一种无卤素阻燃木塑复合材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成：环氧丙烯酸树脂4～6份、聚乙烯醇缩丁醛树脂4～6份、引发剂0.6～0.8份、聚铝硅氧烷3～5份、聚钛硅氧烷3～5份、木质纤维粉40～50份、塑料25～30份、阻燃剂4～8份、相容剂3～5份、玻璃纤维2～4份、碳酸钙纤维3～7份、氧化铝空心球5～7份、润滑剂1～3份。本发明具有添加量小、阻燃性能佳、力学性能好等优点，是名副其实的朝阳产业木塑复合材料，具有广阔的市场发展前景。
【专利说明】
一种无卤素阻燃木塑复合材料
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无卤素阻燃木塑复合材料，属于木塑复合材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 木塑复合材料(Wood-Plastic Composites，WPC)是采用热塑性塑料材料作为基 体，以预处理的植物粉末或木纤维作为填料或增强体，按一定比例与添加所需的各种助剂 进行混合，经过挤出、层压、模压或者注塑的方式制备成的一种复合材料。其具有较好的弹 性模量、抗压、抗弯曲、耐用等性能，同时还具有原料资源化、成本经济化、产品可塑化、使用 环保化和回收再生化等特点。因此，木塑复合材料可在许多领域得到广泛应用。
[0003] 木塑复合材料虽然兼具木材和塑料的一些双重优良性能，以及其对环境友好和可 回收等优点，但又因为木塑复合材料是由两种易燃材料的结合体，其易燃性成为木塑复合 材料明显的缺点，从而在相当的程度上抑制了其应用范围。因此，对木塑复合材料进行阻燃 处理，已成为了推动产业发展的关键问题之一。
[0004] 目前，大多数都是采用在木塑复合材料中添加阻燃剂的传统方式来提高其阻燃 性，常用的阻燃剂有卤系型（如四溴二季戊四醇）、无机填充型（如氢氧化镁）、膨胀型（聚磷 酸铵）和协同型（氧化锑）。虽然添加这些阻燃剂能获得一定阻燃性能，但还是存在一些问 题：卤系型阻燃剂燃烧过程中产生的污染物，对环境与人类构成很多威胁;填充型阻燃剂添 加量比较大，对材料的机械力学性能有着很大的影响;膨胀型阻燃剂能降低木纤维的热降 解温度，也会影响材料的机械力学性能;协同型阻燃剂不能在木塑复合材料中单独使用，其 只能起到协同的辅助作用。
[0005] 为了解决这个技术问题，人们对木塑复合材料阻燃处理方法进行深入的研究。近 年来，本技术领域在其阻燃工艺处理方法上已取得一定的研究成就，如名称为"阻燃型木塑 复合材料及其制备方法（中国专利授权公告号：CN101570639B)"的专利公开了一种阻燃型 木塑复合材料及其制备方法，其所用的阻燃剂是以焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐 为主体、以淀粉为辅助成炭剂、4A分子筛为协效剂、硼酸锌为抑烟剂构成的膨胀型阻燃剂。 虽然该方法能获得较好的阻燃性能，但是添加量比较大，既不经济，且导致材料成本增高， 况且对其力学性能也不利。因此，继续研究与探索木塑复合材料具有较高的阻燃性是必要 的。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术中膨胀阻燃剂添加量比较大，对其力学性能不利的技术问题， 本发明所要解决的技术问题是提出了一种添加量小、阻燃性能佳、力学性能好的无卤素高 阻燃型木塑复合材料。
[0007] -种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成:环氧丙烯 酸树脂4~6份、聚乙烯醇缩丁醛树脂4~6份、引发剂0.6~0.8份、聚铝硅氧烷3~5份、聚钛 硅氧烷3~5份、木质纤维粉40~50份、塑料25~30份、阻燃剂4~8份、相容剂3~5份、玻璃纤 维2~4份、碳酸|丐纤维3~7份、氧化错空心球5~7份、润滑剂1~3份。
[0008] 优选地，
[0009] -种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成:环氧丙烯 酸树脂5份、聚乙烯醇缩丁醛树脂5份、引发剂0.7份、聚铝硅氧烷4份、聚钛硅氧烷4份、木质 纤维粉45份、塑料28份、阻燃剂6份、相容剂4份、玻璃纤维3份、碳酸钙纤维5份、氧化铝空心 球6份、润滑剂2份。
[0010] 所述的引发剂由1~3份过氧化二叔丁基、2~4份过氧化二碳酸二异丙酯、1~3份 过氧化硫酸铵制成；
[0011] 所述的木质纤维粉是由木肩、竹肩、农作物秸杆粉以及稻壳粉组成，并按照以下顺 序进彳丁处理：
[0012] A)先将木质纤维粉粉碎成100~120目，然后用60~80°C、质量分数5%的碱醇溶液 (氢氧化钠与乙醇组成的)浸泡1~2h，最后加入质量分数5%的乙酸调至pH为5~7;
[0013] B)加入0.3~0.5 %复合酶(质量分数为0.5~1 %果胶酶和质量分数为0.5~1.5 % 纤维素酶组成），球磨40~60min;
[0014] C)在步骤B所得酶溶液中依次加入1%硅溶胶和2%二甲基硅油，并置于频率为30 ~40KHz超声机上超声20~30min，过滤；
[0015] D)在110~120°C干燥至含水率为1~3%，即可得到改性木质纤维粉。
[0016] 所述的塑料由30~40份聚乙烯（PE)、10~15份聚丙烯（PP)、10~15份聚氯乙烯 (PVC)制成，并按照以下方式进行处理:取塑料25~30份，将引发剂0.6~0.8份、聚铝硅氧烷 3~5份、聚钛硅氧烷3~5份加入至塑料中，混匀，将混合料加入挤出机于150~200°C下挤出 造粒，得到改性塑料；
[0017] 所述的阻燃剂由2~4份纳米滑石粉、6~8份磷酸二氢铵、3~7份磷酸三丁酯、10~ 15份珍珠岩、20~30份密胺树脂制成，并按照以下顺序进行处理：
[0018] 1)先将珍珠岩置于800~900°C马弗炉中煅烧1~2h，然后粉碎成60~120目，并加 入10~15%无水乙醇，球磨6~8h后，从而获得至含水率为1~3%，细度为600~800目珍珠 岩的细粉末；
[0019] 2)依次加入纳米滑石粉、磷酸二氢铵、磷酸三丁酯并高低速混合；
[0020] 3)采用微胶囊技术以密胺树脂为包裹材料对步骤2得到的混合物进行包裹。
[0021] 所述的相容剂由4~6份马来酸酐接枝聚乙稀、2~4份马来酸酐接枝聚丙稀、2~4 份乙烯/丙烯酸共聚物混合而成；
[0022]润滑剂为石蜡；
[0023]所述的玻璃纤维、碳酸钙纤维的长度为2~5mm。
[0024] 环氧丙烯酸树脂与聚乙烯醇缩丁醛树脂复配，充分它们良好的流动性和润湿性， 有利于木质纤维粉、玻璃纤维、碳酸钙纤维与聚合物相互之间产生物理缠绕和均匀分散的 协调作用，同时，其还能增加纤维的浸润性和粘结性，从而提高复合材料的强度。
[0025] 聚铝硅氧烷与聚钛硅氧烷复配，使复合材料中具有低降解速率，促进成炭的作用。 在燃烧过程中，聚铝硅氧烷、聚钛硅氧烷与复合材料的降解产物发生相互作用，产生交联结 构，Si、A1和Ti积聚在材料表面形成均匀、致密的Si、A1、Ti绝缘层，有效地阻止氧气、热量以 及可燃性气体的传递，从而有效改善了复合材料的阻燃性能。同时，聚铝硅氧烷和聚钛硅氧 烷能改善塑料和木质纤维粉两者之间的相容性，从而使木塑复合材料具有良好的力学性 能。
[0026] 虽然常规的碱醇处理能溶解木质纤维粉中的部分果胶和半纤维素等低分子杂质， 但未能完全除去杂质。因此，在本发明中添加果胶酶和纤维素酶，使木质纤维粉中的果胶和 半纤维素得到充分溶解，至纤维表面变得更粗糙，从而增强了纤维与树脂界面之间粘结力。 同时，杂质溶解后木质纤维粉表面和内部结构会产生空隙，有利于硅溶胶和二甲基硅油的 渗透和紧密包覆木质纤维粉，从而使得木质纤维粉能很好地与塑料相融合于一体，从而获 得复合材料具有很好的可塑性。
[0027] 阻燃剂是由无机类与有机类阻燃剂复配而成，充分利用无机、有机类阻燃剂的阻 燃效果，同时还利用纳米技术和微胶囊技术，使阻燃性能更佳优越。此外，还用纳米滑石粉、 磷酸二氢铵、磷酸三丁酯去取代聚磷酸盐，以减少了聚磷酸盐的用量，同时还能降低对复合 材料力学性能的不利因素。
[0028] 在复合材料制备过程中，氧化铝空心球能与木质纤维粉、玻璃纤维、碳酸钙纤维之 间发生摩擦作用，使纤维束分裂成更小的纤维，而增加了纤维的表面面积与基体的有效结 合，从而提高复合材料的性能；同时，氧化铝空心球具有良好隔热功能，在燃烧过程中能抑 制热量传递，增加复合材料的阻燃性能。此外，玻璃纤维、碳酸钙纤维与木质纤维粉复配，发 生协同效应后，而提高复合材料力学的性能和较高的难燃性能。
[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0030] 1、聚铝硅氧烷与聚钛硅氧烷复配不仅能有效地阻止氧气、热量以及可燃性气体的 传递，而且还能改善塑料和木质纤维粉两者之间的相容性，这样既能有效改善了复合材料 的难燃性能，同时又能提高其具有良好的机械力学性能。
[0031] 2、在本发明中采用了果胶酶和纤维素酶、硅溶胶和二甲基硅油来处理木质纤维 粉，增强了纤维与树脂界面之间粘结力，从而提高复合材料具有很好的可塑性特点。
[0032] 3、阻燃剂采用了无机类与有机类阻燃剂复配、纳米技术和微胶囊技术，使阻燃性 能更佳优越。同时，还用纳米滑石粉、磷酸二氢铵、磷酸三丁酯去取代聚磷酸盐，不仅减少了 聚磷酸盐的用量，还降低了对复合材料力学性能的不利因素，并提高复合材料具有较好的 阻燃性能。
[0033] 4、氧化铝空心球能与木质纤维粉、玻璃纤维、碳酸钙纤维之间发生摩擦作用和良 好的隔热功能，这样既能提高复合材料的难燃性能，同时又能提高其机械力学性能。
【具体实施方式】
[0034] 本发明提供一种无卤素阻燃木塑复合材料，为达到本发明的目的、技术方案及效 果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。
[0035] -种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成:环氧丙烯 酸树脂4~6份、聚乙烯醇缩丁醛树脂4~6份、引发剂0.6~0.8份、聚铝硅氧烷3~5份、聚钛 硅氧烷3~5份、木质纤维粉40~50份、塑料25~30份、阻燃剂4~8份、相容剂3~5份、玻璃纤 维2~4份、碳酸|丐纤维3~7份、氧化错空心球5~7份、润滑剂1~3份；
[0036] 所述的引发剂由1~3份过氧化二叔丁基、2~4份过氧化二碳酸二异丙酯、1~3份 过氧化硫酸铵制成；
[0037]所述的木质纤维粉是由木肩、竹肩、农作物秸杆粉以及稻壳粉等植物纤维粉组成， 并按照以下顺序进行处理：
[0038] A)先将木质纤维粉粉碎成100~120目，然后用60~80 °C、质量分数5 %的碱醇溶液 (氢氧化钠与乙醇组成的)浸泡1~2h，最后加入质量分数5%的乙酸调至pH为5~7;
[0039] B)加入0.3~0.5 %复合酶(质量分数为0.5~1 %果胶酶和质量分数为0.5~1.5 % 纤维素酶组成），球磨40~60min;
[0040] C)在步骤B所得酶溶液中依次加入1%硅溶胶和2%二甲基硅油，并置于频率为30 ~40KHz超声机上超声20~30min，过滤；
[0041] D)在110~120°C干燥至含水率为1~3%，即可得到改性后的木质纤维粉。
[0042] 所述的塑料由30~40份聚乙烯（PE)、10~15份聚丙烯（PP)、10~15份聚氯乙烯 (PVC)组合而成，并按照以下方式进行处理:取塑料25~30份，将引发剂0.6~0.8份、聚铝硅 氧烷3~5份、聚钛硅氧烷3~5份加入至塑料中，混匀，将混合料加入挤出机于150~200°C下 挤出造粒，得到改性塑料；
[0043] 所述的阻燃剂由2~4份纳米滑石粉、6~8份磷酸二氢铵、3~7份磷酸三丁酯、10~ 15份珍珠岩、20~30份密胺树脂组合而成，并按照以下顺序进行处理：
[0044] 1)先将珍珠岩置于800~900°C马弗炉中煅烧1~2h，然后粉碎成60~120目，并加 入10~15%无水乙醇，球磨6~8h;从而获得至含水率为1~3%，细度为600~800目珍珠岩 的细粉末；
[0045] 2)依次加入纳米滑石粉、磷酸二氢铵、磷酸三丁酯并高低速混合；
[0046] 3)采用微胶囊技术以密胺树脂为包裹材料对步骤2得到的混合物进行包裹。
[0047]所述的相容剂由4~6份马来酸酐接枝聚乙稀、2~4份马来酸酐接枝聚丙稀、2~4 份乙烯/丙烯酸共聚物混合后组合而成；
[0048]润滑剂为石蜡；
[0049] 所述的玻璃纤维、碳酸钙纤维的长度为2~5mm。
[0050] 实施例1
[0051] -种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成:环氧丙烯 酸树脂5份、聚乙烯醇缩丁醛树脂5份、引发剂0.7份、聚铝硅氧烷4份、聚钛硅氧烷4份、木质 纤维粉45份、塑料28份、阻燃剂6份、相容剂4份、玻璃纤维3份、碳酸钙纤维5份、氧化铝空心 球6份、润滑剂2份。
[0052] 实施例2
[0053] 一种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成:环氧丙烯 酸树脂4份、聚乙烯醇缩丁醛树脂4份、引发剂0.6份、聚铝硅氧烷3份、聚钛硅氧烷3份、木质 纤维粉40份、塑料25份、阻燃剂4份、相容剂3份、玻璃纤维2份、碳酸钙纤维3份、氧化铝空心 球5份、润滑剂1份。
[0054] 实施例3
[0055] -种无卤素阻燃木塑复合材料，经科学配比由以下的重量份组合而成:环氧丙烯 酸树脂6份、聚乙烯醇缩丁醛树脂6份、引发剂0.8份、聚铝硅氧烷5份、聚钛硅氧烷5份、木质 纤维粉50份、塑料30份、阻燃剂8份、相容剂5份、玻璃纤维4份、碳酸钙纤维7份、氧化铝空心 球7份、润滑剂3份。
[0056]将上述实施例1-3制得的无卤素阻燃木塑复合材料采用现有技术进行物理机械性 能测试和阻燃性能测试，测试结果如下表1、2所示：
[0057]表1物理机械性能测试结果
[0058]
-
[0059]表2阻燃性能测试结果
[0060]
[0061]
[0062]当然，上面只是本发明优选的【具体实施方式】作了详细描述，并非以此限制本发明 的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护 范围内。
【主权项】
1. 一种无卤素阻燃木塑复合材料，其特征在于:经科学配比由以下的重量份组合而成： 环氧丙烯酸树脂4~6份、聚乙烯醇缩丁醛树脂4~6份、引发剂0.6~0.8份、聚铝硅氧烷3~5 份、聚钛硅氧烷3~5份、木质纤维粉40~50份、塑料25~30份、阻燃剂4~8份、相容剂3~5 份、玻璃纤维2~4份、碳酸钙纤维3~7份、氧化铝空心球5~7份、润滑剂1~3份； 所述的引发剂由1~3份过氧化二叔丁基、2~4份过氧化二碳酸二异丙酯、1~3份过氧 化硫酸铵组合制成； 所述的相容剂由4~6份马来酸酐接枝聚乙稀、2~4份马来酸酐接枝聚丙稀、2~4份乙 烯/丙烯酸共聚物混合而成； 润滑剂为石蜡； 所述的玻璃纤维、碳酸钙纤维的长度为2~5mm。2. 根据权利要求1所述的无卤素阻燃木塑复合材料，其特征在于:经科学配比由以下的 重量份组合而成:环氧丙烯酸树脂5份、聚乙烯醇缩丁醛树脂5份、引发剂0.7份、聚铝硅氧烷 4份、聚钛硅氧烷4份、木质纤维粉45份、塑料28份、阻燃剂6份、相容剂4份、玻璃纤维3份、碳 酸钙纤维5份、氧化铝空心球6份、润滑剂2份。3. 根据权利要求1所述的无卤素阻燃木塑复合材料，其特征在于:所述的木质纤维粉是 由木肩、竹肩、农作物秸杆粉以及稻壳粉等植物纤维粉组合而成，并按照以下顺序进行处 理： A) 先将木质纤维粉粉碎成100~120目，然后用60~80°C、质量分数5 %的碱醇溶液(氢 氧化钠与乙醇组成的)浸泡1~2h，最后加入质量分数5%的乙酸调至pH为5~7; B) 加入0.3~0.5%复合酶(质量分数为0.5~1 %果胶酶和质量分数为0.5~1.5%纤维 素酶组成），球磨40~60min; C) 在步骤B所得酶溶液中依次加入1 %硅溶胶和2%二甲基硅油，并置于频率为30~ 40KHz超声机上超声20~30min，过滤； D) 在110~120°C干燥至含水率为1~3%，即可得到改性木质纤维粉。4. 根据权利要求1所述的无卤素阻燃木塑复合材料，其特征在于:所述的塑料由30~40 份聚乙烯(PE)、10~15份聚丙烯(PP)、10~15份聚氯乙烯(PVC)组合而成，并按照以下方式 进行处理:取塑料25~30份，将引发剂0.6~0.8份、聚铝硅氧烷3~5份、聚钛硅氧烷3~5份 加入至塑料中，混匀，将混合料加入挤出机于150~200 °C下挤出造粒，得到改性塑料。5. 根据权利要求1所述的无卤素阻燃木塑复合材料，其特征在于:所述的阻燃剂由2~4 份纳米滑石粉、6~8份磷酸二氢铵、3~7份磷酸三丁酯、10~15份珍珠岩、20~30份密胺树 脂制成，并按照以下顺序进行处理： 1) 先将珍珠岩置于800~900°C马弗炉中煅烧1~2h，然后粉碎成60~120目，并加入10 ~15%无水乙醇，球磨6~8h;从而获得至含水率为1~3%，细度为600~800目珍珠岩的细 粉末； 2) 依次加入纳米滑石粉、磷酸二氢铵、磷酸三丁酯并高低速混合； 3) 采用微胶囊技术以密胺树脂为包裹材料对步骤2得到的混合物进行包裹。
【文档编号】C08L63/10GK105906921SQ201610518123
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】严秀芹, 陆绍荣, 卢李勤, 曾岑, 卢秋宇, 谢超, 韦明, 罗崇禧
【申请人】桂林舒康建材有限公司