CN111454550A - 一种农业废弃物阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种农业废弃物阻燃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及阻燃复合材料技术领域，为解决传统磷酸铵盐类阻燃复合材料存在的阻燃效率低、力学性能差、成本高的问题，提供了一种农业废弃物阻燃复合材料及其制备方法，所述农业废弃物阻燃复合材料包括以下组分：高分子树脂、磷酸铵阻燃剂和农业废弃物资源化处理产物。本发明使用的农作物压榨提炼油料的废弃物包含了大量粗蛋白与粗纤维，不仅可作为天然炭源，而粗蛋白中也可作为补充气源，大大提升其与磷酸铵盐类阻燃剂的复配效率。

Description

一种农业废弃物阻燃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃复合材料技术领域，尤其涉及一种农业废弃物阻燃复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，高分子材料逐渐渗透在人们生活、生产的方方面面中，然而在实际运用中，高分子材料由于其碳氢结构所暴露出来的易燃特性也成为一大限制缺点，为了扩大高分子材料的应用范围，对其阻燃改性十分重要。最早人们主要通过添加卤系阻燃剂来提高高分子材料的阻燃性能，虽然卤系阻燃剂有着优异的效果，但是在其燃烧过程中会释放大量危害生命的有毒、腐蚀性气体，因此无卤阻燃剂的发展成为当今的一大热点。
在无卤阻燃剂发展过程中，膨胀型阻燃剂由于其效果较好、相对环保而逐渐成为热门无卤阻燃剂，通常有三源组成：酸源、气源和炭源，常见的酸源有多聚磷酸、硫酸等；常见的气源有尿素或氨基化合物等，常用的炭源有季戊四醇等多元醇。在现有的膨胀型阻燃剂中，磷酸铵盐类在高温下呈强酸且可释放不燃气体，是一支拥有巨大阻燃的潜力的实力股，目前主要通过将其与季戊四醇等常规多元醇进行复配使用，然而这样的复配体系阻燃效果并不是非常卓越且大大增加了阻燃剂的成本，对磷酸铵盐类阻燃剂的大规模工业化生产使用造成的巨大的阻碍。
中国专利文献上公开了“生物质成炭阻燃剂的制备及其应用”，其申请公布号为CN103275354A，该发明利用马铃薯淀粉废弃物为主要原料，与可膨胀石墨混合复配得到的生物质成炭阻燃剂具有是很好地阻燃效果，应用于聚合物的制备，既能提高聚合物的阻燃性能，又能降低成本，同时由减少淀粉生产企业废弃物处理成本，有利于环境保护，是一种比较理想的绿色阻燃成炭阻燃剂。但是，该发明制得的生物质成炭阻燃剂的力学性能较差，应用范围受限。
发明内容
本发明为了克服传统磷酸铵盐类阻燃复合材料存在的阻燃效率低、力学性能差、成本高的问题，提供了一种成本低、力学性能好的榨油副产物资源化的农业废弃物阻燃复合材料。
本发明还提供了一种农业废弃物阻燃复合材料的制备方法，该方法简单易操作，对设备无特殊要求，生产成本低，易于产业化。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种农业废弃物阻燃复合材料，所述农业废弃物阻燃复合材料包括以下组分：高分子树脂、磷酸铵阻燃剂和农业废弃物资源化处理产物。
本发明在阻燃复合材料体系中加入农业废弃物资源化处理产物，在确保较高阻燃效率的同时，有效降低磷酸铵阻燃剂在复配体系中的添加量。本发明使用的农业废弃物资源化处理产物优选为压榨提炼油料的废弃物，其包含了大量粗蛋白与粗纤维，一方面可作为天然炭源，而粗蛋白中也可作为补充气源，大大提升其与磷酸铵盐类阻燃剂的复配效率；另一方面可增强基体材料，弥补部分阻燃剂降低基体材料的力学性能的缺陷。
作为优选，按重量份计，每100份农业废弃物阻燃复合材料中包括以下重量份的组分：高分子树脂80～90份、磷酸铵阻燃剂5～10份和农业废弃物资源化产物5～10份。当磷酸铵阻燃剂添加总量为10wt％时，阻燃复合材料的LOI可达到30以上且在燃烧测试中通过FV-0级(3mm)。
作为优选，所述磷酸铵阻燃剂选自多聚磷酸铵、三聚磷酸铵、聚磷酸铵和三聚氰胺聚磷酸铵的一种或多种。
作为优选，所述高分子树脂选自聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二酯中的一种。
作为优选，所述农业废弃物资源化处理产物来源于花生粕、葵花籽粕、山茶籽粕和油菜籽粕的一种或者多种。
作为优选，所述农业废弃物资源化处理产物的制备方法为：将农业废弃物用有机溶剂浸渍处理，干燥后进行粉碎，然后经筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物。
作为优选，所述有机溶剂为甲醇和乙醇的一种或两种混合；所述有机溶剂与农业废弃物的质量比为(10～15)：1；浸渍时间为12～36h。
上述有机溶剂能够在短时间内溶解农业废弃物中残余的油脂，提高农业废弃物资源化处理产物的与高分子树脂及磷酸铵阻燃剂的复配稳定性。
作为优选，所述筛网的目数为100～200目。复配体系中农业废弃物资源化处理产物的目数过大，会导致大部分农业废弃物无法过筛，无法进行下一步加工处理，过小会导致大尺寸农业废弃物的残留，对复合材料的力学性能有负面影响。
一种农业废弃物阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将农业废弃物用有机溶剂浸渍处理，干燥后进行粉碎，然后经筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物；
(2)将步骤(1)制得的农业废弃物资源化处理产物与高分子树脂、磷酸铵阻燃剂混合均匀后，投入到密炼机中熔融共混加工，制得农业废弃物阻燃复合材料。
作为优选，步骤(1)中，所述有机溶剂为甲醇和乙醇的一种或两种混合；所述有机溶剂与农业废弃物的质量比为(10～15)：1；浸渍时间为12～36h；所述筛网的目数为100～200目；
步骤(2)中，加工温度为120～180℃，加工时间为8～10min。加工温度由高分子树脂种类决定。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明使用的农作物压榨提炼油料的废弃物包含了大量粗蛋白与粗纤维，不仅可作为天然炭源，而粗蛋白中也可作为补充气源，大大提升其与磷酸铵盐类阻燃剂的复配效率，当阻燃剂添加总量为10wt％时，阻燃复合材料的LOI可达到30以上且在燃烧测试中通过FV-0级(3mm)；
(2)本发明使用的农作物压榨提炼油料的废弃物与磷酸铵盐类阻燃剂复配的阻燃效果优异，可以有效降低阻燃剂添加量，而该农业废弃物产量巨大且价格十分低廉，因此可以在添加量和原料价格方面大大降低阻燃剂的成本；
(3)本发明使用的农作物压榨提炼油料的废弃物包含大量粗纤维，可增强基体材料，弥补部分阻燃剂降低基体材料的力学性能的缺陷。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)将花生粕用体积分数为95％的甲醇溶液浸渍处理24h，干燥后进行粉碎，然后经150目筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物；甲醇溶液与花生粕的质量比为10：1；
(2)将1.25g步骤(1)制得的农业废弃物资源化处理产物(2.5wt％)与干燥后的聚乳酸(PLA)45.0g、3.75g聚磷酸铵(7.5wt％)混合均匀后，投入到密炼机中熔融共混加工，加工温度为180℃，加工时间为9min，制得农业废弃物阻燃复合材料。
实施例2
(1)将葵花籽粕和油菜籽粕混合物(任意比例)用体积分数为95％的乙醇溶液浸渍处理12h，干燥后进行粉碎，然后经200目筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物；乙醇与农业废弃物的质量比为15：1；
(2)将2.5g步骤(1)制得的农业废弃物资源化处理产物(5wt％)与聚丙烯45.0g、2.5g聚磷酸铵(5wt％)混合均匀后，投入到密炼机中熔融共混加工，加工温度为180℃，加工时间为10min，制得农业废弃物阻燃复合材料。
实施例3
(1)将葵花籽粕、山茶籽粕和油菜籽粕混合物(任意比例)用甲醇和乙醇混合有机溶剂(甲醇和乙醇的体积比1:2)浸渍处理36h，干燥后进行粉碎，然后经100目筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物；混合有机溶剂与农业废弃物的质量比为12：1；
(2)将1.25g步骤(1)制得的农业废弃物资源化处理产物(2.5wt％)与聚乙烯40g、三聚磷酸铵8.75g(17.5wt％)混合均匀后，投入到密炼机中熔融共混加工，加工温度为160℃，加工时间为9min，制得农业废弃物阻燃复合材料。
实施例4
(1)将油菜籽粕用甲醇和乙醇混合有机溶剂(甲醇和乙醇的体积比为1:3)浸渍处理36h，干燥后进行粉碎，然后经100目筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物；混合有机溶剂与农业废弃物的质量比为13：1；
(2)将2.5g步骤(1)制得的农业废弃物资源化处理产物(5wt％)与聚丁二酸丁二酯40g、三聚氰胺聚磷酸铵7.5g(15wt％)混合均匀后，投入到密炼机中熔融共混加工，加工温度为120℃，加工时间为9min，制得农业废弃物阻燃复合材料。
对比例1
将聚磷酸铵和季戊四醇(质量比为3:1)共5.0g(10wt％添加量)与干燥后的聚乳酸PLA45.0g，混合均匀后投入到密炼机中熔融加工，加工温度为180℃，时间为9min，制得复合阻燃材料。
对比例2
将聚磷酸铵5.0g(10wt％添加量)与干燥后的聚乳酸PLA 45.0g，混合均匀后投入到密炼机中熔融加工，加工温度为180℃，时间为9min，制得复合阻燃材料。
对实施例1-4和对比例1-2复合阻燃材料按照GB/T 2408-2008与GB/T 2406.2-2009进行性能检测，拉伸强度按照GB/T 1040.1-2006进行性能检测，结果如表1所示：
表1.检测结果
Figure BDA0002441224990000041
由表1可以看出：本发明的农业废弃物可以作为纯天然的生物成炭剂与磷酸铵类阻燃剂有效地协同阻燃，制备的阻燃复合材料阻燃性能优异。通过比较实施例1和对比例1可得农业废弃物作为天然成炭剂与聚磷酸铵的复配后阻燃效果明显优于传统石油源成炭剂，且对复合材料的力学性能影响更小；通过比较实施例1和对比例2可得，单独使用聚磷酸铵的阻燃效果差，而添加农业废弃物的复合材料阻燃性能大大提升，可以有效降低聚磷酸铵的添加量从而减低成产成本，具有实际运用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述农业废弃物阻燃复合材料包括以下组分：高分子树脂、磷酸铵阻燃剂和农业废弃物资源化处理产物。
2.根据权利要求1所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，按重量份计，每100份农业废弃物阻燃复合材料中包括以下重量份的组分：高分子树脂80~90份、磷酸铵阻燃剂5~20份和农业废弃物资源化产物0~5份。
3.根据权利要求1所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述磷酸铵阻燃剂选自多聚磷酸铵、三聚磷酸铵、聚磷酸铵和三聚氰胺聚磷酸铵的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述高分子树脂选自聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸和聚丁二酸丁二酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述农业废弃物资源化处理产物来源于花生粕、葵花籽粕、山茶籽粕和油菜籽粕的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述农业废弃物资源化处理产物的制备方法为：将农业废弃物用有机溶剂浸渍处理，干燥后进行粉碎，然后经筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物。
7.根据权利要求6所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇和乙醇的一种或两种混合；所述有机溶剂与农业废弃物的质量比为（10~15）：1；浸渍时间为12~36h。
8.根据权利要求6所述的一种农业废弃物阻燃复合材料，其特征在于，所述筛网的目数为100~200目。
9.一种如权利要求1-8任一所述的农业废弃物阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将农业废弃物用有机溶剂浸渍处理，干燥后进行粉碎，然后经筛网筛选，即得农业废弃物资源化处理产物；
（2）将步骤（1）制得的农业废弃物资源化处理产物与高分子树脂、磷酸铵阻燃剂混合均匀后，投入到密炼机中熔融共混加工，制得农业废弃物阻燃复合材料。
10.根据权利要求9所述的农业废弃物阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，
步骤（1）中，所述有机溶剂为甲醇和乙醇的一种或两种混合；所述有机溶剂与农业废弃物的质量比为（10~15）：1；浸渍时间为12~36h；所述筛网的目数为100~200目；
步骤（2）中，加工温度为120~180℃，加工时间为8~10min。
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