一种无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法，具体地说是一种无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
：木塑复合材料(woodplasticcomposite，wpc)是由低成本、天然的木材、麻等天然纤维或粉体材料与热塑性塑料(包括pe、pp、pvc等)为主要原料复合制成的一种绿色环保、环境友好的新型材料。wpc具有良好的加工性能和机械性能，市场潜力巨大。近些年来，随着电子行业的大力发展，环氧树脂因为其良好的电绝缘性能和密封性能，被广泛应用于电子产品的外壳。然而，环氧树脂因其特殊的三维网状结构和不溶特性，很难再次利用。将通过机械破碎获得的废旧环氧树脂作为填料加到有机高分子材料中制成再生高分子材料，不仅能降低产品的成本，还能缓解废弃物填埋和焚烧所带来的环境压力。此外，由于木质纤维、塑料均为碳氢化合物，木塑材料在遇明火或在加热的情况下均可燃烧，且燃烧后很难自熄，因此wpc不经过阻燃处理是难以达到建筑内部装修设计防火规范的要求，原则上不允许直接用作相关建筑装修材料。目前国内外大多通过添加阻燃剂来提高木塑复合材料的阻燃性能。申请号为201811153485.2的专利公布了一种高强度阻燃木塑材料及其制备方法，发现通过添加三氧化二锑(sb2o3)能够显著提高该木塑材料的阻燃性能，但是sb2o3已于2017年10月被世界卫生组织(who)列为2b类致癌物清单，对于人体身体健康具有危害性。申请号为201810046114.8的专利公布了一种阻燃聚丙烯基木塑复合板材及制备方法，然而其阻燃改性工艺复杂，成本高，不利于工业化生产。申请号为201010235935.x的专利公布了一种阻燃木塑复合材料及其制备方法，它通过添加质量分数为2％-10％的红磷对木塑复合材料进行阻燃，获得了较好的阻燃效果，然而红磷本身易吸湿，热稳定差，加工时易生成极毒的磷化氢(ph3)，导致其应用受限。deka(journalofappliedpolymerscience,2012,124(4):2919-2929)制备了聚乙烯木塑复合材料，发现纳米粘土和zno可以提高木塑材料的阻燃性能，但是仅添加少量粘土和zno的阻燃效率不高，而过多的添加又会降低木塑材料的力学性能。201711279323.9的专利公布了一种高强度阻燃pe木塑地板的制备方法，通过添加自制的阻燃功能母液对pe木塑地板进行阻燃，阻燃效果良好，但是其公开的阻燃剂制备工艺复杂且成本高，不利于阻燃木塑的工业化生产。此外，因木质纤维和塑料均为绝缘性物质，在使用时极易产生静电，静电作用会使制品吸附空气中的灰尘，容易导致精密仪器失真，电子元件故障，更有甚者，静电会引发火灾或发生爆炸等。申请号为201711315715.6的专利公开了一种抗静电pvc木塑复合材料的及其制备方法，使用层状的石墨烯粉作为抗静电剂制得的pvc木塑复合材料各项机械性能优异，并具有良好的抗静电性能。申请号为201410723764.3的专利公开了一种导电/抗静电聚乙烯木塑复合材料及其制备方法，其使用的抗静电剂为直径20-100nm，长度10-50μm的多壁碳纳米管，所制备的木塑材料抗静电效果良好。然而，以上方法所使用的抗静电剂价格昂贵，导致抗静电木塑复合材料的生产成本过高，不利于实现工业化生产。技术实现要素：本发明为了解决现有木塑复合材料防火性能差，防静电成本高且不利于工业化生产等问题，公开了一种无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料及其制备方法。本发明以废旧环氧树脂与热塑性塑料共混，再与木粉复合，聚磷酸铵(app)为阻燃剂，铁粉为抗静电剂，通过两步熔融挤出工艺制备木塑复合材料。由于对木粉进行了预处理和采用了二次熔融工艺，有效地改善树脂与木质纤维以及共混树脂之间的界面粘结性能，并改善了复合材料的冲击韧性。而且，本发明在实现废旧环氧树脂回收再利用的同时，有效地减少了环境污染，为我国构建资源节约型、环境友好型社会提供一条可持续发展的途径。本发明无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料，由主料和辅料加工获得。所述主料包括如下质量份的各组份：废旧环氧树脂10-50份热塑性塑料20-60份木粉20-60份。所述辅料包括如下质量份的各组份：所述废旧环氧树脂为经过粉碎、碾磨、过筛后的废旧环氧树脂粉末，粒径为40-100目。所述热塑性塑料为聚丙烯(pp)，且所述聚丙烯的熔体流动速率为0.5-5g/10min。所述木粉的粒径为40-80目。所述阻燃体系包括阻燃剂和协效剂，其中阻燃剂为聚合度1000-4000的聚磷酸铵，协效剂为季戊四醇、三聚氰胺、氢氧化镁、氢氧化铝等中的一种或几种；所述阻燃体系中阻燃剂和协效剂的质量比为1:2-4:1。所述抗静电剂为铁粉、铜粉、铝粉等金属粉末中一种或几种；且金属粉末的粒径在20-100μm。所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、含磷偶联剂等中的任意一种。所述增容剂为马来酸酐支接聚丙烯(mah-g-pp)，且mah的接枝率≥0.8％。所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂，其作用是对共混树脂起热稳定作用。所述抗氧剂选自受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类、复合抗氧剂等中的任意一种。所述润滑剂选自液体石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氯化乙烯蜡、氧化乙烯蜡中的任意一种。进一步地，所述废旧环氧树脂和热塑性塑料的质量比为1:1-1:3。进一步地，所述偶联剂与木粉的质量比为1:10-1:20。本发明无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：废旧环氧树脂和木粉的干燥将废旧环氧树脂、木粉在60-90℃烘箱中干燥4-8h，使其含水率低于2％；步骤2：木粉的预处理将木粉浸泡在含有偶联剂的乙醇中，超声分散1-3h，加热搅拌至固化，放入烘箱中干燥1-2h，得到预处理木粉；步骤3：一次熔融混合和挤出造粒将废旧环氧树脂、热塑性塑料、抗静电剂、增容剂、热稳定剂、抗氧剂和润滑剂加入到高速混合机搅拌均匀得到一次混合料；将一次混合料加入双螺杆挤出机中，进行第一次熔融共混、挤出造粒得到粒料a；步骤4：二次熔融混合和挤出成型将粒料a与预处理木粉、阻燃剂和协效剂加入高速混合机中搅拌混合均匀得到二次混合料；将二次混合料加入双螺杆挤出机中，进行第二次熔融共混，挤出制得无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料。步骤3中，高速混合机的温度设定为40-60℃，转速300-500rpm，混合时间10-20min。步骤3中，双螺杆挤出机的挤出温度为190-215℃，螺杆转速80-120rpm。步骤4中，高速混合机的温度设定为40-60℃，转速300-500rpm，混合时间10-20min。步骤4中，双螺杆挤出机的挤出温度为185-210℃，螺杆转速70-110rpm。本发明用“两步熔融”工艺制备木塑复合材料，该方法能够有效地改善界面相容性，所制备的复合材料可以在保持良好机械性能的前提下，具有良好的阻燃性能和抗静电性能。本发明的工艺过程简单，有利于实现工业化生产。附图说明图1是实施例1样品截面的扫描电镜照片。图2是实施例2样品截面的扫描电镜照片。图3是对比例样品截面的扫描电镜照片。具体实施方式下面结合具体的实施例进一步说明本发明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。实施例1：1、配料废旧环氧树脂：300gpp塑料：300g木粉：600gapp：150gmg(oh)2：50gfe粉：150g铝酸酯偶联剂：70gmah-g-pp：50g钙锌热稳定剂：20g抗氧剂168：20g硬脂酸：15g2、制备(1)将废旧环氧树脂、木粉在80℃烘箱中干燥5h，使其含水率低于2％；(2)将木粉浸泡在含有铝酸酯偶联剂的乙醇中，超声分散2h后，加热搅拌至固化，放入烘箱中干燥1h；(3)将废旧环氧树脂、pp塑料、fe粉、mah-g-pp、钙锌热稳定剂、抗氧剂168和硬脂酸加入高速混合机中，在40℃、转速400rpm条件下混合15min，得到一次混合料a；把一次混合料a加入双螺杆挤出机中进行第一次熔融共混、造粒得到粒料a，挤出温度为210℃，螺杆转速为120rpm；(4)将上述粒料a与预处理过的木粉、app和mg(oh)2加入高速混合机中，在40℃、转速400rpm条件下混合15min，得到二次混合料；将二次混合料加入双螺杆挤出机中，在温度205℃、螺杆转速105rpm条件下，进行第二次熔融共混，挤出制得无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料。实施例2：1、配料废旧环氧树脂：180gpp塑料：420g木粉：600gapp：150gmg(oh)2：50gfe粉：150g铝酸酯偶联剂：70gmah-g-pp：50g钙锌热稳定剂：20g抗氧剂168：20g硬脂酸：15g2、制备(1)将废旧环氧树脂、木粉在80℃烘箱中干燥5h，使其含水率低于2％；(2)将木粉浸泡在含有铝酸酯偶联剂的乙醇中，超声分散2h后，加热搅拌至固化，放入烘箱中干燥1h；(3)将废旧环氧树脂、pp塑料、fe粉、mah-g-pp、钙锌热稳定剂、抗氧剂168和硬脂酸加入到高速混合机中，在40℃、转速400rpm条件下混合15min，得到一次混合料a；把一次混合料a加入双螺杆挤出机中进行第一次熔融共混、造粒得到粒料a，挤出温度为210℃，螺杆转速为120rpm；(4)将上述粒料a与预处理过的木粉、app和mg(oh)2加入高速混合机中，在40℃、转速400rpm条件下混合15min，得到二次混合料；将二次混合料加入双螺杆挤出机中，在温度205℃、螺杆转速105rpm条件下，进行第二次熔融共混，挤出制得无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料。对比例：1、配料废旧环氧树脂：300gpp塑料：300g木粉：600g铝酸酯偶联剂：70gmah-g-pp：50g钙锌热稳定剂：20g抗氧剂168：20g硬脂酸：15g2、制备(1)将废旧环氧树脂、木粉在80℃烘箱中干燥5h，使其含水率低于2％；(2)将木粉浸泡在含有铝酸酯偶联剂的乙醇中，超声分散2h后，加热搅拌至固化，放入烘箱中干燥1h；(3)将废旧环氧树脂、pp塑料、mah-g-pp、钙锌热稳定剂、抗氧剂168和硬脂酸加入到高速混合机中，在40℃、转速400rpm条件下混合15min，得到一次混合料a；把一次混合料a加入双螺杆挤出机中进行第一次熔融共混、造粒得到粒料a，挤出温度为210℃，螺杆转速为120rpm；(4)将上述粒料a与木粉加入高速混合机中，在40℃、转速400rpm条件下混合15min，得到二次混合料；将二次混合料加入双螺杆挤出机中，在温度205℃、螺杆转速105rpm条件下，进行第二次熔融共混，挤出制得无卤阻燃聚丙烯木塑复合材料。将实施例和对比例制备的复合材料进行燃烧性能、抗静电性能和力学性能测试。结果如下：表1.pp木塑复合材料的性能测试参数表燃烧参数实施例1实施例2对比例热分解温度(℃)477.3478.6472.9点燃时间(s)313226熄灭时间(s)300331336总热释放(mj/m2)64.566.069.6热释放率均值(kw/m2)239.7220.8224.5热释放率峰值(kw/m2)375.2384.6504.2质量损失率均值(g/s)0.0720.0620.071质量损失率峰值(g/s)0.2670.2750.867co的产率均值(kg/kg)0.0010.0010.002co2的产率均值(kg/kg)1.1411.6922.120成炭率(％)29.227.926.7体积电阻率(ω·m)4.13e+073.94e+071.19e+08缺口冲击强度(kj/m2)4.54.93.9注：锥形量热测试依据astme1354、iso5560标准执行；体积电阻率依据gb/t1410-2006标准测试；缺口冲击强度依据gb/t1043.1-2008标准测试。从表1可知，对比例(未添加阻燃剂)总的热释放量和热释放率峰值高达69.6mj/m2、224.5mj/m2，而加入阻燃剂后，实施例1和实施例2的热释放量和热释放率均显著降低。此外，复合材料的co，co2的产率均有所下降，成炭率有所上升，表明本实施方法得到的木塑复合材料具有良好的阻燃特性。加入抗静电剂fe后，实施例1、2的体积电阻率相对于对比例都下降了一个数量级，有效地提高了材料的抗静电性能。图1-3为三种样品的扫描电子显微镜照片。不难看出，经过木粉的预处理和“两步熔融”工艺所制备的样品中，木粉颗粒和聚磷酸铵app颗粒均呈现很好的均匀分散性，有效地促进填料合理分散于相界面上，实现冲击强度的提高。综上可知，本发明可以在保证具有良好机械性能的前提下，使木塑复合材料阻燃性能和抗静电性能同时得到明显提高，而且工艺过程简单，适合工业化生产。以上仅对本发明做了示例性的描述，需要说明的是，在不脱离本发明核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均在本发明的保护范围内。当前第1页12