CN106147263A - 一种阻燃木塑复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂4～8份、引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷5～9份、木质纤维粉50～60份、塑料20～30份、阻燃剂6～8份、相容剂3～5份、玻璃纤维2～4份、剑麻纤维粉5～7份、氧化铝空心球3～7份、粘结剂0.3～0.5份、分散剂0.4～0.6份、润滑剂2～4份、增韧剂1～3份、稳定剂1～4份。本发明具有添加量小、阻燃性能好、力学性能佳等优点，是很有发展前途的一种木塑复合材料。

Description

一种阻燃木塑复合材料

技术领域

本发明涉及一种阻燃木塑复合材料，属于木塑复合材料技术领域。

背景技术

木塑复合材料(Wood-Plastic Composites，WPC)是采用热塑性塑料材料作为基体，以预处理的植物粉末或木纤维作为填料或增强体，按一定比例与添加所需的各种助剂进行混合，经过挤出、层压、模压或者注塑的方式制备成的一种复合材料。其具有较好的弹性模量、抗压、抗弯曲、耐用等性能，同时还具有原料资源化、成本经济化、产品可塑化、使用环保化和回收再生化等特点。因此，木塑复合材料可在许多领域得到广泛应用。

木塑复合材料虽然兼具木材和塑料的一些优良性能以及其对环境友好和可回收等优点，但是，由于两种易燃物的结合体，其易燃性成为木塑复合材料明显的缺点，从而在一定的程度上限制了其应用范围。因此，对木塑复合材料进行阻燃处理，已成为了推动产业发展的关键问题之一。

目前，大多数都是采用在木塑复合材料中添加阻燃剂的传统方式来提高木塑复合材料的阻燃性，常用的阻燃剂有卤系型(如四溴二季戊四醇)、无机填充型(如氢氧化镁)、膨胀型(聚磷酸铵)和协同型(氧化锑)。虽然添加这些阻燃剂能获得一定阻燃性能，但还是存在一些问题：卤系型阻燃剂燃烧过程中产生的污染物，对环境与人类构成很多威胁；填充型阻燃剂添加量比较大，既不经济，又增加材料成本，况且对材料的机械力学性能将产生较大的影响；膨胀型阻燃剂能降低木纤维的热降解温度，同样也会影响材料的机械力学性能；协同型阻燃剂在木塑复合材料中不能单独使用，只起到协同辅助的作用。

为了解决这个技术问题，人们对木塑复合材料阻燃处理方法进行深入的研究。近年来，本技术领域在其阻燃处理工艺方法上已取得一定的研究成就，如名称为“阻燃型木塑复合材料及其制备方法(中国专利授权公告号：CN101570639B)”的专利公开了一种阻燃型木塑复合材料及其制备方法，其所用的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、分子筛为协效剂、硼酸锌为抑烟剂构成的膨胀型阻燃剂。虽然该方法能获得较好的阻燃性能，但是由于添加量比较大，对其机械力学性能不利。因此，继续研究与探索木塑复合材料的阻燃剂是必要的。

发明内容

针对上述现有技术中膨胀阻燃剂添加量比较大，对其机械力学性能不利的技术问题，本发明所要解决的技术问题是提出了一种添加量小、阻燃性能好、力学性能优的阻燃性木塑复合材料。

一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂4～8份、引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷5～9份、木质纤维粉50～60份、塑料20～30份、阻燃剂6～8份、相容剂3～5份、玻璃纤维2～4份、剑麻纤维粉5～7份、氧化铝空心球3～7份、粘结剂0.3～0.5份、分散剂0.4～0.6份、润滑剂2～4份、增韧剂1～3份、稳定剂1～4份。

优选地，

一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂6份、引发剂0.7份、聚铝硅氧烷7份、木质纤维粉55份、塑料25份、阻燃剂7份、相容剂4份、玻璃纤维3份、剑麻纤维粉6份、氧化铝空心球5份、粘结剂0.4份、分散剂0.5份、润滑剂3份、增韧剂2份、稳定剂3份。

所述的引发剂由2～4份过氧化甲乙酮、1～4份过氧化二苯甲酰、1～3份过氧化硫酸铵制成；

所述的木质纤维粉是由木屑、竹屑、农作物秸秆粉以及稻壳粉等植物纤维粉所组成，并按照以下顺序进行处理：

A)先将木质纤维粉粉碎成100～120目，然后用40～60℃、质量分数5％的碱醇溶液(氢氧化钠与乙醇组成的)浸泡1～2h，最后加入质量分数5％的乙酸调至pH为5～7；

B)加入0.3～0.7％复合酶(质量分数为0.5～1％果胶酶和质量分数为0.5～1.5％纤维素酶组成)，球磨30～60min；

C)在步骤B所得酶溶液中依次加入1％硅溶胶和2％二甲基硅油，并置于频率为30～40KHz超声机上超声20～30min，过滤；

D)在110～120℃干燥至含水率为1～4％，即可得到改性木质纤维粉。

所述的塑料由30～40份聚乙烯(PE)、10～20份聚丙烯(PP)、10～15份聚氯乙烯(PVC)制成，并按照以下方式进行处理：取塑料20～30份，将引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷5～9份加入至塑料中，混匀，将混合料加入挤出机于160～200℃下挤出造粒，得到改性塑料；

所述的阻燃剂由0.3～0.5份聚磷酸铵、2～4份碳酸氢铵、10～15份磷酸二氢铵、3～7份甲基膦酸二甲酯、10～15份硅藻土、20～30份季戊四醇制成，并按照以下顺序进行处理：

1)先将硅藻土置于900～1000℃马弗炉中煅烧1～2h，然后粉碎成60～120目，并加入10～15％无水乙醇，球磨4～6h；最后，获得至含水率为1～3％，细度600～800目硅藻土粉末；

2)依次加入聚磷酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢铵、甲基膦酸二甲酯，并高低速混合；

3)采用微胶囊技术以季戊四醇为包裹材料对步骤2得到的混合物进行包裹。

所述的相容剂由5～7份马来酸酐接枝聚乙烯、2～4份马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份乙烯/丙烯酸共聚物混合而成；

所述的粘结剂为聚乙烯醇；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠；润滑剂为聚乙烯蜡；增韧剂为乙烯/辛烯酸共聚物；

所述的稳定剂为3～7份稀土复合稳定剂、1～3份钙锌复合热稳定剂混合而成；

所述的玻璃纤维、剑麻纤维粉的长度为2～5mm。

环氧丙烯酸树脂是常温低粘度的液体，有利于木质纤维粉、玻璃纤维、剑麻纤维粉与聚合物相互之间产生物理缠绕和均匀分散的协调作用，同时，其还能增加纤维的浸润性和粘结性，从而提高复合材料的强度。

聚铝硅氧烷在复合材料中具有低降解速率，促进成炭的作用。在燃烧过程中，聚铝硅氧烷与复合材料的降解产物发生相互作用，产生交联结构，Si和Al积聚在材料表面形成均匀、致密的Si、Al绝缘层，有效地阻止氧气、热量以及可燃性气体的传递，从而有效改善了复合材料的阻燃性能。同时，聚铝硅氧烷能改善塑料和木质纤维粉两者之间的相容性，从而使木塑复合材料具有良好的力学性能。

虽然常规的碱醇处理能溶解木质纤维粉中的部分果胶和半纤维素等低分子杂质，但未能完全除去杂质。因此，在本发明中添加果胶酶和纤维素酶，使木质纤维粉中果胶和半纤维素得到充分溶解，至纤维表面变得更粗糙，从而增强了纤维与树脂界面之间粘结力。同时，杂质溶解后木质纤维粉表面和内部结构会产生空隙，有利于硅溶胶和二甲基硅油的渗透和紧密包覆木质纤维粉，从而使木质纤维粉能很好地与塑料相融合于一体，从而使得复合材料具有很好的可塑性。

阻燃剂是由无机类与有机类阻燃剂复配而成，充分利用无机、有机类阻燃剂的阻燃效果，同时还利用硅藻土的多孔特性和微胶囊技术，使阻燃性能更佳优越。此外，采用碳酸氢铵、磷酸二氢铵、甲基膦酸二甲酯去取代聚磷酸盐，可减少了聚磷酸盐的用量，同时还能降低对复合材料力学性能的不利因素。

在复合材料制备过程中，氧化铝空心球能与木质纤维粉、玻璃纤维、剑麻纤维粉之间发生摩擦作用，使纤维束分裂成更小的纤维，而增加了表面面积与基体的有效结合，从而提高复合材料的性能；同时，氧化铝空心球具有良好隔热功能，在燃烧过程中能抑制热量传递，增加复合材料的阻燃性能。此外，玻璃纤维、剑麻纤维粉与木质纤维粉复配，发生协同效应后，而提高复合材料力学的性能和较高的难燃性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、聚铝硅氧烷不仅能有效地阻止氧气、热量以及可燃性气体的传递，而且还能改善塑料和木质纤维粉两者之间的相容性，这样既能有效改善了复合材料的阻燃性能，又能提高其具有良好的力学性能。

2、在本发明中采用了果胶酶和纤维素酶、硅溶胶和二甲基硅油来处理木质纤维粉，增强了纤维粉与树脂界面之间粘结力，从而提高复合材料具有很好的可塑性特点。

3、阻燃剂采用了无机类与有机类阻燃剂复配、硅藻土的多孔特性和微胶囊技术，使阻燃性能更佳优越。同时，还用碳酸氢铵、磷酸二氢铵、甲基膦酸二甲酯去取代聚磷酸盐，不仅减少了聚磷酸盐的用量，还降低了对复合材料力学性能的不利因素，并提高复合材料具有较好的阻燃性能。

4、氧化铝空心球能与木质纤维粉、玻璃纤维、剑麻纤维粉之间发生摩擦作用和良好的隔热功能，这样既能提高复合材料的阻燃性能，同时又能提高机械力学性能。

具体实施方式

本发明提供一种阻燃木塑复合材料，为达到本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。

一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂4～8份、引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷5～9份、木质纤维粉50～60份、塑料20～30份、阻燃剂6～8份、相容剂3～5份、玻璃纤维2～4份、剑麻纤维粉5～7份、氧化铝空心球3～7份、粘结剂0.3～0.5份、分散剂0.4～0.6份、润滑剂2～4份、增韧剂1～3份、稳定剂1～4份；

所述的引发剂由2～4份过氧化甲乙酮、1～4份过氧化二苯甲酰、1～3份过氧化硫酸铵制成；

所述的木质纤维粉是由木屑、竹屑、农作物秸秆粉以及稻壳粉等植物纤维粉所组成，并按照以下顺序进行处理：

A)先将木质纤维粉粉碎成100～120目，然后用40～60℃、质量分数5％的碱醇溶液(氢氧化钠与乙醇组成的)浸泡1～2h，最后加入质量分数5％的乙酸调至pH为5～7；

B)加入0.3～0.7％复合酶(质量分数为0.5～1％果胶酶和质量分数为0.5～1.5％纤维素酶组成)，球磨30～60min；

C)在步骤B所得酶溶液中依次加入1％硅溶胶和2％二甲基硅油，并置于频率为30～40KHz超声机上超声20～30min，过滤；

D)在110～120℃干燥至含水率为1～3％，即可得到改性木质纤维粉。

所述的塑料由30～40份聚乙烯(PE)、10～20份聚丙烯(PP)、10～15份聚氯乙烯(PVC)组成，并按照以下方式进行处理：取塑料20～30份，将引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷10～15份加入至塑料中，混匀，将混合料加入挤出机于160～200℃下挤出造粒，得到改性塑料；

所述的阻燃剂由0.3～0.5份聚磷酸铵、2～4份碳酸氢铵、10～15份磷酸二氢铵、3～7份甲基膦酸二甲酯、10～15份硅藻土、20～30份季戊四醇制成，并按照以下顺序进行处理：

1)先将硅藻土置于900～1000℃马弗炉中煅烧1～2h，然后粉碎成60～120目，并加入10～15％无水乙醇，球磨4～6h；最后，从而获得至含水率为1～3％，细度为600～800目硅藻土粉末；

2)依次加入聚磷酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢铵、甲基膦酸二甲酯，并高低速混合；

3)采用微胶囊技术以季戊四醇为包裹材料对步骤2得到的混合物进行包裹。

所述的相容剂由5～7份马来酸酐接枝聚乙烯、2～4份马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份乙烯/丙烯酸共聚物混合而成；

所述的粘结剂为聚乙烯醇；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠；润滑剂为聚乙烯蜡；增韧剂为乙烯/辛烯酸共聚物；

所述的稳定剂为3～7份稀土复合稳定剂、1～3份钙锌复合热稳定剂混合而成；

所述的玻璃纤维、剑麻纤维粉的长度为2～5mm。

实施例1

一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂6份、引发剂0.7份、聚铝硅氧烷7份、木质纤维粉55份、塑料25份、阻燃剂7份、相容剂4份、玻璃纤维3份、剑麻纤维粉6份、氧化铝空心球5份、粘结剂0.4份、分散剂0.5份、润滑剂3份、增韧剂2份、稳定剂3份。

实施例2

一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂4份、引发剂0.6份、聚铝硅氧烷5份、木质纤维粉50份、塑料20份、阻燃剂6份、相容剂3份、玻璃纤维2份、剑麻纤维粉5份、氧化铝空心球3份、粘结剂0.3份、分散剂0.4份、润滑剂2份、增韧剂1份、稳定剂1份。

实施例3

一种阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂8份、引发剂0.8份、聚铝硅氧烷9份、木质纤维粉60份、塑料30份、阻燃剂8份、相容剂5份、玻璃纤维4份、剑麻纤维粉7份、氧化铝空心球7份、粘结剂0.5份、分散剂0.6份、润滑剂4份、增韧剂3份、稳定剂4份。

将上述实施例1-3制得的阻燃木塑复合材料采用现有技术进行物理机械性能测试和阻燃性能测试，测试结果如下表1、2所示：

表1物理机械性能测试结果

表2阻燃性能测试结果

当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种阻燃木塑复合材料，其特征在于：经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂4～8份、引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷5～9份、木质纤维粉50～60份、塑料20～30份、阻燃剂6～8份、相容剂3～5份、玻璃纤维2～4份、剑麻纤维粉5～7份、氧化铝空心球3～7份、粘结剂0.3～0.5份、分散剂0.4～0.6份、润滑剂2～4份、增韧剂1～3份、稳定剂1～4份；

所述的引发剂由2～4份过氧化甲乙酮、1～4份过氧化二苯甲酰、1～3份过氧化硫酸铵制成；所述的木质纤维粉是由木屑、竹屑、农作物秸秆粉以及稻壳粉等植物纤维粉所组成；所述的塑料由30～40份聚乙烯(PE)、10～20份聚丙烯(PP)、10～15份聚氯乙烯(PVC)制成；所述的阻燃剂由0.3～0.5份聚磷酸铵、2～4份碳酸氢铵、10～15份磷酸二氢铵、3～7份甲基膦酸二甲酯、10～15份硅藻土、20～30份季戊四醇制成；所述的相容剂由5～7份马来酸酐接枝聚乙烯、2～4份马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份乙烯/丙烯酸共聚物混合而成；所述的粘结剂为聚乙烯醇；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠；润滑剂为聚乙烯蜡；增韧剂为乙烯/辛烯酸共聚物；所述的稳定剂为3～7份稀土复合稳定剂、1～3份钙锌复合热稳定剂混合而成；所述的玻璃纤维、剑麻纤维粉的长度为2～5mm。

2.根据权利要求1所述的阻燃木塑复合材料，其特征在于：经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂6份、引发剂0.7份、聚铝硅氧烷7份、木质纤维粉55份、塑料25份、阻燃剂7份、相容剂4份、玻璃纤维3份、剑麻纤维粉6份、氧化铝空心球5份、粘结剂0.4份、分散剂0.5份、润滑剂3份、增韧剂2份、稳定剂3份。

3.根据权利要求1所述的阻燃木塑复合材料，其特征在于：所述的木质纤维粉按照以下顺序进行处理：

A)先将木质纤维粉粉碎成100～120目，然后用40～60℃、质量分数5％的碱醇溶液(氢氧化钠与乙醇组成的)浸泡1～2h，最后加入质量分数5％的乙酸调至pH为5～7；

B)加入0.3～0.7％复合酶(质量分数为0.5～1％果胶酶和质量分数为0.5～1.5％纤维素酶组成)，球磨30～60min；

C)在步骤B所得酶溶液中依次加入1％硅溶胶和2％二甲基硅油，并置于频率为30～40KHz超声机上超声20～30min，过滤；

D)在110～120℃干燥至含水率为1～4％，即可得到改性木质纤维粉。

4.根据权利要求1所述的阻燃木塑复合材料，其特征在于：所述的塑料按照以下方式进行处理：取塑料20～30份，将引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷5～9份加入至塑料中，混匀，将混合料加入挤出机于160～200℃下挤出造粒，得到改性塑料。

5.根据权利要求1所述的阻燃木塑复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂按照以下顺序进行处理：

1)先将硅藻土置于900～1000℃马弗炉中煅烧1～2h，然后粉碎成60～120目，并加入10～15％无水乙醇，球磨4～6h；最后，从而获得至含水率为1～3％，细度为600～800目硅藻土粉末；

2)依次加入聚磷酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢铵、甲基膦酸二甲酯，并高速混合；

3)采用微胶囊技术以季戊四醇为包裹材料对步骤2得到的混合物进行包裹。