專利名稱：一種無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法，以及由該制備方法制得的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
木塑復(fù)合材料是國(guó)內(nèi)外近年蓬勃興起的一類新型復(fù)合材料，是指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等與木粉、稻殼、秸桿等廢植物纖維混合成新的木質(zhì)材料，再經(jīng)擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產(chǎn)出的新型材料。木塑復(fù)合材料具有較好的彈性模量和與硬木相當(dāng)?shù)目箟?、抗彎曲等物理機(jī)械性能，表面硬度是一般木材的2-5倍，耐用性能明顯優(yōu)于普通木質(zhì)材料。但是塑料等碳?xì)浠衔锒急容^容易燃燒，使得木塑復(fù)合材料也易于燃燒，為了克服木塑復(fù)合材料的易燃性，賦予木塑復(fù)合材料表面阻燃性是一種有效的方式，如CN101486267A公開(kāi)了一種表面阻燃木塑復(fù)合材料板材及其制備方法，該表面阻燃木塑復(fù)合材料由兩層晶須改性塑料層、植物纖維增強(qiáng)塑料層構(gòu)成，在兩層晶須改性塑料層之間模壓有植物纖維增強(qiáng)塑料層，晶須改性塑料層由改性堿式硫酸鎂晶須、塑料粒子等混合壓延而成，植物纖維增強(qiáng)塑料層由塑料粒子、植物纖維物混合壓延而成。CN101486267A通過(guò)熱壓法或在木塑復(fù)合材料表面使用阻燃膠粘劑制得的木塑復(fù)合材料都具有一定的阻燃性能，但操作較為繁瑣。目前也通過(guò)在木塑復(fù)合材料中添加阻燃劑來(lái)賦予其阻燃性，例如，含鹵素的阻燃劑和含磷的阻燃劑，所述含鹵素的阻燃劑有五溴二苯醚和二溴苯基縮水甘油醚，所述含磷的阻燃劑主要有以聚磷酸銨為基(如Exolit AP)、以有機(jī)磷化合物為基(如Exolit 0P)或以紅磷為基(如Exolit RP)等的含磷阻燃劑，但是，含鹵素的阻燃劑阻燃性能較低、產(chǎn)煙量和加入量大、毒性高，含磷的阻燃劑阻燃性能較低。而且上述阻燃劑與塑料及木質(zhì)纖維材料直接混合來(lái)制備木塑復(fù)合材料時(shí)難以均勻混合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法以及由該制備方法制得的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法，該方法包括將原料均勻混合后擠出成型，所述原料包括塑料和木質(zhì)纖維材料，其特征在于，所述原料還包括阻燃劑，所述阻燃劑的制備方法包括在100-180°C下，使磷酸和季戊四醇進(jìn)行第一接觸反應(yīng)0.5-5小時(shí)，向該第一接觸反應(yīng)得到的產(chǎn)物中加入聚醚多元醇、聚磷酸銨以及三聚氰胺和/或尿素，并在100-180°C下進(jìn)行第二接觸反應(yīng)0.5-4小時(shí)。本發(fā)明還提供一種由上述方法制得的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料。通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料具有良好的阻燃和抑煙性能，與含鹵阻燃劑相比， 平均引燃時(shí)間、釋熱量、產(chǎn)煙量及氧指數(shù)都有所改善，且不發(fā)生熔滴，具有良好的阻燃性。而且本發(fā)明中，阻燃劑與塑料及木質(zhì)纖維材料能夠直接均勻混合，制得的木塑復(fù)合材料的機(jī)械性能優(yōu)異。另外本發(fā)明的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料具有木材的外觀，應(yīng)用范圍廣，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，所用原料安全易得。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法包括將原料均勻混合后擠出成型，所述原料包括塑料和木質(zhì)纖維材料，其特征在于，所述原料還包括阻燃劑，所述阻燃劑的制備方法包括在100-180°C下，使磷酸和季戊四醇進(jìn)行第一接觸反應(yīng)0.5-5小時(shí)，向該第一接觸反應(yīng)得到的產(chǎn)物中加入聚醚多元醇、聚磷酸銨以及三聚氰胺和/或尿素，并在100-180°C下進(jìn)行第二接觸反應(yīng)0.5-4小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明，相對(duì)于100重量份的塑料，所述木質(zhì)纖維材料的加入量可以為100-200重量份，優(yōu)選為100-150重量份，所述阻燃劑的加入量可以為40-100重量份，優(yōu)選為40-80重量份。根據(jù)本發(fā)明，所述塑料和所述木質(zhì)纖維材料可以為本領(lǐng)域常用于制備木塑復(fù)合材料的物質(zhì)。優(yōu)選地，所述塑料為聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯中的一種或多種。優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維材料為木、竹、稻殼、農(nóng)作物秸桿中的一種或多種。本發(fā)明對(duì)所述木質(zhì)纖維材料的顆粒尺寸沒(méi)有特別的限定，優(yōu)選情況下，所述木質(zhì)纖維材料的顆粒尺寸為10-200目。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)所述第一接觸反應(yīng)使季戊四醇與磷酸發(fā)生縮合，之后通過(guò)所述第二接觸反應(yīng)，以提高阻燃劑的反應(yīng)活性，使得最終獲得的阻燃劑具有穩(wěn)定的阻燃性能。如果將磷酸、季戊四醇、聚醚多元醇、聚磷酸銨和三聚氰胺和/或尿素直接混合并進(jìn)行反應(yīng)，則季戊四醇與磷酸縮合不充分，影響阻燃劑的反應(yīng)活性，從而使得最終獲得的阻燃劑的阻燃穩(wěn)定性較差。所述第一接觸反應(yīng)的條件包括:反應(yīng)溫度為100-180°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5-5小時(shí)。當(dāng)反應(yīng)溫度低于100°c或者反應(yīng)時(shí)間小于0.5小時(shí)時(shí)，季戊四醇與磷酸不能充分反應(yīng)，從而會(huì)對(duì)最終制備的阻燃劑的阻燃性能產(chǎn)生不利的影響；而當(dāng)反應(yīng)溫度該與180°C或者反應(yīng)時(shí)間大于5小時(shí)時(shí)，季戊四醇與磷酸之間可能會(huì)發(fā)生不希望出現(xiàn)的副反應(yīng)。優(yōu)選情況下，所述第一接觸反應(yīng)的條件包括:反應(yīng)溫度為120-160°C，反應(yīng)時(shí)間為1-2小時(shí)。所述第二接觸反應(yīng)的條件包括:反應(yīng)溫度為100-180°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5-4小時(shí)。該反應(yīng)溫度高于180°C則容易發(fā)生不希望出現(xiàn)的副反應(yīng)，而該反應(yīng)溫度低于100°C則反應(yīng)不能充分發(fā)生。優(yōu)選情況下，所述第二接觸反應(yīng)的條件包括:反應(yīng)溫度為120-160°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2小時(shí)。

所述第一接觸反應(yīng)的條件與所述第二接觸反應(yīng)的條件可以相同或不同，優(yōu)選二者相同。根據(jù)本發(fā)明，相對(duì)于100重量份的季戊四醇，所述磷酸的加入量可以為75-125重量份，優(yōu)選為80-110重量份；所述聚醚多元醇的加入量可以為125-225重量份,優(yōu)選為150-210重量份；所述聚磷酸銨的加入量可以為125-200重量份，優(yōu)選為140-185重量份；所述三聚氰胺和/或尿素的加入量可以為100-200重量份，優(yōu)選為120-180重量份。在本發(fā)明中，所述聚醚多元醇可以為市售的各種常規(guī)的聚醚多元醇，其重均分子量?jī)?yōu)選為200-5000，更優(yōu)選為400-1000，例如可以為聚醚多元醇4110和/或聚醚多元醇403。在本發(fā)明中，所述聚磷酸銨的聚合度可以為50-2000，優(yōu)選為100-1500。根據(jù)本發(fā)明，所述原料還可以包括塑化劑、抗氧化劑和潤(rùn)滑劑中的一種或多種，且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要來(lái)確定所述增塑劑、抗氧化劑和潤(rùn)滑劑的加入量，優(yōu)選情況下，相對(duì)于100重量份的塑料，所述增塑劑的加入量為2-6重量份，所述抗氧化劑的加入量為1-3重量份，所述潤(rùn)滑劑的加入量為2-5重量份。所述增塑劑、抗氧化劑和潤(rùn)滑劑可以采用本領(lǐng)域常用的物質(zhì)，例如，所述增塑劑可以為環(huán)氧大豆油、山梨糖醇、甘油、季戊四醇中的一種或多種；所述抗氧化劑可以為四(β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧劑1010)、硫代二丙酸二硬脂酸酯(抗氧劑DSTP)、亞磷酸酯類抗氧劑、復(fù)合抗氧劑ΡΚΥ、雙酚A中的一種或多種；所述潤(rùn)滑劑可以為硬脂酸、硬脂酸鹽、低分子量聚乙烯蠟、低分子量聚丙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、棕桐蠟、石蠟和褐煤蠟中的一種或多種。本發(fā)明還提供了一種由上述的方法制得的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料。所述無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料為板材或型材。本發(fā)明中，所述無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料可以按照常規(guī)的加工工藝進(jìn)行加工制得，只要所述原料為上 述原料即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，例如，可以將100重量份的塑料、100-200重量份的木質(zhì)纖維材料(顆粒尺寸為10-200目)、40-100重量份的阻燃劑、選擇性使用2-6重量份的增塑劑、選擇性使用1-3重量份的抗氧化劑及選擇性使用2-5重量份的潤(rùn)滑劑，在高速攪拌機(jī)中以90-125°C高速混合3-15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉(zhuǎn)入錐型雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化，雙螺桿擠出機(jī)中各區(qū)段的加熱溫度為140-200、壓力為8-18兆帕、螺桿轉(zhuǎn)速為10-20轉(zhuǎn)/分鐘；物料在上述擠出機(jī)的螺桿與筒體中，經(jīng)過(guò)剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經(jīng)模頭擠出，制得無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料。以下將通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。以下實(shí)施例中，未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法的，按照常規(guī)條件進(jìn)行。實(shí)施例1將100重量份的季戊四醇和85重量份的磷酸混合，并在140°C下攪拌反應(yīng)I小時(shí)，之后向反應(yīng)產(chǎn)物中加入185重量份的聚醚多元醇(購(gòu)自北京百靈清月聚氨酯廠的聚醚多元醇4110)、160重量份的聚磷酸銨(購(gòu)自北京聯(lián)創(chuàng)化工有限公司，聚合度為1500)和150重量份的三聚氰胺，并在140°C下攪拌反應(yīng)0.5小時(shí)，從而制得阻燃劑。將100重量份的塑料(聚丙烯，重均分子量為250000)、100重量份的木質(zhì)纖維材料(木粉，顆粒尺寸為100目)、80重量份的上述阻燃劑、5重量份的增塑劑(環(huán)氧大豆油)、3重量份的抗氧化劑(抗氧劑1010)及5重量份的潤(rùn)滑劑(氧化聚乙烯蠟，翁開(kāi)爾有限公司，SHl)，在高速攪拌機(jī)(張家港壓縮機(jī)械公司，SRL200/500)中以115°C高速混合15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉(zhuǎn)入錐型雙螺桿擠出機(jī)(中國(guó)浙江華業(yè)塑料機(jī)械有限公司，HX Φ 62/132)中進(jìn)行塑化，雙螺桿擠出機(jī)中各區(qū)段的加熱溫度分別為155°C、165°C、175°C、180°C>175°C ;壓力為9-15兆帕；螺桿轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘；物料在上述擠出機(jī)的螺桿與筒體中，經(jīng)過(guò)剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經(jīng)模頭擠出，制得阻燃木塑復(fù)合材料Al。對(duì)比例I按照實(shí)施例1的方法制備阻燃木塑復(fù)合材料Cl，不同的是，將100重量份的季戊四醇、85重量份的磷酸、185重量份的聚醚多元醇(購(gòu)自北京百靈清月聚氨酯廠的聚醚多元醇4110)、160重量份的聚磷酸銨(購(gòu)自北京聯(lián)創(chuàng)化工有限公司，聚合度為1500)和150重量份的三聚氰胺直接混合，并在140°C下攪拌反應(yīng)1.5小時(shí)，從而制得阻燃劑。對(duì)比例2按照實(shí)施例1的方法制備阻燃木塑復(fù)合材料C2，不同的是，季戊四醇和磷酸二者之間的反應(yīng)在90°C下進(jìn)行，從而制得阻燃劑。對(duì)比例3按照實(shí)施例1的方法制備阻燃木塑復(fù)合材料C3，不同的是，季戊四醇和磷酸二者之間反應(yīng)在20(TC下進(jìn)行，從而制得阻燃劑。對(duì)比例4按照實(shí)施例1的方法制備阻燃木塑復(fù)合材料C4，不同的是，加入聚醚多元醇、聚磷酸銨和三聚氰胺之后的反應(yīng)在90 V下進(jìn)行，從而制得阻燃劑。對(duì)比例5 按照實(shí)施例1的方法制備阻燃木塑復(fù)合材料C5，不同的是，加入聚醚多元醇、聚磷酸銨和三聚氰胺之后的反應(yīng)在200 V下進(jìn)行，從而制得阻燃劑。對(duì)比例6按照實(shí)施例1的方法制備阻燃木塑復(fù)合材料C6，不同的是，用含鹵阻燃劑(多溴聯(lián)苯，深圳虹彩祥根生物科技有限公司，B-030N)代替實(shí)施例1制得的阻燃劑。實(shí)施例2將100重量份的季戊四醇和80重量份的磷酸混合，并在130°C下攪拌反應(yīng)1.5小時(shí)，之后向反應(yīng)產(chǎn)物中加入210重量份的聚醚多元醇(購(gòu)自北京百靈清月聚氨酯廠的聚醚多元醇403)、185重量份的聚磷酸銨(購(gòu)自北京聯(lián)創(chuàng)化工有限公司，聚合度為100)和120重量份的三聚氰胺，并在130°C下攪拌反應(yīng)0.5小時(shí)，從而制得阻燃劑。將100重量份的塑料(聚丙烯，重均分子量為250000)、150重量份的木質(zhì)纖維材料(稻殼，顆粒尺寸為100目)、40重量份的上述阻燃劑、6重量份的增塑劑(季戊四醇)、2重量份的抗氧化劑(雙酚A)及3重量份的潤(rùn)滑劑(氧化聚乙烯蠟，翁開(kāi)爾有限公司，SH1)，在高速攪拌機(jī)(張家港壓縮機(jī)械公司，SRL200/500)中以115°C高速混合15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉(zhuǎn)入錐型雙螺桿擠出機(jī)(中國(guó)浙江華業(yè)塑料機(jī)械有限公司，HXΦ62/132)中進(jìn)行塑化，雙螺桿擠出機(jī)中各區(qū)段的加熱溫度分別為155°C、165°C、175°C、180°C>175°C ;壓力為9-15兆帕；螺桿轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘；物料在上述擠出機(jī)的螺桿與筒體中，經(jīng)過(guò)剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經(jīng)模頭擠出，制得阻燃木塑復(fù)合材料A2。實(shí)施例3將100重量份的季戊四醇和110重量份的磷酸混合，并在150°C下攪拌反應(yīng)I小時(shí)，之后向反應(yīng)產(chǎn)物中加入150重量份的聚醚多元醇(購(gòu)自北京百靈清月聚氨酯廠的聚醚多元醇4110)、140重量份的聚磷酸銨(購(gòu)自北京聯(lián)創(chuàng)化工有限公司，聚合度為1500)和180重量份的三聚氰胺，并在150°C下攪拌反應(yīng)0.5小時(shí)，從而制得阻燃劑。將100重量份的塑料(聚丙烯，重均分子量為250000)、200重量份的木質(zhì)纖維材料(秸桿，顆粒尺寸為100目)、100重量份的上述阻燃劑、3重量份的增塑劑(甘油)、3重量份的抗氧化劑(抗氧劑1010)及4重量份的潤(rùn)滑劑(石蠟，中國(guó)石油撫順石化公司，64號(hào)全精煉石蠟)，在高速攪拌機(jī)(張家港壓縮機(jī)械公司，SRL200/500)中以115°C高速混合15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉(zhuǎn)入錐型雙螺桿擠出機(jī)(中國(guó)浙江華業(yè)塑料機(jī)械有限公司，HX Φ 62/132)中進(jìn)行塑化，雙螺桿擠出機(jī)中各區(qū)段的加熱溫度分別為155°C、165°C、175°C、180°C、175°C ;壓力為9_15兆帕；螺桿轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘；物料在上述擠出機(jī)的螺桿與筒體中，經(jīng)過(guò)剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經(jīng)模頭擠出，制得阻燃木塑復(fù)合材料A3。測(cè)試?yán)?
將上述實(shí)施例1-3制得的阻燃木塑復(fù)合材料分別采用下述方法進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試，彎曲性能(彎曲強(qiáng)度和彎曲模量)按照ASTM D 790標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；拉伸強(qiáng)度按照ASTM D638標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；缺口沖擊強(qiáng)度按照ASTM D 6110標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下表I所示。表權(quán)利要求
1.一種無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法，該方法包括將原料均勻混合后擠出成型，所述原料包括塑料和木質(zhì)纖維材料，其特征在于，所述原料還包括阻燃劑，所述阻燃劑的制備方法包括在100-180°C下，使磷酸和季戊四醇進(jìn)行第一接觸反應(yīng)0.5-5小時(shí)，向該第一接觸反應(yīng)得到的產(chǎn)物中加入聚醚多元醇、聚磷酸銨、以及三聚氰胺和/或尿素，并在100-180°C下進(jìn)行第二接觸反應(yīng)0.5-4小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，相對(duì)于100重量份的塑料，所述木質(zhì)纖維材料的加入量為100-200重量份，所述阻燃劑的加入量為40-100重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，相對(duì)于100重量份的塑料，所述木質(zhì)纖維材料的加入量為100-150重量份，所述阻燃劑的加入量為40-80重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述塑料為聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯中的一種或多種；所述木質(zhì)纖維材料為木、竹、稻殼、農(nóng)作物秸桿中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，相對(duì)于100重量份的季戊四醇，所述磷酸的加入量為75-125重量份,所述聚醚多元醇的加入量為125-225重量份,所述聚磷酸銨的加入量為125-200重量份， 所述三聚氰胺和/或尿素的加入量為100-200重量份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其中，所述聚醚多元醇的重均分子量為200-5000。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其中，所述聚磷酸銨的聚合度為50-2000。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述原料還包括塑化劑、抗氧化劑和潤(rùn)滑劑中的一種或多種。
9.一種由權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的方法制得的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料，其中，所述無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料為板材或型材。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料及其制備方法，該方法包括將原料均勻混合后擠出成型，所述原料包括塑料和木質(zhì)纖維材料，其特征在于，所述原料還包括阻燃劑，所述阻燃劑的制備方法包括將磷酸和季戊四醇進(jìn)行第一接觸反應(yīng)，并向該第一接觸反應(yīng)得到的產(chǎn)物中加入聚醚多元醇、聚磷酸銨以及三聚氰胺和/或尿素進(jìn)行第二接觸進(jìn)行反應(yīng)。本發(fā)明的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料具有良好的阻燃和抑煙性能，與含鹵阻燃劑相比，平均引燃時(shí)間、釋熱量、產(chǎn)煙量及氧指數(shù)都有所改善，且不發(fā)生熔滴，具有良好的阻燃性。另外本發(fā)明的無(wú)鹵素阻燃木塑復(fù)合材料具有木材的外觀，較高的物理力學(xué)性能，應(yīng)用范圍廣，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，所用原料安全易得。
文檔編號(hào)C08L71/00GK103194073SQ20121000542
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者莊銘坦, 秦特夫, 黃洛華, 劉志鵬 申請(qǐng)人:東莞市綠美時(shí)環(huán)保裝飾建材有限公司, 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所