CN111471314A - 一种阻燃耐腐蚀的木塑pvc改性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，由如下重量份原料制成：8‑15份耐腐蚀填料，5‑8份高阻燃填料，65‑70份PVC颗粒，80‑90份杨木粉，5‑10份10％硫酸氢钠溶液，3‑8份碳酸钙粉末，1‑3份抗氧剂，20‑25份聚丁二烯胶乳；本发明还公开了一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料的制备方法；高阻燃填料能够赋予PVC优异的阻燃性能，PVC燃烧时，高阻燃填料形成一层能够阻隔热量和可燃气体的致密的碳层，之后成碳剂分解并与聚磷酸铵反应生成水蒸气和氨气，进一步增强其阻燃性能，而且该成碳剂中不含羟基，使得其极性降低，并且具有较大的分子量，所以能够与PVC较好的相容。

Description

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料及其制备方法

技术领域

本发明属于PVC制备技术领域，具体为一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是国内外近年刚刚兴起的一类新型复合材料，它是把原有的需要树脂生产使用的用其它如杨木粉、桔杆等常见农业废弃物来替代，再通过添加其它添加剂后生产出的新型环保材料，主要用于建材、家具、物流包装等行业，最常见的木塑材料生产的如木塑复合板材，是将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型的板材，具有很好的可加工、强度、耐水和耐腐蚀性能。

中国发明专利CN109135088A公开了一种木塑PVC发泡板，包括如下组分：聚氯乙烯50-100份；钙粉30-80份；AC黄发泡剂0.2-0.5份；NC白发泡剂1-1.5份；发泡调节剂5-10份；稳定剂3-5份；增塑剂0.1-0.5份；抗冲击改性剂1-5份；内润滑剂0.5-1份；外润滑剂0.5-2份；木粉20-40份；以重量份数计。本发明通过在PVC发泡板配方中添加木粉，使得生产的木塑PVC发泡板硬度大、强度大、热塑性好、性价比高。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明提供一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题：

现有PVC所用填料表面具有羟基等活性基团，表面能较大，所以其表面结构不稳定，易产生氢键形成团聚，与基质材料的界面性质不同，相容性差，在基体中无法均匀分散；

PVC燃烧时，高阻燃填料形成一层能够阻隔热量和可燃气体的致密的碳层，之后成碳剂分解并与聚磷酸铵反应生成水蒸气和氨气，进一步增强其阻燃性能，而且该成碳剂中不含羟基，使得其极性降低，并且具有较大的分子量，所以能够与PVC较好的相容。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，由如下重量份原料制成：8-15份耐腐蚀填料，5-8份高阻燃填料，65-70份PVC颗粒，80-90份杨木粉，5-10份质量分数10％硫酸氢钠溶液，3-8份碳酸钙粉末，1-3份抗氧剂，20-25份聚丁二烯胶乳；

该阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料由如下方法制成：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600-800r/min，温度为80-100℃，搅拌时间为10-12min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂，控制挤出温度为120-150℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010中的一种或两种。

进一步地，所述耐腐蚀填料由如下方法制成：

步骤S1、将硝酸镁和硝酸铝加入装有去离子水的烧杯中，搅拌均匀后加入氢氧化钠，35-40℃水浴加热并磁力搅拌，之后转移至三口烧瓶中，加入过程中通入氮气并以400r/min的转速搅拌，完全加入后制得混合液A，将混合液A在70℃下晶化22h，抽滤，用45℃去离子水洗涤三次，100℃真空干燥4h，制得物料B，控制硝酸镁、硝酸铝和氢氧化钠的重量比为2∶1∶1；

步骤S2、将对苯乙烯磺酸钠加入去离子水中，匀速搅拌10min后加入物料B，通入氮气并在35-40℃下搅拌2h，控制搅拌速度为350-400r/min，过滤，用去离子水洗涤三次，在70℃下干燥40h，制得所述耐腐蚀填料，控制对苯乙烯磺酸钠和物料B的重量比为1∶18-20。

步骤S1通过硝酸镁和硝酸铝等原料制备出一种耐腐蚀填料，该耐腐蚀填料面具有羟基等活性基团，表面能较大，所以其表面结构不稳定，易产生氢键形成团聚，而且该耐腐蚀填料作为一种无机材料，与基质材料的界面性质不同，相容性差，在基质中无法均匀分散，所以步骤二通过对苯乙烯磺酸钠对其进行修饰改性，使其表面有机化，进而钝化表面，能够防止产生团聚现象，修饰过程中，对苯乙烯磺酸根离子能够进入填料层间，进而使其层间距增大，解决了制备出的填料表面具有羟基等活性基团，表面能较大，所以其表面结构不稳定，易产生氢键形成团聚，与基质材料的界面性质不同，相容性差，在基体中无法均匀分散，而且该填料自身结构稳定，具有良好的耐腐蚀性能。

进一步地，所述高阻燃填料由如下方法制成：

(1)将三氯氧磷和乙腈加入三口烧瓶中，45-50℃水浴加热并磁力搅拌10min，加入PEPA，继续搅拌直至溶液澄清，之后升温至75-80℃，回流10-12h后停止反应，趁热过滤，制得化合物C，控制三氯氧磷、乙腈和PEPA的重量比为1∶5-8∶2；

(2)将步骤S1制得的化合物C和对苯二酚加入乙腈中，45-50℃水浴加热并匀速搅拌，直至化合物C完全溶解，以180r/min的转速搅拌15-20min，之后升温至65℃，并在此温度下保温30min，继续升温至85-90℃，在此温度下反应3h，冷却、过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得高阻燃填料。

步骤(1)中三氯氧磷和PEPA在乙腈中发生反应，三氯氧磷和PEPA中发生反应，PEPA上的羟基被三氯氧磷上的氯取代，发生取代反应，生成化合物C，之后步骤S2中将化合物C和对苯二酚加入乙腈中，对苯二酚与化合物A发生反应，化合物C上的氯原子被对苯二酚取代，制得高阻燃填料，高阻燃填料能够赋予PVC优异的阻燃性能，PVC燃烧时，高阻燃填料形成一层能够阻隔热量和可燃气体的致密的碳层，之后成碳剂分解并与聚磷酸铵反应生成水蒸气和氨气，进一步增强其阻燃性能，而且该成碳剂中不含羟基，使得其极性降低，并且具有较大的分子量，所以能够与PVC较好的相容。

进一步地，步骤S2中控制化合物C、乙腈和对苯二酚的重量比为1∶8-10∶0.1-0.2。

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600-800r/min，温度为80-100℃，搅拌时间为10-12min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂，控制挤出温度为120-150℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

本发明的有益效果：

(1)本发明一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料以耐腐蚀填料和高阻燃填料等作为填料，以PVC和杨木粉等作为原料，耐腐蚀填料制备过程中步骤S1通过硝酸镁和硝酸铝等原料制备出一种耐腐蚀填料，该耐腐蚀填料面具有羟基等活性基团，表面能较大，所以其表面结构不稳定，易产生氢键形成团聚，而且该耐腐蚀填料作为一种无机材料，与基质材料的界面性质不同，相容性差，在基质中无法均匀分散，所以步骤二通过对苯乙烯磺酸钠对其进行修饰改性，使其表面有机化，进而钝化表面，能够防止产生团聚现象，修饰过程中，对苯乙烯磺酸根离子能够进入填料层间，进而使其层间距增大，解决了制备出的填料表面具有羟基等活性基团，表面能较大，所以其表面结构不稳定，易产生氢键形成团聚，与基质材料的界面性质不同，相容性差，在基体中无法均匀分散，而且该填料自身结构稳定，具有良好的耐腐蚀性能。

(2)高阻燃填料制备过程中步骤(1)中三氯氧磷和PEPA在乙腈中发生反应，三氯氧磷和PEPA中发生反应，PEPA上的羟基被三氯氧磷上的氯取代，发生取代反应，生成化合物C，之后步骤S2中将化合物C和对苯二酚加入乙腈中，对苯二酚与化合物A发生反应，化合物C上的氯原子被对苯二酚取代，制得高阻燃填料，高阻燃填料能够赋予PVC优异的阻燃性能，PVC燃烧时，高阻燃填料形成一层能够阻隔热量和可燃气体的致密的碳层，之后成碳剂分解并与聚磷酸铵反应生成水蒸气和氨气，进一步增强其阻燃性能，而且该成碳剂中不含羟基，使得其极性降低，并且具有较大的分子量，所以能够与PVC较好的相容。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，由如下重量份原料制成：8份耐腐蚀填料，5份高阻燃填料，65份PVC颗粒，80份杨木粉，5份10％硫酸氢钠溶液，3份碳酸钙粉末，1份抗氧剂1010，20份聚丁二烯胶乳；

该阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料由如下方法制成：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600r/min，温度为80℃，搅拌时间为10min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂1010，控制挤出温度为120℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

所述耐腐蚀填料由如下方法制成：

步骤S1、将硝酸镁和硝酸铝加入装有去离子水的烧杯中，搅拌均匀后加入氢氧化钠，35℃水浴加热并磁力搅拌，之后转移至三口烧瓶中，加入过程中通入氮气并以400r/min的转速搅拌，完全加入后制得混合液A，将混合液A在70℃下晶化22h，抽滤，用45℃去离子水洗涤三次，100℃真空干燥4h，制得物料B，控制硝酸镁、硝酸铝和氢氧化钠的重量比为2∶1∶1；

步骤S2、将对苯乙烯磺酸钠加入去离子水中，匀速搅拌10min后加入物料B，通入氮气并在35℃下搅拌2h，控制搅拌速度为350r/min，过滤，用去离子水洗涤三次，在70℃下干燥40h，制得所述耐腐蚀填料，控制对苯乙烯磺酸钠和物料B的重量比为1∶18。

所述高阻燃填料由如下方法制成：

(1)将三氯氧磷和乙腈加入三口烧瓶中，45℃水浴加热并磁力搅拌10min，加入PEPA，继续搅拌直至溶液澄清，之后升温至75℃，回流10h后停止反应，趁热过滤，制得化合物C，控制三氯氧磷、乙腈和PEPA的重量比为1∶5∶2。

(2)将步骤S1制得的化合物C和对苯二酚加入乙腈中，45℃水浴加热并匀速搅拌，直至化合物C完全溶解，以180r/min的转速搅拌15min，之后升温至65℃，并在此温度下保温30min，继续升温至85℃，在此温度下反应3h，冷却、过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得高阻燃填料，控制化合物C、乙腈和对苯二酚的重量比为1∶8∶0.1。

实施例2

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，由如下重量份原料制成：10份耐腐蚀填料，6份高阻燃填料，68份PVC颗粒，82份杨木粉，6份10％硫酸氢钠溶液，5份碳酸钙粉末，2份抗氧剂1010，22份聚丁二烯胶乳；

该阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料由如下方法制成：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600r/min，温度为80℃，搅拌时间为10min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂1010，控制挤出温度为120℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

其余同实施例1。

实施例3

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，由如下重量份原料制成：14份耐腐蚀填料，6份高阻燃填料，68份PVC颗粒，88份杨木粉，8份10％硫酸氢钠溶液，6份碳酸钙粉末，2份抗氧剂1010，24份聚丁二烯胶乳；

该阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料由如下方法制成：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600r/min，温度为80℃，搅拌时间为10min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂1010，控制挤出温度为120℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

其余同实施例1。

实施例4

一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，由如下重量份原料制成：15份耐腐蚀填料，8份高阻燃填料，70份PVC颗粒，90份杨木粉，10份10％硫酸氢钠溶液，8份碳酸钙粉末，3份抗氧剂1010，25份聚丁二烯胶乳；

该阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料由如下方法制成：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600r/min，温度为80℃，搅拌时间为10min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂1010，控制挤出温度为120℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

其余同实施例1。

对比例1

本对比例与实施例1相比，用纳米二氧化硅代替耐腐蚀填料，制备方法如下所示：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600r/min，温度为80℃，搅拌时间为10min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入纳米二氧化硅、碳酸钙粉末和抗氧剂1010，控制挤出温度为120℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

对比例2

本对比例与实施例1相比，未加入高阻燃填料，制备方法如下所示：

第一步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600r/min，温度为80℃，搅拌时间为10min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第二步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂1010，控制挤出温度为120℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

对比例3

本对比例为市场中一种木塑PVC材料。

对实施例1-4和对比例1-3的阻燃性能、耐腐蚀性能和硬度。

耐腐蚀性能：将实施例1-4和对比例1-3浸泡在10％稀盐酸溶液中90天，观察质量变化百分比。

	阻燃等级	耐腐蚀性能	邵氏硬度
				实施例1	V0	0.02	68
实施例2	V0	0.03	66
				实施例3	V0	0.02	65
实施例4	V0	0.01	66
				对比例1	V1	0.08	58
对比例2	V2	0.04	59
				对比例3	V2	0.1	50

从上表中能够看出实施例1-4的阻燃等级为V2-V0，浸泡90天质量变化百分比为0.01-0.03，邵氏硬度为65-68，对比例1-3的阻燃等级为V2-V1，浸泡90天质量变化百分比为0.04-0.1，邵氏硬度为50-59；所以高阻燃填料能够赋予PVC优异的阻燃性能，PVC燃烧时，高阻燃填料形成一层能够阻隔热量和可燃气体的致密的碳层，之后成碳剂分解并与聚磷酸铵反应生成水蒸气和氨气，进一步增强其阻燃性能，而且该成碳剂中不含羟基，使得其极性降低，并且具有较大的分子量，所以能够与PVC较好的相容。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，其特征在于，由如下重量份原料制成：8-15份耐腐蚀填料，5-8份高阻燃填料，65-70份PVC颗粒，80-90份杨木粉，5-10份10％硫酸氢钠溶液，3-8份碳酸钙粉末，1-3份抗氧剂，20-25份聚丁二烯胶乳；

该阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料由如下方法制成：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600-800r/min，温度为80-100℃，搅拌时间为10-12min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂，控制挤出温度为120-150℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，其特征在于，所述耐腐蚀填料由如下方法制成：

步骤S1、将硝酸镁和硝酸铝加入装有去离子水的烧杯中，搅拌均匀后加入氢氧化钠，35-40℃水浴加热并磁力搅拌，之后转移至三口烧瓶中，加入过程中通入氮气并以400r/min的转速搅拌，完全加入后制得混合液A，将混合液A在70℃下晶化22h，抽滤，用45℃去离子水洗涤三次，100℃真空干燥4h，制得物料B，控制硝酸镁、硝酸铝和氢氧化钠的重量比为2∶1∶1；

步骤S2、将对苯乙烯磺酸钠加入去离子水中，匀速搅拌10min后加入物料B，通入氮气并在35-40℃下搅拌2h，控制搅拌速度为350-400r/min，过滤，用去离子水洗涤三次，在70℃下干燥40h，制得所述耐腐蚀填料，控制对苯乙烯磺酸钠和物料B的重量比为1∶18-20。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，其特征在于，所述高阻燃填料由如下方法制成：

(1)将三氯氧磷和乙腈加入三口烧瓶中，45-50℃水浴加热并磁力搅拌10min，加入PEPA，继续搅拌直至溶液澄清，之后升温至75-80℃，回流10-12h后停止反应，趁热过滤，制得化合物C，控制三氯氧磷、乙腈和PEPA的重量比为1∶5-8∶2；

(2)将步骤S1制得的化合物C和对苯二酚加入乙腈中，45-50℃水浴加热并匀速搅拌，直至化合物C完全溶解，以180r/min的转速搅拌15-20min，之后升温至65℃，并在此温度下保温30min，继续升温至85-90℃，在此温度下反应3h，冷却、过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得高阻燃填料。

5.根据权利要求4所述的一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料，其特征在于，步骤S2中控制化合物C、乙腈和对苯二酚的重量比为1∶8-10∶0.1-0.2。

6.根据权利要求1所述的一种阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、将高阻燃填料加入去离子水中制成浆液，转移至搅拌釜中，在120r/min的转速下搅拌并加入聚丁二烯胶乳，继续搅拌20min，絮凝、洗涤、干燥，制得母胶；

第二步、将母胶、杨木粉、PVC颗粒加入搅拌机中预塑化，控制搅拌机的转速为600-800r/min，温度为80-100℃，搅拌时间为10-12min，之后加入10％硫酸氢钠溶液，继续搅拌5min；

第三步、转移至螺杆挤出机中，加入耐腐蚀填料、碳酸钙粉末和抗氧剂，控制挤出温度为120-150℃，制得所述阻燃耐腐蚀的木塑PVC改性材料。