CN115340773B - 一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于木塑材料技术领域，具体涉及一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其质量配比包括：阻燃改性木粉50－60份、高密度聚乙烯40－60份、低密度聚乙烯2－7份、复合阻燃剂10－15份、增塑剂3－5份、润滑剂1－3份，并提供了具体制备方法。本发明解决了现有木塑复合材料阻燃性不稳定的问题，利用木粉阻燃化为前提，配合聚乙烯的阻燃稳定处理，提高阻燃材料含量，有效的提升阻燃性。
Description
技术领域
本发明属于木塑材料技术领域，具体涉及一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法。
背景技术
木塑复合材料是以木质纤维材料和塑料为主要原料制造的复合材料，因其具有优良的耐水和耐腐蚀性能，耐虫蛀、使用寿命长等优点而被广泛应用。然而木塑复合材料存在如下缺陷：原材料木质纤维和塑料材料均是易燃物，应用存在一定的安全隐患，需要进行阻燃处理，使其达到相应的阻燃级别以促进该材料在公共场所建筑和室内装饰领域的应用，进一步提升其市场价值越来越受到人们的重视。目前，基于阻燃剂自身的污染与阻燃性能的差异，造成市场上的阻燃剂良莠不齐，难以满足目前市场的需求。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，解决了现有木塑复合材料阻燃性不稳定的问题，利用木粉阻燃化为前提，配合聚乙烯的阻燃稳定处理，提高阻燃材料含量，有效的提升阻燃性。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其质量配比包括：
阻燃改性木粉50－60份、高密度聚乙烯40－60份、低密度聚乙烯2－7份、复合阻燃剂10－15份、增塑剂3－5份、润滑剂1－3份。
所述阻燃改性木粉以硅氧复合材料为改性剂，在木粉表面形成阻燃材料的包裹，能够起到有益的阻燃性；木粉的阻燃改性能够赋予木粉稳定的阻燃特性；进一步的，所述阻燃改性木粉以木粉为内核，且由内至外依次覆盖阻燃硅层和阻燃铝层，所述阻燃硅层为单甲基硅树脂层，阻燃铝层为氢氧化铝层，在使用过程中，木粉表面依次为单甲基硅氧结构和氢氧化铝结构，遇到燃烧情况时，表面的氢氧化铝结构形成受热分解形成氧化铝与水分子，且氧化铝从活性氧化铝结构逐步向刚玉结构转化，并且在表面形成稳定的氧化铝薄膜结构，此时的氧化铝具有良好的导热性，将热量均匀分布在表面，同时甲基硅氧结构自身的隔热性能够保证甲基硅氧结构表面形成均匀的温度，而当木粉受到温度影响时，外部温度与内部温度相差极大，造成木粉快速炭化；其次，氢氧化铝在转化过程中形成活性氧化铝，能够形成自身的氧化铝层的同时，氧化铝表面的羟基活性能够确保其与其他材料形成稳定连接，达到优异的相容性。所述阻燃改性木粉的制备方法，包括如下步骤：a1，将木粉加入至氢氧化钠溶液中超声处理30min，取出后除水烘干，得到干燥木粉，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.001mol/L，超声的频率为50kHz，温度为20℃，除水烘干的温度为110℃；a2，将甲基三氯硅烷加入至***中搅拌均匀，然后加入干燥木粉并低温超声1h，过滤后得到带湿膜的木粉，所述甲基三氯硅烷在***中的浓度为200g/L，搅拌速度为500r/min，所述干燥木粉在溶液中的浓度为20g/L，超声频率为50kHz，温度为10℃；a3，将带湿膜的木粉加入至含水氛围的反应釜内静置2h，然后升温静置1h，得到第一改性木粉，所述含水氛围为氮气与水蒸气氛围，且水蒸气的体积占比为10％，静置温度为10℃，所述升温静置的温度为80℃，a4，将异丙醇铝加入至乙醇中搅拌均匀，然后放入第一改性木粉搅拌30min，过滤后得到含湿铝膜的改性木粉，所述异丙醇铝在乙醇中的浓度为100g/L，搅拌速度为300r/min，第一改性木粉的浓度为50g/L，搅拌速度为1000r/min，温度为40℃；a5，将含湿铝膜的改性木粉加入至含水氛围的反应釜内静置2h，然后氮气吹扫30min，得到阻燃改性木粉，所述含水氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且水蒸气的体积占比为8％，温度为80℃，所述氮气吹扫采用80℃的氮气，吹扫速度为10mL/min；该工艺利用碱性改性的方式将木粉表面活化，为木粉改性提供便利，然后采用甲基三氯硅烷***液的吸附固化，配合***的渗透性和***与水的微溶性，达到初步固化，利用甲基硅树脂形成包裹，达到初步阻燃改性，最后利用异丙醇铝贴附在甲基硅树脂表面并利用甲基硅树脂的疏水性形成表面水解，达到优异的处理效果。
所述复合阻燃剂采用壳核结构的复合阻燃剂，以半硅质粘土为内核，以氧化铝为壳层，形成复合阻燃剂，该阻燃剂中，氧化铝为活性氧化铝状态，具有较多的表面羟基结构，能够与聚乙烯形成稳定的复合连接体系，有助于其与其他材料形成良好且稳定的化学连接，确保聚乙烯达到优质的阻燃性，所述复合阻燃剂的制备方法，包括：b1，将半硅质粘土与乙基纤维素混合均匀，并加入***搅拌均匀，过滤后烘干得到表面带粘附性的半硅质粘土，所述半硅质粘土与乙基纤维素的质量比为5：1，所述***的加入量是半硅质粘土的10倍，烘干为40℃；b2，将异丙醇铝溶解在乙醇中搅拌均匀，并喷雾至半硅质粘土上，然后在反应釜内水解反应2h，烘干得到镀膜半硅质粘土；异丙醇铝在乙醇中的浓度为50g/L，所述喷雾速度为5mL/min，所述反应釜内的氛围为氮气与水蒸汽的混合氛围，且水蒸汽的体积占比为20％，烘干温度为60℃；b3，按照b2方式反复处理2次，然后将镀膜半硅质粘土放入紫外光照反应釜内光照降解30min，得到活性氧化铝包裹半硅质粘土阻燃剂，所述光照的表面强度为5W/cm2，温度为150℃；该工艺利用乙基纤维素的表面粘附性，能够形成表面的异丙醇铝沉积，并经由紫外配合温度的降解效果，达到降解去除的目的，同时表面的氢氧化铝转化为活性氧化铝，达到提升表面连接性，同时紫外光照能够将半硅质粘土内的二氧化钛活性上升，有助于其与氧化铝的活性连接。
所述增塑剂采用三芳基磷酸酯。
所述润滑剂采用脂酸钙或硬脂酸锌。以硬脂酸锌或硬脂酸钙为润滑剂时，不仅能够起到润滑效果，同时也能够起到热稳定性；以此同时，以硬脂酸锌为润滑剂时，硬脂酸锌内的锌元素受到阻燃剂与改性木粉的影响，具有良好的稳定连接性，提高了材料的稳定性与固化性。
所述高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、复合阻燃剂、增塑剂和润滑剂进行搅拌混合，得到塑料组分；所述混合搅拌的温度为130－135℃，转速为300－500r/min；
步骤2，将阻燃改性木粉加入至塑料组分中二次共混，经挤出造粒得到阻燃木塑粒子，所述挤出造粒的温度为175－180℃；
步骤3，将阻燃木木塑粒子进行挤出成型，得到高强度阻燃木塑复合材料，所述挤出成型的温度为175－180℃。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有木塑复合材料阻燃性不稳定的问题，利用木粉阻燃化为前提，配合聚乙烯的阻燃稳定处理，提高阻燃材料含量，有效的提升阻燃性。
2.本发明利用阻燃材料自身结构的表面活性和改性木粉表面的活性，形成稳定的连接，提高了整体性能。
3.本发明采用聚乙烯优先阻燃化改性的方式提升聚乙烯的阻燃特性，配合木粉自身的双重阻燃效果，大大提升了整个材料的阻燃效果。
4.本发明提供的方法合理有效，产品材料阻燃性能好，以及木塑复合材料整体使用效果好的优点。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
所述阻燃改性木粉以木粉为内核，且由内至外依次覆盖阻燃硅层和阻燃铝层，所述阻燃硅层为单甲基硅树脂层，阻燃铝层为氢氧化铝层，所述阻燃改性木粉的制备方法，包括如下步骤：a1，将木粉加入至氢氧化钠溶液中超声处理30min，取出后除水烘干，得到干燥木粉，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.001mol/L，超声的频率为50kHz，温度为20℃，除水烘干的温度为110℃；a2，将甲基三氯硅烷加入至***中搅拌均匀，然后加入干燥木粉并低温超声1h，过滤后得到带湿膜的木粉，所述甲基三氯硅烷在***中的浓度为200g/L，搅拌速度为500r/min，所述干燥木粉在溶液中的浓度为20g/L，超声频率为50kHz，温度为10℃；a3，将带湿膜的木粉加入至含水氛围的反应釜内静置2h，然后升温静置1h，得到第一改性木粉，所述含水氛围为氮气与水蒸气氛围，且水蒸气的体积占比为10％，静置温度为10℃，所述升温静置的温度为80℃，a4，将异丙醇铝加入至乙醇中搅拌均匀，然后放入第一改性木粉搅拌30min，过滤后得到含湿铝膜的改性木粉，所述异丙醇铝在乙醇中的浓度为100g/L，搅拌速度为300r/min，第一改性木粉的浓度为50g/L，搅拌速度为1000r/min，温度为40℃；a5，将含湿铝膜的改性木粉加入至含水氛围的反应釜内静置2h，然后氮气吹扫30min，得到阻燃改性木粉，所述含水氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且水蒸气的体积占比为8％，温度为80℃，所述氮气吹扫采用80℃的氮气，吹扫速度为10mL/min。
所述复合阻燃剂采用壳核结构的复合阻燃剂，以半硅质粘土为内核，以氧化铝为壳层，形成复合阻燃剂，所述复合阻燃剂的制备方法，包括：b1，将半硅质粘土与乙基纤维素混合均匀，并加入***搅拌均匀，过滤后烘干得到表面带粘附性的半硅质粘土，所述半硅质粘土与乙基纤维素的质量比为5：1，所述***的加入量是半硅质粘土的10倍，烘干为40℃；b2，将异丙醇铝溶解在乙醇中搅拌均匀，并喷雾至半硅质粘土上，然后在反应釜内水解反应2h，烘干得到镀膜半硅质粘土；异丙醇铝在乙醇中的浓度为50g/L，所述喷雾速度为5mL/min，所述反应釜内的氛围为氮气与水蒸汽的混合氛围，且水蒸汽的体积占比为20％，烘干温度为60℃；b3，按照b2方式反复处理2次，然后将镀膜半硅质粘土放入紫外光照反应釜内光照降解30min，得到活性氧化铝包裹半硅质粘土阻燃剂，所述光照的表面强度为5W/cm2，温度为150℃。
实施例1
一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其质量配比包括：
阻燃改性木粉50份、高密度聚乙烯40份、低密度聚乙烯2份、复合阻燃剂10份、增塑剂3份、润滑剂1份。
所述增塑剂采用三芳基磷酸酯。
所述润滑剂采用脂酸钙或硬脂酸锌。
所述高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、复合阻燃剂、增塑剂和润滑剂进行搅拌混合，得到塑料组分；所述混合搅拌的温度为130℃，转速为300r/min；
步骤2，将阻燃改性木粉加入至塑料组分中二次共混，经挤出造粒得到阻燃木塑粒子，所述挤出造粒的温度为175℃；
步骤3，将阻燃木木塑粒子进行挤出成型，得到高强度阻燃木塑复合材料，所述挤出成型的温度为175℃。
本实施例制备的木塑复合材料的极限氧指数为36％，阻燃等级为V0，耐冲击强度为7.69kJ/m2。
实施例2
一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其质量配比包括：
阻燃改性木粉60份、高密度聚乙烯60份、低密度聚乙烯7份、复合阻燃剂15份、增塑剂5份、润滑剂3份。
所述增塑剂采用三芳基磷酸酯。
所述润滑剂采用脂酸钙或硬脂酸锌。
所述高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、复合阻燃剂、增塑剂和润滑剂进行搅拌混合，得到塑料组分；所述混合搅拌的温度为135℃，转速为500r/min；
步骤2，将阻燃改性木粉加入至塑料组分中二次共混，经挤出造粒得到阻燃木塑粒子，所述挤出造粒的温度为180℃；
步骤3，将阻燃木木塑粒子进行挤出成型，得到高强度阻燃木塑复合材料，所述挤出成型的温度为180℃。
本实施例制备的木塑复合材料的极限氧指数为35％，阻燃等级为V0，耐冲击强度为7.88kJ/m2。
实施例3
一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其质量配比包括：
阻燃改性木粉55份、高密度聚乙烯50份、低密度聚乙烯5份、复合阻燃剂15份、增塑剂4份、润滑剂2份。
所述增塑剂采用三芳基磷酸酯。
所述润滑剂采用脂酸钙或硬脂酸锌。
所述高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、复合阻燃剂、增塑剂和润滑剂进行搅拌混合，得到塑料组分；所述混合搅拌的温度为135℃，转速为400r/min；
步骤2，将阻燃改性木粉加入至塑料组分中二次共混，经挤出造粒得到阻燃木塑粒子，所述挤出造粒的温度为180℃；
步骤3，将阻燃木木塑粒子进行挤出成型，得到高强度阻燃木塑复合材料，所述挤出成型的温度为180℃。
本实施例制备的木塑复合材料的极限氧指数为38％，阻燃等级为V0，耐冲击强度为7.83kJ/m2。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于：其质量配比包括：
阻燃改性木粉50-60份、高密度聚乙烯40-60份、低密度聚乙烯2-7份、复合阻燃剂10-15份、增塑剂3-5份、润滑剂1-3份；
所述阻燃改性木粉以木粉为内核，且由内至外依次覆盖阻燃硅层和阻燃铝层，所述阻燃硅层为单甲基硅树脂层，阻燃铝层为氢氧化铝层；且所述阻燃改性木粉的制备方法，包括如下步骤：a1，将木粉加入至氢氧化钠溶液中超声处理30min，取出后除水烘干，得到干燥木粉，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.001mol/L，超声的频率为50kHz，温度为20℃，除水烘干的温度为110℃；a2，将甲基三氯硅烷加入至***中搅拌均匀，然后加入干燥木粉并低温超声1h，过滤后得到带湿膜的木粉，所述甲基三氯硅烷在***中的浓度为200g/L，搅拌速度为500r/min，所述干燥木粉在溶液中的浓度为20g/L，超声频率为50kHz，温度为10℃；a3，将带湿膜的木粉加入至含水氛围的反应釜内静置2h，然后升温静置1h，得到第一改性木粉，所述含水氛围为氮气与水蒸气氛围，且水蒸气的体积占比为10%，静置温度为10℃，所述升温静置的温度为80℃，a4，将异丙醇铝加入至乙醇中搅拌均匀，然后放入第一改性木粉搅拌30min，过滤后得到含湿铝膜的改性木粉，所述异丙醇铝在乙醇中的浓度为100g/L，搅拌速度为300r/min，第一改性木粉的浓度为50g/L，搅拌速度为1000r/min，温度为40℃；a5，将含湿铝膜的改性木粉加入至含水氛围的反应釜内静置2h，然后氮气吹扫30min，得到阻燃改性木粉，所述含水氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且水蒸气的体积占比为8%，温度为80℃，所述氮气吹扫采用80℃的氮气，吹扫速度为10mL/min；
所述复合阻燃剂以半硅质粘土为内核，以氧化铝为壳层，形成复合阻燃剂；且所述复合阻燃剂的制备方法，包括：b1，将半硅质粘土与乙基纤维素混合均匀，并加入***搅拌均匀，过滤后烘干得到表面带粘附性的半硅质粘土，所述半硅质粘土与乙基纤维素的质量比为5:1，所述***的加入量是半硅质粘土的10倍，烘干为40℃；b2，将异丙醇铝溶解在乙醇中搅拌均匀，并喷雾至半硅质粘土上，然后在反应釜内水解反应2h，烘干得到镀膜半硅质粘土；异丙醇铝在乙醇中的浓度为50g/L，所述喷雾速度为5mL/min，所述反应釜内的氛围为氮气与水蒸汽的混合氛围，且水蒸汽的体积占比为20%，烘干温度为60℃；b3，按照b2方式反复处理2次，然后将镀膜半硅质粘土放入紫外光照反应釜内光照降解30min，得到活性氧化铝包裹半硅质粘土阻燃剂，所述光照的表面强度为5W/cm2，温度为150℃。
2.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述增塑剂采用三芳基磷酸酯。
3.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂采用脂酸钙或硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、复合阻燃剂、增塑剂和润滑剂进行搅拌混合，得到塑料组分；
步骤2，将阻燃改性木粉加入至塑料组分中二次共混，经挤出造粒得到阻燃木塑粒子，所述挤出造粒的温度为175-180℃；
步骤3，将阻燃木塑粒子进行挤出成型，得到高强度阻燃木塑复合材料，所述挤出成型的温度为175-185℃。
5.根据权利要求4所述的高强度阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的混合搅拌的温度为130-135℃，转速为300-500r/min。
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