CN106752055A - 一种层层自组装阻燃木塑复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种层层自组装阻燃木塑复合材料的制备方法。首先将纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅制成阴阳聚电解质水溶液，然后采用层层自组装依次将纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅聚电解质喷涂至植物纤维和塑料预混物的表面，然后将自组装后的预混物干燥、塑炼、成型和冷却，制备得到阻燃木塑复合材料。性能测试显示，木塑复合材料的氧指数为24.2～30.1％，平均热释放速率为85.3～105kW/m2。本发明所获得的木塑复合材料阻燃性能优异，制备方法简单。

Description

一种层层自组装阻燃木塑复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃木塑复合材料领域，具体涉及一种通过层层自组装技术制备阻燃木塑复合材料的方法。
背景技术
随着木塑复合材料在室内应用领域的不断扩大，该复合材料的防火安全性逐渐开始受到重视。木塑复合材料的阻燃常采用无机阻燃剂、含卤阻燃剂、含磷阻燃剂、纳米材料等。聚磷酸铵是木塑复合材料中常用的阻燃剂，可单独使用亦可复配使用。专利ZL201210177607.8采用纳米二氧化硅作为聚磷酸铵的阻燃协效剂提高木塑复合材料的阻燃性。但是，无法解决纳米二氧化硅与聚磷酸铵分散不均匀、与基体材料的界面相容性差，造成阻燃效率下降的问题。公开发明专利CN 105034108 A进一步采用纳米晶态纤维素为分散相制备高分散性聚磷酸铵胶体。与单独采用聚磷酸铵相比，改性后聚磷酸铵分散性提高，但是，无法解决胶体吸湿性强、热稳定性下降和阻燃效率下降的问题。
层层自组装技术是基于相反电荷聚电解质的物理吸附作用，在固体表面交替沉积而成多层膜的一种技术。近年来，利用该方法将适合的阳离子聚电解质与含磷阴离子聚电解质复配成功构建了集碳源、酸源和气源为一体的膨胀型阻燃膜。纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅在一定条件下均能制成聚电解质用以材料的层层自组装。公开发明专利CN106003887A采用层层自组装技术，以纳米晶态纤维素为基体制备膨胀型复合阻燃膜。然而，膨胀型阻燃膜的效果往往是建立在高质量含量基础上的，进一步提高阻燃效率，降低质量含量，改善与基体材料的相容性是追求的目标。
发明内容
本发明的目的：提供一种通过层层自组装技术制备阻燃木塑复合材料的方法。
本发明的技术解决方案：利用纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅在一定条件下可制成聚电解质，采用层层自组装依次将纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅聚电解质喷涂至植物纤维和塑料预混物的表面，然后将自组装后的预混物干燥、塑炼、成型和冷却，得到阻燃木塑复合材料。具体制备方法如下：
(1)按质量比(1～5)∶(0.1～0.5)∶100称取纳米晶态纤维素、改性剂A、去离子水，在20～40℃超声分散2～4h，得到阳离子纳米晶态纤维素聚电解质水溶液；
(2)按质量比(10～15)∶100称取聚磷酸铵、去离子水，在20～40℃充分搅拌1～2h，得到阴离子聚磷酸铵聚电解质水溶液；
(3)按质量比(0.2～1.0)∶(0.02～0.1)∶100称取纳米二氧化硅、改性剂B、去离子水，在20～40℃充分搅拌反应1～2h，得到阳离子纳米二氧化硅聚电解质水溶液；
(4)按质量比(30～45)∶100称取植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到植物纤维和塑料的预混物，依次将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的阴阳聚电解质水溶液均匀喷涂在预混物上，并在＜70℃干燥烘干，即形成层层自组装的预混物，并使形成的预混物中，纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅质量分别占预混物的0.02～0.06％、15～25％、0.01～0.05％；
(5)将步骤(4)干燥好的预混物经塑炼、成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料；
所述的改性剂A选自氨基磺酸钠、氯化钠、氯化铵，所述的改性剂B选自聚乙烯亚胺、聚乙烯基胺、十八烷基胺。
本发明的优点：该方法利用纳米晶态纤维素的高分散性、高反应活性，提高其与材料的界面结合强度，通过层层自组装技术将纳米晶态纤维素、聚磷酸铵和纳米二氧化硅聚电解质依次组装，形成预混物/纳米晶态纤维素/聚磷酸铵/纳米二氧化硅结构，置聚磷酸铵于结构的芯层，锁住聚磷酸铵，控制其流失。同时，利用纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅三者之间的阻燃协同性，提高木塑复合材料的阻燃性能。性能测试表明：以阴阳聚电解质层层自组装制备得到的木塑复合材料氧指数为24.2～30.1％，平均热释放速率为85.3～105kW/m2。
具体实施方式
实施例1，
(1)按质量比5∶0.5∶100称取纳米晶态纤维素、氨基磺酸钠、去离子水，在20～40℃超声分散2～4h，得到阳离子纳米晶态纤维素聚电解质水溶液；
(2)按质量比10∶100称取聚磷酸铵、去离子水，在20～40℃充分搅拌1～2h，得到阴离子聚磷酸铵聚电解质水溶液；
(3)按质量比0.5∶0.05∶100称取纳米二氧化硅、聚乙烯亚胺、去离子水，在20～40℃充分搅拌反应1～2h，得到阳离子纳米二氧化硅聚电解质水溶液；
(4)按质量比40∶100称取植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到植物纤维和塑料的预混物，依次将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的阴阳聚电解质水溶液均匀喷涂在预混物上，并在＜70℃干燥烘干，即形成层层自组装的预混物，并使形成的预混物中，纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅质量分别占预混物的0.05％、20％、0.05％，
(5)将步骤(4)干燥好的预混物经塑炼、成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料。
性能测试表明：木塑复合材料的氧指数为26.5％，平均热释放速率为105kW/m2。
实施例2，
(1)按质量比1∶0.1∶100称取纳米晶态纤维素、氯化钠、去离子水，在20～40℃超声分散2～4h，得到阳离子纳米晶态纤维素聚电解质水溶液；
(2)按质量比15∶100称取聚磷酸铵、去离子水，在20～40℃充分搅拌1～2h，得到阴离子聚磷酸铵聚电解质水溶液；
(3)按质量比0.2∶0.02∶100称取纳米二氧化硅、聚乙烯基胺、去离子水，在20～40℃充分搅拌反应1～2h，得到阳离子纳米二氧化硅聚电解质水溶液；
(4)按质量比30∶100称取植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到植物纤维和塑料的预混物，依次将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的阴阳聚电解质水溶液均匀喷涂在预混物上，并在＜70℃干燥烘干，即形成层层自组装的预混物，并使形成的预混物中，纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅质量分别占预混物的0.02％、15％、0.01％；
(5)将步骤(4)干燥好的预混物经塑炼、成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料；
性能测试表明：木塑复合材料的氧指数为24.2％，平均热释放速率为101.2kW/m2。
实施例3，
(1)按质量比2.5∶0.25∶100称取纳米晶态纤维素、氨基磺酸钠、去离子水，在20～40℃超声分散2～4h，得到阳离子纳米晶态纤维素聚电解质水溶液；
(2)按质量比12∶100称取聚磷酸铵、去离子水，在20～40℃充分搅拌1～2h，得到阴离子聚磷酸铵聚电解质水溶液；
(3)按质量比1.0∶0.1∶100称取纳米二氧化硅、十八烷基胺、去离子水，在20～40℃充分搅拌反应1～2h，得到阳离子纳米二氧化硅聚电解质水溶液；
(4)按质量比45∶100称取植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到植物纤维和塑料的预混物，依次将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的阴阳聚电解质水溶液均匀喷涂在预混物上，并在＜70℃干燥烘干，即形成层层自组装的预混物，并使形成的预混物中，纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅质量分别占预混物的0.06％、25％、0.05％；
(5)将步骤(4)干燥好的预混物经塑炼、成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料；
性能测试表明：木塑复合材料的氧指数为30.1％，平均热释放速率为85.3kW/m2。
实施例4，
(1)按质量比4∶0.4∶100称取纳米晶态纤维素、氯化铵、去离子水，在20～40℃超声分散2～4h，得到阳离子纳米晶态纤维素聚电解质水溶液；
(2)按质量比12∶100称取聚磷酸铵、去离子水，在20～40℃充分搅拌1～2h，得到阴离子聚磷酸铵聚电解质水溶液；
(3)按质量比1.0∶0.1∶100称取纳米二氧化硅、十八烷基胺、去离子水，在20～40℃充分搅拌反应1～2h，得到阳离子纳米二氧化硅聚电解质水溶液；
(4)按质量比40∶100称取植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到植物纤维和塑料的预混物，依次将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的阴阳聚电解质水溶液均匀喷涂在预混物上，并在＜70℃干燥烘干，即形成层层自组装的预混物，并使形成的预混物中，纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅质量分别占预混物的0.06％、25％、0.03％；
(5)将步骤(4)干燥好的预混物经塑炼、成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料；
性能测试表明：木塑复合材料的氧指数为28.5％，平均热释放速率为92.3kW/m2。

Claims (2)

1.一种层层自组装阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)按质量比(1～5)∶(0.1～0.5)∶100称取纳米晶态纤维素、改性剂A、去离子水，在20～40℃超声分散2～4h，得到阳离子纳米晶态纤维素聚电解质水溶液；
(2)按质量比(10～15)∶100称取聚磷酸铵、去离子水，在20～40℃充分搅拌1～2h，得到阴离子聚磷酸铵聚电解质水溶液；
(3)按质量比(0.2～1.0)∶(0.02～0.1)∶100称取纳米二氧化硅、改性剂B、去离子水，在20～40℃充分搅拌反应1～2h，得到阳离子纳米二氧化硅聚电解质水溶液；
(4)按质量比(30～45)∶100称取植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到植物纤维和塑料的预混物，依次将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的阴阳聚电解质水溶液均匀喷涂在预混物上，并在＜70℃干燥烘干，即形成层层自组装的预混物，并使形成的预混物中，纳米晶态纤维素、聚磷酸铵、纳米二氧化硅质量分别占预混物的0.02～0.06％、15～25％、0.01～0.05％；
(5)将步骤(4)干燥好的预混物经塑炼、成型、冷却，制成阻燃木塑复合材料；
所述的改性剂A选自氨基磺酸钠、氯化钠、氯化铵，所述的改性剂B选自聚乙烯亚胺、聚乙烯基胺、十八烷基胺。
2.按照权利要求1任意方法制备得到的层层自组装阻燃木塑复合材料。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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