一种木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种用木质纤维素增强的可生物降解复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于塑料制品具有成本低廉、易于加工、使用方便等优点，被广泛应用于国民经济的各个行业。但随着白色污染、温室效应和能源危机的日益加剧，传统塑料替代品的研发和使用受到人们的广泛关注，比如聚乳酸PLA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚羟基烷基酸酯PHA、聚碳酸亚丙酯PPC等可生物降解塑料的生产和使用已经实现规模化，在包装、日化、医药卫生、农业薄膜等领域能够部分替代传统塑料的使用。
[0003]目前制约可生物降解塑料推广使用的因素之一就是其相对高昂的价格，与传统塑料聚乙烯PE、聚丙烯PP相比，生物降解塑料的售价是聚烯烃材料的两倍以上。在实际生产中人们通过向生物降解塑料中填充填料的方式来降低成本，如碳酸钙、蒙脱土、滑石粉等无机粉料，以及麻纤维、木纤维、竹纤维、淀粉等天然纤维。其中天然纤维因为具有来源广泛、可再生、质量轻、比强度高等优点，是可生物降解塑料的理想填料，近年来国内外科研工作者对天然纤维增强可生物降解塑料领域开展了大量的工作，得到了很多性能优异的木塑复合材料。但是这些材料的基体和填料都是碳氢化合物，在明火或加热的情况下容易燃烧，不能用于电子电器、装饰材料等领域，限制了其应用。
[0004]日本NEC公司在PLA中添加大量无机阻燃剂制备得到阻燃PLA母料，与南非槿麻共混后用于硅芯片的封装。国内的金迪化工科技有限公司将PLA、无机粉体和硅系阻燃剂共混也生产出阻燃级PLA母料。专利CN101260228B，CN101260228A, CN102746625A,CN102746626A提供了一种麻纤维填充的聚乳酸阻燃复合材料，其阻燃剂为9，10- 二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(D0P0)、聚磷酸铵、蜜胺、磷酸三苯酯、磷酸盐、氰尿酸三聚氰胺或蒙脱土中一至几种。而专利CN102241879A提供了用聚磷酸铵、密胺包裹聚磷酸铵、环氧树脂包裹聚磷酸铵、硅氧烷包裹聚磷酸铵、聚氨酯包裹聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸铵或三聚氰胺磷酸铵中的一种或或多种组合阻燃可生物降解塑料和竹纤维复合材料的方案。目前未发现有关木质纤维素增强阻燃生物降解塑料的相关报道。
【发明内容】
[0005]针对目前市场上缺少天然木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料的情况，本发明提供了一种可降解的、无卤阻燃的、填充木质纤维素的、适合工业化生产的复合材料及其制备方法。
[0006]本发明提出的木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料由生物降解塑料、木质纤维素、无卤磷氮阻燃剂、协效剂以及增容剂组成，其组分的质量百分比如下:生物降解塑料45?88%，木纤维1?30%，阻燃剂10?35%，协效剂0.5?5%，增容剂0.1?3%。
[0007]本发明中，所述可生物降解塑料其特征在于是聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯中的一种或几种。
[0008]本发明中，所述木质纤维素其特征在于纤维素或微晶纤维素来源于所有木本植物中的一种或几种。
[0009]本发明中，所述阻燃剂其特征在于是聚磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种。
[0010]本发明中，所述协效剂其特征在于是A型分子筛、X型分子筛、Y型分子筛中的一种或几种。
[0011 ] 本发明中，所述增容剂其特征在于是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、PMMA中的一种或几种。
[0012]木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料的制备工艺为:
[0013]一、将木质纤维素浸泡在增容剂溶液中0.5?2h，烘干备用；或直接将木质纤维素与增容剂混合；
[0014]二、将生物降解聚酯、步骤一得到的改性木质纤维素、阻燃剂以及协效剂按比例混合；
[0015]三、将经过步骤二得到的混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒。
[0016]步骤三中双螺杆挤出机挤出温度是125?190°C，螺杆转速100?250rpm。
[0017]本发明提供的木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料，可以应用于家具、装饰、电子电器、汽车、建筑等对防火阻燃有严格要求的领域，拓宽了天然纤维增强生物降解复合材料的应用范围。
[0018]本发明不仅可满足生物降解木塑复合材的需求,而且可以利用木屑、废木板等回收资源制备的木质纤维素，具有重要的使用价值和社会效益。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]将0.2份PMMA溶解于丙酮中，再将25份桦木纤维素浸泡在PMMA的丙酮溶液中2h，烘干备用，按照下列配比与其他物料混合:
[0021]生物降解聚酯:聚乳酸50份
[0022]聚己内酯5份
[0023]聚碳酸亚丙酯2份
[0024]阻燃剂:聚磷酸铵13份
[0025]三聚氰胺氰尿酸盐3份
[0026]协效剂:5A分子筛1.8份
[0027]将上述混合物料经过挤出机挤出造粒，加工温度175°C，螺杆转速250转。
[0028]将桦木纤维素增强可生物降解阻燃复合材料母料注塑成标准试样进行测试，性能如下:拉伸强度 35.5MPa，弯曲强度 60.9MPa，0.61kJ.m 2，UL-94V0 级，L0I 为 32%。
[0029]实施例2
[0030]将0.5份硅烷偶联剂KH550溶解于乙醇中，再将17份落叶松纤维素浸泡在KH550的乙醇溶液中0.5h，烘干备用，按照下列配比与其他物料混合:
[0031]生物降解聚酯:聚丁二酸丁二醇酯44.5份
[0032]聚己二酸丁二醇酯15份
[0033]阻燃剂:聚磷酸铵12份
[0034]三聚氰胺5份
[0035]三聚氰胺聚磷酸盐3份
[0036]协效剂:13X分子筛3份
[0037]将上述混合物料经过挤出机挤出造粒，加工温度150°C，螺杆转速200转。
[0038]将落叶松纤维素增强可生物降解阻燃复合材料母料注塑成标准试样进行测试，性能如下:拉伸强度 23.1MPa，弯曲强度 39.3MPa，1.37kJ.m 2，UL-94V0 级，L0I 为 38%。
[0039]实施例3
[0040]将20份落叶松微晶纤维素与2份异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合，再按照下列配比与其他物料混合:
[0041]生物降解聚酯:聚乳酸26份
[0042]聚丁二酸丁二醇酯20份
[0043]聚羟基丁酸酯10份
[0044]阻燃剂:聚磷酸铵13份
[0045]三聚氰胺氰尿酸盐5份
[0046]三聚氰胺聚磷酸盐3.5份
[0047]协效剂:Na_Y型分子筛0.5份
[0048]将上述混合物料经过挤出机挤出造粒，加工温度165°C，螺杆转速200转。将落叶松纤维素增强可生物降解阻燃复合材料母料注塑成标准试样进行测试，性能如下:拉伸强度 28.4MPa，弯曲强度 45.9MPa, 1.26kJ.m2，UL-94V0 级，L0I 为 42%。
[0049]实施例4
[0050]将10份桦木纤维素和15份落叶松微晶纤维素与3份硅烷偶联剂KH550混合，再按照下列配比与其他物料混合:
[0051]聚乳酸52份
[0052]阻燃剂:聚磷酸铵12.5份
[0053]三聚氰胺氰尿酸盐2.5份
[0054]协效剂:4A分子筛5份
[0055]将上述混合物料经过挤出机挤出造粒，加工温度175°C，螺杆转速250转。
[0056]实施例5
[0057]将0.1份PMMA溶解于丙酮中，再将16.9份杨木微晶纤维素浸泡在PMMA的丙酮溶液中2h，烘干备用，按照下列配比与其他物料混合:
[0058]生物降解聚酯:聚丁二酸丁二醇酯65份
[0059]阻燃剂:聚磷酸铵10份
[0060]三聚氰胺氰尿酸盐4份[0061 ]三聚氰胺聚磷酸盐3份
[0062]协效剂:10X分子筛1份
[0063]将上述混合物料经过挤出机挤出造粒，加工温度145°C，螺杆转速150转。
[0064]实施例6
[0065]将3份硅烷偶联剂KH550溶解于乙醇中，再将30份落叶松微晶纤维素浸泡在KH550的乙醇溶液中0.5h，烘干备用，按照下列配比与其他物料混合:
[0066]生物降解聚酯:聚丁二酸丁二醇酯50份
[0067]阻燃剂:聚磷酸铵10份
[0068]三聚氰胺聚磷酸盐6份
[0069]协效剂:4A分子筛1份
[0070]将上述混合物料经过挤出机挤出造粒，加工温度150°C，螺杆转速200转。
【主权项】
1.一种木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料，其特征在于由生物降解塑料、木质纤维素、无齒磷氮阻燃剂、协效剂以及增容剂组成，其组分的质量百分比如下:生物降解塑料45?88%，木纤维1?30%，阻燃剂10?35%，协效剂0.5?5%，增容剂0.1?3%。2.根据权利要求1所述可生物降解塑料其特征在于是聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯中的一种或几种。3.根据权利要求1所述木质纤维素其特征在于纤维素或微晶纤维素来源于所有木本植物中的一种或几种。4.根据权利要求1所述阻燃剂其特征在于是聚磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种。5.根据权利要求1所述协效剂其特征在于是A型分子筛、X型分子筛、Y型分子筛中的一种或几种。6.根据权利要求1所述增容剂其特征在于是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、PMMA中的一种或几种。7.根据权利要求1木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料的制备工艺为: (1)将木质纤维素浸泡在增容剂溶液中0.5?2h，烘干备用；或直接将木质纤维素与增容剂混合； (2)将生物降解聚酯、步骤一得到的改性木质纤维素、阻燃剂以及协效剂按比例混合； (3)将经过步骤二得到的混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒。
【专利摘要】本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种用木质纤维素增强的可生物降解复合材料及其制备方法。其特征在于由生物降解塑料、木质纤维素、无卤磷氮阻燃剂、协效剂以及增容剂组成。将木质纤维素浸泡增容剂溶液中，烘干后与生物降解聚酯、阻燃剂以及协效剂按比例混合，经双螺杆挤出机造粒制备得到复合材料。本发明提供的木质纤维素增强可生物降解阻燃复合材料，可以应用于家具、装饰、电子电器、汽车、建筑等对防火阻燃有严格要求的领域，拓宽了天然纤维增强生物降解复合材料的应用范围。而且可以利用木屑、废木板等回收资源制备的木质纤维素，具有重要的使用价值和社会效益。
【IPC分类】C08K3/32, B29C47/92, C08L97/02, C08L69/00, C08L67/02, C08L67/04, C08K13/02, C08K5/3492
【公开号】CN105273375
【申请号】CN201410350207
【发明人】张秀成, 沈晓婷, 张 廷, 杨学莉, 张志永, 董贺
【申请人】东北林业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月23日