技术领域
[0001] 本
发明涉及木塑材料技术领域,具体涉及一种高阻燃
木塑复合材料。
背景技术
[0002] 木塑复合材料是一种以天然
纤维填充塑料并添加相应的助剂,经一定配比混合后模压或挤出成型制备的一种新型复合材料,其结合了塑料和
植物纤维的特性,具有成本低、耐
水、耐
腐蚀、耐老化、防虫蛀、尺寸
稳定性和
力学性能好等优点,已被广泛应用于室外地板、护栏、
汽车内装饰产品、货运托盘、露天桌椅、
包装材料以及家具等领域。虽然,木塑复合材料具有诸多优点,但是作为主要由木质纤维材料和塑料两种可燃材料组成的复合材料,木塑复合材料具有易燃烧,且
燃烧热值较大的
缺陷,火灾危险性很大,需要对其进行阻燃处理。现有的阻燃木塑复合材料存在阻燃效果差、效率不高的缺陷,限制了其在室内装饰、家具等对防火安全要求较高的领域的应用。
发明内容
[0003] 基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种高阻燃木塑复合材料,其
阻燃性能优异,力学性能好,使用寿命长。
[0004] 本发明提出的一种高阻燃木塑复合材料,其原料按重量份包括:聚氯乙烯75-105份、改性木质纤维材料120-165份、复合稳定剂5-9.5份、
润滑剂2.5-5份、
偶联剂5-8.5份、阻燃剂8-15份、沸石粉1.5-5份、
碳酸
钙1-3份;
[0005] 其中,所述改性木质纤维材料的制备方法包括以下步骤:将乙
醛合
氨三聚体和环
氧氯丙烷加入反应装置中,通入氮气后搅拌均匀,然后升温至75-85℃,搅拌1.5-2.5h进行反应,然后加入丙烯酰胺和丙
酮搅拌均匀,加入三氯化
铝,调节
温度为42-48℃,搅拌至无气体产生,
蒸发后得到物料A;将甲基
丙烯酸甲酯、物料A、
硅烷偶联剂KH-570改性的纳米
二氧化硅和光引发剂加入
乙醇中混合均匀,然后加入木质纤维材料浸渍,轧液后进行紫外光照射,洗涤、干燥得到所述改性木质纤维材料。
[0006] 优选地,所述木质纤维材料为脱胶后的剑麻纤维,且粒径为80-160目。
[0007] 优选地,所述复合稳定剂为
硬脂酸镧、乙酰丙酮镁、双季戊四醇中的一种或者多种与硬脂酸钙、硬脂酸锌组成的混合物。
[0008] 优选地,所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
[0009] 优选地,所述偶联剂为六甲基二硅氮烷。
[0010] 优选地,所述阻燃剂为
磷酸脒基脲、聚磷酸铵、
硼酸锌、八钼酸铵、羟基
锡酸钴、铝酸钴组成的混合物,且磷酸脒基脲、聚磷酸铵、硼酸锌、八钼酸铵、羟基锡酸钴、铝酸钴的重量比为4-10:5-15:2-6:1-4:2-9:3-5。
[0011] 优选地,在改性木质纤维材料的制备方法中,浸渍的时间为50-60min。
[0012] 优选地,在改性木质纤维材料的制备方法中,所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
[0013] 优选地,在改性木质纤维材料的制备方法中,紫外光照射的时间为150-220s。
[0014] 优选地,在改性木质纤维材料的制备方法中,乙醛合氨三聚体、环氧氯丙烷、丙烯酰胺的重量比为3-5:16-30:5.8-10;甲基丙烯酸甲酯、物料A、硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅、光引发剂、乙醇的重量比为30-40:10-20:5-10:2-3.5:150-200。
[0015] 优选地,在改性木质纤维材料的制备方法中,紫外光照射的主
波长为365nm。
[0016] 优选地,所述聚磷酸铵的聚合度大于1000。
[0017] 本发明所述高阻燃木塑复合材料可以按照以下工艺进行制备:将改性木质纤维材料在90-95℃下干燥2-3.5h,然后按配比与聚氯乙烯、复合稳定剂、润滑剂、偶联剂、阻燃剂混合后置于高速
搅拌机中共混30-50min,加入沸石粉和碳酸钙得到共混物;将共混物置入锥形双螺杆
挤出机中挤出成型得到所述高阻燃木塑复合材料;其中,锥形双
螺杆挤出机四区温度设置均为155-160℃,
电机转速为25-30r/min。
[0018] 本发明所述高阻燃木塑复合材料,其原料中,首先以乙醛合氨三聚体和环氧氯丙烷为原料,控制了反应的条件,使两者发生了开环反应,生成了端基为氯化羟基的化合物,在
三氯化铝的作用下,与丙烯酰胺发生了反应,得到了含有双键的物料A;之后以甲基丙烯酸甲酯、物料A、硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅为混合
单体,在紫外光照射下,混合单体与木质纤维材料进行了接枝反应,从而将甲基丙烯酸甲酯、物料A、硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅引入到了木质纤维材料的表面,得到了所述改性木质纤维材料,其表面极性被改变,将其加入体系中,与偶联剂配合,提高了基体的相容性,使所得复合材料力学性能好,
热稳定性能有所提高,同时其引入了含氮量较高的物料A,与阻燃剂配合后,赋予复合材料优异的阻燃性,同时引入了纳米二氧化硅,与沸石粉和碳酸钙配合,防止了因甲基丙烯酸甲酯、物料A的引入引起的力学性能下降的缺陷;优选方式具体以硬脂酸镧、乙酰丙酮镁、双季戊四醇中的一种或者多种与硬脂酸钙、硬脂酸锌组成的混合物为复合稳定剂,克服了单一稳定剂的缺陷,使其发挥协同作用,抑制了复合材料中聚氯乙烯的降解,有效提高了复合材料的热稳定性;具体选择磷酸脒基脲、聚磷酸铵、硼酸锌、八钼酸铵、羟基锡酸钴、铝酸钴组成的混合物为阻燃剂,并控制了磷酸脒基脲、聚磷酸铵、硼酸锌、八钼酸铵、羟基锡酸钴、铝酸钴的重量比为4-10:5-15:2-6:1-4:2-9:3-5,使其与引入的改性木质纤维材料和碳酸钙具有协同作用,增加了复合材料高温时的剩炭量,减少了HCl等气体的释放量,同时能促使材料进一步交联,形成了更加稳定的碳层,阻止了内部可燃气体与外部的氧气
接触,有效抑制了复合材料的燃烧,赋予复合材料优异的阻燃消烟性能。
[0019] 对本发明所述高阻燃木塑复合材料进行性能检测,其燃烧性能(根据ISO-5660测定,其中热
辐射功率为50kW/m2):点燃时间≥209s,热释放速率峰值≤65.8kW/m2,总热释放量≤15.2kJ/m2,烟释放量≤4.1m2/kg;由以上数据可知,本发明所述木塑复合材料具有优异的阻燃性能。
具体实施方式
[0020] 下面,通过具体
实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0021] 实施例1
[0022] 一种高阻燃木塑复合材料,其原料按重量份包括:聚氯乙烯105份、改性木质纤维材料120份、硬脂酸镧2份、硬脂酸钙2份、硬脂酸锌1份、氧化聚乙烯蜡4份、六甲基二硅氮烷5份、阻燃剂15份、沸石粉1.5份、碳酸钙1.6份;
[0023] 其中,所述阻燃剂为磷酸脒基脲、聚磷酸铵、硼酸锌、八钼酸铵、羟基锡酸钴、铝酸钴组成的混合物,且磷酸脒基脲、聚磷酸铵、硼酸锌、八钼酸铵、羟基锡酸钴、铝酸钴的重量比为10:15:2:1:9:3;
[0024] 所述改性木质纤维材料的制备方法包括以下步骤:按重量份将3份乙醛合氨三聚体和16份环氧氯丙烷加入反应装置中,通入氮气后搅拌均匀,然后升温至75℃,搅拌2.5h进行反应,然后加入5.8份丙烯酰胺和130份丙酮搅拌均匀,加入6份三氯化铝,调节温度为45℃,搅拌至无气体产生,
旋转蒸发后得到物料A;将40份甲基丙烯酸甲酯、20份物料A、5份硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅和3.5份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦加入150份乙醇中混合均匀,然后加入木质纤维材料浸渍50min,在轧车上进行轧液,轧液率为
100%,然后进行紫外光照射220s,洗涤、干燥得到所述改性木质纤维材料;其中,所述木质纤维材料为脱胶后的剑麻纤维,且粒径为80目。
[0025] 实施例2
[0026] 一种高阻燃木塑复合材料,其原料按重量份包括:聚氯乙烯75份、改性木质纤维材料138份、乙酰丙酮镁3份、硬脂酸钙3份、硬脂酸锌3.5份、氧化聚乙烯蜡5份、六甲基二硅氮烷8.5份、磷酸脒基脲1.6份、聚磷酸铵2份、硼酸锌2.4份、八钼酸铵1.2份、羟基锡酸钴3.2份、铝酸钴1.6份、沸石粉5份、碳酸钙3份;
[0027] 其中,所述改性木质纤维材料的制备方法包括以下步骤:按重量份将5份乙醛合氨三聚体和30份环氧氯丙烷加入反应装置中,通入氮气后搅拌均匀,然后升温至85℃,搅拌1.5h进行反应,然后加入10份丙烯酰胺和200份丙酮搅拌均匀,加入12份三氯化铝,调节温度为48℃,搅拌至无气体产生,旋转蒸发后得到物料A;将35份甲基丙烯酸甲酯、10份物料A、
10份硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅和2份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦加入200份乙醇中混合均匀,然后加入木质纤维材料浸渍60min,在轧车上进行轧液,轧液率为100%,然后进行紫外光照射150s,洗涤、干燥得到所述改性木质纤维材料;其中,所述木质纤维材料为脱胶后的剑麻纤维,且粒径为100目。
[0028] 实施例3
[0029] 一种高阻燃木塑复合材料,其原料按重量份包括:聚氯乙烯80份、改性木质纤维材料165份、硬脂酸镧1份、双季戊四醇3份、硬脂酸钙1份、硬脂酸锌3份、氧化聚乙烯蜡2.5份、六甲基二硅氮烷6份、磷酸脒基脲1.8份、聚磷酸铵2.8份、硼酸锌1份、八钼酸铵0.8份、羟基锡酸钴0.6份、铝酸钴1份、沸石粉3份、碳酸钙1份;
[0030] 其中,所述改性木质纤维材料的制备方法包括以下步骤:按重量份将3.5份乙醛合氨三聚体和18份环氧氯丙烷加入反应装置中,通入氮气后搅拌均匀,然后升温至78℃,搅拌1.8h进行反应,然后加入7份丙烯酰胺和100份丙酮搅拌均匀,加入8份三氯化铝,调节温度为42℃,搅拌至无气体产生,旋转蒸发后得到物料A;将30份甲基丙烯酸甲酯、17份物料A、7份硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅和2.5份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦加入170份乙醇中混合均匀,然后加入木质纤维材料浸渍52min,轧液后进行紫外光照射
170s,洗涤、干燥得到所述改性木质纤维材料;其中,所述木质纤维材料为脱胶后的剑麻纤维,且粒径为160目。
[0031] 实施例4
[0032] 一种高阻燃木塑复合材料,其原料按重量份包括:聚氯乙烯100份、改性木质纤维材料140份、硬脂酸镧0.5份、乙酰丙酮镁0.5份、双季戊四醇2份、硬脂酸钙1份、硬脂酸锌3份、氧化聚乙烯蜡4份、六甲基二硅氮烷6份、磷酸脒基脲2.4份、聚磷酸铵4.2份、硼酸锌1.5份、八钼酸铵0.6份、羟基锡酸钴2.1份、铝酸钴1.2份、沸石粉3份、碳酸钙2.6份;
[0033] 其中,所述改性木质纤维材料的制备方法包括以下步骤:按重量份将4.5份乙醛合氨三聚体和22份环氧氯丙烷加入反应装置中,通入氮气后搅拌均匀,然后升温至80℃,搅拌2h进行反应,然后加入7份丙烯酰胺和150份丙酮搅拌均匀,加入9份三氯化铝,调节温度为
45℃,搅拌至无气体产生,旋转蒸发后得到物料A;将35份甲基丙烯酸甲酯、15份物料A、7份硅烷偶联剂KH-570改性的纳米二氧化硅和3份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦加入
180份乙醇中混合均匀,然后加入木质纤维材料浸渍55min,轧液后进行紫外光照射180s,洗涤、干燥得到所述改性木质纤维材料;其中,所述木质纤维材料为脱胶后的剑麻纤维,且粒径为120目。
[0034] 对本实施例所述高阻燃木塑复合材料进行性能检测,其燃烧性能(根据ISO-5660测定,其中热辐射功率为50kW/m2):点燃时间为214s,热释放速率峰值为65.1kW/m2,总热释放量为12.8kJ/m2,烟释放量为4.03m2/kg;无缺口冲击强度为36.36KJ/m2。
[0035] 对比例
[0036] 一种木塑复合材料,其与实施例4的唯一不同仅在于:其原料中的木质纤维材料为未改性的木质纤维材料。
[0037] 对本对比例的木塑复合材料进行性能检测,其燃烧性能(根据ISO-5660测定,其中热辐射功率为50kW/m2):点燃时间为111s,热释放速率峰值为79.8kW/m2,总热释放量为17.6kJ/m2,烟释放量为5.98m2/kg;无缺口冲击强度为32.03KJ/m2。
[0038] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。