CN109251551A - 一种高强度阻燃木塑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度阻燃木塑材料及其制备方法,涉及木塑材料技术领域。该高强度阻燃木塑材料,按照重量份由以下原料制成:木屑粉30~60份、树脂20~50份、改性玄武岩纤维5~15份、镁盐晶须0.5~2份、纳米碳酸钙1~5份、热稳定剂0.1~1份、润滑剂0.1~1份、增溶剂0.1~1份、纳米氧化锌1~5份、石墨烯1~3份、三氧化二锑2~5份、氢氧化镁1~3份。利用木屑粉和树脂为主料,添加改性玄武岩纤维、镁盐晶须、纳米碳酸钙、三氧化二锑和氢氧化镁,提高了木塑材料的强度和阻燃效果。
Description
技术领域
本发明涉及木塑材料技术领域,具体涉及一种高强度阻燃木塑材料及其制备方法。
背景技术
木塑,即木塑复合材料,是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料,指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,代替通常的树脂胶粘剂,与超过35%~70%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料,再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,生产出的板材或型材。它具有使用寿命长、美观、可再生、造价低、抗滑、可喷涂、比纯塑料产品的硬度高、可与木材一样进行加工、粘接和固定等优点,特别是在采用废旧塑料与木材加工剩余物或秸秆作为主要原料时,还具有资源利用和环境保护方面的突出优势。
正是由于木塑复合材料有诸多的优点,木塑复合材料在许多领域都有着广泛的应用,例如门窗、地板、墙壁的建筑材料、舰船材料、栅栏材料、家具材料、汽车材料等。随着木塑复合材料的应用越来越广,许多领域对木塑复合材料又有了更高的要求,例如室内装饰、家具等室内应用领域均对木塑复合材料有阻燃的要求,以降低火灾的危险性。
木屑是木材加工时留下的锯末、刨花粉料等,其来源广泛,木屑粉是一种重要的生物质资源,可作为木塑复合材料的木粉。从生产原料的角度而言,木塑复合材料减缓和免除了塑料废弃物的公害污染,也免除了木屑粉堆砌和焚烧给环境带来的污染。
但是,木塑复合材料的一个关键缺陷是可燃性大,主要是因为木塑复合材料的原材料木纤维和聚烯烃材料均是易燃物,并且燃烧时会产生大量烟尘;当前用于木塑复合材料的阻燃剂主要是膨胀型阻燃剂,膨胀型阻燃剂中酸源可以促进木粉中的纤维素成炭,但往往添加量很大时才能达到理想的阻燃效果,对材料的机械性能产生负面影响,其在很大程度上限制了木塑复合材料的发展。
同时,在木塑材料的加工过程中,选择正确的配方及添加剂,以使木塑复合材料具有良好的加工性能更好的物理性能、更完美的外观质量、优越的使用性能以及更长的使用寿命,对满足木塑复合材料及制品生产的要求至关重要。
发明内容
本发明的发明目的是,针对上述问题,提供一种高强度阻燃木塑材料,利用木屑粉和树脂为主料,添加改性玄武岩纤维、镁盐晶须、纳米碳酸钙、三氧化二锑和氢氧化镁,提高了木塑材料的强度和阻燃效果。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种高强度阻燃木塑材料,按照重量份由以下原料制成:
木屑粉30~60份、树脂20~50份、改性玄武岩纤维5~15份、镁盐晶须0.5~2份、纳米碳酸钙1~5份、热稳定剂0.1~1份、润滑剂0.1~1份、增溶剂0.1~1份、纳米氧化锌
1~5份、石墨烯1~3份、三氧化二锑2~5份、氢氧化镁1~3份。
优选的,所述改性玄武岩纤维经过玄武岩纤维经过改性剂浸泡或涂覆处理而成,所述改性剂包括:20~40%的丙烯酸树脂、5~15%的硅烷偶联剂、1~5%的羧酸、5~10%的纳米SiO2粒子,其余为水。
优选的,所述树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、聚丙烯腈、尼龙中的一种或几种。
优选的,所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的一种或几种。
优选的,所述增溶剂为聚丙烯接枝丙烯酸、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐或聚丙烯接枝马来酸酐的一种或两种。
优选的,所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂、有机锡稳定剂中的一种。
一种高强度阻燃木塑材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.按照所述重量份称取各原料,并将木屑粉、树脂、镁盐晶须和改性玄武岩纤维混合均匀,并烘干得混合料。
S2.向所述混合料中加入热稳定剂、润滑剂、增溶剂、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、三氧化二锑、氢氧化镁和石墨烯继续搅拌20~40min,然后造粒得到颗粒料。
S3.将所述颗粒料加入热压定型机,在温度为180~200℃、压力为13~15Mpa下热压定型10~20min,即可得到高强度阻燃木塑材料。
由于采用上述技术方案,本发明具有以下有益效果:
1.本发明的高强度阻燃木塑材料,利用木屑粉和树脂为主料,添加改性玄武岩纤维、镁盐晶须、纳米碳酸钙、三氧化二锑和氢氧化镁,提高了木塑材料的强度和阻燃效果。
三氧化二锑在聚合物材料中的分散性好,能在燃烧表面形成壳层,起到隔热和阻隔可燃气体向燃烧表面迁移的作用;其协同氢氧化镁共同作用,起到良好的阻燃效果,同时,这两种物质与木屑粉与树脂均具有良好的协同相容性,在保证木塑材料本身性能的同时,还能够发挥最大的阻燃作用。
纳米碳酸钙的加入,可改善树脂的流变性,提高其成型性,使树脂可以更好的木屑粉,提高界面粘结强度,增韧补强,提高木塑复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量,热变形温度和尺寸稳定性。
镁盐晶须能弹性地承受较大的应变而无永久变形,晶须经4%的应变还在弹性范围内,不产生永久形变,从而赋予木塑材料较高的稳定性。添加石墨烯能够木塑材料的强度。
2.本发明的高强度阻燃木塑材料,添加改性玄武岩纤维改善木塑材料的力学性能,尤其增强木塑材料的强度。为了改善玄武岩纤维与树脂的界面相容性,提高木塑材料的力学性能,把改性纳米SiO2粒子均匀分散于浸润剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性。这种方法有效地增加了玄武岩纤维表面粗糙度与亲油性,使玄武岩纤维与树脂界面相容性明显提高。改性纳米SiO2粒子在玄武岩纤维及树脂起架桥作用,从而提高木塑材料的强度。
3.本发明的高强度阻燃木塑材料,通过添加增容剂、润滑剂及稳定剂,将更有利于木粉与树脂的亲和性,解决了极性亲水性的木粉表面为多羟基结构和非极性亲油性废弃塑料的相容问题;通过添加增强剂增加了木塑材料基体的强度和力学性能的提高。通过添加纳米氧化锌提高木塑材料的韧性和耐老化性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种高强度阻燃木塑材料,按照重量份由以下原料制成:
木屑粉50份、树脂35份、改性玄武岩纤维10份、镁盐晶须1份、纳米碳酸钙3份、热稳定剂0.5份、润滑剂0.5份、增溶剂0.5份、纳米氧化锌3份、石墨烯2份、三氧化二锑3份、氢氧化镁2份。
所述改性玄武岩纤维经过玄武岩纤维经过改性剂浸泡或涂覆处理而成,所述改性剂包括:30%的丙烯酸树脂、10%的硅烷偶联剂、3%的羧酸、6%的纳米SiO2粒子,其余为水。
所述树脂为聚乙烯。
所述润滑剂包括硬脂酸和石蜡。
所述增溶剂为聚丙烯接枝丙烯酸。
所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂。
制备方法,包括以下步骤:
S1.按照所述重量份称取各原料,并将木屑粉、树脂、镁盐晶须和改性玄武岩纤维混合均匀,并烘干得混合料。
S2.向所述混合料中加入热稳定剂、润滑剂、增溶剂、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、三氧化二锑、氢氧化镁和石墨烯继续搅拌30min,然后造粒得到颗粒料。
S3.将所述颗粒料加入热压定型机,在温度为190℃、压力为14Mpa下热压定型15min,即可得到高强度阻燃木塑材料。
实施例2
一种高强度阻燃木塑材料,按照重量份由以下原料制成:
木屑粉60份、树脂40份、改性玄武岩纤维15份、镁盐晶须0.5份、纳米碳酸钙5份、热稳定剂1份、润滑剂1份、增溶剂0.1份、纳米氧化锌5份、石墨烯1份、三氧化二锑5份、氢氧化镁1份。
所述改性玄武岩纤维经过玄武岩纤维经过改性剂浸泡或涂覆处理而成,所述改性剂包括:40%的丙烯酸树脂、5%的硅烷偶联剂、1%的羧酸、10%的纳米SiO2粒子,其余为水。
所述树脂为聚碳酸酯和聚丙烯腈。
所述润滑剂包括硬脂酸钙和硬脂酸锌。
所述增溶剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐。
所述热稳定剂为有机锡稳定剂中。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种高强度阻燃木塑材料,按照重量份由以下原料制成:
木屑粉30份、树脂30份、改性玄武岩纤维5份、镁盐晶须2份、纳米碳酸钙1份、热稳定剂0.1份、润滑剂0.1份、增溶剂1份、纳米氧化锌1份、石墨烯3份、三氧化二锑2份、氢氧化镁3份。
所述改性玄武岩纤维经过玄武岩纤维经过改性剂浸泡或涂覆处理而成,所述改性剂包括:20%的丙烯酸树脂、15%的硅烷偶联剂、5%的羧酸、5%的纳米SiO2粒子,其余为水。
所述树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
所述润滑剂为石蜡。
所述增溶剂聚丙烯接枝马来酸酐。
所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂。
制备方法同实施例1。
对比例1
一种高强度阻燃木塑材料,与实施例1相比,玄武岩纤维不进行改性处理,其他原料和制备方法相同。
对比例2
一种高强度阻燃木塑材料,与实施例1相比,不添加石墨烯,其他原料和制备方法相同。
对比例3
一种高强度阻燃木塑材料,与实施例1相比,不添加三氧化二锑,氢氧化镁添加5份,其他原料和制备方法相同。
对比例4
一种高强度阻燃木塑材料,与实施例1相比,不添加氢氧化镁,三氧化二锑添加5份,其他原料和制备方法相同。
将实施例1-3和对比例1-4制备的木塑材料进行测试,对平均抗压强度、平均抗弯强度、阻燃性性能进行测试。结果如下表1。
表1实施例1-3和对比例1-4测试结果对比
从实施例1-3和对比例1-4的数据结合表1的数据可以看出,本发明制备的木塑材料的具有较好的强度、韧性和阻燃效果。
从实施例1-3和对比例1的数据结合表1的数据可以看出,经过改性处理的玄武岩纤维能够改善木塑材料的力学性能。
从实施例1-3和对比例2的数据结合表1的数据可以看出,石墨烯能够显著改善木塑材料的强度。
从实施例1-3和对比例3-4的数据结合表1的数据可以看出,三氧化二锑协同氢氧化镁共同作用,能起到更好的阻燃效果。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围。凡本发明所提示的技术构思下所完成的同等变化或修饰变更,均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (7)
1.一种高强度阻燃木塑材料,其特征在于,按照重量份由以下原料制成:
木屑粉30~60份、树脂20~50份、改性玄武岩纤维5~15份、镁盐晶须0.5~2份、纳米碳酸钙1~5份、热稳定剂0.1~1份、润滑剂0.1~1份、增溶剂0.1~1份、纳米氧化锌1~5份、石墨烯1~3份、三氧化二锑2~5份、氢氧化镁1~3份。
2.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑材料,其特征在于,所述改性玄武岩纤维经过玄武岩纤维经过改性剂浸泡或涂覆处理而成,所述改性剂包括:20~40%的丙烯酸树脂、5~15%的硅烷偶联剂、1~5%的羧酸、5~10%的纳米SiO2粒子,其余为水。
3.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑材料,其特征在于,所述树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、聚丙烯腈、尼龙中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑材料,其特征在于,所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑材料,其特征在于,所述增溶剂为聚丙烯接枝丙烯酸、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐或聚丙烯接枝马来酸酐的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑材料,其特征在于,所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂、有机锡稳定剂中的一种。
7.就根据任一权利要求1-6所述的高强度阻燃木塑材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.按照所述重量份称取各原料,并将木屑粉、树脂、镁盐晶须和改性玄武岩纤维混合均匀,并烘干得混合料;
S2.向所述混合料中加入热稳定剂、润滑剂、增溶剂、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、三氧化二锑、氢氧化镁和石墨烯继续搅拌20~40min,然后造粒得到颗粒料;
S3.将所述颗粒料加入热压定型机,在温度为180~200℃、压力为13~15Mpa下热压定型10~20min,即可得到高强度阻燃木塑材料。
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