CN106674734A - 一种阻燃抑烟型木塑复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其原料按重量份包括，热塑性弹性体65‑90份、木质纤维15‑30份、改性淀粉2‑5份、聚磷酸铵10‑20份、氢氧化铝1‑5份、氧化镁1‑5份、滑石粉3‑15份、云母粉1‑5份、硅酸铝1‑3份、增容剂2‑20份、增韧剂0.5‑5份、润滑剂1‑2份、抗氧剂0.1‑0.5份；其中所述热塑性弹性体是由氢化苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化弹性体组成，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物为所述热塑性弹性体重量的20‑40％，所述热塑性硫化弹性体为热塑性弹性体重量的60‑80％。本发明所述阻燃抑烟型木塑复合材料不仅阻燃性能优异，而且耐高温，力学性能和加工性良好。

Description

一种阻燃抑烟型木塑复合材料
技术领域
本发明涉及木塑复合材料技术领域，特别涉及一种阻燃抑烟型木塑复合材料。
背景技术
木塑复合材料是以木质纤维材料和塑料为主要原料制造的复合材料。作为一种新型的工程材料，木塑复合材料以优良的耐水和耐腐蚀性能，耐虫蛀、尺寸稳定性好、生产工艺灵活、对设备的损害小、还可以用回收的废旧木材和塑料为原料制得，并且可循环使用等优点而备受人们的关注。
正是由于木塑复合材料的众多优点，使得其市场增长的很快，特别是在建筑和汽车方面的应用。而另一方面，急速扩张的市场又为木塑复合材料更广泛的应用提出了更高的性能要求。如室内装潢用的地板、天花板均要求材料具有一定的阻燃性，以降低发生火灾的危险性。
目前主要采用向材料中添加阻燃剂来提高其阻燃性，减少火灾的发生率。市场上的阻燃材料一般有两种：一种是含氯、溴的有卤阻燃弹性体；一种是大量填充无机填料的高填充弹性体。这两种材料都有较大的弊端，有卤阻燃弹性体在燃烧时会产生大量有毒气体，在使用过程中，有较大隐患，而欧盟ROSH指令更是将有卤明确排除在外；高填充弹性体由于其大量的无机填充，往往不能很好的与材料本身完全相容，导致最终产品的高密度和弹性性能的缺失，并且会带来混合、挤出方面的问题。
因此，研究一种无卤环保高效阻燃剂，并对木塑复合材料进行阻燃处理，以此增加材料的引燃难度，降低燃烧时火焰传播的速度和烟雾的释放量，且不会对木塑复合材料的机械力学性能和加工性能造成影响，是非常必要的。
发明内容
基于背景技术中存在的问题，本发明提出了一种阻燃抑烟型木塑复合材料，通过利用木粉、改性淀粉、聚磷酸铵组成的复合阻燃体系对木塑复合材料进行无卤阻燃改性，使得所述木塑复合材料不仅阻燃性能优异，而且耐高温，力学性能和加工性良好。
本发明提出的一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其原料按重量份包括：热塑性弹性体65-90份、木质纤维15-30份、改性淀粉2-5份、聚磷酸铵10-20份、氢氧化铝1-5份、氧化镁1-5份、滑石粉3-15份、云母粉1-5份、硅酸铝1-3份、增容剂2-20份、增韧剂0.5-5份、润滑剂1-2份、抗氧剂0.1-0.5份；
其中，所述热塑性弹性体是由氢化苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化弹性体组成，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物为所述热塑性弹性体重量的20-40％，所述热塑性硫化弹性体为热塑性弹性体重量的60-80％。
优选地，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物的聚苯乙烯端部嵌段与聚烯烃中部嵌段的重量配比为0.45-0.8:1；优选地，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯聚合物的一种或者两种的组合。
优选地，所述热塑性硫化弹性体按重量百分比是由65-80％的聚烯烃树脂和20-35％的烯烃橡胶经动态硫化生成；优选地，所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂，所述烯烃橡胶为乙丙橡胶或乙烯-辛烯橡胶。
优选地，所述的木质纤维是长度为1-8mm且长径比为5-15的木粉、竹粉、农作物秸秆粉、果壳粉纤维中的一种或多种的组合。
优选地，所述改性淀粉的制备方法包括：将甘油进行聚合反应得到聚合甘油，再加入油酸进行酯化得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯，经双氧水环氧化后得到环氧化聚甘油脂肪酸酯，再加入β-环糊精进行环氧基的开环反应，得到改性淀粉。
优选地，所述改性淀粉的制备方法包括：按重量份将甘油10份加热至230-270℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应，反应120-160min后冷却至室温，过滤，洗涤得到聚合甘油；向所述聚合甘油中加入油酸28-35份，升温至210-240℃后，加入钛酸四丁酯作为催化剂进行酯化反应，反应结束后蒸馏，碱洗，干燥，得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯；向所述聚合甘油不饱和脂肪酸酯中加入双氧水56-72份，升温至40-50℃后，加入对甲苯磺酸作为催化剂进行环氧化反应，反应结束后分液，洗涤，干燥，得到环氧化聚甘油脂肪酸酯；向所述环氧化聚甘油脂肪酸酯中加入溶有β-环糊精20-40份的氢氧化钠溶液，升温至60-80℃后进行开环反应，超声振荡30-50min后冷却至室温，调节反应液pH至为7-8后洗涤，干燥，得到所述改性淀粉。
优选地，所述增容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐改性聚苯乙烯、氯化聚乙烯、钛酸酯、异氰酸酯、硅烷偶联剂中的一种或多种的组合。
优选地，所述增韧剂为邻苯二甲酸二辛酯和/或邻苯二甲酸二丁酯。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡或聚乙烯蜡中的一种或多种的组合。
优选地，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、抗氧剂168中的一种或几种的组合。
所述阻燃抑烟型木塑复合材料的制备方法，包括：将热塑性弹性体、木质纤维、改性淀粉、聚磷酸铵、氢氧化铝、氧化镁、滑石粉、云母粉、硅酸铝、增容剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂加入高混机中混匀后加入双螺杆挤出机中塑炼，拉条，冷却，切粒，得到所述阻燃抑烟型木塑复合材料。
本发明中所述阻燃抑烟型木塑复合材料，在所述木塑复合材料中加入由氢化苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化弹性体组成的热塑性弹性体，其中氢化苯乙烯嵌段共聚物中引入高比例苯乙烯含量的苯乙烯嵌段共聚物，可以增加与木质纤维的相容性，在发挥木质纤维有效提高材料力学性能的同时，不会对热塑性弹性体材料的加工性能产生影响；通过加入热塑性硫化弹性体，其具有显著提高所述材料弹性，降低硬度的效果；最终使本发明所述木塑复合材料兼具木材和热塑性弹性体的优良性能。此后，为了提高本发明所述木塑复合材料的阻燃性能，加入由木质纤维、改性淀粉和聚磷酸铵组成的高效复配阻燃剂系统，其中，木质纤维主要由线形结构的多羟基高分子化合物纤维素和半纤维素以及具有交联结构的芳香族高分子物质木质素组成，在酸催化条件下可以热解碳化，因此可以作为成炭剂；而为了进一步提高成炭效率，加入的改性淀粉是以甘油、油酸、环糊精等为原料合成的大分子环糊精改性聚合甘油脂肪酸酯，不仅开发出了以生物柴油副产粗甘油为直接原料的高附加值产品，而且由于可以在链段引入β-环糊精，使得油脂作为增塑剂的同时，可以作为炭源，与聚磷酸铵的酸源形成良好的协同作用，大大增强了其阻燃性能；最终所述复配阻燃体系由于存在大量的羟基基团，增强了阻燃剂的界面相容性，使得其在聚合物受热时，表面生成一层致密均匀的炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟并能防止产生熔滴的作用，是具有广泛应用的环保型阻燃体系。还有，本发明中还加入了氢氧化铝、氧化镁、滑石粉、云母粉、硅酸铝作为无机填料，进一步改善复合材料的拉舍伸、弯曲、冲击强度等机械性能；加入的一定含量的增容剂、抗氧剂以及加润滑剂等，还使得木塑复合材料具有良好的加工性能和抗老化性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其原料按重量份包括：热塑性弹性体65份、木质纤维30份、改性淀粉2份、聚磷酸铵20份、氢氧化铝1份、氧化镁5份、滑石粉3份、云母粉5份、硅酸铝1份、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份、邻苯二甲酸二辛酯0.5份、硬脂酸2份、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.1份；
其中，所述热塑性弹性体是由20wt％的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物和80wt％的热塑性硫化弹性体组成；所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物的聚苯乙烯端部嵌段与聚烯烃中部嵌段的重量配比为0.45:1；所述热塑性硫化弹性体是由65wt％的聚丙烯树脂和35wt％的乙丙橡胶经动态硫化生成；
所述改性淀粉的制备方法包括：按重量份将甘油10份加热至230℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应，反应160min后冷却至室温，过滤，洗涤得到聚合甘油；向所述聚合甘油中加入油酸28份，升温至240℃后，加入钛酸四丁酯作为催化剂进行酯化反应，反应结束后蒸馏，碱洗，干燥，得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯；向所述聚合甘油不饱和脂肪酸酯中加入双氧水56份，升温至50℃后，加入对甲苯磺酸作为催化剂进行环氧化反应，反应结束后分液，洗涤，干燥，得到环氧化聚甘油脂肪酸酯；向所述环氧化聚甘油脂肪酸酯中加入溶有β-环糊精20份的氢氧化钠溶液，升温至80℃后进行开环反应，超声振荡30min后冷却至室温，调节反应液pH至为8后洗涤，干燥，得到所述改性淀粉。
实施例2
一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其原料按重量份包括：热塑性弹性体90份、木质纤维15份、改性淀粉5份、聚磷酸铵10份、氢氧化铝5份、氧化镁1份、滑石粉15份、云母粉1份、硅酸铝3份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、邻苯二甲酸二丁酯5份、硬脂酸金属盐1份、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.5份；
其中，所述热塑性弹性体是由40wt％苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯聚合物和60wt％的热塑性硫化弹性体组成；所述苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯聚合物的聚苯乙烯端部嵌段与聚烯烃中部嵌段的重量配比为0.8:1；所述热塑性硫化弹性体是由80wt％的聚乙烯树脂和20wt％的乙烯-辛烯橡胶经动态硫化生成；
所述的木质纤维是长度为1mm且长径比为15的木粉；
所述改性淀粉的制备方法包括：按重量份将甘油10份加热至270℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应，反应120min后冷却至室温，过滤，洗涤得到聚合甘油；向所述聚合甘油中加入油酸35份，升温至210℃后，加入钛酸四丁酯作为催化剂进行酯化反应，反应结束后蒸馏，碱洗，干燥，得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯；向所述聚合甘油不饱和脂肪酸酯中加入双氧水72份，升温至40℃后，加入对甲苯磺酸作为催化剂进行环氧化反应，反应结束后分液，洗涤，干燥，得到环氧化聚甘油脂肪酸酯；向所述环氧化聚甘油脂肪酸酯中加入溶有β-环糊精40份的氢氧化钠溶液，升温至60℃后进行开环反应，超声振荡50min后冷却至室温，调节反应液pH至为7后洗涤，干燥，得到所述改性淀粉。
实施例3
一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其原料按重量份包括：热塑性弹性体75份、木质纤维20份、改性淀粉3份、聚磷酸铵15份、氢氧化铝3份、氧化镁3份、滑石粉9份、云母粉3份、硅酸铝2份、马来酸酐接枝聚乙烯11份、邻苯二甲酸二辛酯2份、石蜡1.5份、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.3份；
其中，所述热塑性弹性体是由30wt％苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物和70wt％热塑性硫化弹性体组成；所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物的聚苯乙烯端部嵌段与聚烯烃中部嵌段的重量配比为0.6:1，所述热塑性硫化弹性体是由70wt％的聚丙烯树脂和30wt％的乙丙橡胶经动态硫化生成；
所述的木质纤维是长度为8mm且长径比为5的竹粉；
所述改性淀粉的制备方法包括：按重量份将甘油10份加热至250℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应，反应140min后冷却至室温，过滤，洗涤得到聚合甘油；向所述聚合甘油中加入油酸32份，升温至220℃后，加入钛酸四丁酯作为催化剂进行酯化反应，反应结束后蒸馏，碱洗，干燥，得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯；向所述聚合甘油不饱和脂肪酸酯中加入双氧水64份，升温至45℃后，加入对甲苯磺酸作为催化剂进行环氧化反应，反应结束后分液，洗涤，干燥，得到环氧化聚甘油脂肪酸酯；向所述环氧化聚甘油脂肪酸酯中加入溶有β-环糊精30份的氢氧化钠溶液，升温至70℃后进行开环反应，超声振荡40min后冷却至室温，调节反应液pH至为8后洗涤，干燥，得到所述改性淀粉。
实施例4
一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其原料按重量份包括：热塑性弹性体80份、木质纤维25份、改性淀粉4份、聚磷酸铵16份、氢氧化铝4份、氧化镁2份、滑石粉10份、云母粉2份、硅酸铝2份、增容剂15份、邻苯二甲酸二丁酯3份、润滑剂1.5份、抗氧剂0.4份；
其中，所述热塑性弹性体是由25wt％苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯聚合物和75wt％热塑性硫化弹性体组成；所述苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯聚合物的聚苯乙烯端部嵌段与聚烯烃中部嵌段的重量配比为0.7:1，所述热塑性硫化弹性体按重量百分比是由75％的聚乙烯树脂和25％的乙烯-辛烯橡胶经动态硫化生成；
所述的木质纤维是长度为5mm且长径比为10的农作物秸秆粉和果壳粉纤维组成；
所述改性淀粉的制备方法包括：按重量份将甘油10份加热至240℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应，反应130min后冷却至室温，过滤，洗涤得到聚合甘油；向所述聚合甘油中加入油酸33份，升温至230℃后，加入钛酸四丁酯作为催化剂进行酯化反应，反应结束后蒸馏，碱洗，干燥，得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯；向所述聚合甘油不饱和脂肪酸酯中加入双氧水70份，升温至45℃后，加入对甲苯磺酸作为催化剂进行环氧化反应，反应结束后分液，洗涤，干燥，得到环氧化聚甘油脂肪酸酯；向所述环氧化聚甘油脂肪酸酯中加入溶有β-环糊精25份的氢氧化钠溶液，升温至65℃后进行开环反应，超声振荡45min后冷却至室温，调节反应液pH至为7后洗涤，干燥，得到所述改性淀粉；
所述增容剂为氯化聚乙烯、钛酸酯和硅烷偶联剂；所述润滑剂为石蜡和聚乙烯蜡；所述抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚和抗氧剂16。
将上述实施例1-4中所述阻燃抑烟型木塑复合材料进行性能测试，结果如下表所示：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：热塑性弹性体65-90份、木质纤维15-30份、改性淀粉2-5份、聚磷酸铵10-20份、氢氧化铝1-5份、氧化镁1-5份、滑石粉3-15份、云母粉1-5份、硅酸铝1-3份、增容剂2-20份、增韧剂0.5-5份、润滑剂1-2份、抗氧剂0.1-0.5份；
其中，所述热塑性弹性体是由氢化苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化弹性体组成，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物为所述热塑性弹性体重量的20-40％，所述热塑性硫化弹性体为热塑性弹性体重量的60-80％。
2.根据权利要求1所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物的聚苯乙烯端部嵌段与聚烯烃中部嵌段的重量配比为0.45-0.8:1；优选地，所述氢化苯乙烯嵌段共聚物为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯聚合物的一种或者两种的组合。
3.根据权利要求1或者2所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述热塑性硫化弹性体按重量百分比是由65-80％的聚烯烃树脂和20-35％的烯烃橡胶经动态硫化生成；优选地，所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂，所述烯烃橡胶为乙丙橡胶或乙烯-辛烯橡胶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述的木质纤维是长度为1-8mm且长径比为5-15的木粉、竹粉、农作物秸秆粉、果壳粉纤维中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述改性淀粉的制备方法包括：将甘油进行聚合反应得到聚合甘油，再加入油酸进行酯化得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯，经双氧水环氧化后得到环氧化聚甘油脂肪酸酯，再加入β-环糊精进行环氧基的开环反应，得到改性淀粉。
6.根据权利要求5所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述改性淀粉的制备方法包括：按重量份将甘油10份加热至230-270℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应，反应120-160min后冷却至室温，过滤，洗涤得到聚合甘油；向所述聚合甘油中加入油酸28-35份，升温至210-240℃后，加入钛酸四丁酯作为催化剂进行酯化反应，反应结束后蒸馏，碱洗，干燥，得到聚合甘油不饱和脂肪酸酯；向所述聚合甘油不饱和脂肪酸酯中加入双氧水56-72份，升温至40-50℃后，加入对甲苯磺酸作为催化剂进行环氧化反应，反应结束后分液，洗涤，干燥，得到环氧化聚甘油脂肪酸酯；向所述环氧化聚甘油脂肪酸酯中加入溶有β-环糊精20-40份的氢氧化钠溶液，升温至60-80℃后进行开环反应，超声振荡30-50min后冷却至室温，调节反应液pH至为7-8后洗涤，干燥，得到所述改性淀粉。
7.根据权利要求1-6任一项所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐改性聚苯乙烯、氯化聚乙烯、钛酸酯、异氰酸酯、硅烷偶联剂中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1-7任一项所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述增韧剂为邻苯二甲酸二辛酯和/或邻苯二甲酸二丁酯。
9.根据权利要求1-8任一项所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡或聚乙烯蜡中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求1-9任一项所述的阻燃抑烟型木塑复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、抗氧剂168中的一种或几种的组合。
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