CN105176118A - 低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材及其制备方法与其成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材及其制备方法与其成型模具，所述木塑型材包括以下重量份的原料：聚烯烃塑料50～150份、木粉80～180份、环保阻燃剂10～30份、协效阻燃剂0.1～20份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外剂0.1～0.5份、润滑剂0.8～8份、偶联剂0.5～10份、颜填料5～20份。本发明采用环保阻燃剂和协效阻燃剂复配，添加较少的阻燃剂就能达到理想阻燃效果，所制得的环保阻燃聚烯烃木塑型材具有火焰蔓延缓慢、释热速率和释热总量低的优点。

Description

低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材及其制备方法与其成型模具

技术领域

本发明涉及木塑制品生产技术领域，具体涉及一种低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材及其制备方法与其成型模具。

背景技术

木塑型材是以不同形态的木纤维或植物纤维等生物质材料为填料，回收的PE、PP、PVC等塑料为粘结连续相，并辅以多种功能助剂通过造粒、挤出等工艺制得绿色、环保的新型复合材料。该材料因其绿色环保、可循环利用得到快速推广与发展。作为户外铺装材料，木塑型材综合性能优良，在市场上具有很强的竞争力，然而，该材料虽不像木材那样易燃，但也并不阻燃，且燃烧时会释放大量热，释放的热量进一步引燃其它建筑物，加剧火焰的蔓延，给人类的生命安全和财产造成巨大的威胁。现有技术通过向木塑型材中添加阻燃剂达到阻燃的目的。

传统的卤系阻燃剂在阻燃过程中会释放出有剧毒的腐蚀性气体卤化氢，且有些溴系阻燃剂会分解出致癌物质，对人类的生命和生活环境造成巨大的危害，无卤阻燃成为阻燃领域的主要趋势。燃剂制备阻燃型木塑型材成为必然趋势。

专利号为“ZL200910072237.X”的发明专利，公开了一种阻燃型木塑型材及其制备方法，其阻燃剂是以焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐为主体、以淀粉为辅助成炭剂、4A分子筛为协效剂、硼酸锌为抑烟剂构成的膨胀型阻燃体系；专利号为“ZL201010179160.9”的发明专利，公开了一种无卤阻燃型注塑级聚烯烃木塑型材及其制备方法，其采用红磷、包覆红磷、微胶囊红磷等对聚烯烃木塑型材进行阻燃改性，但存在阻燃剂本身颜色深、易燃烧，且产品易吸潮等缺点；专利号为“ZL201110208027.6”的发明专利，公开了一种阻燃型高木质含量木塑型材及其制备方法，其采用高聚合度聚磷酸铵对木塑型材进行阻燃，虽能够获得较好的阻燃性能，但需加入的聚磷酸铵量较大，这不仅增加了复合材料成本而且对其力学性能有不利影响；专利号为“ZL201010153153.1”的发明专利，公开了一种阻燃木塑型材及其制备方法，其采用磷酸铵类阻燃剂，即磷酸一氢铵、磷酸二氢铵或两者的混合物对木塑型材进行阻燃，需将配方量的磷酸铵类阻燃剂溶于水中，配成质量百分浓度10～40wt％的磷酸铵类阻燃剂的水溶液；再将配方量的植物纤维和磷酸铵类阻燃剂的水溶液加入高速混合机中混合均匀后，取出静置1～5小时，然后在100～110℃温度下干燥3～10小时，至含水率小于2％，制得磷酸铵类阻燃剂与植物纤维的混合物，由于在进行阻燃木塑型材加工时需采用高的加工温度，而这样容易造成磷酸铵分解，进而影响阻燃木塑型材的阻燃性能，磷酸铵为阻燃剂主体不适用于成型加工温度要求高的废旧塑料基木塑型材，而且以上工艺复杂，并不适合大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种不易燃烧，释热量小、阻燃剂添加量少、阻燃效率高、力学性能好，成本较低并且工艺简单的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材及其制备方法与其成型模具。

本发明提供的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，包括以下重量份的原料：

聚烯烃塑料50～150份、木粉80～180份、环保阻燃剂10～30份、协效阻燃剂0.1～20份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外剂0.1～0.5份、润滑剂0.8～8份、偶联剂0.5～10份、颜填料5～20份。

优选地，所述聚烯烃塑料为PE和PP中的至少一种。

优选地，所述环保阻燃剂为改性后的有机或无机高聚合度的多聚磷酸盐，含磷量至少大于25％；所述改性后的无机或有机高聚合度的多聚磷酸盐为多聚磷酸铵、三聚氰胺多聚磷酸盐、密胺多聚磷酸盐、多聚磷酸镁、多聚磷酸锌、多聚磷酸铝、多聚磷酸钙中的至少一种。

优选地，所述协效阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、铝酸锌、硼酸锌、二氧化硅、硅酮聚合物和季戊四醇中的至少一种。

优选地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸盐、石蜡、聚乙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺中的至少两种。

本发明提供的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的制备方法为：

(1)、称取聚烯烃塑料50～150份、木粉80～180份、环保阻燃剂10～30份、协效阻燃剂0.1～20份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外剂0.1～0.5份、润滑剂0.8～8份、偶联剂0.5～10份、颜填料5～20份，并将上述原料混合均匀；

(2)、将混合均匀后的原料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒；

(3)、将制得的粒料放入锥形双螺杆挤出机，挤出形成熔体状的低释热环保阻燃聚烯烃木塑材料；

(4)、将熔体状的低释热环保阻燃聚烯烃木塑材料注入成型模具；

(5)、经模具冷却定型后即得所述低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材。

优选地，所述平行双螺杆挤出机从进口至出口共分为九个温区，其中：一区～二区的温度为：90～150℃、三区～四区的温度为：180～200℃、五区～七区的温度为：170～200℃、八区～九区的温度为：100～160℃。

优选地，所述锥形双螺杆挤出机从进口至出口共分为四个温区，其中：一区～二区的温度为：160～200℃、三区～四区的温度为：120～150℃；该锥形双螺杆挤出机中合流芯温度为：110～150℃；模头温度：120～160℃。

本发明提供的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的成型模具，包括具有成型腔的条形板，条形板沿长度方向两端的中部位置设有凹型卡槽，凹型卡槽与条形板的顶角处采用外圆弧过渡，外圆弧与凹型卡槽之间采用内圆弧过渡，所述条形板的成型腔、凹型卡槽、外圆弧及内圆弧围绕构成低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材成型腔。

优选地，所述外圆弧的半径为3.2mm；凹型卡槽的深度为2mm，高度为10mm；内圆弧的半径为1mm。

本发明采用环保阻燃剂和协效阻燃剂复配，添加较少的阻燃剂就能达到理想阻燃效果，所制得的环保阻燃聚烯烃木塑型材具有火焰蔓延缓慢、释热速率和释热总量低的优点；在木塑型材燃烧时释放烟雾和有毒有害气体的总量大大降低，对环境亲和性高，而且生产工艺简单，制造成本低、适合工业化生产。

其中，

1、高聚合度的多聚磷酸盐阻燃剂，具有难溶于水，完全不溶于有机溶剂，不吸湿，不可燃特点，与传统的聚磷酸铵相比显著减少在水中的溶解性，显著减少在溶液中的粘度，性能稳定，增加型材的使用寿命。

2、高聚合度的多聚磷酸盐阻燃剂在木塑阻燃过程中，促使焦炭生成量的提高，在高温燃烧中形成膨胀性焦炭层，减缓热分解反应，降低燃烧体系的释放热量，在燃烧初期有效减少引燃其它材料的可能性。该阻燃剂在阻燃过程中没有释放有毒有害气体，完全符合最新欧盟环保标准(REACH)。

3、加入无机类和有机类阻燃协效剂。有机类阻燃协效剂具有较好的成碳效果，而无机类阻燃协效剂如氢氧化镁、氢氧化铝、铝酸锌、硼酸锌和二氧化硅本身具有阻燃效果，阻燃时会发生分解反应，吸收周围的热量降低体系的热量，分解生成的不燃气体或水分能稀释空气中的氧含量，减少燃烧瞬间释放的热量。共同使用时，无机类阻燃剂与有机类阻燃剂不仅保有本身的阻燃特性，还能够在高温反应，形成更稳定的隔热保护层，增强基材表面降温和覆盖效果。

4、与以往阻燃专利相比，本发明专利结合木塑实际安装和应用案例，设计独特的模具，且生产流程简单、阻燃剂用量较少、无卤阻燃效果好、成型方式范围广等特点。提高了木塑复合材料的安全防火性能，大大扩展了木塑复合材料的应用范围，让其在户外建筑材料实际应用方面迈上一个新台阶。

5、采用所述成型模具，可使型材为实芯，无内部型腔结构，型材的实芯结构减少与空气的接触面积和燃烧时内部的空气流通，增加地板的点燃难易程度，降低火焰的传播速度，而且实芯型材的综合力学性能较高，使用寿命更长；另外，由于低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材成型腔是由条形板的成型腔、凹型卡槽、外圆弧及内圆弧围绕构成的，所以成型后的型材外边带有圆倒角，卡槽较浅(深度为2mm)，且卡槽拐角处为圆倒角结构。型材的浅卡槽、圆倒角结构与深卡槽、直角结构相比，更有利于减少型材挤出时的摩擦，增加产品的挤出速度，同时亦可降低型材尖锐角易燃性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材成型模具的结构示意图。

图例说明：

1、条形板；2、凹型卡槽；3、外圆弧；4、内圆弧。

具体实施方式

以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。

低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，包括以下重量份的原料：

聚烯烃塑料50～150份、木粉80～180份、环保阻燃剂10～30份、协效阻燃剂0.1～20份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外剂0.1～0.5份、润滑剂0.8～8份、偶联剂0.5～10份、颜填料5～20份。

低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的制备方法为：

(1)、按上述重量份分别称取各种原料，并混合均匀；

(2)、将混合均匀后的原料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒；

(3)、将制得的粒料放入锥形双螺杆挤出机，挤出形成熔体状的低释热环保阻燃聚烯烃木塑材料；

(4)、将熔体状的低释热环保阻燃聚烯烃木塑材料注入成型模具；

(5)、经模具冷却定型后即得所述低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材。

低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的成型模具为：参见图1，所述成型模具包括具有成型腔的条形板1，条形板1沿长度方向两端的中部位置设有凹型卡槽2，凹型卡槽2与条形板1的顶角处采用外圆弧3过渡，外圆弧3与凹型卡槽2之间采用内圆弧4过渡，所述条形板1的成型腔、凹型卡槽2、外圆弧3及内圆弧4围绕构成低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材成型腔。

实施例1

将配置好的20份环保阻燃剂、0.5份硅酮聚合物从混料机的顶端加入，同时将60份聚烯烃塑料、100份木粉、0.2份抗氧剂、0.2份抗紫外剂、6份润滑剂、4份偶联剂、10份颜填料从混料机侧端的进料口加入，从而提高阻燃剂的利用率，原料经热混、冷混混合均匀；之后将混合均匀后的原料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，再将制得的粒料放入锥形双螺杆挤出机中，将挤出释热环保阻燃聚烯烃木塑材料注入成型模具，经模具冷却定型后即得所述低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材。

本实施例所制得的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材力学性能和阻燃性能如下表所示：

实施例2

将配置好的15份环保阻燃剂、20份金属氢氧化物从混料机的顶端加入，同时将60份聚烯烃塑料、90份木粉、0.5份抗氧剂、0.5份抗紫外剂、5份润滑剂、8份偶联剂、10份颜填料从混料机侧端的进料口加入，从而提高阻燃剂的利用率，原料经热混、冷混混合均匀；之后将混合均匀后的原料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，再将制得的粒料放入锥形双螺杆挤出机中，将挤出释热环保阻燃聚烯烃木塑材料注入成型模具，经模具冷却定型后即得所述低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材。

本实施例所制得的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材力学性能和阻燃性能如下表所示：

实施例3

将配置好的12份环保阻燃剂、8份二氧化硅、5份季戊四醇从混料机的顶端加入，同时将60份聚烯烃塑料、100份木粉、0.2份抗氧剂、0.3份抗紫外剂、5份润滑剂、10份偶联剂、10份颜填料从混料机侧端的进料口加入，从而提高阻燃剂的利用率，原料经热混、冷混混合均匀；之后将混合均匀后的原料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，再将制得的粒料放入锥形双螺杆挤出机中，将挤出释热环保阻燃聚烯烃木塑材料注入成型模具，经模具冷却定型后即得所述低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材。

本实施例所制得的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材力学性能和阻燃性能如下表所示：

实施例4

上述聚烯烃塑料为PE和PP中的至少一种；

上述环保阻燃剂为改性后的有机或无机高聚合度的多聚磷酸盐，含磷量至少大于25％；所述改性后的无机或有机高聚合度的多聚磷酸盐为多聚磷酸铵、三聚氰胺多聚磷酸盐、密胺多聚磷酸盐、多聚磷酸镁、多聚磷酸锌、多聚磷酸铝、多聚磷酸钙中的至少一种；

上述协效阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、铝酸锌、硼酸锌、二氧化硅、硅酮聚合物和季戊四醇中的至少一种；

上述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸盐、石蜡、聚乙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺中的至少两种。

实施例5

上述平行双螺杆挤出机从进口至出口共分为九个温区，其中：一区～二区的温度为：90～150℃、三区～四区的温度为：180～200℃、五区～七区的温度为：170～200℃、八区～九区的温度为：100～160℃；

该平行双螺杆挤出机的主机转速为290～310r/min。

实施例6

上述锥形双螺杆挤出机从进口至出口共分为四个温区，其中：一区～二区的温度为：160～200℃、三区～四区的温度为：120～150℃；

该锥形双螺杆挤出机中合流芯温度为：110～150℃；模头温度：120～160℃；

该锥形双螺杆挤出机的主机的转速10～13/min。

实施例7

上述成型模具中，外圆弧3的半径为3.2mm；凹型卡槽2的深度为2mm，高度为10mm；内圆弧4的半径为1mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，其特征在于：包括以下重量份的原料：聚烯烃塑料50～150份、木粉80～180份、环保阻燃剂10～30份、协效阻燃剂0.1～20份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外剂0.1～0.5份、润滑剂0.8～8份、偶联剂0.5～10份、颜填料5～20份。

2.根据权利要求1所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，其特征在于：所述聚烯烃塑料为PE和PP中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，其特征在于：所述环保阻燃剂为改性后的有机或无机高聚合度的多聚磷酸盐，含磷量至少大于25％；所述改性后的无机或有机高聚合度的多聚磷酸盐为多聚磷酸铵、三聚氰胺多聚磷酸盐、密胺多聚磷酸盐、多聚磷酸镁、多聚磷酸锌、多聚磷酸铝、多聚磷酸钙中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，其特征在于：所述协效阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、铝酸锌、硼酸锌、二氧化硅、硅酮聚合物和季戊四醇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸盐、石蜡、聚乙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺中的至少两种。

6.制备权利要求1～5任意一项所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、称取聚烯烃塑料50～150份、木粉80～180份、环保阻燃剂10～30份、协效阻燃剂0.1～20份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外剂0.1～0.5份、润滑剂0.8～8份、偶联剂0.5～10份、颜填料5～20份，并将上述原料混合均匀；

(2)、将混合均匀后的原料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒；

(3)、将制得的粒料放入锥形双螺杆挤出机，挤出形成熔体状的低释热环保阻燃聚烯烃木塑材料；

(4)、将熔体状的低释热环保阻燃聚烯烃木塑材料注入成型模具；

(5)、经模具冷却定型后即得所述低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材。

7.根据权利要求6所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的方法，其特征在于：所述平行双螺杆挤出机从进口至出口共分为九个温区，其中：一区～二区的温度为：90～150℃、三区～四区的温度为：180～200℃、五区～七区的温度为：170～200℃、八区～九区的温度为：100～160℃。

8.根据权利要求6所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的方法，其特征在于：所述锥形双螺杆挤出机从进口至出口共分为四个温区，其中：一区～二区的温度为：160～200℃、三区～四区的温度为：120～150℃；该锥形双螺杆挤出机中合流芯温度为：110～150℃；模头温度：120～160℃。

9.一种用于生产权利要求1～5任意一项所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材的成型模具，其特征在于：所述成型模具包括具有成型腔的条形板，条形板沿长度方向两端的中部位置设有凹型卡槽，凹型卡槽与条形板的顶角处采用外圆弧过渡，外圆弧与凹型卡槽之间采用内圆弧过渡，所述条形板的成型腔、凹型卡槽、外圆弧及内圆弧围绕构成低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材成型腔。

10.根据权利要求9所述的低释热环保阻燃聚烯烃木塑型材，其特征在于：所述外圆弧的半径为3.2mm；凹型卡槽的深度为2mm，高度为10mm；内圆弧的半径为1mm。