一种阻燃ABS复合材料及其制备方法 |
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申请号 | CN201611050067.1 | 申请日 | 2016-11-25 | 公开(公告)号 | CN106543634A | 公开(公告)日 | 2017-03-29 |
申请人 | 西华大学; | 发明人 | 陈宝书; 赵天宝; 陈冠宇; 左龙; 张晓丽; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种阻燃ABS 复合材料 ,包括以下重量份的组分:ABS 树脂 60-80份、改性木质素8-15份、有机 硅 阻燃剂5-15份、玉米秸秆粉5-12份、板栗壳粉5-12份、 银 杏叶2-5份、ABS-g-MAH 5-10份和抗 氧 剂0.5-1份。其制备方法包括以下步骤:(1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后 粉碎 至10-20目;(2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置1-2天;(3)混合;(4)熔融挤出,冷却 造粒 ,得阻燃ABS复合材料。本发明将废弃资源 回收利用 ,制得的产品阻燃效果好, 力 学性能佳。 | ||||||
权利要求 | 1.一种阻燃ABS复合材料,其特征在于,包括以下重量份的组分:ABS树脂60-80份、改性木质素8-15份、有机硅阻燃剂5-15份、玉米秸秆粉5-12份、板栗壳粉5-12份、银杏叶2-5份、ABS-g-MAH 5-10份和抗氧剂0.5-1份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质。 |
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说明书全文 | 一种阻燃ABS复合材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于阻燃复合材料技术领域,具体涉及一种阻燃ABS复合材料及其制备方法。 背景技术[0002] 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂是一种性能优越的通用型热塑性工程塑料,具有较高的冲击强度,优良的电绝缘性,良好的加工性能和化学稳定性,易于模塑成型,制品富有光泽和较高的韧性,被广泛应用于家用电器、建筑材料、汽车工业等领域。由于很多场合都要求其具有一定阻燃性能,如防火外壳、开关等都要求材料的阻燃性能达到UL-94V-0级,以提高其使用安全性。但ABS树脂本身阻燃性能很低,最常见的方法是添加卤系阻燃剂与三氧化二锑的复合阻燃体系,但其燃烧时会释放大量的烟和有害气体,会对环境和人体造成伤害。随着人们对材料环保要求的不断提高,无机阻燃剂或磷系、氮系阻燃剂得到一定的使用,但无机阻燃剂存在阻燃效率低,添加量大的问题,磷系阻燃剂阻燃效率高,添加量少,但其使材料塑化,影响材料的力学性能,在一定程度上限制了其使用范围。 发明内容[0003] 针对现有技术中的上述不足,本发明提供了一种阻燃ABS复合材料及其制备方法,可有效解决现有技术中阻燃剂添加量多,阻燃效率低,复合材料力学性能不佳等问题。 [0004] 为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: [0005] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分: [0006] ABS树脂60-80份、改性木质素8-15份、有机硅阻燃剂5-15份、玉米秸秆粉5-12份、板栗壳粉5-12份、银杏叶2-5份、ABS-g-MAH 5-10份和抗氧剂0.5-1份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质。 [0007] 进一步地,一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分: [0008] ABS树脂72份、改性木质素13份、有机硅阻燃剂12份、玉米秸秆粉10份、板栗壳粉8份、银杏叶4份、ABS-g-MAH 8份和抗氧剂0.8份。 [0009] 进一步地,改性木质素通过以下方法制备得到: [0010] (1)将木质素溶解于二甲基亚砜中,得到木质素溶液;其中,木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:6-8g/mL; [0011] (2)向步骤(1)中所得木质素溶液中加入五氧化二磷,于100-120℃反应2-4h;其中,五氧化二磷与木质素的质量比为1.5-2.5:1; [0012] (3)将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中,得到三聚氰胺溶液;其中,三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:1.5-2.5g/mL; [0013] (4)向步骤(2)所得物中加入步骤(3)所得的三聚氰胺溶液,于120-140℃反应3-5h;其中三聚氰胺与五氧化二磷的摩尔比为1-2:1; [0014] (5)将步骤(4)所得反应液经冷却、洗涤、抽滤、干燥后,得改性木质素。 [0015] 进一步地,步骤(1)中木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:7g/mL。 [0016] 进一步地,步骤(2)中五氧化二磷与木质素的质量比为1.8:1,反应温度为110℃,反应时间为2h。 [0017] 进一步地,步骤(3)中三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:2g/mL。 [0018] 进一步地,有机硅阻燃剂通过以下方法制备得到: [0019] 在N2保护下,将二甲基硅氧烷混合环体、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠和六甲基二硅氧烷混合,在110℃条件下反应3h,然后升温至135℃保温1h,反应完毕后减压抽出低沸物,得有机硅阻燃剂。 [0020] 进一步地,玉米秸秆粉和板栗壳粉粒径均为3-5mm。 [0022] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0023] (1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后粉碎至10-20目; [0024] (2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置1-2天; [0025] (3)按配方称取剩余原料,然后加入步骤(2)所得混合物,在高速混合器中混合10-20min; [0027] 本发明提供的阻燃ABS复合材料及其制备方法,具有以下有益效果: [0028] (1)本质素分子中含有大量的苯环和羟基,含碳量高,热稳定性也好,可作为天然的成炭剂,通过对木质素改性,其改性过程简单,改性后的木质素可增加ABS的成炭率,可明显降低热释放率,延缓ABS的燃烧过程。 [0029] (2)制备出的有机硅阻燃剂具有阻燃和抑烟功效,还可提高材料的机械性能,其与改性木质素结合,可起到协同作用,可进一步地提高ABS复合材料的阻燃效果。 [0030] (3)本发明采用玉米秸秆粉、板栗壳粉作为原料,这两者均具有很好的机械性能和降解性能,木质素成分也高,将废弃资源转化为生物质原料,大大降低了生产成本,此外,板栗壳粉本身具有抗菌作用,因此,还可有效提高ABS复合材料的的抗菌性能。 [0031] (4)本发明采用的银杏叶也为废弃的银杏叶,可将废弃资源变废为宝,加以有效利用,因银杏叶具有抑菌作用,与玉米秸秆粉和板栗壳粉一起混合后,放置1-2天,银杏叶和板栗壳粉协同起到抑菌作用,使其所用原料不会受杂菌影响,从而不改变原料的有效成分;此外,银杏叶还有抗氧化作用,在制备阻燃ABS复合材料的过程中能与抗氧剂一同发挥其作用。 具体实施方式[0032] 实施例1 [0033] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分:ABS树脂60份、改性木质素8份、有机硅阻燃剂5份、玉米秸秆粉5份、板栗壳粉5份、银杏叶2份、ABS-g-MAH 5份和抗氧剂0.5份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质;玉米秸秆粉和板栗壳粉粒径均为3-5mm; 抗氧剂为抗氧剂168。 [0034] 改性木质素通过以下方法制备得到: [0035] (1)将木质素溶解于二甲基亚砜中,得到木质素溶液;其中,木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:6g/mL; [0036] (2)向步骤(1)中所得木质素溶液中加入五氧化二磷,于100℃反应4h;其中,五氧化二磷与木质素的质量比为1.5:1; [0037] (3)将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中,得到三聚氰胺溶液;其中,三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:1.5g/mL; [0038] (4)向步骤(2)所得物中加入步骤(3)所得的三聚氰胺溶液,于120℃反应5h;其中三聚氰胺与五氧化二磷的摩尔比为1:1; [0039] (5)将步骤(4)所得反应液经冷却、洗涤、抽滤、干燥后,得改性木质素。 [0040] 有机硅阻燃剂通过以下方法制备得到: [0041] 在N2保护下,将二甲基硅氧烷混合环体、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠和六甲基二硅氧烷混合,在110℃条件下反应3h,然后升温至135℃保温1h,反应完毕后减压抽出低沸物,得有机硅阻燃剂。 [0042] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0043] (1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后粉碎至10-20目; [0044] (2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置2天; [0045] (3)按配方称取剩余原料,然后加入步骤(2)所得混合物,在高速混合器中混合20min; [0046] (4)将步骤(3)中混合后的原料加入双螺杆挤出机中,控制挤出温度为200℃,经熔融挤出后,冷却造粒,得阻燃ABS复合材料。 [0047] 实施例2 [0048] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分:ABS树脂80份、改性木质素15份、有机硅阻燃剂15份、玉米秸秆粉12份、板栗壳粉12份、银杏叶5份、ABS-g-MAH 10份和抗氧剂1份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质;玉米秸秆粉和板栗壳粉粒径均为3- 5mm;抗氧剂为亚磷酸三酯。 [0049] 改性木质素通过以下方法制备得到: [0050] (1)将木质素溶解于二甲基亚砜中,得到木质素溶液;其中,木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:8g/mL; [0051] (2)向步骤(1)中所得木质素溶液中加入五氧化二磷,于120℃反应2h;其中,五氧化二磷与木质素的质量比为2.5:1; [0052] (3)将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中,得到三聚氰胺溶液;其中,三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:2.5g/mL; [0053] (4)向步骤(2)所得物中加入步骤(3)所得的三聚氰胺溶液,于120℃反应5h;其中三聚氰胺与五氧化二磷的摩尔比为2:1; [0054] (5)将步骤(4)所得反应液经冷却、洗涤、抽滤、干燥后,得改性木质素。 [0055] 有机硅阻燃剂通过以下方法制备得到: [0056] 在N2保护下,将二甲基硅氧烷混合环体、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠和六甲基二硅氧烷混合,在110℃条件下反应3h,然后升温至135℃保温1h,反应完毕后减压抽出低沸物,得有机硅阻燃剂。 [0057] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0058] (1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后粉碎至10-20目; [0059] (2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置2天; [0060] (3)按配方称取剩余原料,然后加入步骤(2)所得混合物,在高速混合器中混合20min; [0061] (4)将步骤(3)中混合后的原料加入双螺杆挤出机中,控制挤出温度为210℃,经熔融挤出后,冷却造粒,得阻燃ABS复合材料。 [0062] 实施例3 [0063] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分:ABS树脂72份、改性木质素13份、有机硅阻燃剂12份、玉米秸秆粉10份、板栗壳粉8份、银杏叶4份、ABS-g-MAH 8份和抗氧剂0.8份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质;玉米秸秆粉和板栗壳粉粒径均为 3-5mm;抗氧剂为抗氧剂1010。 [0064] 改性木质素通过以下方法制备得到: [0065] (1)将木质素溶解于二甲基亚砜中,得到木质素溶液;其中,木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:7g/mL; [0066] (2)向步骤(1)中所得木质素溶液中加入五氧化二磷,于110℃反应2h;其中,五氧化二磷与木质素的质量比为1.8:1; [0067] (3)将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中,得到三聚氰胺溶液;其中,三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:2g/mL; [0068] (4)向步骤(2)所得物中加入步骤(3)所得的三聚氰胺溶液,于120℃反应3h;其中三聚氰胺与五氧化二磷的摩尔比为1.5:1; [0069] (5)将步骤(4)所得反应液经冷却、洗涤、抽滤、干燥后,得改性木质素。 [0070] 有机硅阻燃剂通过以下方法制备得到: [0071] 在N2保护下,将二甲基硅氧烷混合环体、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠和六甲基二硅氧烷混合,在110℃条件下反应3h,然后升温至135℃保温1h,反应完毕后减压抽出低沸物,得有机硅阻燃剂。 [0072] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0073] (1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后粉碎至10-20目; [0074] (2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置2天; [0075] (3)按配方称取剩余原料,然后加入步骤(2)所得混合物,在高速混合器中混合20min; [0076] (4)将步骤(3)中混合后的原料加入双螺杆挤出机中,控制挤出温度为210℃,经熔融挤出后,冷却造粒,得阻燃ABS复合材料。 [0077] 实施例4 [0078] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分:ABS树脂72份、有机硅阻燃剂12份、玉米秸秆粉10份、板栗壳粉8份、银杏叶4份、ABS-g-MAH8份和抗氧剂0.8份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质;玉米秸秆粉和板栗壳粉粒径均为3-5mm;抗氧剂为抗氧剂1010。 [0079] 有机硅阻燃剂通过以下方法制备得到: [0080] 在N2保护下,将二甲基硅氧烷混合环体、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠和六甲基二硅氧烷混合,在110℃条件下反应3h,然后升温至135℃保温1h,反应完毕后减压抽出低沸物,得有机硅阻燃剂。 [0081] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0082] (1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后粉碎至10-20目; [0083] (2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置2天; [0084] (3)按配方称取剩余原料,然后加入步骤(2)所得混合物,在高速混合器中混合20min; [0085] (4)将步骤(3)中混合后的原料加入双螺杆挤出机中,控制挤出温度为210℃,经熔融挤出后,冷却造粒,得阻燃ABS复合材料。 [0086] 实施例5 [0087] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分:ABS树脂72份、改性木质素13份、玉米秸秆粉10份、板栗壳粉8份、银杏叶4份、ABS-g-MAH 8份和抗氧剂0.8份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质;玉米秸秆粉和板栗壳粉粒径均为3-5mm;抗氧剂为抗氧剂1010。 [0088] 改性木质素通过以下方法制备得到: [0089] (1)将木质素溶解于二甲基亚砜中,得到木质素溶液;其中,木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:7g/mL; [0090] (2)向步骤(1)中所得木质素溶液中加入五氧化二磷,于110℃反应2h;其中,五氧化二磷与木质素的质量比为1.8:1; [0091] (3)将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中,得到三聚氰胺溶液;其中,三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:2g/mL; [0092] (4)向步骤(2)所得物中加入步骤(3)所得的三聚氰胺溶液,于120℃反应3h;其中三聚氰胺与五氧化二磷的摩尔比为1.5:1; [0093] (5)将步骤(4)所得反应液经冷却、洗涤、抽滤、干燥后,得改性木质素。 [0094] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0095] (1)将银杏叶清洗干净,晾干,然后粉碎至10-20目; [0096] (2)将粉碎后的银杏叶与玉米秸秆粉和板栗壳粉混合,放置2天; [0097] (3)按配方称取剩余原料,然后加入步骤(2)所得混合物,在高速混合器中混合20min; [0098] (4)将步骤(3)中混合后的原料加入双螺杆挤出机中,控制挤出温度为210℃,经熔融挤出后,冷却造粒,得阻燃ABS复合材料。 [0099] 实施例6 [0100] 一种阻燃ABS复合材料,包括以下重量份的组分:ABS树脂72份、改性木质素13份、有机硅阻燃剂12份、玉米秸秆粉10份、ABS-g-MAH 8份和抗氧剂0.8份;其中玉米秸秆粉、板栗壳粉和银杏叶均为干物质;玉米秸秆粉粒径为3-5mm;抗氧剂为抗氧剂1010。 [0101] 改性木质素通过以下方法制备得到: [0102] (1)将木质素溶解于二甲基亚砜中,得到木质素溶液;其中,木质素的质量与二甲基亚砜的体积比为1:7g/mL; [0103] (2)向步骤(1)中所得木质素溶液中加入五氧化二磷,于110℃反应2h;其中,五氧化二磷与木质素的质量比为1.8:1; [0104] (3)将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中,得到三聚氰胺溶液;其中,三聚氰胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:2g/mL; [0105] (4)向步骤(2)所得物中加入步骤(3)所得的三聚氰胺溶液,于120℃反应3h;其中三聚氰胺与五氧化二磷的摩尔比为1.5:1; [0106] (5)将步骤(4)所得反应液经冷却、洗涤、抽滤、干燥后,得改性木质素。 [0107] 有机硅阻燃剂通过以下方法制备得到: [0108] 在N2保护下,将二甲基硅氧烷混合环体、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠和六甲基二硅氧烷混合,在110℃条件下反应3h,然后升温至135℃保温1h,反应完毕后减压抽出低沸物,得有机硅阻燃剂。 [0109] 上述阻燃ABS复合材料的制备方法,包括以下步骤: [0110] (3)按配方称取各原料,然后在高速混合器中混合20min; [0111] (2)将步骤(1)中混合后的原料加入双螺杆挤出机中,控制挤出温度为210℃,经熔融挤出后,冷却造粒,得阻燃ABS复合材料。 [0112] 实施例1-6各组分及重量份(份)见表1: [0113] 表1实施例1-6各组分及重量份 [0114] [0115] [0116] 实验例 性能评价 [0117] 将实施例1-6所得阻燃ABS复合材料分别在100℃烘箱中干燥2h,然后再在注射成型机上进行注射成型制样,然后分别对其进行性能评价即对其进行拉伸性能、弯曲性能、简支梁缺口冲击强度、阻燃性能测试,测试方法如下: [0118] 拉伸性能测试:按照ISO 5271标准进行; [0119] 弯曲性能测试:按照ISO 178标准进行; [0120] 简支梁缺口冲击强度测试:按照ISO 179标准进行; [0121] 阻燃性能测试:按照UL-94标准进行。 [0122] 测试结果见表2: [0123] 表2实施例1-6产品的测试结果 [0124] [0125] [0126] 由表2可知,改性木质素和有机硅阻燃剂能起到协同阻燃的效果,对力学性能影响不大,但板栗壳粉和银杏叶对阻燃效果几乎没有影响,但对力学性能有一定的影响。 |