CN102924943B - 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备原料、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃木塑复合材料的制备原料、方法和系统，该制备原料包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%～60%、塑料25%～35%、次磷酸盐3%～15%、硼酸锌3%～15%、偶联剂0.5%～4%和其他助剂5%～20%；制备时，首先微波干燥机对木质纤维进行干燥，输送至混合机；接着加入其他助剂中的表面改性剂混合，进行表面改性处理；然后加入由磷酸盐和硼酸锌调制而成的复合阻燃剂、塑料，以及其他助剂中的相容剂、润滑剂、抗氧剂和抗菌剂进行高速混合；最后依次经双螺杆挤出塑化机、热模切料机和双锥挤出成型机进行处理；即可生产出不含卤成分，阻燃和力学性能高，成本低，挤出成型速度快，生产能耗低的木塑复合材料。

Description

一种无卤阻燃木塑复合材料的制备原料、方法和系统

【技术领域】

本发明属于木塑材料或塑木材料加工技术领域，涉及一种无卤阻燃木塑复合材料的制备原料、制备方法和制备系统。

【背景技术】

目前，可用于木塑复合材料的无卤阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、纳米粘土粒子、聚磷酸铵以及红磷等。其中，氢氧化铝和氢氧化镁具有热稳定性好，发烟量小，无毒，不产生腐蚀性气体等优点，但填充量大于50%以上才呈现较好的阻燃效果，以致严重影响木塑复合材料的力学性能；聚磷酸铵属于膨胀型阻燃剂，其能促使材料在燃烧时会生成碳质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效，其添加量大于15%才具有较好的阻燃效果，但其热分解温度偏低，不适合成型加工温度要求高的木塑复合材料；红磷的阻燃效率很高，10%添加量就能使材料可燃性显著降低，但其对不含氧的高聚物如PP、PE、EVA、ABS、PS等的阻燃效果不理想，而通常用于木塑复合材料的树脂为PP或PE，因此红磷单独用于木塑复合材料的阻燃性能不佳。

在国外无卤阻燃木塑复合材料产品大多数采用聚磷酸铵作为主阻燃剂，其添加量都在25%以上；采用这种阻燃体系的木塑复合材料产品成本过高，同时也会降低木塑复合材料产品的力学性能。

【发明内容】

本发明为解决的上述技术问题，提供了一种可生产出不含任何卤成分，阻燃性能和力学性能高，成本低，挤出成型速度快，生产能耗低的木塑复合材料的制备原料、制备方法和制备系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种无卤阻燃木塑复合材料的制备原料，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%～60%、塑料25%～35%、次磷酸盐3%～15%、硼酸锌3%～15%、偶联剂0.5%～4%和其他助剂5%～20%。

进一步地，所述木质纤维至少是木粉或农业废纤维中的一种，所述塑料为PE塑胶或PP塑胶或PVC塑料。

进一步地，所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂和表面改性剂。

进一步地，所述相容剂为高分子相容剂，且其接枝率为5%以上。

进一步地，所述高分子相容剂为石蜡接枝马来酸酐。 

一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

a.将木质纤维进行干燥，并进行表面改性处理；

b.将由磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂，与干燥和表面改性处理后的木质纤维、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行高速共混； 

c.将充分相容、复合一起的木质纤维、塑料、复合阻燃剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂和抗菌剂依次进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理，制得本无卤阻燃木塑复合材料。

进一步地，所述将木质纤维进行干燥，并进行表面改性处理，具体为：先将木质纤维在干燥机中进行微波干燥，再将干燥后的木质纤维与表面改性剂一并放入混合机中充分混合，进行表面改性处理。

进一步地，所述高速共混过程的温度100℃～150℃。

一种无卤阻燃木塑复合材料的制备系统，包括有一利用其发出的电磁波对木质纤维进行干燥的微波干燥机、混合机、双螺杆挤出塑化机、热模切料机和双锥挤出成型机。

进一步地，所述微波干燥机发出的微波为高频电磁波，频率为300MHZ～300GHZ。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述技术方案，生产出来的木塑复合材料不含任何卤成分，通过其内含的复合阻燃剂具有非常高的阻燃性能，且所需复合阻燃剂添加量明显降低，减少了生产成本，并且通过石蜡接枝马来酸酐和高扭矩同向双螺杆挤出机，降低木质纤维的极性，促进木质纤维和复合阻燃剂在塑料基体中的均匀分散，强化熔体，既确保木塑复合材料的阻燃和力学性能，又大大提升了挤出成型速度，提高生产效率，同时降低了生产能耗。

【附图说明】

图1是本发明所述的一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法实施例的流程图；

图2是本发明所述的一种无卤阻燃木塑复合材料的制备系统实施例的结构原理框图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种无卤阻燃生物质木塑复合材料的制备原料，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%～60%、塑料25%～35%、次磷酸盐3%～15%、硼酸锌3%～15%、偶联剂0.5%～4%和其他助剂5%～20%。其中，所述木质纤维至少是木粉（如锯末、下脚料、枝桠等）或农业废纤维（如稻壳、果壳、秸秆等）中的一种，所述塑料为PE塑胶或PP塑胶或PVC塑料；所述纳米无机粒子是纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等；所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂和表面改性剂，所述相容剂为高分子相容剂，如石蜡接枝马来酸酐，其接枝率为5%以上。

如图1中所示：

本发明提供了一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

步骤A.将木质纤维进行干燥，并进行表面改性处理；

步骤B.将由磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂，与干燥和表面改性处理后的木质纤维、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行高速共混； 

步骤C.将充分相容、复合一起的木质纤维、塑料、复合阻燃剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂和抗菌剂依次进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理，制得本无卤阻燃木塑复合材料。

其中，所述将木质纤维进行干燥，并进行表面改性处理，具体为：先将木质纤维在干燥机中进行微波干燥，再将干燥后的木质纤维与表面改性剂一并放入混合机中充分混合，进行表面改性处理。所述高速共混过程的温度为100℃～150℃。

如图2中所示：

本发明还提供了一种无卤阻燃木塑复合材料的制备系统，包括有一利用其发出的电磁波对木质纤维进行干燥的微波干燥机1、混合机2、双螺杆挤出塑化机3、热模切料机4和双锥挤出成型机5；其中，所述微波干燥机（如广州凯棱公司型号为KL的微波干燥机）1包括有设备控制箱、微波发生器、单元加热箱、微波抑制器、机架和上下料斗等，主要用于利用其微波发生器发出的300MHZ～300GHZ电磁波对木质纤维进行干燥，使木质纤维本身成为发热体，不需要热传导的过程，加热迅速，受热均匀，且由内到外进行脱水，水份排出速度快，电能消耗小，干燥效率高、效果好，并且可使木质纤维细胞腔打开，有利于后工序中PE或PP塑料或PVC塑料和添加剂渗透进细胞腔中，从而使得木质纤维、塑料包覆熔合更充分；所述混合机2是一立式混合机组（如DYHL系统混合机组），主要由高速混合机构成，用于控制在100℃～150℃高温下将由磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂，与干燥和表面改性处理后的木质纤维、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行搅拌、混合，使石蜡接枝马来酸酐（熔点低约50℃～60℃）迅速变成液体，渗入并包覆木质纤维，且其所带的MAH基团与木质纤维的羟基反应，降低木质纤维的极性，促进木质纤维在塑料基体中的均匀分散，强化熔体，提升挤出成型速度，降低能耗。

本发明所述制备系统的工作原理为：首先，微波干燥机1的微波发生器发出300MHZ-300GHZ电磁波对木质纤维进行干燥，输送至混合机2；接着，加入表面改性剂充分混合，进行表面改性处理；然后，往所述混合机2内加入复合阻燃剂、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂，并保持温度在100℃～150℃之间下进行搅拌、高速混合；最后，依次经双螺杆挤出塑化机3、热模切料机4和双锥挤出成型机5分别进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理，制得本无卤阻燃木塑复合材料。

这样，按照本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料的制备原料、方法和系统，生产出来的木塑复合材料不含任何卤成分，通过其内含的复合阻燃剂具有非常高的阻燃性能，且所需复合阻燃剂添加量明显降低，减少了生产成本，并且通过石蜡接枝马来酸酐和高扭矩同向双螺杆挤出机2，降低木质纤维的极性，促进木质纤维和复合阻燃剂在塑料基体中的均匀分散，强化熔体，既确保木塑复合材料的阻燃和力学性能，又大大提升了挤出成型速度，提高生产效率，同时降低了生产能耗。 

   下面结合几个实施例对本发明所述的无卤阻燃生物质木塑复合材料的制备原料和制备方法进一步进行说明。

实施例一：

将本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料的制备原料，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%、塑料35%、次磷酸盐5%、硼酸锌5%、偶联剂4%和其他助剂11%，按照本发明所述的制备方法，并采用本发明所述的制备系统，制得本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料，具体为：首先，微波干燥机1对上述木质纤维进行干燥，输送至混合机2；接着，将上述其他助剂中的表面改性剂加入充分混合，进行表面改性处理；然后，往所述混合机2内加入由上述磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行搅拌、高速混合；最后，依次经双螺杆挤出塑化机3、热模切料机4和双锥挤出成型机5分别进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理。

实施例二：

将本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料的制备原料，其包含的成分及重量百分比为：木质纤维60%、塑料25%、次磷酸盐3%、硼酸锌3%、偶联剂4%和其他助剂5%，按照本发明所述的制备方法，并采用本发明所述的制备系统，制得本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料，具体为：首先，微波干燥机1对上述木质纤维进行干燥，输送至混合机2；接着，将上述其他助剂中的表面改性剂加入充分混合，进行表面改性处理；然后，往所述混合机2内加入由上述磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行搅拌、高速混合；最后，依次经双螺杆挤出塑化机3、热模切料机4和双锥挤出成型机5分别进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理。

实施例三：

将本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料的制备原料，其包含的成分及重量百分比为：木质纤维50%、塑料30%、次磷酸盐3%、硼酸锌3%、偶联剂4%和其他助剂10%，按照本发明所述的制备方法，并采用本发明所述的制备系统，制得本发明所述的无卤阻燃木塑复合材料，具体为：首先，微波干燥机1对上述木质纤维进行干燥，输送至混合机2；接着，将上述其他助剂中的表面改性剂加入充分混合，进行表面改性处理；然后，往所述混合机2内加入由上述磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行搅拌、高速混合；最后，依次经双螺杆挤出塑化机3、热模切料机4和双锥挤出成型机5分别进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种无卤阻燃木塑复合材料的制备原料，其特征在于，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40％～60％、塑料25％～35％、3％≤次磷酸盐＜5％、3％≤硼酸锌＜5％、偶联剂0.5％～4％和其他助剂5％～20％；所述木质纤维至少是木粉或农业废纤维中的一种，所述塑料为PE塑胶或PP塑胶或PVC塑料；所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂和表面改性剂；所述相容剂为石蜡接枝马来酸酐，其接枝率为5％以上。

2.一种基于权利要求1所述无卤阻燃木塑复合材料的制备原料的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：

a.将木质纤维进行干燥，并进行表面改性处理；

b.将由磷酸盐和硼酸锌经复合改性工艺调制而成的复合阻燃剂，与干燥和表面改性处理后的木质纤维、塑料、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗菌剂进行高速共混；

c.将充分相容、复合一起的木质纤维、塑料、复合阻燃剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂和抗菌剂依次进行挤出塑化、热模切料、挤出成型处理，制得本无卤阻燃木塑复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将木质纤维进行干燥，并进行表面改性处理，具体为：先将木质纤维在干燥机中进行微波干燥，再将干燥后的木质纤维与表面改性剂一并放入混合机中充分混合，进行表面改性处理。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高速共混过程的温度100℃～150℃。