專利名稱：一種無鹵素阻燃木塑復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無鹵素阻燃木塑復合材料的制備方法，以及由該制備方法制得的無鹵素阻燃木塑復合材料。
背景技術：
木塑復合材料是國內外近年蓬勃興起的一類新型復合材料，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材料，再經擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產出的新型材料。木塑復合材料具有較好的彈性模量和與硬木相當的抗壓、抗彎曲等物理機械性能，表面硬度是一般木材的2-5倍，耐用性能明顯優(yōu)于普通木質材料。但是塑料等碳氫化合物都比較容易燃燒，使得木塑復合材料也易于燃燒，為了克服木塑復合材料的易燃性，賦予木塑復合材料表面阻燃性是一種有效的方式，如CN101486267A公開了一種表面阻燃木塑復合材料板材及其制備方法，該表面阻燃木塑復合材料由兩層晶須改性塑料層、植物纖維增強塑料層構成，在兩層晶須改性塑料層之間模壓有植物纖維增強塑料層，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，植物纖維增強塑料層由塑料粒子、植物纖維物混合壓延而成。CN101486267A通過熱壓法或在木塑復合材料表面使用阻燃膠粘劑制得的木塑復合材料都具有一定的阻燃性能，但操作較為繁瑣。目前也通過在木塑復合材料中添加阻燃劑來賦予其阻燃性，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纖維材料直接混合來制備木塑復合材料時難以均勻混合。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種無鹵素阻燃木塑復合材料的制備方法以及由該制備方法制得的無鹵素阻燃木塑復合材料。為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種無鹵素阻燃木塑復合材料的制備方法，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行第一接觸反應0.5-5小時，向該第一接觸反應得到的產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下進行第二接觸反應0.5-4小時。本發(fā)明還提供一種由上述方法制得的無鹵素阻燃木塑復合材料。通過上述技術方案，本發(fā)明的無鹵素阻燃木塑復合材料具有良好的阻燃和抑煙性能，與含鹵阻燃劑相比， 平均引燃時間、釋熱量、產煙量及氧指數都有所改善，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纖維材料能夠直接均勻混合，制得的木塑復合材料的機械性能優(yōu)異。另外本發(fā)明的無鹵素阻燃木塑復合材料具有木材的外觀，應用范圍廣，制備過程簡單，所用原料安全易得。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供的無鹵素阻燃木塑復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行第一接觸反應0.5-5小時，向該第一接觸反應得到的產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下進行第二接觸反應0.5-4小時。根據本發(fā)明，相對于100重量份的塑料，所述木質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。根據本發(fā)明，所述塑料和所述木質纖維材料可以為本領域常用于制備木塑復合材料的物質。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，所述木質纖維材料為木、竹、稻殼、農作物秸桿中的一種或多種。本發(fā)明對所述木質纖維材料的顆粒尺寸沒有特別的限定，優(yōu)選情況下，所述木質纖維材料的顆粒尺寸為10-200目。根據本發(fā)明，通過所述第一接觸反應使季戊四醇與磷酸發(fā)生縮合，之后通過所述第二接觸反應，以提高阻燃劑的反應活性，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行反應，則季戊四醇與磷酸縮合不充分，影響阻燃劑的反應活性，從而使得最終獲得的阻燃劑的阻燃穩(wěn)定性較差。所述第一接觸反應的條件包括:反應溫度為100-180°C，反應時間為0.5-5小時。當反應溫度低于100°c或者反應時間小于0.5小時時，季戊四醇與磷酸不能充分反應，從而會對最終制備的阻燃劑的阻燃性能產生不利的影響；而當反應溫度該與180°C或者反應時間大于5小時時，季戊四醇與磷酸之間可能會發(fā)生不希望出現的副反應。優(yōu)選情況下，所述第一接觸反應的條件包括:反應溫度為120-160°C，反應時間為1-2小時。所述第二接觸反應的條件包括:反應溫度為100-180°C，反應時間為0.5-4小時。該反應溫度高于180°C則容易發(fā)生不希望出現的副反應，而該反應溫度低于100°C則反應不能充分發(fā)生。優(yōu)選情況下，所述第二接觸反應的條件包括:反應溫度為120-160°C，反應時間為0.5-2小時。

所述第一接觸反應的條件與所述第二接觸反應的條件可以相同或不同，優(yōu)選二者相同。根據本發(fā)明，相對于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，其重均分子量優(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。根據本發(fā)明，所述原料還可以包括塑化劑、抗氧化劑和潤滑劑中的一種或多種，且本領域技術人員可以根據需要來確定所述增塑劑、抗氧化劑和潤滑劑的加入量，優(yōu)選情況下，相對于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，所述潤滑劑的加入量為2-5重量份。所述增塑劑、抗氧化劑和潤滑劑可以采用本領域常用的物質，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、復合抗氧劑ΡΚΥ、雙酚A中的一種或多種；所述潤滑劑可以為硬脂酸、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鹵素阻燃木塑復合材料。所述無鹵素阻燃木塑復合材料為板材或型材。本發(fā)明中，所述無鹵素阻燃木塑復合材料可以按照常規(guī)的加工工藝進行加工制得，只要所述原料為上 述原料即可實現本發(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重量份的潤滑劑，在高速攪拌機中以90-125°C高速混合3-15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉入錐型雙螺桿擠出機中進行塑化，雙螺桿擠出機中各區(qū)段的加熱溫度為140-200、壓力為8-18兆帕、螺桿轉速為10-20轉/分鐘；物料在上述擠出機的螺桿與筒體中，經過剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經模頭擠出，制得無鹵素阻燃木塑復合材料。以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。以下實施例中，未注明具體條件的實驗方法的，按照常規(guī)條件進行。實施例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I小時，之后向反應產物中加入185重量份的聚醚多元醇(購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(購自北京聯創(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0.5小時，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重量份的潤滑劑(氧化聚乙烯蠟，翁開爾有限公司，SHl)，在高速攪拌機(張家港壓縮機械公司，SRL200/500)中以115°C高速混合15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉入錐型雙螺桿擠出機(中國浙江華業(yè)塑料機械有限公司，HX Φ 62/132)中進行塑化，雙螺桿擠出機中各區(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；螺桿轉速為15轉/分鐘；物料在上述擠出機的螺桿與筒體中，經過剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經模頭擠出，制得阻燃木塑復合材料Al。對比例I按照實施例1的方法制備阻燃木塑復合材料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(購自北京聯創(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1.5小時，從而制得阻燃劑。對比例2按照實施例1的方法制備阻燃木塑復合材料C2，不同的是，季戊四醇和磷酸二者之間的反應在90°C下進行，從而制得阻燃劑。對比例3按照實施例1的方法制備阻燃木塑復合材料C3，不同的是，季戊四醇和磷酸二者之間反應在20(TC下進行，從而制得阻燃劑。對比例4按照實施例1的方法制備阻燃木塑復合材料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在90 V下進行，從而制得阻燃劑。對比例5 按照實施例1的方法制備阻燃木塑復合材料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在200 V下進行，從而制得阻燃劑。對比例6按照實施例1的方法制備阻燃木塑復合材料C6，不同的是，用含鹵阻燃劑(多溴聯苯，深圳虹彩祥根生物科技有限公司，B-030N)代替實施例1制得的阻燃劑。實施例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1.5小時，之后向反應產物中加入210重量份的聚醚多元醇(購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(購自北京聯創(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0.5小時，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重量份的潤滑劑(氧化聚乙烯蠟，翁開爾有限公司，SH1)，在高速攪拌機(張家港壓縮機械公司，SRL200/500)中以115°C高速混合15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉入錐型雙螺桿擠出機(中國浙江華業(yè)塑料機械有限公司，HXΦ62/132)中進行塑化，雙螺桿擠出機中各區(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；螺桿轉速為15轉/分鐘；物料在上述擠出機的螺桿與筒體中，經過剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經模頭擠出，制得阻燃木塑復合材料A2。實施例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I小時，之后向反應產物中加入150重量份的聚醚多元醇(購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(購自北京聯創(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0.5小時，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重量份的潤滑劑(石蠟，中國石油撫順石化公司，64號全精煉石蠟)，在高速攪拌機(張家港壓縮機械公司，SRL200/500)中以115°C高速混合15分鐘，得到均勻的物料，將所得物料轉入錐型雙螺桿擠出機(中國浙江華業(yè)塑料機械有限公司，HX Φ 62/132)中進行塑化，雙螺桿擠出機中各區(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；螺桿轉速為15轉/分鐘；物料在上述擠出機的螺桿與筒體中，經過剪切、分散、壓縮、排氣、塑化、再經模頭擠出，制得阻燃木塑復合材料A3。測試例1
將上述實施例1-3制得的阻燃木塑復合材料分別采用下述方法進行機械性能測試，彎曲性能(彎曲強度和彎曲模量)按照ASTM D 790標準測試；拉伸強度按照ASTM D638標準測試；缺口沖擊強度按照ASTM D 6110標準測試。測試結果如下表I所示。表權利要求
1.一種無鹵素阻燃木塑復合材料的制備方法，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行第一接觸反應0.5-5小時，向該第一接觸反應得到的產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下進行第二接觸反應0.5-4小時。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，相對于100重量份的塑料，所述木質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.根據權利要求1或2所述的方法，其中，相對于100重量份的塑料，所述木質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.根據權利要求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；所述木質纖維材料為木、竹、稻殼、農作物秸桿中的一種或多種。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，相對于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.根據權利要求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.根據權利要求1或5所述的方法，其中，所述聚磷酸銨的聚合度為50-2000。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述原料還包括塑化劑、抗氧化劑和潤滑劑中的一種或多種。
9.一種由權利要求1-8中任意一項所述的方法制得的無鹵素阻燃木塑復合材料。
10.根據權利要求9所述的無鹵素阻燃木塑復合材料，其中，所述無鹵素阻燃木塑復合材料為板材或型材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無鹵素阻燃木塑復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行第一接觸反應，并向該第一接觸反應得到的產物中加入聚醚多元醇、聚磷酸銨以及三聚氰胺和/或尿素進行第二接觸進行反應。本發(fā)明的無鹵素阻燃木塑復合材料具有良好的阻燃和抑煙性能，與含鹵阻燃劑相比，平均引燃時間、釋熱量、產煙量及氧指數都有所改善，且不發(fā)生熔滴，具有良好的阻燃性。另外本發(fā)明的無鹵素阻燃木塑復合材料具有木材的外觀，較高的物理力學性能，應用范圍廣，制備過程簡單，所用原料安全易得。
文檔編號C08L71/00GK103194073SQ20121000542
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者莊銘坦, 秦特夫, 黃洛華, 劉志鵬 申請人:東莞市綠美時環(huán)保裝飾建材有限公司, 中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所