无卤阻燃木塑复合材料及其制备方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010739714.X (22)申请日 2020.07.28 (71)申请人 成都工业学院 地址 610000 四川省成都市花牌坊街2号 (72)发明人 郭丹李良超陈强 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人 史丽红 (51)Int.Cl. C08L 51/00(2006.01) C08L 23/06(2006.01) C08F 289/00(2006.01) C08F 230/02(2006.01) (54)发明名称 一种无卤阻燃木

2、塑复合材料及其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种无卤阻燃木塑复合材料 及其制备方法， 包括如下质量份数组分： 包括无 卤阻燃改性木质纤维粉5060份， 聚合物树脂40 50份， 抗氧剂0.10.5份， 紫外线吸收剂0.10.5 份， 所述无卤阻燃改性木质纤维粉为采用无卤阻 燃剂通过辐射诱导接枝或表面包覆改性木质纤 维粉而得。 本发明利用辐射加工技术将含有不饱 和键的反应性含磷或磷氮类化合物的阻燃剂诱 导接枝或表面包覆到木质纤维粉上进行无卤阻 燃改性， 从而提高阻燃剂与体系的键合力， 避免 了采用添加阻燃剂的方式造成材料体系存在相 容性差、 易析出、 阻燃效率低等不足。 权利要求书1页 说

3、明书5页 附图1页 CN 111763398 A 2020.10.13 CN 111763398 A 1.一种无卤阻燃木塑复合材料， 其特征在于， 包括如下质量份数组分： 包括无卤阻燃改 性木质纤维粉50-60份， 聚合物树脂40-50份， 抗氧剂0.1-0.5份， 紫外线吸收剂0.1-0.5份， 所述无卤阻燃改性木质纤维粉为采用无卤阻燃剂通过辐射诱导接枝或表面包覆改性木质 纤维粉而得。 2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃木塑复合材料， 其特征在于， 无卤阻燃改性木质 纤维粉的制备工艺如下： 1)将木质纤维粉， 无卤阻燃剂加入到高混机中， 然后以1000- 3000r/min的速度搅拌10m

4、in， 待上述混合料冷却得到预混料； 2)将预混料装袋打包， 辐照改 性； 3)将经过辐照后的预混料于120的烘箱中干燥2h得无卤阻燃改性木质纤维粉。 3.根据权利要求2所述的一种无卤阻燃木塑复合材料， 其特征在于， 步骤2)中辐射源为 钴60或高能电子加速器， 辐射剂量为100-200kGy。 4.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃木塑复合材料， 其特征在于， 无卤阻燃剂为含有 不饱和键的反应性含磷或磷-氮类化合物， 无卤阻燃剂选用乙烯基磷酸酯类、 丙烯酸磷酸酯 类、 甲基丙烯酸磷酸酯类或乙烯基磷-氮类化合物。 5.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃木塑复合材料， 其特征在于， 聚合物树脂为聚乙

5、 烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯或聚氯乙烯。 6.一种无卤阻燃木塑复合材料的制备工艺， 其特征在于， 包括如下步骤： 1)先将通过辐 射改性制备的无卤阻燃改性木质纤维粉加入高混机中， 然后按比例加入抗氧剂、 紫外线吸 收剂和聚合物树脂， 以1000-3000r/min的高速搅拌10min， 待上述混合料冷却得到预混料； 2)将预混料经双螺杆挤出机挤出造粒， 制备出无卤阻燃木塑复合材料粒料； 3)粒料经模压、 挤出或注射成型为板材或异型材。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111763398 A 2 一种无卤阻燃木塑复合材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及复合材料领域， 具体涉及一种无卤

6、阻燃木塑复合材料及其制备方法。 背景技术 0002 木塑复合材料是近年来国内外蓬勃兴起的一类新型环保复合材料， 它是由木粉、 竹粉、 稻糠、 秸秆等木质纤维与高分子树脂基体配以特殊的功能改性剂和加工助剂， 经挤 压、 模压、 注射成型等加工工艺， 生产出的性能优良的板材或型材。 木塑复合材料综合了木 质纤维和高分子材料的诸多优点， 能大量替代木材， 可有效缓解我国森林资源贫乏、 木材供 应紧缺的现状， 同时它也解决了塑料、 农林业废弃资源再生利用问题， 是一种极具发展前途 的低碳、 绿色、 环保材料。 0003 然而由于各种天然木质纤维和聚合物都是易燃物质， 因此木塑复合材料十分容易 燃烧，

7、着火后不能自熄， 属于易燃类材料， 通过在木塑复合材料中添加阻燃剂的方式可以提 高木塑复合材料的阻燃性能。 传统的卤素阻燃剂以添加量低、 阻燃效果显著、 价格适中而受 到重视， 但在燃烧时释放出大量腐蚀性气体和有毒烟雾， 对加工设备、 环境和人体造成严重 危害， 因而无卤阻燃已经成为当今世界阻燃技术发展的方向。 目前， 木塑复合材料的无卤阻 燃主要通过添加氢氧化铝、 氢氧化镁和硼酸锌等无机体系， 或聚磷酸铵和季戊四醇等膨胀 阻燃体系来实现。 但无机阻燃体系存在填充量大， 阻燃效率低， 木塑复合材料力学性能差等 不足； 而聚磷酸铵膨胀阻燃体系成本高， 易吸湿， 在阻燃材料中迁移严重， 与许多聚合

8、物树 脂加工温度不匹配。 发明内容 0004 为了解决以上问题， 本发明提供一种无卤阻燃木塑复合材料及其制备方法， 利用 射线或电子束辐射加工， 将含有不饱和键的反应性含磷或磷-氮类化合物通过辐射诱导 接枝或表面包覆的方式改性木质纤维粉， 然后再与聚合物树脂复合， 制备无卤阻燃木塑复 合材料， 材料力学性能优异， 阻燃性能良好。 0005 本发明通过下述技术方案实现： 0006 一种无卤阻燃木塑复合材料， 包括如下质量份数组分： 无卤阻燃改性木质纤维粉 50-60份， 聚合物树脂40-50份， 抗氧剂0.1-0.5份， 紫外线吸收剂0.1-0.5份， 所述无卤阻燃 改性木质纤维粉为采用无卤阻燃

9、剂通过辐射诱导接枝或表面包覆改性木质纤维粉而得。 0007 无卤阻燃改性木质纤维粉的制备工艺如下： 1)将木质纤维粉， 无卤阻燃剂加入到 高混机中， 然后以1000-3000r/min的速度搅拌10min， 待上述混合料冷却得到预混料； 2)将 预混料装袋打包， 辐照改性； 3)将经过辐照后的预混料于120的烘箱中干燥2h得无卤阻燃 改性木质纤维粉。 0008 本发明利用辐射加工技术将含有不饱和键的反应性含磷或磷-氮类化合物的阻燃 剂诱导接枝或表面包覆到木质纤维粉上进行无卤阻燃改性， 从而提高阻燃剂与体系的键合 力， 避免了采用添加阻燃剂的方式造成材料体系存在相容性差、 易析出、 阻燃效率低等

10、不 说明书 1/5 页 3 CN 111763398 A 3 足， 其生产制备工艺安全方便， 成本低廉， 环境友好， 力学性能优异， 无卤阻燃， 可以在包装、 运输、 园林景观、 车辆船舶、 家装建筑等领域具有广泛的应用前景。 0009 步骤2)中辐射源为钴60或高能电子加速器， 辐射剂量为100-200kGy。 0010 无卤阻燃剂为含有不饱和键的反应性含磷或磷-氮类化合物， 无卤阻燃剂选用乙 烯基磷酸酯类、 丙烯酸磷酸酯类、 甲基丙烯酸磷酸酯类或乙烯基磷-氮类化合物。 0011 聚合物树脂为聚乙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯或聚氯乙烯。 0012 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备工艺， 包括如下步

11、骤： 1)先将通过辐射改性制 备的无卤阻燃改性木质纤维粉加入高混机中， 然后按比例加入抗氧剂、 紫外线吸收剂和聚 合物树脂， 以1000-3000r/min的高速搅拌10min， 待上述混合料冷却得到预混料； 2)将预混 料经双螺杆挤出机挤出造粒， 制备出无卤阻燃木塑复合材料粒料； 3)粒料经模压、 挤出或注 射成型为板材或异型材。 0013 本发明与现有技术相比， 具有如下的优点和有益效果： 0014 1、 本发明一种无卤阻燃木塑复合材料及其制备方法， 采用辐射诱导无卤阻燃剂接 枝或者表面包覆改性的木质纤维粉， 相比直接添加阻燃剂的方式来说， 不仅提高了阻燃剂 与体系的键合力， 而且解决了阻

12、燃剂与其他材料容性差的问题， 提高了材料的力学性能和 阻燃效率； 0015 2、 本发明一种无卤阻燃木塑复合材料及其制备方法， 生产制备工艺安全简单、 方 便、 环保， 制造成本低廉， 对环境友好， 制得复合材料力学性能优异， 无卤阻燃， 可以在包装、 运输、 园林景观、 车辆船舶、 家装建筑等领域具有广泛的应用前景。 附图说明 0016 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解， 构成本申请的一部 分， 并不构成对本发明实施例的限定。 在附图中： 0017 图1为本发明制备工艺流程图。 具体实施方式 0018 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下面结合实施例， 对本

13、发明作 进一步的详细说明， 本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明， 并不作为对本 发明的限定。 0019 实施例1 0020 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份二甲基乙烯基磷酸酯于高混机中混料10min得预混料， 冷却装袋； (2)将装袋的预 混料经高能电子加速器辐照改性， 辐照剂量为200kGy； (3)将经过辐照改性后的预混料于 120的烘箱中干燥2h得无卤阻燃改性木质纤维粉； (4)称取100份无卤阻燃木质纤维粉、 100份聚乙烯树脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合料， 待上 述

14、混合料冷却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒得无卤阻燃木塑复合材料粒料； (5)将无卤 阻燃木塑复合材料粒料经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试结果为： 样 条3.2mm达到UL 94V-1阻燃水平， 极限氧指数28， 拉伸强度18MPa， 弯曲强度23MPa， 冲击强 度13KJ/m2。 说明书 2/5 页 4 CN 111763398 A 4 0021 实施例2： 0022 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份二甲基乙烯基磷酸酯于高混机中混料10min得预混料， 冷却装袋； (2)将装袋的预 混料经钴60辐照改性，

15、辐照剂量为200kGy； (3)将经过辐照改性后的预混料于120的烘箱 中干燥2h得无卤阻燃改性木质纤维粉； (4)称取100份无卤阻燃木质纤维粉、 100份聚乙烯树 脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合料， 待上述混合料冷却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒得无卤阻燃木塑复合材料粒料； (5)将无卤阻燃木塑复合 材料粒料经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试结果为： 样条3.2mm达到 UL 94V-1阻燃水平， 极限氧指数26， 拉伸强度16MPa， 弯曲强度22MPa， 冲击强度11KJ/m2。 0023 实施例3： 0024 一种无卤

16、阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份聚乙二醇单甲基丙烯酸酯磷酸酯(PAM-100)于高混机中混料10min得预混料， 冷 却装袋； (2)将装袋的预混料经高能电子加速器辐照改性， 辐照剂量为200kGy； (3)将经过辐 照改性后的预混料于120的烘箱中干燥2h得无卤阻燃改性木质纤维粉； (4)称取100份无 卤阻燃木质纤维粉、 100份聚乙烯树脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料 10min得混合料， 待上述混合料冷却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒得无卤阻燃木塑复合 材料粒料； (5)将无卤阻燃木塑复合材料粒料经注塑成

17、型成标准样条， 进行燃烧和力学性能 测试。 测试结果为： 样条3.2mm达到UL 94V-0阻燃水平， 极限氧指数31， 拉伸强度21MPa， 弯 曲强度26MPa， 冲击强度17KJ/m2。 0025 实施例4： 0026 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份聚乙二醇单甲基丙烯酸酯磷酸酯(PAM-100)于高混机中混料10min得预混料， 冷 却装袋； (2)将装袋的预混料经钴60辐照改性， 辐照剂量为200kGy； (3)将经过辐照改性后的 预混料于120的烘箱中干燥2h得无卤阻燃改性木质纤维粉； (4)称取100份无卤阻燃木质 纤

18、维粉、 100份聚乙烯树脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合 料， 待上述混合料冷却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒得无卤阻燃木塑复合材料粒料； (5)将无卤阻燃木塑复合材料粒料经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试 结果为： 样条3.2mm达到UL 94V-0阻燃水平， 极限氧指数29， 拉伸强度20MPa， 弯曲强度 24MPa， 冲击强度15KJ/m2。 0027 实施例5： 0028 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份乙烯基磷腈于高混机中混料10min得预混料， 冷却装袋；

19、 (2)将装袋的预混料经高 能电子加速器辐照改性， 辐照剂量为200kGy； (3)将经过辐照改性后的预混料于120的烘 箱中干燥2h得无卤阻燃改性木质纤维粉； (4)称取100份无卤阻燃木质纤维粉、 100份聚乙烯 树脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合料， 待上述混合料冷 却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒得无卤阻燃木塑复合材料粒料； (5)将无卤阻燃木塑复 合材料粒料经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试结果为： 样条3.2mm达 到UL 94V-0阻燃水平， 极限氧指数35， 拉伸强度18MPa， 弯曲强度22MPa， 冲击强度10

20、KJ/ m2。 说明书 3/5 页 5 CN 111763398 A 5 0029 实施例6： 0030 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份乙烯基磷腈于高混机中混料10min得预混料， 冷却装袋； (2)将装袋的预混料经钴 60辐照改性， 辐照剂量为200kGy； (3)将经过辐照改性后的预混料于120的烘箱中干燥2h 得无卤阻燃改性木质纤维粉； (4)称取100份无卤阻燃木质纤维粉、 100份聚乙烯树脂、 0.2份 抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合料， 待上述混合料冷却， 将其通过 双螺杆挤出机挤出造粒得

21、无卤阻燃木塑复合材料粒料； (5)将无卤阻燃木塑复合材料粒料 经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试结果为： 样条3.2mm达到UL 94V-0 阻燃水平， 极限氧指数33， 拉伸强度16MPa， 弯曲强度20MPa， 冲击强度9KJ/m2。 0031 对比例1 0032 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)取100份木质纤维粉 和100份氢氧化镁于高混机中混料10min得预混料； (2)称取100份预混料、 100份聚乙烯树 脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合料， 待上述混合料冷却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒

22、得无卤阻燃木塑复合材料粒料； (3)将无卤阻燃木塑复合 材料粒料经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试结果为： 样条3.2mm达到 UL 94无级别， 极限氧指数27， 拉伸强度10MPa， 弯曲强度12MPa， 冲击强度5KJ/m2。 0033 对比例2 0034 一种无卤阻燃木塑复合材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)称取100份木质纤维 粉和100份聚磷酸铵于高混机中混料10min得预混料； (2)称取100份预混料、 100份聚乙烯树 脂、 0.2份抗氧剂、 0.2份紫外线吸收剂于高混机中混料10min得混合料， 待上述混合料冷却， 将其通过双螺杆挤出机挤出造粒得无

23、卤阻燃木塑复合材料粒料； (3)将无卤阻燃木塑复合 材料粒料经注塑成型成标准样条， 进行燃烧和力学性能测试。 测试结果为： 样条3.2mm达到 UL 94无级别， 极限氧指数29， 拉伸强度12MPa， 弯曲强度16MPa， 冲击强度7KJ/m2。 0035 表1无卤阻燃木塑复合材料的性能 0036 0037 结合表1木塑复合材料的性能测试结果分析， 在相同配方比例下， 现有技术对比例 1和对比例2通过分别直接添加氢氧化镁无机阻燃剂或聚磷酸铵膨胀阻燃剂的方式制备的 说明书 4/5 页 6 CN 111763398 A 6 无卤阻燃聚乙烯木塑复合材料均未达到良好的阻燃级别， 阻燃效果差， 且力学

24、性能较低， 因 此必须添加更高含量的阻燃剂或协效阻燃剂， 或对阻燃体系进行增容改性才能提升性能， 但是会使实验难度增加， 成本提高。 本发明与实施例1-6采用辐射诱导无卤阻燃剂接枝或者 表面包覆改性的木质纤维粉， 均达到了良好的阻燃级别， 而且力学性能显著提高， 相比直接 添加阻燃剂的方式， 提高了阻燃剂与体系的键合力， 解决了阻燃剂与其他材料容性差的问 题， 提高了材料的力学性能和阻燃效率； 同时本发明的生产制备工艺安全简单、 方便、 环保， 制造成本低廉， 对环境友好， 制得的复合材料力学性能优异， 无卤阻燃， 可以在包装、 运输、 园林景观、 车辆船舶、 家装建筑等领域具有广泛的应用前景。 0038 以上所述的具体实施方式， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明 的保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含 在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111763398 A 7 图1 说明书附图 1/1 页 8 CN 111763398 A 8