CN113717488A - 一种抑烟阻燃型木质复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种抑烟阻燃型木质复合材料及其制备方法，包括以下成分组成：改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料、聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂，其力学性能良好，而且具有优异的防火阻燃性能，点燃时间长不易燃烧，燃烧时产热产烟量小，可以被广泛应用到家居建材、装修装饰领域，具有极佳的市场应用前景。

Description

一种抑烟阻燃型木质复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种抑烟阻燃型木质复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会发展水平的提高和人口的增长，对木材的需求量越来越大，但是，作为一个森林结构失衡和资源匮乏的国家，木材资源供需矛盾日益突出，木材供应的紧缺已成为制约我国建筑家具行业发展的瓶颈，木质复合材料是以木材(其各种形态，包括粉体、纤维、单板和刨花等)为基体材料再加上其他的增强材料或功能材料复合而成是具有承受一定载荷的或具有某些特定性能的复合材料，木质复合材料的最大特点在于不仅能保持原单一组分材料各自的特性，而且可以性能互补，使材料具有优异的综合性能，因而逐渐在建筑家具领域得到广泛应用。

目前的木质复合材料多采用植物填料(木材、竹材)和塑料填料复合，然而由于植物填料与塑料填料相容性差，会导致木质复合材料机械性能降低，限制了其应用，另一方面塑料填料更易燃烧，且燃烧会产生有毒有害气体，就更不利于其推广应用。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种抑烟阻燃型木质复合材料及其制备方法。

所采用的技术方案如下：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下成分组成：

改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料、聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂。

进一步地，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉40-60份、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料20-30份、聚乙烯10-20份、马来酸酐接枝聚乙烯1-2份、纳米纤维素3-5份、埃洛石纳米管1-3份、过氧化二异丙苯0.1-0.2份、抗氧剂0.1-0.2份。

进一步地，所述改性木粉的制备方法如下：

将木粉用氢氧化钠溶液浸渍处理10-30min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至40-45℃搅拌反应90-120min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌1-5h后，过滤，所得固体干燥即可。

进一步地，所述引发剂为过硫酸钾、亚硫酸氢钠的组合物。

进一步地，所述酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、钼系化合物加入，超声振荡30-50min后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封后转移至水热反应釜中，130-150℃反应36-48h，所得凝胶状固体于40-60℃干燥15-20h。

进一步地，所述钼系化合物为三氧化钼、八钼酸铵、磷钼酸铵中的至少一种。

进一步地，所述聚乙烯为LDPE、LLDPE的组合物。

进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、聚乙烯蜡的组合物。

本发明还提供了上述抑烟阻燃型木质复合材料的制备方法：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料、聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，粒料注塑成型。

进一步地，注塑成型的温度为180-185℃，压力为8-10MPa。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种抑烟阻燃型木质复合材料，改性后的木粉表面接枝了甲基丙烯酸甲酯可以改变木粉与塑料填料之间的界面粘合性，阻碍了木粉的团聚倾向，相应的复合材料的力学性能得到很大提高，处理效果优于目前只用硅烷偶联剂处理木粉的方法，聚磷酸铵遇热膨胀碳化可以在燃烧时隔绝空气和热量，钼系化合物能促进炭层的生成，减少烟雾释放量，而且还能将形成芳香族烟尘的母体牢固地键合在燃烧生成的金属-芳香系复合物中，降低有毒有害气体浓度，与聚磷酸铵由良好的协同性，埃洛石纳米管受热时在酸源、炭源和气源的共同作用下，能形成微孔结构的阻隔层，可以在一定程度上隔热隔质，起到阻燃作用，而且其所含的高价的硅元素与铝元素提供的金属阳离子能够与聚磷酸铵受热分解产生的聚磷酸发生作用，促进聚磷酸的交联从而提高了炭层的黏度，形成了阻隔效果更佳的炭层结构，过氧化二异丙苯能使LDPE、LLDPE发生交联，使材料结构也变得更加稳固，同时还增强了木粉和塑料填料之间的粘合力，本发明所制备的木质复合材料的力学性能良好，而且具有优异的防火阻燃性能，点燃时间长不易燃烧，燃烧时产热产烟量小，可以被广泛应用到家居建材、装修装饰领域，具有极佳的市场应用前景。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉50份、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料25份、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物15份、马来酸酐接枝聚乙烯1份、纳米纤维素5份、埃洛石纳米管2份、过氧化二异丙苯0.1份、抗氧剂1010、聚乙烯蜡按质量比1:1组成的抗氧剂0.1份。

其中，改性木粉的制备方法如下：

将杨木粉用质量浓度为3％的氢氧化钠溶液浸渍处理20min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入过硫酸钾、亚硫酸氢钠按质量比1:1组成的引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至45℃搅拌反应100min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌5h除去多余的甲基丙烯酸甲酯，过滤，固体干燥即可。

酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、三氧化钼加入，超声振荡50min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，150℃反应48h，所得凝胶状固体于60℃干燥15h。

制备方法如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，挤出机各区段温度为：1区温度为160℃、2区温度为170℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为170℃、机头温度为150℃，螺杆转速为80r/min，粒料注塑成型，注塑成型的温度为185℃，压力为10MPa。

实施例2：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉60份、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料20份、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物10份、马来酸酐接枝聚乙烯2份、纳米纤维素5份、埃洛石纳米管2份、过氧化二异丙苯0.2份、抗氧剂1010、聚乙烯蜡按质量比1:1组成的抗氧剂0.1份。

其中，改性木粉的制备方法如下：

将杨木粉用质量浓度为5％的氢氧化钠溶液浸渍处理10min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入过硫酸钾、亚硫酸氢钠按质量比2:1组成的引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至45℃搅拌反应120min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌2h除去多余的甲基丙烯酸甲酯，过滤，固体干燥即可。

酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、三氧化钼加入，超声振荡50min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，140℃反应48h，所得凝胶状固体于50℃干燥15h。

制备方法如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，挤出机各区段温度为：1区温度为160℃、2区温度为170℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为170℃、机头温度为150℃，螺杆转速为80r/min，粒料注塑成型，注塑成型的温度为185℃，压力为10MPa。

实施例3：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉60份、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料30份、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物20份、马来酸酐接枝聚乙烯2份、纳米纤维素5份、埃洛石纳米管3份、过氧化二异丙苯0.2份、抗氧剂1010、聚乙烯蜡按质量比1:1组成的抗氧剂0.2份。

其中，改性木粉的制备方法如下：

将杨木粉用质量浓度为5％的氢氧化钠溶液浸渍处理30min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入过硫酸钾、亚硫酸氢钠按质量比3:1组成的引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至45℃搅拌反应120min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌5h除去多余的甲基丙烯酸甲酯，过滤，固体干燥即可。

酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、三氧化钼加入，超声振荡50min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，150℃反应48h，所得凝胶状固体于60℃干燥20h。

制备方法如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，挤出机各区段温度为：1区温度为160℃、2区温度为170℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为170℃、机头温度为150℃，螺杆转速为80r/min，粒料注塑成型，注塑成型的温度为185℃，压力为10MPa。

实施例4：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉40份、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料20份、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物10份、马来酸酐接枝聚乙烯1份、纳米纤维素3份、埃洛石纳米管1份、过氧化二异丙苯0.1份、抗氧剂1010、聚乙烯蜡按质量比1:1组成的抗氧剂0.1份。

其中，改性木粉的制备方法如下：

将杨木粉用质量浓度为3％的氢氧化钠溶液浸渍处理10min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入过硫酸钾、亚硫酸氢钠按质量比1:1组成的引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至40℃搅拌反应90min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌1h除去多余的甲基丙烯酸甲酯，过滤，固体干燥即可。

酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、三氧化钼加入，超声振荡30min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，130℃反应36h，所得凝胶状固体于40℃干燥15h。

制备方法如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/三氧化钼复合材料、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，挤出机各区段温度为：1区温度为160℃、2区温度为170℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为170℃、机头温度为150℃，螺杆转速为80r/min，粒料注塑成型，注塑成型的温度为180℃，压力为8MPa。

实施例5：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉60份、酚醛树脂/聚磷酸铵/八钼酸铵复合材料20份、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物20份、马来酸酐接枝聚乙烯1份、纳米纤维素5份、埃洛石纳米管1份、过氧化二异丙苯0.2份、抗氧剂1010、聚乙烯蜡按质量比1:1组成的抗氧剂0.1份。

其中，改性木粉的制备方法如下：

将杨木粉用质量浓度为5％的氢氧化钠溶液浸渍处理10min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入过硫酸钾、亚硫酸氢钠按质量比3:1组成的引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至45℃搅拌反应90min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌5h除去多余的甲基丙烯酸甲酯，过滤，固体干燥即可。

酚醛树脂/聚磷酸铵/八钼酸铵复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、八钼酸铵加入，超声振荡30min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，150℃反应36h，所得凝胶状固体于60℃干燥15h。

制备方法如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/八钼酸铵复合材料、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，挤出机各区段温度为：1区温度为160℃、2区温度为170℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为170℃、机头温度为150℃，螺杆转速为80r/min，粒料注塑成型，注塑成型的温度为185℃，压力为8MPa。

实施例6：

一种抑烟阻燃型木质复合材料，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉40份、酚醛树脂/聚磷酸铵/磷钼酸铵复合材料30份、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物10份、马来酸酐接枝聚乙烯2份、纳米纤维素3份、埃洛石纳米管3份、过氧化二异丙苯0.1份、抗氧剂1010、聚乙烯蜡按质量比1:1组成的抗氧剂0.2份。

其中，改性木粉的制备方法如下：

将杨木粉用质量浓度为3％的氢氧化钠溶液浸渍处理30min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入过硫酸钾、亚硫酸氢钠按质量比1:3组成的引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至40℃搅拌反应120min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌1h除去多余的甲基丙烯酸甲酯，过滤，固体干燥即可。

酚醛树脂/聚磷酸铵/磷钼酸铵复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、磷钼酸铵加入，超声振荡50min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，130℃反应48h，所得凝胶状固体于40℃干燥20h。

制备方法如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料、LDPE、LLDPE按质量比1:1的组合物、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，挤出机各区段温度为：1区温度为160℃、2区温度为170℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为170℃、机头温度为150℃，螺杆转速为80r/min，粒料注塑成型，注塑成型的温度为180℃，压力为10MPa。

对比例1：

对比例1与实施例1基本相同，区别在于，木粉不经过改性处理。

对比例2：

对比例2与实施例1基本相同，区别在于，将酚醛树脂、聚磷酸铵、三氧化钼分开加入。

酚醛树脂的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，超声振荡50min分散后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封转移至水热反应釜中，150℃反应48h，所得凝胶状固体于60℃干燥15h。

对比例3：

对比例3与实施例1基本相同，区别在于，不加入埃洛石纳米管。

对比例4：

对比例4与实施例1基本相同，区别在于，不加入过氧化二异丙苯。

性能测试：

①参照GB/T1041-2008、GB/T9341-2008、GB/T1843-2008测试本发明实施例1-6、对比例1-4所制备木质复合材料的各项力学性能。

测试结果如下表1所示：

表1：

②按照ISO5660-1《对火反应试验-热释放、产烟量及质量损失速率第1部分：热释放速率(锥形量热仪法)》测试本发明实施例1-6、对比例1-4所制备木质复合材料的燃烧参数-即点燃时间、总热释放量、总生烟量。

按照GB/T2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》，测试本发明实施例1-6、对比例1-4所制备木质复合材料的极限氧指数。

测试结果如下表2所示：

表2：

由上表1和表2可知，本发明木质复合材料的力学性能良好，而且具有优异的防火阻燃性能，点燃时间长不易燃烧，燃烧时产热产烟量小，可以被广泛应用到家居建材、装修装饰领域，具有极佳的市场应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，包括以下成分组成：

改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料、聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂。

2.如权利要求1所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的成分组成：

改性木粉40-60份、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料20-30份、聚乙烯10-20份、马来酸酐接枝聚乙烯1-2份、纳米纤维素3-5份、埃洛石纳米管1-3份、过氧化二异丙苯0.1-0.2份、抗氧剂0.1-0.2份。

3.如权利要求1所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，所述改性木粉的制备方法如下：

将木粉用氢氧化钠溶液浸渍处理10-30min后滤出，水洗至中性后加入到水中，搅拌使其均匀分散，再加入引发剂和甲基丙烯酸甲酯，升温至40-45℃搅拌反应90-120min，过滤，所得固体干燥后加入DMF中，搅拌1-5h后，过滤，所得固体干燥即可。

4.如权利要求3所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、亚硫酸氢钠的组合物。

5.如权利要求1所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，所述酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料的制备方法如下：

将线性酚醛树脂加入乙醇中，再将聚磷酸铵、钼系化合物加入，超声振荡30-50min后，再将六亚甲基四胺加入，反应液密封后转移至水热反应釜中，130-150℃反应36-48h，所得凝胶状固体于40-60℃干燥15-20h。

6.如权利要求5所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，所述钼系化合物为三氧化钼、八钼酸铵、磷钼酸铵中的至少一种。

7.如权利要求1所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，所述聚乙烯为LDPE、LLDPE的组合物。

8.如权利要求1所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、聚乙烯蜡的组合物。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的抑烟阻燃型木质复合材料的制备方法，其特征在于，具体如下：

将改性木粉、酚醛树脂/聚磷酸铵/钼系化合物复合材料、聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、纳米纤维素、埃洛石纳米管、过氧化二异丙苯、抗氧剂混合均匀后加入到挤出机中挤出造粒，粒料注塑成型。

10.如权利要求9所述的抑烟阻燃型木质复合材料，其特征在于，注塑成型的温度为180-185℃，压力为8-10MPa。