技术领域
[0001] 本
发明涉及一种无卤阻燃木塑共挤复合材料及其制备方法，属于
木塑复合材料技术领域。
背景技术
[0002] 木塑复合材料是一种由聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等塑料与木粉、稻壳、秸秆等
植物纤维混合制成的新型复合材料。近年来，木塑复合材料发展十分迅速，在
包装箱、
汽车内饰件、户外铺板、栅栏、家具、
门窗等领域均有应用，其适用范围几乎可以涵盖所有原木、塑料、塑
钢、
铝合金及其它相似复合材料现在使用的领域。同时，由于木塑复合材料具有天然的资源和环保优势，符合
可持续性发展、
循环经济和低
碳经济要求，成为目前各级政府扶持发展和提倡应用的绿色环保节能材料。木塑复合材料的优点是原料多样化、制备可塑化、产品环保化、应用经济化、再生低碳化，有望取代天然木材。
[0003] 然而，由于塑料和植物纤维都属于易燃物质，所以木塑复合材料的
阻燃性能较差，无法满足防火要求，实际应用时会存在很大的安全隐患。虽然市面上有不少阻燃木塑复合材料，但燃烧时大多都会产生大量的有毒有害气体，对环境的污染严重，对人体的伤害大，且木塑复合材料要达到较高的阻燃级别需要添加大量的阻燃剂，不仅会对木塑复合材料的
力学性能造成很大影响，而且还会造成木塑复合材料的生产制造成本明显增加。
[0004] 因此，有必要进行技术升级，提高木塑复合材料的性能，克服现有木塑复合材料的
缺陷和不足。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供了一种不含任何卤素成分、阻燃性能和力学性能高、成本低、挤出成型速度快、生产能耗低的木塑共挤复合材料及其制备方法，克服现有木塑复合材料阻燃性能较差的缺陷，扩大木塑复合材料的应用范围。
[0006] 本发明所采取的技术方案是：
[0007] 一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的无卤阻燃
面层组成，所述芯层包含以下
质量百分比的组分：
[0008] 植物纤维：35％～70％；
[0009] PE塑料：20％～40％；
[0010] 相容剂：0.5％～5％；
[0014] 所述无卤阻燃面层包含以下质量百分比的组分：
[0015] PE塑料：10％～40％；
[0016] 改性聚丙烯纤维：5％～15％；
[0017] 乙烯-甲基
丙烯酸共聚物：10％～40％；
[0020] 界面改性剂：5％～15％；
[0022] 抗氧剂：0.1％～0.5％；
[0023] 其他助剂：1％～10％。
[0024] 优选的，一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的无卤阻燃面层组成，所述芯层包含以下质量百分比的组分：
[0025] 植物纤维：45％～65％；
[0026] PE塑料：20％～40％；
[0027] 相容剂：1％～4％；
[0028] 抗氧剂：0.1％～0.5％；
[0029] 润滑剂：1％～4％；
[0030] 无机填料：5％～10％；
[0031] 所述无卤阻燃面层包含以下质量百分比的组分：
[0032] PE塑料：20％～30％；
[0033] 改性聚丙烯纤维：5％～15％；
[0034] 乙烯-甲基丙烯酸共聚物：25％～35％；
[0035] 次磷酸盐：5％～10％；
[0036] 硼酸锌：5％～10％；
[0037] 界面改性剂：5％～15％；
[0038] 光稳定剂：0.3％～0.7％；
[0039] 抗氧剂：0.3％～0.5％；
[0040] 其他助剂：3％～10％。
[0041] 优选的，所述芯层的厚度为5～150mm，无卤阻燃面层的厚度为0.5～2mm。
[0042] 优选的，所述芯层的宽度为10～350mm。
[0043] 优选的，所述植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉、稻壳粉、花生壳粉、椰子壳粉、蔗渣粉中的至少一种。
[0044] 进一步优选的，所述植物纤维为木粉。
[0045] 优选的，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物、
马来酸酐接枝
石蜡、马来酸酐接枝乙烯-
醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
[0046] 进一步优选的，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物。
[0047] 优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂264中的至少一种。
[0048] 优选的，所述润滑剂为乙撑双
硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸
钙中的至少一种。
[0049] 优选的，所述改性聚丙烯纤维的长径比≥100。
[0050] 优选的，所述界面改性剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、马来酸酐接枝聚烯
烃弹性体、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
[0051] 进一步优选的，所述界面改性剂为乙烯-丙烯酸共聚物。
[0052] 优选的，所述光稳定剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲
酮、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶
乙醇)酯、三嗪-哌啶缩合物中的至少一种。
[0053] 进一步优选的，所述光稳定剂为光稳定剂622。
[0054] 优选的，所述其他助剂包括润滑剂和表面改性剂。
[0055] 优选的，所述表面改性剂为有机
硅氧烷。
[0056] 优选的，所述无卤阻燃面层还包含1％～5％的木质
纤维素。
[0057] 优选的，所述木质纤维素的长径比≥100。
[0058] 上述无卤阻燃木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0059] 1)芯层颗粒料的制备：将植物纤维充分干燥，再将植物纤维、PE塑料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和无机填料加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入
造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、
风干和冷却，得到芯层颗粒料；
[0060] 2)无卤阻燃面层颗粒料的制备：将木质纤维素干燥后用表面改性剂进行改性，再将次磷酸盐和硼酸锌复合并用界面改性剂进行改性制成复合阻燃剂，再将改性后的木质纤维素、复合阻燃剂、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂加入高速混合机，进行高速共混，使不相容的次磷酸盐和硼酸锌与PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却、风干，得到无卤阻燃面层颗粒料；
[0061] 3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆
挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将无卤阻燃面层颗粒料加入单
螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使无卤阻燃面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到无卤阻燃木塑共挤复合材料。
[0062] 本发明的有益效果是：本发明的无卤阻燃木塑共挤复合材料的阻燃性能优异、强度高、抗冲击性能优异、硬度大、
耐磨性好、吸
水率低、耐老化性能好、耐磨性和抗划花性好，户外使用不易褪色和发霉，外观上既保留了传统木塑复合材料的木质感优点，又增加了防滑效果，且制备工艺简单、生产成本低、安全环保，适合大规模推广应用。
[0063] 1)本发明利用
微波干燥机对木质纤维素进行
电磁波干燥，使木质纤维本身成为发热体，不需要热传导的过程，加热迅速，受热均匀，且由内到外进行脱水，水分排出速度快，
电能消耗小，干燥效率高、效果好，并且可使木质纤维素细胞腔打开，有利于后工序高速共混中时PE塑料和复合阻燃剂等渗透进细胞腔中，从而使得木质纤维素、PE塑料包覆熔合更充分；
[0064] 2)本发明的木塑共挤复合材料以次磷酸盐和硼酸锌作为复配阻燃剂，不仅阻燃效果好，而且添加量明显降低，降低了生产成本，此外木塑共挤复合材料不含任何卤素成分，安全环保；
[0065] 3)本发明选用的光稳定剂适合在弱酸性配方体系中使用，可以最大限度发挥抗紫外线性能；
[0066] 4)本发明的木塑共挤复合材料具有芯层和无卤阻燃面层组成的复合结构，芯层用于提供结构强度，仅需要添加植物纤维、PE塑料、无机填料等
基础原料，无卤阻燃面层用于提供阻燃性能、耐磨性能、冲击强度、防水性能、耐老化性能等多种性能，通过添加各类助剂来实现，这样的结构设计可以大幅降低木塑复合材料中各类功能添加剂的整体添加量，节约了原材料，降低了木塑复合材料的生产成本；
[0067] 5)本发明的木塑共挤复合材料通过共挤出进行成型，芯层和无卤阻燃面层会在界面处交联，最终芯层和无卤阻燃面层的结合十分紧密；
[0068] 6)本发明的木塑共挤复合材料的无卤阻燃面层中添加有木质纤维素，不仅可以使得木塑共挤复合材料的外观更像木材，而且还可以增加木塑共挤复合材料的防滑效果；
[0069] 7)本发明的木塑共挤复合材料的原料环保，
甲醛释放量低，加工性能良好，可以提升行业技术水平和产品档次，达到了国内领先水平；
[0070] 8)本发明的木塑共挤复合材料的制备工艺简单，先进行原料共混和挤出造粒制备出芯层颗粒料和无卤阻燃面层颗粒料，再进行共挤成型即可，与传统的多步法成型复合工艺相比，具有能耗低、设备占地面积小、投资少等优点。
具体实施方式
[0071] 下面结合具体
实施例对本发明作进一步的解释和说明。
[0072] 实施例1：
[0073] 一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和无卤阻燃面层组成，芯层和无卤阻燃面层的组成如下表所示：
[0074] 表1一种无卤阻燃木塑共挤复合材料的芯层和无卤阻燃面层的组成表[0075]
[0076]
[0077] 上述无卤阻燃木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0078] 1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
[0079] 2)无卤阻燃面层颗粒料的制备：将木质纤维素通过微波干燥机干燥后用有机硅氧烷进行表面改性，再将次磷酸盐和硼酸锌复合并用乙烯-甲基丙烯酸共聚物进行改性制成复合阻燃剂，再将改性后的木质纤维素、复合阻燃剂、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使不相容的次磷酸盐和硼酸锌与PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却、风干，得到无卤阻燃面层颗粒料；
[0080] 3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形
双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将无卤阻燃面层颗粒料加入
单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使无卤阻燃面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到无卤阻燃木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，无卤阻燃面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
[0081] 实施例2：
[0082] 一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和无卤阻燃面层组成，芯层和无卤阻燃面层的组成如下表所示：
[0083] 表2一种无卤阻燃木塑共挤复合材料的芯层和无卤阻燃面层的组成表[0084]
[0085]
[0086] 上述无卤阻燃木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0087] 1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
[0088] 2)无卤阻燃面层颗粒料的制备：将木质纤维素通过微波干燥机干燥后用有机硅氧烷进行表面改性，再将次磷酸盐和硼酸锌复合并用乙烯-甲基丙烯酸共聚物进行改性制成复合阻燃剂，再将改性后的木质纤维素、复合阻燃剂、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使不相容的次磷酸盐和硼酸锌与PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却、风干，得到无卤阻燃面层颗粒料；
[0089] 3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将无卤阻燃面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使无卤阻燃面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到无卤阻燃木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，无卤阻燃面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
[0090] 实施例3：
[0091] 一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和无卤阻燃面层组成，芯层和无卤阻燃面层的组成如下表所示：
[0092] 表3一种无卤阻燃木塑共挤复合材料的芯层和无卤阻燃面层的组成表[0093]
[0094] 上述无卤阻燃木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0095] 1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
[0096] 2)无卤阻燃面层颗粒料的制备：将木质纤维素通过微波干燥机干燥后用有机硅氧烷进行表面改性，再将次磷酸盐和硼酸锌复合并用乙烯-甲基丙烯酸共聚物进行改性制成复合阻燃剂，再将改性后的木质纤维素、复合阻燃剂、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使不相容的次磷酸盐和硼酸锌与PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却、风干，得到无卤阻燃面层颗粒料；
[0097] 3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将无卤阻燃面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使无卤阻燃面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到无卤阻燃木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，无卤阻燃面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
[0098] 实施例4：
[0099] 一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和无卤阻燃面层组成，芯层和无卤阻燃面层的组成如下表所示：
[0100] 表4一种无卤阻燃木塑共挤复合材料的芯层和无卤阻燃面层的组成表[0101]
[0102] 上述无卤阻燃木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0103] 1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
[0104] 2)无卤阻燃面层颗粒料的制备：将木质纤维素通过微波干燥机干燥后用有机硅氧烷进行表面改性，再将次磷酸盐和硼酸锌复合并用乙烯-甲基丙烯酸共聚物进行改性制成复合阻燃剂，再将改性后的木质纤维素、复合阻燃剂、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使不相容的次磷酸盐和硼酸锌与PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却、风干，得到无卤阻燃面层颗粒料；
[0105] 3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将无卤阻燃面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使无卤阻燃面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到无卤阻燃木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，无卤阻燃面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
[0106] 实施例5：
[0107] 一种无卤阻燃木塑共挤复合材料，由芯层和无卤阻燃面层组成，芯层和无卤阻燃面层的组成如下表所示：
[0108] 表5一种无卤阻燃木塑共挤复合材料的芯层和无卤阻燃面层的组成表[0109]
[0110]
[0111] 上述无卤阻燃木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0112] 1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
[0113] 2)无卤阻燃面层颗粒料的制备：将木质纤维素通过微波干燥机干燥后用有机硅氧烷进行表面改性，再将次磷酸盐和硼酸锌复合并用乙烯-甲基丙烯酸共聚物进行改性制成复合阻燃剂，再将改性后的木质纤维素、复合阻燃剂、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使不相容的次磷酸盐和硼酸锌与PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却、风干，得到无卤阻燃面层颗粒料；
[0114] 3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将无卤阻燃面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使无卤阻燃面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到无卤阻燃木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，无卤阻燃面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
[0115] 对比例：
[0116] 市售木塑复合材料(
单层结构，厚度23mm)。
[0117] 测试例：
[0118] 对实施例1～5和对比例的木塑复合材料进行性能测试，测试结果如下表所示：
[0119] 表6实施例1～5和对比例的木塑复合材料的性能测试结果
[0120]
[0121]
[0122] 注：
[0123] 测试标准：GB/T24508-2009。
[0124] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
