CN103834107A - 一种改性木质素膨胀阻燃tpo复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括改性木质素，所述改性木质素，按质量百分比，由下述组分组成：木质素94～96%、白油2～4%、钛酸酯1～2%；所述改性木质素占复合材料总质量的3～8%，本发明有益效果为制备的改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料断裂拉伸强度高，断裂伸长率大，加热伸缩量少，低温柔性好，抗渗透性能好，耐化学腐蚀能力强；并且抗天候老化性好，能在湿、热、寒冷的自然环境下长期使用，性能变化小。

Description

一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

热塑性聚烯烃弹性体（TPO）是一种重要的热塑性弹性体，由橡胶和聚烯烃两部分构成的弹性体材料，具有高弹性、高强度、高伸长率和良好的低温性能；又具有优异的耐热耐老化和抗紫外性能，在常温下成橡胶弹性，密度小、弯曲大、低温抗冲击性能高、易加工、可重复使用等优点，广泛应用于汽车部件、电子电气、建筑密封、运动器械、机械行业等领域。TPO防水片材是防水工程的一类新型建筑防水材料，但是对其进行阻燃的研究甚少。TPO本质具有可燃性，氧指数仅为18%，存在极易燃烧的严重缺陷，并且在燃烧的过程中产生滴落和发烟的现象，这就极大地限制了TPO的使用范围。因此，研究绿色环保的高性能无卤阻燃TPO屋面防水材料具有重要意义。

化学膨胀型阻燃是不采用氧化锑为协效剂，以磷、氮为主要成分的阻燃系统。这类阻燃剂集炭源、酸源和气源于一身，用它阻燃的聚合物受热时，表面生成一层起到隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生熔滴，具有一定厚度的均匀炭质泡沫层，该层具有良好的阻燃性能。膨胀型阻燃剂已经被用于一些受热不成炭的聚合物，如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等易燃高聚物，收到了良好的阻燃效果。化学膨胀阻燃剂是一种无卤阻燃剂，具有安全抑烟、无毒、价廉等优点，所以采用膨胀阻燃剂对体系进行研究开发。

木质素是一种绿色可再生资源，在自然界中储量丰富。木质素主要由碳、氢、氧3种化学元素成，最主要的结构单元为苯环，苯环和直链上都含有较多的酚羟基官能团。这些特性满足阻燃剂富含碳元素和羟基基团的要求。木质素的氧指数为40%，成炭率高，燃烧形成的炭层疏松多孔并且导热性差。木质素的价格低廉，环保且可废物利用。因此，本研究以木质素代替传统的膨胀型阻燃剂中的炭源，与气源、酸源阻燃剂共同膨胀阻燃TPO来制备屋面防水材料。

发明内容

本发明采用改性木质素代替传统膨胀阻燃剂中的炭源，制备了一种具有高效阻燃性能、优良力学性能、高耐久性和高耐候性的屋面防水材料。

本发明提供了一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料，所述复合材料包括改性木质素，所述改性木质素，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述复合材料，按质量百分比优选为，由下述组分组成：

本发明以热塑性聚烯烃弹性体为基体树脂，以改性木质素、聚磷酸铵、三聚氰胺尿酸盐为膨胀阻燃剂，膨胀阻燃剂中的聚磷酸铵作为体系的气源和酸源、三聚氰胺尿酸盐作为体系的气源，体系燃烧产生剧烈的膨胀，伴随大量的气体生成，有利于体系燃烧时发泡膨胀成炭；改性木质素作为一种新型的炭源，成炭率高，炭层疏松多孔，起到阻燃和提高力学性能的作用，价格低廉，有利于环保。

本发明所述复合材料具有良好的力学性能和优异的阻燃性能，阻燃级别达到FV-0级，氧指数大于26，而现有技术中，TPO采用阻燃效率低的无机金属阻燃剂，添加量占材料质量百分比的100～150%，虽然保证了材料的阻燃性能，但其较高的添加量使得材料力学性能大大降低。与现有技术比成本低、阻燃效果好、力学性能优良、绿色环保、生产和使用方便。

本发明所述热塑性聚烯烃弹性体优选为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物。

本发明的另一目的是提供上述木质素膨胀阻燃TPO屋面防水材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将质量百分比为94～96%的木质素、质量百分比为2～4%的白油与质量百分比为1～2%的钛酸酯混匀；

②将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵与三聚氰胺氰尿酸盐干燥后按质量百分比为60～80%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为3～8%的改性木质素、质量百分比为10～30%的聚磷酸铵与质量百分比为1～8%的三聚氰胺氰尿酸盐混匀、压制成型。

本发明的又一目的是提供上述木质素膨胀阻燃TPO复合材料在防水材料中的应用。

本发明有益效果为：制备的改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料断裂拉伸强度高、断裂伸长率大、加热伸缩量少、低温柔性好、抗渗透性能好和耐化学腐蚀能力强；并且抗天候老化性好，能在湿、热、寒冷的自然环境下长期使用，性能变化小。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

按GB/T528-2009标准进行拉伸性能测试；

按GB/T10707-2008标准进行氧指数测试；

按UL94-2009标准进行易燃性测试。

实施例1

一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将质量百分比为96%的木质素加入至高混机，将质量百分比为2%的白油和质量百分比为2%的钛酸酯混匀后也加入至高混机，混合5min，得到改性木质素；

②将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐在90℃下真空干燥4h，所述热塑性聚烯烃弹性体为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物，按质量百分比为70%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为3%的改性木质素、质量百分比为21.3%的聚磷酸铵与质量百分比为5.7%的三聚氰胺氰尿酸盐在开炼机170℃混炼10min，平板硫化机175℃下压制成型。

实施例1制备的屋面防水复合材料性能评估表征结果见表1。

实施例2

与实施例1区别为：

将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐在90℃下真空干燥4h，所述热塑性聚烯烃弹性体为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物，按质量百分比为70%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为4%的改性木质素、质量百分比为22.7%的聚磷酸铵与质量百分比为3.3%的三聚氰胺氰尿酸盐在开炼机170℃混炼10min，平板硫化机175℃下压制成型。

实施例2制备的屋面防水复合材料性能评估表征结果见表1。

实施例3

与实施例1区别为：

将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐在90℃下真空干燥4h，所述热塑性聚烯烃弹性体为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物，按质量百分比为70%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为5%的改性木质素、质量百分比为23.4%的聚磷酸铵与质量百分比为1.6%的三聚氰胺氰尿酸盐在开炼机170℃混炼10min，平板硫化机175℃下压制成型。

实施例3制备的屋面防水复合材料性能评估表征结果见表1。

实施例4

与实施例1区别为：

将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐在90℃下真空干燥4h，所述热塑性聚烯烃弹性体为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物，按质量百分比为60%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为6.4%的改性木质素、质量百分比为25.6%的聚磷酸铵与质量百分比为8%的三聚氰胺氰尿酸盐在开炼机170℃混炼10min，平板硫化机175℃下压制成型。

实施例4制备的屋面防水复合材料性能评估表征结果见表1。

实施例5

与实施例1区别为：

将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐在90℃下真空干燥4h，所述热塑性聚烯烃弹性体为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物，按质量百分比为80%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为3.8%的改性木质素、质量百分比为13.2%的聚磷酸铵与质量百分比为3%的三聚氰胺氰尿酸盐在开炼机170℃混炼10min，平板硫化机175℃下压制成型。

实施例5制备的屋面防水复合材料性能评估表征结果见表1。

表1屋面防水复合材料性能评估表征结果

结论：制备的屋面防水复合材料阻燃性好、吸水性小、力学性能优良且可降解，且本发明提出的改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料制备方法简单、加工方便，该复合材料可广泛应用于汽车、航空、建筑和电子电器等多个领域。

Claims (5)

1.一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料，所述复合材料包括改性木质素，所述改性木质素，按质量百分比，由下述组分组成：

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料，按质量百分比，由下述组分组成：

3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于：所述热塑性聚烯烃弹性体为聚丙烯与三元乙丙橡胶熔融共混物。

4.一种改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

①将质量百分比为94～96%的木质素、质量百分比为2～4%的白油与质量百分比为1～2%的钛酸酯混匀；

②将热塑性聚烯烃弹性体、改性木质素、聚磷酸铵与三聚氰胺氰尿酸盐干燥后按质量百分比为60～80%的热塑性聚烯烃弹性体、质量百分比为3～8%的改性木质素、质量百分比为10～30%的聚磷酸铵与质量百分比为1～8%的三聚氰胺氰尿酸盐混匀、压制成型。

5.权利要求1所述的改性木质素膨胀阻燃TPO复合材料在防水材料中的应用。