本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
木塑复合材料是将一定比例的木质纤维材料与热塑性聚合物树脂以及各种助剂经熔融挤出、注塑或热压复合等加工工艺制备而成的一种新型环保复合材料。其兼具木材和塑料的双重优点，既有类似木材的木质外观又有热塑性塑料的耐水、耐腐蚀和耐虫蛀等优点，而且它的尺寸稳定性好于木材，硬度和模量又高于热塑性塑料，生产工艺灵活，可进行二次加工和回收再利用，具有突出的环保性和独特的装饰效果，同时有效缓解了木材资源紧张状况、解决了塑料污染问题。目前，WPC制品已广泛应用于汽车内装饰材料、建筑装修、货运托盘、露天桌椅、包装材料、枕木和室内家具等领域。随着木塑复合材料生产技术的提高、产业规模的扩大及其自身突出的环保特性和独特的装饰效果，其在室内领域(如门窗、地板、家具等)的应用逐渐扩大。然而，由于木塑复合材料的主要原料之一的热塑性塑料为良好的电绝缘体，与木质纤维材料复合后仍属于电的不良导体，在使用过程中容易积聚大量的静电荷，造成吸尘、放电、击穿等危险，甚至引起燃烧或爆炸，存在巨大的安全隐患。此外，木塑复合材料属于易燃性材料，这在很大程度上限制了木塑复合材料的应用领域，因此在一些高附加值领域，如计算机室、智能大楼、高档写字楼、手术室、电子元件制作车间以及弹药包装箱等领域的应用均受到了限制。因此，对其进行阻燃和抗静电处理十分必要。目前，关于木塑复合材料的抗静电研究报道较少，公开号为CN102382399A的中国专利申请公开了一种防静电聚氯乙烯基木塑复合材料及制备方法，采用碳黑和导电云母粉作为抗静电剂，同时添加一定量的稀土稳定剂，制得的木粉/聚氯乙烯复合材料具有防静电功能和优良的力学性能；公开号为CN102627795A的中国专利申请公开了一种防霉防静电塑木复合材料及其制备方法，所采用的塑料基体为聚乙烯，抗静电剂为尼龙12类聚酰胺弹性体高分子防静电剂，同时添加了一定量的防霉抗菌剂以获得防霉抗静电双重效果。现有抗静电木塑复合材料尽管具有一定的抗静电性能，但无法满足作为室内材料所应具备的阻燃性能要求，且具有抗静电剂添加量大、成本偏高的缺点，限制了实际应用。
技术实现要素：
本发明是要解决现有的抗静电木塑复合材料阻燃性能较差，且成本偏高的问题，提供一种阻燃抗静电木塑复合材料及其制备方法。针对木塑复合材料在室内或公共场所使用过程中易积聚大量静电荷，造成吸尘、放电等危险，同时又考虑其易于燃烧，且燃烧后火灾危害性比较大的问题，通过添加阻燃剂和抗静电剂以获得具有阻燃和抗静电双重功效的木塑复合材料，从而进一步拓展木塑复合材料的应用领域。本发明阻燃抗静电木塑复合材料按重量份数由20～70份木质纤维材料、30～80份热塑性塑料、1～3份润滑剂、2～15份抗静电剂、5～20份阻燃剂、2～6份偶联剂和0～5份无机填料制成；其中木质纤维材料和热塑性塑料的总量为100份，所述抗静电剂为导电炭黑、镍粉、铜粉、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述阻燃剂为可膨胀石墨或者为可膨胀石墨与聚磷酸铵、微胶囊化红磷、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米有机蒙脱土、纳米硼酸锌中的一种或几种按任意比组成的混合物。上述阻燃抗静电木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按重量份数称取20～70份木质纤维材料、30～80份热塑性塑料、1～3份润滑剂、2～15份抗静电剂、5～20份阻燃剂、2～6份偶联剂和0～5份无机填料，其中木质纤维材料和热塑性塑料的总量为100份；二、将称取的木质纤维材料、热塑性塑料和润滑剂在高速混合机中热混3～10分钟，温度控制在50～120℃，得热混料；三、将步骤二得到的热混料放至冷混机中进行冷混，待温度降至40～60℃时，将称取的抗静电剂、阻燃剂、偶联剂和无机填料加入冷混机中再混合5～10分钟，得到预混料；四、将预混料投入到料筒温度为150～190℃，口模温度为165～190℃，螺杆转速为30～150r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒；五、将双螺杆挤出机制备得到的粒料再通过单螺杆挤出机或锥形双螺杆挤出机挤出成型，或采用热压机通过热压成型，即制得阻燃抗静电木塑复合材料；其中步骤一中所述木质纤维材料为木粉、竹粉、稻壳粉、秸秆粉、果壳粉、甘蔗渣、麻纤维中的一种或几种按任意比组成的混合物，其颗粒目数为40～160目，含水率低于2％；所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯回收料、聚丙烯回收料、聚苯乙烯回收料中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述抗静电剂为导电炭黑、镍粉、铜粉、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或几种按任意比组成的混合 物；所述阻燃剂为可膨胀石墨或者为可膨胀石墨与聚磷酸铵、微胶囊化红磷、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米有机蒙脱土、纳米硼酸锌中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述偶联剂为钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂、马来酸酐接枝改性聚乙烯、马来酸酐接枝改性聚丙烯、马来酸酐接枝乙丙橡胶中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述无机填料为碳酸钙粉、滑石粉、粉煤灰中的一种或几种按任意比组成的混合物。本发明利用可膨胀石墨高效物理膨胀阻燃作用以及与本发明所采用的抗静电剂具有协同抗静电作用，可以有效实现对聚乙烯基或聚丙烯基木塑复合材料的阻燃抗静电作用，在满足建筑材料阻燃标准要求的条件下，仅需添加少量抗静电剂，即可达到表面电阻率低于1.0×10-9Ω的电子信息系统机房设计规范的国标要求。本发明通过添加抗静电剂和阻燃剂赋予木塑复合材料良好的阻燃和抗静电性能，其阻燃性能可到达室内装饰材料用防火等级要求，其中抗静电性能达到GB50174-2008，表面电阻率低于1.0×10-9Ω，这些性能的赋予，不仅显著降低了该种复合材料作为室内用地板或其他装饰材料所带来的火灾安全隐患问题，同时也减少由于静电所带来的对人身及其他方面的安全隐患，使得木塑复合材料的应用领域得到拓展。本发明制备的阻燃抗静电木塑复合材料不仅具有较好的阻燃和抗静电性能，而且保持了良好的力学性能，可广泛应用于对阻燃和抗静电性能有一定要求的高档写字楼、智能办公大楼、程控机房、手术室、电子元件制作车间等重要领域。具体实施方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式阻燃抗静电木塑复合材料按重量份数由20～70份木质纤维材料、30～80份热塑性塑料、1～3份润滑剂、2～15份抗静电剂、5～20份阻燃剂、2～6份偶联剂和0～5份无机填料制成；其中木质纤维材料和热塑性塑料的总量为100份，所述抗静电剂为导电炭黑、镍粉、铜粉、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述阻燃剂为可膨胀石墨或者为可膨胀石墨与聚磷酸铵、微胶囊化红磷、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米有机蒙脱土、纳米硼酸锌中的一种或几种按任意比组成的混合物。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述木质纤维材料为木粉、竹粉、稻壳粉、秸秆粉、果壳粉、甘蔗渣、麻纤维中的一种或几种按任意比组成的混合物，其颗粒目数为40～160目，含水率低于2％。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯回收料、聚丙烯回收料、聚苯乙烯回收料中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述偶联剂为钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂、马来酸酐接枝改性聚乙烯、马来酸酐接枝改性聚丙烯、马来酸酐接枝乙丙橡胶(EPDM-MA)中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述无机填料为碳酸钙粉、滑石粉、粉煤灰中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式阻燃抗静电木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按重量份数称取20～70份木质纤维材料、30～80份热塑性塑料、1～3份润滑剂、2～15份抗静电剂、5～20份阻燃剂、2～6份偶联剂和0～5份无机填料，其中木质纤维材料和热塑性塑料的总量为100份；二、将称取的木质纤维材料、热塑性塑料和润滑剂在高速混合机中热混3～10分钟，温度控制在50～120℃，得热混料；三、将步骤二得到的热混料放至冷混机中进行冷混，待温度降至40～60℃时，将称取的抗静电剂、阻燃剂、偶联剂和无机填料加入冷混机中再混合5～10分钟，得到预混料；四、将预混料投入到料筒温度为150～190℃，口模温度为165～190℃，螺杆转速为30～150r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒；五、将双螺杆挤出机制备得到的粒料再通过单螺杆挤出机或锥形双螺杆挤出机挤出成型，或采用热压机通过热压成型，即制得阻燃抗静电木塑复合材料；其中步骤一中所述木质纤维材料为木粉、竹粉、稻壳粉、秸秆粉、果壳粉、甘蔗渣、麻纤维中的一种或几种按任意比组成的混合物，其颗粒目数为40～160目，含水率低于2％；所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯回收料、聚丙烯回收料、聚苯乙烯回收料中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述抗静电 剂为导电炭黑、镍粉、铜粉、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述阻燃剂为可膨胀石墨或者为可膨胀石墨与聚磷酸铵、微胶囊化红磷、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米有机蒙脱土、纳米硼酸锌中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述偶联剂为钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂、马来酸酐接枝改性聚乙烯、马来酸酐接枝改性聚丙烯、马来酸酐接枝乙丙橡胶中的一种或几种按任意比组成的混合物；所述无机填料为碳酸钙粉、滑石粉、粉煤灰中的一种或几种按任意比组成的混合物。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤二中温度控制在80℃。其它与具体实施方式七相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是：步骤三中待温度降至50℃。其它与具体实施方式七或八相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是：步骤四中将预混料投入到料筒温度为155～185℃，口模温度为180℃，螺杆转速为80r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒。其它与具体实施方式七至九之一相同。实施例1：本实施例阻燃抗静电木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将60份木粉、40份聚丙烯和1.5份润滑剂在高速混合机中热混8分钟，温度控制在80℃，得热混料；所述润滑剂由石蜡和硬脂酸按质量比2:1组成；二、将步骤二得到的热混料放至冷混机中进行冷混，待温度降至50℃时，将3份导电炭黑、3份马来酸酐接枝聚丙烯、5份聚磷酸铵、15份可膨胀石墨加入冷混机中再混合10分钟，得到预混料；三、将预混料投入到料筒温度为155～185℃、口模温度为180℃，螺杆转速为30r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒；四、将得到的粒料放入温度为155～185℃、口模温度为180℃，螺杆转速为30r/min的单螺杆挤出机中进行挤出成型，即制得阻燃抗静电木塑复合材料。步骤一中木粉的含水率低于2％，木粉的颗粒目数为40～80目。实施例2：本实施例阻燃抗静电木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将50份木粉、50份聚丙烯和1份润滑剂在高速混合机中热混8分钟，温度控制在80℃，得热混料；所述润滑剂由石蜡和硬脂酸按质量比1:1组成；二、将步骤二得到的热混料放至冷混机中进行冷混，待温度降至50℃时，将3份导 电炭黑、6份高分子永久型抗静电剂、5份聚磷酸铵、10份可膨胀石墨、2份马来酸酐接枝聚丙烯和1份碳酸钙粉加入冷混机中再混合10分钟，得到预混料；三、将预混料投入到料筒温度为155～185℃、口模温度为180℃，螺杆转速为80r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒；四、将得到的粒料放入温度为155～185℃、口模温度为180℃，螺杆转速为30r/min的单螺杆挤出机中进行挤出成型，即制得阻燃抗静电木塑复合材料。步骤一中木粉的含水率低于2％，木粉的颗粒目数为80～100目。实施例3：本实施例阻燃抗静电木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将60份木粉、40份聚丙烯和1.5份润滑剂在高速混合机中热混10分钟，温度控制在80℃，得热混料；所述润滑剂由石蜡和硬脂酸按质量比2:1组成；二、将步骤二得到的热混料放至冷混机中进行冷混，待温度降至50℃时，将8份导电炭黑、2份镍粉、15份可膨胀石墨、4份马来酸酐接枝聚丙烯和1份滑石粉加入冷混机中再混合10分钟，得到预混料；三、将预混料投入到料筒温度为155～175℃、口模温度为180℃，螺杆转速为60r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒；四、将得到的粒料放入温度为155～185℃、口模温度为185℃，螺杆转速为30r/min的单螺杆挤出机中进行挤出成型，即制得阻燃抗静电木塑复合材料。步骤一中木粉的含水率低于2％，木粉的颗粒目数为80～100目。实施例4：本实施例阻燃抗静电木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将60份木粉、40份聚丙烯和1.5份润滑剂在高速混合机中热混10分钟，温度控制在80℃，得热混料；所述润滑剂由石蜡和硬脂酸按质量比2:1组成；二、将步骤二得到的热混料放至冷混机中进行冷混，待温度降至40℃时，将4份导电炭黑、4份微胶囊化红磷、12份可膨胀石墨、4份马来酸酐接枝聚丙烯加入冷混机中再混合10分钟，得到预混料；三、将预混料投入到料筒温度为155～190℃、口模温度为180℃，螺杆转速为80r/min的双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒；四、将得到的粒料放入温度为155～185℃、口模温度为185℃，螺杆转速为30r/min的单螺杆挤出机中进行挤出成型，即制得阻燃抗静电木塑复合材料。步骤一中木粉的含水率低于2％，木粉的颗粒目数为40～80目。实施例1-4产品的阻燃、抗静电及力学性能指标见表1。表1实施例1-4产品相关性能指标本发明通过添加抗静电剂和阻燃剂赋予木塑复合材料良好的阻燃和抗静电性能，其阻燃性能可到达室内装饰材料用防火等级要求，其中抗静电性能达到GB50174-2008，表面电阻率低于1.0×10-9Ω，这些性能的赋予，不仅显著降低了该种复合材料作为室内用地板或其他装饰材料所带来的火灾安全隐患问题，同时也减少由于静电所带来的对人身及其他方面的安全隐患，使得木塑复合材料的应用领域得到拓展。