CN110229539B - 一种同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法，涉及木塑复合材料领域。所述同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法，首先将聚乙烯亚胺溶于无水乙醇中，得到聚乙烯亚胺乙醇溶液，该溶液呈现阳离子聚电解质特性；然后加入一定量的聚磷酸铵，制得复合聚电解质溶液，经干燥得到复合聚电解质固体粉末；再将复合聚电解质固体粉末、植物纤维、塑料进行初混、干燥、塑炼、成型、冷却，制成同步阻燃增韧木塑复合材料。该方法以乙醇代替水作为溶剂，使得聚电解质化反应更加温和，高分子结构得以保存。以复合聚电解质处理木塑复合材料，其极限氧指数为28.7％、冲击强度7.72kJ/m2。

Description

一种同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法
技术领域
本发明公开一种同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法，具体涉及采用复合聚电解质处理木塑复合材料，属于木塑复合材料领域。
背景技术
木塑复合材料力学性能优异、耐候性好、尺寸稳定性好、环境友好，广泛地应用于室内外环境。然而木塑复合材料属于易燃材料，限制了其在室内环境中的应用。因此，提高木塑复合材料的阻燃性能可以拓展其在室内的适用性。目前，对木塑复合材料进行阻燃处理常采用添加阻燃剂的方法实现，如有机磷系、卤-磷系、氮系、硅系、铝-镁系阻燃剂。其中，聚磷酸铵是一种含磷含氮的无卤阻燃剂，广泛应用于木塑复合材料中。聚磷酸铵在使用时，与木塑复合材料中木粉、塑料的相容性差、导致木塑复合材料的拉伸强度、韧性严重下降，此外，聚磷酸铵在使用中，仍然存在一定的流失性，降低了阻燃时效性。公开发明专利CN102702767 A、CN 105034108 A分别采用纳米二氧化硅、纳米晶态纤维素改性聚磷酸铵以解决上述问题。与单独采用聚磷酸铵相比，改性处理能够提高聚磷酸铵在木塑复合材料中的分散均匀性和阻燃性能。但是，无法解决木塑复合材料韧性下降这一瓶颈。
聚电解质是一类在分子链上带有可电离基团的高聚物，广泛存于与生物体和自然界中，如蛋白质、DNA等。根据所带电荷不同，聚电解质可以分为阳离子聚电解质、阴离子聚电解质和两性聚电解质。利用带相反电荷聚电解质之间的静电作用，可以在溶液中缔合形成具有三维高分子结构的复合聚电解质。通过控制阴、阳离子聚电解质的种类和组装工艺，便可赋予复合聚电解质特殊的性质，使其在纳米反应器、基因/药物载体、生物传感器、纤维和织物阻燃等领域有着广泛的应用。公开发明专利CN106003887 A、CN106752055 A均采用层层自组装技术，以阴、阳离子聚电解质构建了膨胀型复合阻燃膜和木塑复合材料。阻燃性能均得到有效提高，然而韧性降低的技术难题仍然无法解决。
本发明以木塑复合材料阻燃性能和韧性的同步构筑为出发点，通过控制阴、阳离子聚电解质的分子结构和制备工艺，构建复合聚电解质，同步提高木塑复合材料的阻燃性能和韧性。
发明内容
本发明的目的：提供一种同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法。
本发明的技术解决方案：
(1)按质量比(0.4～0.8)∶100称取聚乙烯亚胺、无水乙醇，在20～35℃水浴搅拌4～6min，得到聚乙烯亚胺乙醇溶液，该溶液呈现阳离子聚电解质特性；
(2)在步骤(1)的聚乙烯亚胺乙醇溶液中，按质量比聚乙烯亚胺乙醇溶液∶聚磷酸铵＝100∶(4～8)称取聚磷酸铵，加入到聚乙烯亚胺乙醇溶液中，在20～40℃水浴搅拌1.5～2.0h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵组成的复合聚电解质溶液，然后在50～65℃水浴蒸发干燥，得到该复合聚电解质的固体粉末；
(3)按质量比(10～20)∶(40～60)∶(20～40)称取步骤(2)的复合聚电解质固体粉末、植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到预混物；
(4)将步骤(3)的预混物经塑炼、成型、冷却，制成同步阻燃增韧木塑复合材料。
本发明的优点：
本发明以乙醇替代水作为溶剂，使得聚电解质化反应更加温和：(1)有效抑制聚磷酸铵在溶剂中的降解，减少对聚磷酸铵分子结构的破坏；(2)聚乙烯亚胺溶于乙醇，且在乙醇中的解离度低于水中，能保持其高分子结构；(3)克服了以往以水为溶剂时存在的不足(具体不足为：产物呈粘稠口香糖状，干燥后坚硬、颜色发黄)。以乙醇为溶剂时，所得复合聚电解质为白色固体粉末，具有优异的分散性能，性质优良，有益于材料的加工利用。
性能测试表明：聚乙烯亚胺改性聚磷酸铵后得到复合聚电解质，用以处理木塑复合材料，极限氧指数为28.7％、冲击强度7.72kJ/m2。较相同添加量时未经改性的聚磷酸铵相比，分别提高了20.5％和34.2％。
具体实施方式
实施例1，
(1)按质量比0.4∶100称取聚乙烯亚胺、无水乙醇，在20～35℃水浴搅拌4min，得到聚乙烯亚胺乙醇溶液；
(2)在步骤(1)的聚乙烯亚胺乙醇溶液中，按质量比聚乙烯亚胺乙醇溶液∶聚磷酸铵＝100∶4称取聚磷酸铵，加入到聚乙烯亚胺乙醇溶液中，在20～40℃水浴搅拌1.5～2.0h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵组成的复合聚电解质溶液，然后在50～65℃水浴蒸发干燥，得到该复合聚电解质的固体粉末；
(3)按质量比20∶60∶20称取步骤(2)的复合聚电解质固体粉末、植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到预混物；
(4)将步骤(3)的预混物经塑炼、成型、冷却，制成同步阻燃增韧木塑复合材料。
性能测试表明：聚乙烯亚胺改性聚磷酸铵后得到复合聚电解质，用以处理木塑复合材料，极限氧指数为28.3％、冲击强度6.08kJ/m2。
实施例2，
(1)按质量比0.6∶100称取聚乙烯亚胺、无水乙醇，在20～35℃水浴搅拌5min，得到聚乙烯亚胺乙醇溶液；
(2)在步骤(1)的聚乙烯亚胺乙醇溶液中，按质量比聚乙烯亚胺乙醇溶液∶聚磷酸铵＝100∶6称取聚磷酸铵，加入到聚乙烯亚胺乙醇溶液中，在20～40℃水浴搅拌1.5～2.0h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵组成的复合聚电解质溶液，然后在50～65℃水浴蒸发干燥，得到该复合聚电解质固体的粉末；
(3)按质量比15∶55∶30称取步骤(2)的复合聚电解质固体粉末、植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到预混物；
(4)将步骤(3)的预混物经塑炼、成型、冷却，制成同步阻燃增韧木塑复合材料。
性能测试表明：聚乙烯亚胺改性聚磷酸铵后得到复合聚电解质，用以处理木塑复合材料，极限氧指数为28.7％、冲击强度7.72kJ/m2。
实施例3，
(1)按质量比0.8∶100称取聚乙烯亚胺、无水乙醇，在20～35℃水浴搅拌6min，得到聚乙烯亚胺乙醇溶液；
(2)在步骤(1)的聚乙烯亚胺乙醇溶液中，按质量比聚乙烯亚胺乙醇溶液∶聚磷酸铵＝100∶8称取聚磷酸铵，加入到聚乙烯亚胺乙醇溶液中，在20～40℃水浴搅拌1.5～2.0h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵组成的复合聚电解质溶液，然后在50～65℃水浴蒸发干燥，得到该复合聚电解质的固体粉末；
(3)按质量比10∶50∶40称取步骤(2)的复合聚电解质固体粉末、植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到预混物；
(4)将步骤(3)的预混物经塑炼、成型、冷却，制成同步阻燃增韧木塑复合材料。
性能测试表明：聚乙烯亚胺改性聚磷酸铵后得到复合聚电解质，用以处理木塑复合材料，极限氧指数为23％、冲击强度7.34kJ/m2。

Claims (1)

1.一种同步阻燃增韧木塑复合材料的制备方法，其特征在于按如下方法制得：
(1)按质量比(0.4～0.8)∶100称取聚乙烯亚胺、无水乙醇，在20～35℃水浴搅拌4～6min，得到聚乙烯亚胺乙醇溶液；
(2)按聚乙烯亚胺乙醇溶液、聚磷酸铵质量比100∶(4～8)称取聚磷酸铵，加入到步骤(1)的聚乙烯亚胺乙醇溶液中，在20～40℃水浴搅拌1.5～2.0h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵组成的复合聚电解质溶液，然后在50～65℃水浴蒸发干燥，得到该复合聚电解质的固体粉末；
(3)按质量比(10～20)∶(40～60)∶(20～40)称取步骤(2)的复合聚电解质固体粉末、植物纤维、塑料进行初混，在50～60℃干燥2～4h，得到预混物；
(4)将步骤(3)的预混物经塑炼、成型、冷却，制成同步阻燃增韧木塑复合材料。
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