CN102702767B - 一种协效阻燃木塑复合材料及其制造方法 - Google Patents

一种协效阻燃木塑复合材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是一种生物质纳米二氧化硅及聚磷酸铵协效阻燃木塑复合材料，按如下重量百分比的原料制成：30～35％植物纤维、50～58％塑料、2～8％生物质纳米二氧化硅、8～12％聚磷酸铵、1～2％润滑剂。本发明还涉及该阻燃木塑复合材料的制备方法：将称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混、干燥，然后将干燥好的预混物置于双螺杆造粒机中进行造粒，得到木塑颗粒，再将木塑颗粒经各种模具成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料被点燃的时间增加了17s，热释放速率减少了33％，冲击强度增加了2.9％。本发明不但提高所制备的木塑复合材料的阻燃性能，还能够合理利用稻秸和稻壳。

Description

一种协效阻燃木塑复合材料及其制造方法
技术领域
本发明属于木塑复合材料的制造领域，涉及一种通过稻秸、稻壳制备得到的生物质纳米二氧化硅及聚磷酸铵协效处理的阻燃型木塑复合材料及其制造方法。
背景技术
木塑复合材料具有较高的强重比、环境友善，耐水、耐腐蚀、能减轻加工过程中的机械磨损，主要应用于托盘、包装箱、室外地板、护栏、园林椅、汽车内装饰产品、装潢板贴面等。随着木塑复合材料应用领域的不断扩大，该复合材料的防火安全性的研究应用逐渐开始受到重视。木塑复合材料的阻燃常采用无机阻燃剂、含卤阻燃剂和含磷阻燃剂等。
聚磷酸铵是木塑复合材料中常用的阻燃剂。阻燃机理为聚磷酸铵受热分解生成聚磷酸并释放出气体，分解过程吸热，从而降低周围的温度，释放出的不可燃气体冲淡空气或可燃气体，分解过程中产生可捕获自由基的物质，切断自由基链锁反应，使高分子产生脱水反应生成为碳和水，而不产生可燃气体，起到阻燃目的。但是，以聚磷酸铵作为木塑复合材料的阻燃剂时，存在着用量大，材料冲击性能下降的缺点。
近几年，随着纳米科技的发展，运用纳米技术改善木塑复合材料阻燃性的研究也开始见诸报道，利用纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁的改性受到人们的高度重视。其中，纳米二氧化硅孔隙尺寸小于或接近空气中分子的平均自由程，具有无对流传热和热传导都非常小的特点，可以提高材料的阻燃性。此外，纳米二氧化硅具有较大的比表面积和空隙率，可以吸收材料受冲击时产生的部分能量，起到提高材料冲击强度的作用。
发明内容
本发明的目的：利用生物质纳米二氧化硅具有高表面活性、高比表面积和高分散性，将聚磷酸铵接枝到生物质纳米二氧化硅的表面，然后有效均匀地载入到木塑复合材料内部，增强阻燃效果。
本发明的技术解决方案：利用生物质纳米二氧化硅和聚磷酸铵的协效作用，将生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵加入至木塑复合材料中，进行共混，得到预混物，然后将预混物干燥、造粒和成型，得到协效阻燃木塑复合材料。
一种协效阻燃木塑复合材料的制造方法，其特征是按以下步骤进行：
(1)按重量百分比称取30～35％的植物纤维、50～58％的塑料、2～8％的生物质纳米二氧化硅、8～12％的聚磷酸铵、1～2％的润滑剂；
(2)将上述的称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混，然后进行干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为2h；
(3)将上述干燥好的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为120～140℃，口模温度为140～160℃，螺杆转速为50～70r/min；
(4)将上述造粒得到的木塑颗粒再经各种模具成型、冷却，制成协效阻燃木塑复合材料。
本发明的优点：本发明通过生物质纳米二氧化硅和聚磷酸铵对木塑复合材料的协同作用，不但提高所制备的木塑复合材料的阻燃性能，如降低热释放速率，延长复合材料被点燃的时间，而且能够有效改善木塑复合材料的冲击强度，同时能够合理利用稻秸和稻壳。
性能测试表明：以生物质纳米二氧化硅和聚磷酸铵协效处理的木塑复合材料，热释放速率从189kW/m2降低至126kW/m2，减少了33％，被点燃的时间从15.5s延长至32.5s，增加了17s；冲击强度相对于未改性的增加了2.9％。
具体实施方式
实施例1，以稻秸和稻壳为原料，经热解和酸解后得到二氧化硅，然后经低温冷冻球磨得到生物质纳米二氧化硅，粒径50～80nm。将聚磷酸铵经低温冷冻球磨8～12min，粒径50～60nm。按重量百分比称取30％的植物纤维、58～60％的塑料、2％的生物质纳米二氧化硅、10％的聚磷酸铵、1～2％的润滑剂。将称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混、干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为2h；然后将干燥好的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为120～140℃，口模温度为140～160℃，螺杆转速为50～70r/min。最后将造粒得到的木塑颗粒经各种模具成型、冷却，制成协效阻燃木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料热释放速率为153kW/m2，点燃时间为19.5s，冲击强度11.2kJ/m2。
实施例2，以稻秸和稻壳为原料，经热解和酸解后得到二氧化硅，然后经低温冷冻球磨得到生物质纳米二氧化硅，粒径50～80nm。将聚磷酸铵经低温冷冻球磨8～12min，粒径50～60nm。按重量百分比称取30％的植物纤维、54～56％的塑料、4％的生物质纳米二氧化硅、10％的聚磷酸铵、1～2％的润滑剂。将称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混、干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为2h；然后将干燥好的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为120～140℃，口模温度为140～160℃，螺杆转速为50～70r/min。最后将造粒得到的木塑颗粒经各种模具成型、冷却，制成协效阻燃木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料热释放速率为158kW/m2，点燃时间为23.5s，冲击强度12.3kJ/m2。
实施例3，以稻秸和稻壳为原料，经热解和酸解后得到二氧化硅，然后经低温冷冻球磨得到生物质纳米二氧化硅，粒径50～80nm。将聚磷酸铵经低温冷冻球磨8～12min，粒径50～60nm。按重量百分比称取35％的植物纤维、54～56％的塑料、6％的生物质纳米二氧化硅、8％的聚磷酸铵、1～2％的润滑剂。将称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混、干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为2h；然后将干燥好的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为120～140℃，口模温度为140～160℃，螺杆转速为50～70r/min。最后将造粒得到的木塑颗粒经各种模具成型、冷却，制成协效阻燃木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料热释放速率为126kW/m2，点燃时间为32.5s，冲击强度11.2kJ/m2。
实施例4，以稻秸和稻壳为原料，经热解和酸解后得到二氧化硅，然后经低温冷冻球磨得到生物质纳米二氧化硅，粒径50～80nm。将聚磷酸铵经低温冷冻球磨8～12min，粒径50～60nm。按重量百分比称取30％的植物纤维、50～53％的塑料、6％的生物质纳米二氧化硅、12％的聚磷酸铵、1～2％的润滑剂。将称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混、干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为2h；然后将干燥好的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为120～140℃，口模温度为140～160℃，螺杆转速为50～70r/min。最后将造粒得到的木塑颗粒经各种模具成型、冷却，制成协效阻燃木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料热释放速率为136kW/m2，点燃时间为27.5s，冲击强度10.7kJ/m2。

Claims (4)

1.一种协效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述的协效阻燃木塑复合材料包括以下成分：
(1)植物纤维，重量百分比为30～35％；
(2)塑料，重量百分比为50～58％；
(3)生物质纳米二氧化硅，重量百分比为2～8％；
(4)聚磷酸铵，重量百分比为8～12％；
(5)润滑剂，重量百分比为1～2％。
2.根据权利要求1所述的一种协效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述的生物质纳米二氧化硅的制备原料为稻秸、稻壳，经热解和酸解后得到二氧化硅，然后经低温冷冻球磨处理，粒径50～80nm。
3.根据权利要求1所述的一种协效阻燃木塑复合材料，其特征在于所述的聚磷酸铵经低温冷冻球磨，球磨时间8～12min，粒径50～60nm。
4.根据权利要求1所述的一种协效阻燃木塑复合材料，其特征在于协效阻燃木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
(1)按重量百分比称取30～35％的植物纤维、50～58％的塑料、2～8％的生物质纳米二氧化硅、8～12％的聚磷酸铵、1～2％的润滑剂；
(2)将上述的称取好的植物纤维、塑料、生物质纳米二氧化硅、聚磷酸铵、润滑剂进行初混，然后干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为2h；
(3)将上述干燥好的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为120～140℃，口模温度为140～160℃，螺杆转速为50～70r/min；
(4)将上述造粒得到的木塑颗粒再经各种模具成型、冷却，制成协效阻燃木塑复合材料。
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Assignee: Jiangsu Huihong Yasen International Trade Co.,Ltd.

Assignor: Nanjing Forestry University

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Denomination of invention: Synergetic flame-retardant wood-plastic composite material and manufacturing method thereof

Granted publication date: 20140611

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