CN104312000B - 一种具有阻燃作用的木塑材料及制备方法 - Google Patents

一种具有阻燃作用的木塑材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有阻燃作用的木塑材料及制备方法。该木塑以聚合物、无机填料、阻燃剂、木质纤维素、其余助剂制备而成。其组成和配比为：聚合物40～50％，无机填料3～10％，阻燃剂3～15％，木质纤维素40～50％，其余助剂1～5％。将无机填料经硅烷偶联剂溶液处理后抽虑，在烘箱中保持80℃，恒温2～5小时。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料、助剂、聚合物，在高速混料机中混合2‑10min；将得到的均匀物料加入双螺杆挤出机挤出、造粒。本发明所制备的具有阻燃作用的木塑材料有很好的阻燃性，且工艺简单。

Description

一种具有阻燃作用的木塑材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有阻燃作用的木塑材料及制备方法，属于高分子材料技术领域
背景技术
木塑复合材料是一类涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的材料。具有优良的耐水性和耐腐蚀性以及可循环使用的优点。然而由于木纤维和聚合物都是易燃物质，因此复合材料十分容易燃烧，且很难熄灭，属于易燃类物质，这就使得木塑的使用和推广受到了很大的限制。随着技术的发展，阻燃型木塑复合材料成为研究的重点。
提高木塑的阻燃性能一般可以通过加入卤化物、无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂等阻燃助剂。其中卤化物的阻燃效果最佳，但是卤化物在阻燃的同时会释放出有毒物质，例如二苯二恶和二苯呋喃，因此单纯的卤化物阻燃剂阻燃越来越少。针对现有技术的缺陷，本发明通过经偶联剂处理的空心玻璃微珠与高性能的复配型阻燃剂配合使用，既能提高木塑材料的阻燃性，也能保证结构的强度，降低体系粘度，提高材料的可加工性能。采用新型的复配阻燃剂，在保证木塑基本性能的基础上大幅提高了阻燃性能。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种具有阻燃作用的木塑材料。
一种具有阻燃作用的木塑材料，其特征在于，所述的木塑材料由聚合物、无机填料、阻燃剂、木质纤维素、其余助剂组成，其组分的重量百分比如下：
所述的聚合物为熔点为150～170℃的聚丙烯，熔点为160～180℃的聚氯乙烯中的一种或几种，
所述的无机填料为3M公司的S15、S38HS空心玻璃微珠中的一种或两种，
所述的无机填料经硅烷偶联剂表面改性处理，硅烷偶联剂用量为所用无机填料重量的5％～10％；
所述的阻燃剂为、秸秆灰烬、可膨胀石墨、氨基磺酸胍中的一种或几种，
所述的木质纤维素为80～100目木粉、竹粉中的一种或几种，
所述的助剂为马来酸酐接枝聚丙烯、异氰酸酯、过氧化二异丙苯中的一种或几种。
本发明的另一目的是为了提供一种上述具有阻燃作用的木塑材料的制备方法。
一种具有阻燃作用的木塑材料的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
(1)用无水乙醇将偶联剂稀释为5％的溶液，将无机填料加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后呈粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状；
(2)将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入助剂、聚合物、经偶联剂改性的无机填料，在高速混料机中混合2-5min；
(3)将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒；挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃，得到所述的木塑材料。
所述的挤出机为双螺杆挤出机。
所制得物料通过注塑机注射成型制备样品检测阻燃性。
本发明采用经偶联剂处理过的新型无机填料，通过与复配的阻燃剂进行复合得到阻燃性木塑材料。与现有技术相比，本发明所制得的木塑材料阻燃性能优异，并保持良好的机械性能和易加工性能。空心玻璃微珠具有将较小粒径，较低密度及高成球率，与普通填料相比较，能占据更多体积，减少树脂用量，同时使木塑材料有易切削、易雕刻、不开裂、不变形等特点，适合工业化生产。
具体实施方式
下面实施例进一步描述本发明，在不违反本发明的宗旨下，本发明应不限于以下实施例具体明示的内容。
实施例、对比例所用原料如下：
聚合物：聚丙烯2240P，德国巴斯夫股份公司；聚氯乙烯S-1000，齐鲁石化公司；
无机填料：空心玻璃微珠S15、S38HS，3M公司；对比例的无机填料：碳酸钙粉末，天津凯通化学试剂有限公司；
木质纤维素：80～100目木粉、竹粉，临安昌化银厚木粉厂；
硅烷偶联剂：KH-550,KH-560,KH-570，昆山绿循公司；
阻燃剂：70号氯化石蜡，青岛玉洲化工有限公司；秸秆灰烬；膨胀石墨HDA9，青岛南墅宏达石墨制品有限公司；氨基磺酸胍HA-1509，山东鲁科化工有限公司；
助剂：马来酸酐接枝聚丙烯PPH-T03，中国石油化工股份有限公司茂名分公司；异氰酸酯135C，陶氏化学；过氧化二异丙苯DCP，中国石化；
对比例
准确称取13份碳酸钙粉末，45份S-1000聚氯乙烯，40份木粉，2份PPH-T03马来酸酐接枝聚丙烯。用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释为5％的溶液，将碳酸钙粉末加入硅烷偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后成粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料和助剂、聚合物，在高速混料机中混合2-5min。将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒。挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃。将得到的聚合物在80℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试LOI、水平燃烧速度的样条，将样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能，所测的LOI指数为21.5，水平燃烧速度36.3mm/min。
实施例1
准确称取3份S15空心玻璃微珠，45份S-1000聚氯乙烯，40份木粉，5份HD A9可膨胀石墨，5份70号氯化石蜡，2份PPH-T03马来酸酐接枝聚丙烯。用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释为5％的溶液，将S15空心玻璃微珠加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后成粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料和助剂、聚合物，在高速混料机中混合2-5min。将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒。挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃。将得到的聚合物在80℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试LOI、水平燃烧速度的样条，将样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能，所测的LOI指数为28.5，水平燃烧速度25.3mm/min。
实施例2
准确称取3份S15空心玻璃微珠，45份S-1000聚氯乙烯，40份木粉，0.5份秸秆灰烬，4.5份HD A9可膨胀石墨，5份70号氯化石蜡，2份PPH-T03马来酸酐接枝聚丙烯。用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释为5％的溶液，将S15空心玻璃微珠加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后成粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料和助剂、聚合物，在高速混料机中混合2-5min。将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒。挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃。将得到的聚合物在80℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试LOI、水平燃烧速度的样条，将样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能，所测的LOI指数为28.3，水平燃烧速度26.2mm/min。
实施例3
准确称取3份S15空心玻璃微珠，45份S-1000聚氯乙烯，40份木粉，5份秸秆灰烬，5份HA-1509氨基磺酸胍，1.7份135C异氰酸酯，0.3份DCP过氧化二异丙苯。用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释为5％的溶液，将S15空心玻璃微珠加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后成粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料和助剂、聚合物，在高速混料机中混合2-5min。将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒。挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃。将得到的聚合物在80℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试LOI、水平燃烧速度的样条，将样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能，所测的LOI指数为27.4，水平燃烧速度29.2mm/min。
实施例4
准确称取3份S38HS空心玻璃微珠，45份2240P聚丙烯，40份竹粉，2份秸秆灰烬，3份HD A9可膨胀石墨，5份70号氯化石蜡，2份PPH-T03马来酸酐接枝聚丙烯。用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释为5％的溶液，将S38HS空心玻璃微珠加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后成粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料和助剂、聚合物，在高速混料机中混合2-5min。将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒。挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃。将得到的聚合物在80℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试LOI、水平燃烧速度的样条，将样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能，所测的LOI指数为26.3，水平燃烧速度31.1mm/min。
实施例5
准确称取3份S38HS空心玻璃微珠，45份2240P聚丙烯，40份竹粉，2份秸秆灰烬，3份HD A9可膨胀石墨，2份70号氯化石蜡，3份HA-1509氨基磺酸胍，2份PPH-T03马来酸酐接枝聚丙烯。用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释为5％的溶液，将S38HS空心玻璃微珠加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后成粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状。将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入经偶联剂处理的无机填料和助剂、聚合物，在高速混料机中混合2-5min。将得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒。挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃。将得到的聚合物在80℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试LOI、水平燃烧速度的样条，将样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能，所测的LOI指数为28.7，水平燃烧速度24.0mm/min。
由上述实施例可见，本发明制得的木塑材料通过新型复配阻燃剂和填料的综合作用，具有优良的阻燃性，持久性高；用空心玻璃微珠代替传统的填料，不仅降低了产品的粘度和内应力，注塑时更容易挤出，产品不容易翘楚和收缩，更明显的提供高了木塑材料的阻燃性能，例如LOI指数从21.5升高到31.1，水平燃烧速度从36.3mm/min降低到24mm/min。此外硬度、热变形温度、尺寸稳定性与降低收缩率性能都有提高，本发明具有较强的应用前景。

Claims (3)

1.一种具有阻燃作用的木塑材料，其特征在于，所述的木塑材料由聚合物、无机填料、阻燃剂、木质纤维素、其余助剂组成，其组分的重量百分比如下：
所述的聚合物为熔点为150～170℃的聚丙烯、熔点为160～180℃的聚氯乙烯中的一种或几种，
所述的无机填料为3M公司的S15、S38HS空心玻璃微珠中的一种或两种，
所述的阻燃剂为选自可膨胀石墨与氯化石蜡的复配、秸秆灰烬与氨基磺酸胍的复配、秸秆灰烬与可膨胀石墨及氯化石蜡的复配、秸秆灰烬与可膨胀石墨及氯化石蜡、氨基磺酸胍的复配中的一种；
所述的木质纤维素为80～100目的木粉、竹粉中的一种或几种，
所述的助剂为马来酸酐接枝聚丙烯、异氰酸酯、过氧化二异丙苯中的一种；
所述的无机填料经硅烷偶联剂表面改性处理，硅烷偶联剂用量为所用无机填料重量的5％～10％。
2.一种如权利要求1所述的具有阻燃作用的木塑材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
(1)用无水乙醇将偶联剂稀释为5％的溶液，将无机填料加入偶联剂溶液进行表面改性，搅拌30～60min后呈粘稠状，在80℃的烘箱中烘干至粉状；
(2)将阻燃剂和木质纤维素在带加热夹套的高速捏合机中在100～120℃下搅拌5～10min，冷却到60℃加入聚合物、助剂和经偶联剂改性的无机填料，在高速混料机中混合2-5min；
(3)将步骤(2)得到的均匀物料加入挤出机挤出、造粒；挤出机各温区温度为180～200、190～210、200～220、200～220、200～220、180～190℃，得到所述的木塑材料。
3.如权利要求2所述的具有阻燃作用的木塑材料的制备方法，其特征在于， 所述的挤出机为双螺杆挤出机。
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