本发明涉及秸秆材料制造领域，具体地，涉及一种高强度阻燃秸秆材料及其制备方法。
背景技术：
合理、高效利用农作物秸秆资源、变废为宝、生产环境友好材料已成为世界的热点课题。我国是一个农业大国，水稻、小麦、玉米、棉花等是主要的农作物品种。我国农作物秸秆年产量达7亿吨，列世界第一位。目前市场上已经出现多种以秸秆为原料的新材料，能够应用于塑料、木材、纸制品等多领域。但是目前大多数秸秆材料的力学性能较差，其不具备优良的阻燃性能。
因此，提供一种在保证优良力学性能的前提下，有效提高材料阻燃性的高强度阻燃秸秆材料及其制备方法是本发明亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高强度阻燃秸秆材料及其制备方法，解决了现有的秸秆材料很难同时保证优越的力学性能和阻燃性能的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高强度阻燃秸秆材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合，在70-80℃下反应1-2小时，过滤后得到改性蒙脱土；
(2)将植物秸秆、聚丙烯酸脂和丙三醇按照质量比为5-8:10：25进行混合，之后进行软化，得到植物秸秆混合物；其中，软化的条件至少包括：软化的温度为90-100℃，软化的时间为10-20min；
(3)将改性蒙脱土、氧化聚乙烯蜡、聚氯乙烯、硬脂酸、植物秸秆混合物、有机硅阻燃剂、填充剂、润滑剂和增塑剂混合，得到混合物m；
(4)将混合物m加入双螺杆挤出机中，经挤出后得到高强度阻燃秸秆材料；其中，挤出的条件包括：螺杆的转速为200-300转/分钟，加料段的温度为200-210℃，熔融塑化段的温度为240-250℃，混合均化段的温度为210-220℃，熔体输送计量段的温度为180-200℃。
本发明还提供了一种高强度阻燃秸秆材料，所述高强度阻燃秸秆材料由上述的制备方法制得。
通过上述技术方案，本发明提供了一种高强度阻燃秸秆材料及其制备方法，所述制备方法包括：将蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合，在70-80℃下反应1-2小时，过滤后得到改性蒙脱土；将植物秸秆、聚丙烯酸脂和丙三醇按照质量比为5-8:10：25进行混合，之后进行软化，得到植物秸秆混合物；其中，软化的条件至少包括：软化的温度为90-100℃，软化的时间为10-20min；将改性蒙脱土、氧化聚乙烯蜡、聚氯乙烯、硬脂酸、植物秸秆混合物、有机硅阻燃剂、填充剂、润滑剂和增塑剂混合，得到混合物m；将混合物m加入双螺杆挤出机中，经挤出后得到高强度阻燃秸秆材料；通过各原料之间的协同作用，使得制得的材料同时具备优良的机械性能和阻燃性能，同时，用于制备该材料的方法简单、原料易得。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种高强度阻燃秸秆材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合，在70-80℃下反应1-2小时，过滤后得到改性蒙脱土；
(2)将植物秸秆、聚丙烯酸脂和丙三醇按照质量比为5-8:10：25进行混合，之后进行软化，得到植物秸秆混合物；其中，软化的至少条件包括：软化的温度为90-100℃，软化的时间为10-20min；
(3)将改性蒙脱土、氧化聚乙烯蜡、聚氯乙烯、硬脂酸、植物秸秆混合物、有机硅阻燃剂、填充剂、润滑剂和增塑剂混合，得到混合物m；
(4)将混合物m加入双螺杆挤出机中，经挤出后得到高强度阻燃秸秆材料；其中，挤出的条件包括：螺杆的转速为200-300转/分钟，加料段的温度为200-210℃，熔融塑化段的温度为240-250℃，混合均化段的温度为210-220℃，熔体输送计量段的温度为180-200℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，相对于100重量份的氧化聚乙烯蜡，改性蒙脱土的用量为2-8重量份，聚氯乙烯的用量为20-30重量份，硬脂酸的用量为25-45重量份，植物秸秆混合物的用量为40-80重量份，有机硅阻燃剂的用量为2-10重量份，填充剂的用量为2-7重量份，润滑剂的用量为2-7重量份，增塑剂的用量为2-8重量份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，相对于100重量份的氧化聚乙烯蜡，改性蒙脱土的用量为4-6重量份，聚氯乙烯的用量为24-26重量份，硬脂酸的用量为30-40重量份，植物秸秆混合物的用量为50-70重量份，有机硅阻燃剂的用量为4-6重量份，填充剂的用量为4-5重量份，润滑剂的用量为4-5重量份，增塑剂的用量为4-6重量份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，在步骤(1)中，蒙脱土和聚磷酸铵溶液按照质量比为1：20-30比例进行混合。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，聚磷酸铵溶液的质量浓度为40-60％。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，填充剂选自碳酸钙、陶土、硅酸盐和滑石粉中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸酯、聚氯乙烯蜡、石蜡和油酸酰胺中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，增塑剂选自邻苯二甲酸酯类化合物、对苯二甲酸酯类化合物和偏苯三酸酯类化合物中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的材料的力学性能和阻燃性能，聚氯乙烯的重均分子量为5000-8000，氧化聚乙烯蜡的重均分子量为9000-12000，聚磷酸铵的重均分子量为3000-5000，聚丙烯酸脂的重均分子量为5000-6000。
本发明还提供了一种高强度阻燃秸秆材料，所述高强度阻燃秸秆材料由上述的制备方法制得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，聚氯乙烯的重均分子量为5000-8000，氧化聚乙烯蜡的重均分子量为9000-12000，聚磷酸铵的重均分子量为3000-5000，聚丙烯酸脂的重均分子量为5000-6000；有机硅阻燃剂由上海广宾贸易有限公司提供的牌号为kr-2710的市售品。以下实施例中，拉伸强度参数是通过gb1040-2006的方法测得，断裂伸长率参数是通过gb1040-2006的方法测得，阻燃性能通过gb/t2406.2-2009的方法测得。
实施例1
将10g蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合(按照质量比为1：20比例进行混合，其中，聚磷酸铵溶液的质量浓度为40％)，在70℃下反应1小时，过滤后得到改性蒙脱土；将植物秸秆、聚丙烯酸脂和丙三醇按照质量比为5:5：25进行混合，之后进行软化，得到植物秸秆混合物；其中，软化的条件包括：软化的温度为90℃，软化的时间为10min；将4g改性蒙脱土、100g氧化聚乙烯蜡、24g聚氯乙烯、30g硬脂酸、50g植物秸秆混合物、4g有机硅阻燃剂、4g碳酸钙、4g硬脂酸和4g邻苯二甲酸酯类化合物混合，得到混合物m；将混合物m加入双螺杆挤出机中，经挤出后得到高强度阻燃秸秆材料a1；其中，挤出的条件包括：螺杆的转速为200转/分钟，加料段的温度为200℃，熔融塑化段的温度为240℃，混合均化段的温度为210℃，熔体输送计量段的温度为180℃。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.4mpa，断裂伸长率为252％，氧指数51。
实施例2
将10g蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合(按照质量比为1：30比例进行混合，其中，聚磷酸铵溶液的质量浓度为60％)，在80℃下反应2小时，过滤后得到改性蒙脱土；将植物秸秆、聚丙烯酸脂和丙三醇按照质量比为8:15：25进行混合，之后进行软化，得到植物秸秆混合物；其中，软化的条件包括：软化的温度为100℃，软化的时间为20min；将6g改性蒙脱土、100g氧化聚乙烯蜡、26g聚氯乙烯、40g硬脂酸、70g植物秸秆混合物、6g有机硅阻燃剂、5g硅酸盐(硅酸钠)、5g聚氯乙烯蜡和6g对苯二甲酸酯类化合物混合，得到混合物m；将混合物m加入双螺杆挤出机中，经挤出后得到高强度阻燃秸秆材料a2；其中，挤出的条件包括：螺杆的转速为300转/分钟，加料段的温度为210℃，熔融塑化段的温度为250℃，混合均化段的温度为220℃，熔体输送计量段的温度为200℃。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.1mpa，断裂伸长率为243％，氧指数50。
实施例3
将10g蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合(按照质量比为1：25比例进行混合，其中，聚磷酸铵溶液的质量浓度为50％)，在75℃下反应1.5小时，过滤后得到改性蒙脱土；将植物秸秆、聚丙烯酸脂和丙三醇按照质量比为6:10：25进行混合，之后进行软化，得到植物秸秆混合物；其中，软化的条件包括：软化的温度为95℃，软化的时间为15min；将5g改性蒙脱土、100g氧化聚乙烯蜡、25g聚氯乙烯、35g硬脂酸、60g植物秸秆混合物、5g有机硅阻燃剂、4.5g滑石粉、4.5g油酸酰胺和5g偏苯三酸酯类化合物混合，得到混合物m；将混合物m加入双螺杆挤出机中，经挤出后得到高强度阻燃秸秆材料a3；其中，挤出的条件包括：螺杆的转速为250转/分钟，加料段的温度为205℃，熔融塑化段的温度为245℃，混合均化段的温度为215℃，熔体输送计量段的温度为190℃。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.8mpa，断裂伸长率为243％，氧指数51。
实施例4
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，相对于100g的氧化聚乙烯蜡，改性蒙脱土的用量为2g，聚氯乙烯的用量为20g，硬脂酸的用量为25g，植物秸秆混合物的用量为40g，有机硅阻燃剂的用量为2g，填充剂的用量为2g，润滑剂的用量为2g，增塑剂的用量为2g，得到高强度阻燃秸秆材料a4。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.9mpa，断裂伸长率为242％，氧指数52。
实施例5
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，相对于100g的氧化聚乙烯蜡，改性蒙脱土的用量为8g，聚氯乙烯的用量为30g，硬脂酸的用量为45g，植物秸秆混合物的用量为80g，有机硅阻燃剂的用量为10g，填充剂的用量为7g，润滑剂的用量为7g，增塑剂的用量为8g，得到高强度阻燃秸秆材料a5。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.6mpa，断裂伸长率为244％，氧指数55。
实施例6
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，相对于100g的氧化聚乙烯蜡，改性蒙脱土的用量为1g，聚氯乙烯的用量为15g，硬脂酸的用量为20g，植物秸秆混合物的用量为35g，有机硅阻燃剂的用量为1g，填充剂的用量为1g，润滑剂的用量为1g，增塑剂的用量为1g，得到高强度阻燃秸秆材料a6。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.1mpa，断裂伸长率为253％，氧指数58。
实施例7
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，相对于100g的氧化聚乙烯蜡，改性蒙脱土的用量为10g，聚氯乙烯的用量为35g，硬脂酸的用量为50g，植物秸秆混合物的用量为85g，有机硅阻燃剂的用量为15g，填充剂的用量为10g，润滑剂的用量为10g，增塑剂的用量为10g，得到高强度阻燃秸秆材料a7。制得的秸秆材料的拉伸强度为17.7mpa，断裂伸长率为243％，氧指数50。
对比例1
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，挤出的条件包括：螺杆的转速为150转/分钟，加料段的温度为180℃，熔融塑化段的温度为220℃，混合均化段的温度为180℃，熔体输送计量段的温度为150℃，得到高强度阻燃秸秆材料d1。制得的秸秆材料的拉伸强度为8.4mpa，断裂伸长率为123％，氧指数31。
对比例2
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，挤出的条件包括：螺杆的转速为350转/分钟，加料段的温度为240℃，熔融塑化段的温度为260℃，混合均化段的温度为240℃，熔体输送计量段的温度为220℃，得到高强度阻燃秸秆材料d2。制得的秸秆材料的拉伸强度为8.1mpa，断裂伸长率为141％，氧指数31。
对比例3
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，原料中不包括氧化聚乙烯蜡，得到高强度阻燃秸秆材料d3。制得的秸秆材料的拉伸强度为8.3mpa，断裂伸长率为120％，氧指数34。
对比例4
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，原料中不包括聚氯乙烯，得到高强度阻燃秸秆材料d4。制得的秸秆材料的拉伸强度为9.1mpa，断裂伸长率为119％，氧指数29。
对比例5
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，原料中不包括硬脂酸，得到高强度阻燃秸秆材料d5。制得的秸秆材料的拉伸强度为9.2mpa，断裂伸长率为115％，氧指数28。
对比例6
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，将蒙脱土和聚磷酸铵溶液混合，在60℃下反应0.8小时，过滤后得到改性蒙脱土；制得的秸秆材料的拉伸强度为9.1mpa，断裂伸长率为111％，氧指数32。
对比例7
按照实施例3的方法进行制备，不同的是，软化的条件包括：软化的温度为80℃，软化的时间为5min；制得的秸秆材料的拉伸强度为9.9mpa，断裂伸长率为127％，氧指数33。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。