种或两种混合物。所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、甲基硅油中的一种。所述其它功能助剂包括稳定剂、增塑剂和紫外屏蔽吸收剂，其中稳定剂为钙锌复合稳定剂或钡锌稳定剂，增塑剂为环氧大豆油、氯化石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲二丁酯中的一种，紫外屏蔽吸收剂为二氧化钛、氧化锌、水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯中的一种。所述阻燃剂为氢氧化铝、有机超细化膨润土、有机超细化硼酸锌中的一种或两种的混合物，其中有机超细化膨润土、硼有机超细化酸锌所采用的偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂，经偶联剂处理的膨润土和硼酸锌干燥后，机械研磨成500～800目颗粒。
一种高效阻燃木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、将木粉在120℃干燥箱中干燥4个小时，进行脱脂和烘干，使其含水率小于2％，去除木粉中的结合水，增加木粉与塑料粉高聚物的界面相容性；b、选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂作为偶联剂，用丙酮为母液稀释至20％体积比，用稀释后偶联剂溶液喷洒处理膨润土、硼酸锌对其进行有机化改性，烘干后经机械研磨成500～800目颗粒；c、按照比例依次把木粉、塑料树脂、界面相容剂、冲击改性剂、润滑剂、其它功能助剂和阻燃剂加入到具有加热功能的高速混合机中，混合均匀，制得预混料，温度控制在70～80℃，高速混合15min～20min；d、将预混料置于145～150℃的双辊塑炼机中进行混合塑化5～10min，经热压机于173～180℃模压成型，制得所述的高效阻燃木塑复合材料。
本发明通过膨润土、硼酸锌有机化处理与氢氧化铝复配成新型阻燃剂，能在保持材料力学性能基本不变的前提下提高木塑复合材料的阻燃效果，同时极大地减少氢氧化铝的用量；膨润土、硼酸锌有机超细化处理，解决了无机添加剂同其它成分界面相容性难，进而影响复合材料的机械性能的问题，同时满足木塑复合材料的阻燃要求。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：一种高效阻燃木塑复合材料，以100份重量份计，原料配方为：
一种高效阻燃木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、将木粉在120℃干燥箱中干燥4个小时，进行脱脂和烘干，使其含水率小于2％，去除木粉中的结合水，增加木粉与塑料粉高聚物的界面相容性；b、选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂作为偶联剂，用丙酮为母液稀释至20％体积比，用稀释后偶联剂溶液喷洒处理膨润土、硼酸锌对其进行有机化改性，烘干后经机械研磨成500～800目颗粒；c、按照比例依次把木粉、塑料树脂、界面相容剂、冲击改性剂、润滑剂、其它功能助剂和阻燃剂加入到具有加热功能的高速混合机中，混合均匀，制得预混料，温度控制在70～80℃，高速混合15min～20min；d、将预混料置于145～150℃的双辊塑炼机中进行混合塑化5～10min，经热压机于173～180℃模压成型，制得所述的高效阻燃木塑复合材料。
实施例2：一种高效阻燃木塑复合材料，以100份重量份计，原料配方为：
制备方法参看实施例1。
实施例3：一种高效阻燃木塑复合材料，以100份重量份计，原料配方为：
制备方法参看实施例1。
实施例4：一种高效阻燃木塑复合材料，以100份重量份计，原料配方为：
制备方法参看实施例1。
实施例5：一种高效阻燃木塑复合材料，以100份重量份计，原料配方为：
制备方法参看实施例1。
对实例1～5制备的高效阻燃木塑复合材料进行性能测试，测试结果的如下：
| 实施例编号 | 极限氧指数(％) | 拉伸强度(Mpa) | 悬臂梁无缺口冲击强度(KJ/m2) |
| 1 | 26.7 | 9.9 | 11.33 |
| 2 | 26.2 | 15.2 | 13.27 |
| 3 | 23.9 | 13.4 | 12.92 |
| 4 | 22.4 | 11.3 | 11.84 |
| 5 | 24.3 | 12.1 | 10.59 |
上表中极限氧指数采用GB/T2406-1993，拉伸强度采用GB/T1040.1-2006，悬臂梁无缺口冲击强度采用GB/T1843-2008。对比例为实施例1，加入阻燃剂30份极限氧指数达到26.7％，但此时力学性能较差，而且产品不易成型。实施例2通过加入10份有机超细化膨润土与氢氧化铝复配极限氧指数达到26.2％，几乎达到实施例1的阻燃效果，但是阻燃剂总的添加量少了20份，同时极大的提高了力学性能。实施例3是通过加入5份的有机超细化硼酸锌，同样达到理想的效果。实施例4、5分别为阻燃剂有机超细化处理复配在PP、PE基木塑复合材料上的运用，同样达到很好的阻燃性能及力学性能效果。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于以100份重量份计，原料配方为：木粉50~75份；塑料树脂10~30份；界面相容剂1~5份；冲击改性剂0.5~2份；润滑剂1~3份；其它功能助剂1~5份；阻燃剂10~30份。
2.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述木粉由锯木粉、碎木片、木屑、刨花木质废弃物经过粉碎干燥制作而成，其粒度30~120目。
3.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述塑料树脂为PE、PP、PVC中的一种，选用新料或回收料。
4.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚氯乙烯中的一种，与选用的塑料树脂对应，即塑料树脂为聚乙烯时，选用马来酸酐接枝聚乙烯；塑料树脂为聚丙烯时，选用马来酸酐接枝聚丙烯；塑料树脂为聚氯乙烯时，选用马来酸酐接枝聚氯乙烯。
5.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述冲击改性剂为丙烯酸酯聚合物、氯化聚乙烯中的一种或两种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、甲基硅油中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述其它功能助剂包括稳定剂、增塑剂和紫外屏蔽吸收剂，其中稳定剂为钙锌复合稳定剂或钡锌稳定剂，增塑剂为环氧大豆油、氯化石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲二丁酯中的一种，紫外屏蔽吸收剂为二氧化钛、氧化锌、水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种高效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述阻燃剂为氢氧化铝、有机超细化膨润土、有机超细化硼酸锌的一种或两种的混合物，其中有机超细化膨润土、有机超细化硼酸锌所采用的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种，经偶联剂处理的膨润土和硼酸锌干燥后，机械研磨成500~800目颗粒。
9.根据权利要求1~8所述一种高效阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：a、将木粉在120℃干燥箱中干燥4个小时，进行脱脂和烘干，使其含水率小于2%，去除木粉中的结合水，增加木粉与塑料粉高聚物的界面相容性；b、选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂作为偶联剂，用丙酮为母液稀释至20%体积比，用稀释后偶联剂溶液喷洒处理膨润土、硼酸锌对其进行有机化改性，烘干后经机械研磨成500~800目颗粒；c、按照比例依次把木粉、塑料树脂、界面相容剂、冲击改性剂、润滑剂、其它功能助剂和阻燃剂加入到具有加热功能的高速混合机中，混合均匀，制得预混料，温度控制在70~80℃，高速混合15min~20min；d、将预混料置于145~150℃的双辊塑炼机中进行混合塑化5~10min，经热压机于173~180℃模压成型，制得所述的高效阻燃木塑复合材料。
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