CN109608728A - 人造大理石抛光粉改性hdpe木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料及其制备方法；按质量分数计，木塑复合材料的原料组分组成为：HDPE树脂100份；植物纤维20‑60份；废人造大理石抛光粉20‑60份；膨胀型阻燃剂20‑50份；界面改性剂2‑20份；界面改性剂为聚乙烯接枝马来酸酐、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐、硅烷偶联剂和钛酸酯中的一种或两种；膨胀型阻燃剂为聚磷酸铵或硼酸锌。本发明可有效地回收利用废人造大理石抛光粉，能够改善难以高效回收利用废人造大理石抛光粉的处理现状。本发明加入的膨胀型阻燃剂与人造大理石抛光粉中的氢氧化铝协同作用，能够有效地给予材料良好的阻燃性能，且综合力学性能良好。

Description

人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料，特别是涉及一种废人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料的制备方法，属于复合材料领域。
背景技术
木塑复合材料(WPC)是以热塑性塑料作为基体树脂，以植物纤维作为填充材料，再辅以一定的加工助剂，经过成型加工制备而成的一种新型复合材料。WPC兼具了木材与塑料的特性，一方面在外观上具有像木材一样的木质感，另一方面有着类似塑料的性能，具备耐磨、耐水、耐腐蚀、耐紫外线、尺寸稳定性好、可二次加工等特点，广泛应用于市政设施、建筑材料、家具制品、汽车材料等领域。但是基体树脂和植物纤维属于易燃材料，在实际应用中存在可燃的潜在危害，因此提高WPC阻燃性能成为国内外一个研究开发热点。
我国作为人造大理石的生产和消费大国，年产量超过一亿平方米，而且每年以20％～30％的增长率在上升，在人造大理石的生产加工过程中产生的抛光废粉数量也在逐年增加，属于难以高效回收利用的材料。就目前的处理方式来说，主要有堆放填埋、焚烧处理等，大量的抛光废粉进行填埋焚烧不仅造成了环境污染，而且也是对可回收利用资源的浪费。因此找到一种将废人造大理石抛光粉回收再利用的途径迫在眉睫。
人造大理石生产过程抛光工序中产生的废粉，其主要成分是氢氧化铝和不饱和聚酯，另外还含有少量其他元素。若能将废人造大理石抛光粉作为增强材料添加到WPC中，在改进配方和工艺提高材料综合力学性能的同时，改善其阻燃性能，将会进一步拓宽WPC的应用范围。通过回收利用废人造大理石抛光粉，提供一种处理废人造大理石抛光粉的方法，兼具循环再生性和经济性，凸显其社会、经济和环境效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的回收利用废人造大理石抛光粉的方法，能够使得原本难以高效回收利用的废人造大理石抛光粉大量回收处理。
本发明的另一目的在于提供一种新型的阻燃木塑复合材料的制备方法，该方法通过加入膨胀型阻燃剂，通过膨胀型阻燃剂与人造大理石协同作用，能够使制备所得的木塑复合材料阻燃性能提高，综合性能优良，而且成本降低，工艺简单。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料，其按质量分数计，其原料组分组成为：HDPE树脂100份；植物纤维20-60份；废人造大理石抛光粉20-60份；膨胀型阻燃剂20-50份；界面改性剂2-20份；
所述界面改性剂为聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-MAH)、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)、硅烷偶联剂和钛酸酯中的一种或两种；聚烯烃弹性体接枝马来酸酐即乙烯-锌烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)。
所述膨胀型阻燃剂为聚磷酸铵或硼酸锌。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述的废人造大理石抛光粉经过60-100目过筛，烘干至含水率3％以下。
优选地，所述的植物纤维为木粉、秸秆、蔗渣、竹粉和稻糠的一种，使用前经过60-100目过筛，烘干至含水率3％以下。
所述的人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)按原料的质量分数称取原料；
(2)将称取的HDPE树脂、植物纤维、废人造大理石抛光粉、阻燃剂、界面改性剂在高速混合机中混；
(3)将混合好的原料在挤出机上熔融挤出，得到人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料。
优选地，所述的高速混合机中混合的时间为合5-30分钟。
优选地，所述的挤出机上熔融挤出的温度为150-200℃。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
1)废料综合利用率高。本发明可有效地回收利用废人造大理石抛光粉，能够改善难以高效回收利用废人造大理石抛光粉的处理现状。通过回收废弃料，可以降低木塑复合材料的生产成本。
2)本发明加入的阻燃剂与人造大理石抛光粉中的氢氧化铝协同作用，能够有效地给予材料良好的阻燃性能，制备的新型阻燃木塑复合材料不含卤素，且综合力学性能良好，具有很好的协同效果。
3)本发明生产工艺简单，环境友好，具有显著的社会、经济和环境效益。
附图说明
图1为无废人造大理石抛光粉的高密度聚乙烯/桉木粉/聚磷酸铵体系的扫描电镜照片。
图2为添加废人造大理石抛光粉的高密度聚乙烯/桉木粉/聚磷酸铵体系的扫描电镜照片。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
(1)将废人造大理石抛光粉通过粉碎、60目过筛，烘干至含水率3％以下；将桉木粉80目过筛，烘干至含水率3％以下，备用。
(2)以质量分数计，将物料按以下配比称取：HDPE树脂100份，桉木粉20份，废人造大理石抛光粉40份，聚磷酸铵30份，聚乙烯接枝马来酸酐12份。
(3)将物料在高速混合机中混合10分钟，将混合好的物料在挤出机中熔融挤出，挤出温度为160-180℃，即可得到废人造大理石抛光粉增强阻燃HDPE基新型木塑复合材料。
经测试，该废人造大理石抛光粉增强阻燃HDPE基新型木塑复合材料的垂直燃烧等级达到V-0级(塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法GB/T2408-2008)，此时极限氧指数值也从23.9增加至30.2(塑料_用氧指数法测定燃烧行为_第1部分:导则GBT2406.1-2008)。该复合材料力学性能优良，拉伸强度为25.4MPa，弯曲强度为37.5MPa，弯曲模量为1588MPa，冲击强度为4.65KJ/m2。拉伸性能根据标准GB/T1040-2006测试，弯曲性能根据GB/T 9341-2008测试，缺口冲击性能根据ASTM D256测试。
现有技术“人造石抛光废粉在HDPE中的应用研究”(华南理工大学硕士论文2012年)当材料的垂直燃烧等级达到V-0级时，聚乙烯的拉伸强度为18.2MPa，弯曲强度28.3MPa，冲击强度1.968KJ/m2，各个方面都明显低于本实施例。
将HDPE木塑复合材料燃烧后得到的炭层进行扫描电镜分析。从图1中可以看出，当复合材料未添加人造大理石抛光粉时，材料的炭层疏松，孔洞间隙较多，炭层强度不高，从图2可以看出，当加入人造大理石抛光粉之后，抛光粉与聚磷酸铵协同作用，炭层致密性提高，孔洞缺陷减少，炭层强度提高，从而进一步地阻隔热、氧的传播，复合材料的阻燃性能得到明显改进。造成这种现象的主要原因是由于膨胀型阻燃剂聚磷酸铵在燃烧过程中会首先分解生成多磷酸等，这是一类强脱水剂物质，能够促进HDPE基体、木粉等材料表面脱水碳化，而人造大理石抛光粉中氢氧化铝分解生成的氧化铝与多磷酸发生反应，在高温状态下生成偏磷酸铝，热稳定性更强，覆盖在炭层表面，提高炭层强度和致密性。
本实施例可见在加入大量的人造大理石抛光粉和聚磷酸铵在显著提升材料的阻燃性能同时，不但没有降低材料的力学性能，而且对材料力学性能有明显的提升，体现了本发明原料体系的协同配合作用。
实施例2
(1)将废人造大理石抛光粉通过粉碎、100目过筛，烘干至含水率3％以下；将桉竹粉80目过筛，烘干至含水率3％以下，备用。
(2)以质量分数计，将物料按以下配比称取：HDPE树脂100份，竹粉30份，废人造大理石抛光粉30份，聚磷酸铵40份，聚烯烃弹性体接枝马来酸酐15份(聚烯烃弹性体接枝马来酸酐即乙烯-锌烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)，佛山柏晨新材料有限公司的PC-28型)。
(3)将物料在高速混合机中混合20分钟，将混合好的物料在挤出机中熔融挤出，挤出温度为160-180℃，即可得到废人造大理石抛光粉增强阻燃HDPE基新型木塑复合材料。
经测试(测试方法同实施例1)，该实施例所得废人造大理石抛光粉增强阻燃HDPE基新型木塑复合材料的垂直燃烧等级达到V-0级，极限氧指数值为31.1，且材料的力学性能优良，拉伸强度为26.1MPa，弯曲强度为39.5MPa，弯曲模量为1530MPa，冲击强度为5.02KJ/m2。
实施例3
(1)将废人造大理石抛光粉通过粉碎、80目过筛，烘干至含水率3％以下；将秸秆粉60目过筛，烘干至含水率3％以下，备用。
(2)以质量分数计，将物料按以下配比称取：HDPE树脂100份，秸秆粉40份，废人造大理石抛光粉20份，硼酸锌30份，聚乙烯接枝马来酸酐5份，硅烷偶联剂2份。
(3)将物料在高速混合机中混合10分钟，将混合好的物料在挤出机中熔融挤出，挤出温度为160-180℃，即可得到具有良好阻燃性能的废人造大理石抛光粉增强改性的HDPE基新型木塑复合材料。
经测试(测试方法同实施例1)，该实施例所得废人造大理石抛光粉增强阻燃HDPE基新型木塑复合材料的垂直燃烧等级达到V-0级，极限氧指数值为30.5，且材料的力学性能优良，拉伸强度为24.8MPa，弯曲强度为37.5MPa，弯曲模量为1460MPa，冲击强度为3.93KJ/m2。
实施例4
(1)将废人造大理石抛光粉通过粉碎、80目过筛，烘干至含水率3％以下；将蔗渣粉80目过筛，烘干至含水率3％以下，备用。
(2)以质量分数计，将物料按以下配比称取：HDPE树脂100份，蔗渣粉30份，废人造大理石抛光粉20份，聚磷酸铵40份，聚乙烯接枝马来酸酐5份，钛酸酯2份。
(3)将物料在高速混合机中混合30分钟，将混合好的物料在挤出机中熔融挤出，挤出温度为160-180℃，即可得到具有良好阻燃性能的废人造大理石抛光粉增强改性的HDPE基新型木塑复合材料。
经测试(测试方法同实施例1)，该实施例所得废人造大理石抛光粉增强阻燃HDPE基新型木塑复合材料的垂直燃烧等级达到V-0级，极限氧指数值为32.3，且材料的力学性能优良，拉伸强度为23.5MPa，弯曲强度为39.6MPa，弯曲模量为1610MPa，冲击强度为3.36KJ/m2。
以上实施例只用于帮助理解本发明的方法和效果；对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用上均会有很多可以改变之处，应理解为都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料，其特征在于，按质量分数计，其原料组分组成为：HDPE树脂100份；植物纤维20-60份；废人造大理石抛光粉20-60份；膨胀型阻燃剂20-50份；界面改性剂2-20份；
所述界面改性剂为聚乙烯接枝马来酸酐、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐、硅烷偶联剂和钛酸酯中的一种或两种；
所述膨胀型阻燃剂为聚磷酸铵或硼酸锌。
2.根据权利要求1所述的人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料，其特征在于，所述的废人造大理石抛光粉经过60-100目过筛，烘干至含水率3％以下。
3.根据权利要求1所述的人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料，其特征在于，所述的植物纤维为木粉、秸秆、蔗渣、竹粉和稻糠的一种，使用前经过60-100目过筛，烘干至含水率3％以下。
4.权利要求1-3任一项所述的人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)按原料的质量分数称取原料；
(2)将称取的HDPE树脂、植物纤维、废人造大理石抛光粉、阻燃剂、界面改性剂在高速混合机中混；
(3)将混合好的原料在挤出机上熔融挤出，得到人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料。
5.根据权利要求4所述的人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高速混合机中混合的时间为合5-30分钟。
6.根据权利要求4所述的人造大理石抛光粉改性HDPE木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述的挤出机上熔融挤出的温度为150-200℃。
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