一種表芯層同步共擠阻燃木塑復(fù)合材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于木塑復(fù)合材料的制造領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)改變表、芯層阻燃劑的組分及其添加比例制備阻燃木塑復(fù)合材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著木塑復(fù)合材料在室內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，該復(fù)合材料的防火安全性的研究應(yīng)用逐漸開(kāi)始受到重視。木塑復(fù)合材料的阻燃性主要通過(guò)添加阻燃劑、表面阻燃處理等方式賦予。聚磷酸銨是木塑復(fù)合材料中常用的阻燃劑。聚磷酸銨受熱分解生成聚磷酸并釋放出氣體，分解過(guò)程吸熱，從而降低周?chē)臏囟龋尫懦龅牟豢扇細(xì)怏w沖淡空氣或可燃?xì)怏w，分解過(guò)程中產(chǎn)生可捕獲自由基的物質(zhì)，切斷自由基鏈鎖反應(yīng)，使高分子產(chǎn)生脫水反應(yīng)生成為碳和水，而不產(chǎn)生可燃?xì)怏w，在氣相和固相均起到阻燃作用。但是，聚磷酸銨存在著添加量大、在潮濕的壞境下易于水解并向表面迀移而流失，導(dǎo)致阻燃效率的降低，同時(shí)，在復(fù)合材料的制備過(guò)程中，聚磷酸銨易團(tuán)聚，與復(fù)合材料的相容性差，導(dǎo)致材料的加工性能和沖擊性能明顯下降。
[0003]隨著納米科技的進(jìn)步，采用納米材料作為聚磷酸銨的阻燃協(xié)效劑用以改善聚磷酸銨上述的使用缺陷成為近年來(lái)迅速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。公開(kāi)號(hào)為CN 102702767A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種采用生物質(zhì)納米二氧化硅協(xié)效聚磷酸銨制得的阻燃木塑復(fù)合材料。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，仍存在以下三個(gè)問(wèn)題:(I)納米材料和聚磷酸銨在堆積密度和比表面積上的巨大差異，使得兩者很難分散到木塑復(fù)合材料體系中；(2)聚磷酸銨為無(wú)機(jī)物質(zhì)，與木塑復(fù)合材料體系的界面相容性差；(3)納米材料被分散在整個(gè)體系內(nèi)，在燃燒過(guò)程中，需要一定的時(shí)間迀移到體系表層產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，從阻燃效果來(lái)看有一定的滯后性。如能同時(shí)解決以上三個(gè)問(wèn)題，則能極大的推動(dòng)納米材料協(xié)效聚磷酸銨在阻燃木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用。
[0004]纖維素是自然界中最豐富的天然高分子聚合物之一。納米晶態(tài)纖維素(nanocrystalline cellulose，NCC)，是一種直徑為I?lOOnm、長(zhǎng)度為幾十到幾百nm的剛性棒狀纖維素。納米晶態(tài)纖維素具備高純度、高結(jié)晶度、高楊氏模量、高強(qiáng)度的特性，同時(shí)具有多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)、手性液晶排列、其表面含有多個(gè)可反應(yīng)的羥基，易于接枝硅氧基、氨基、吸附電子等，因此以納米晶態(tài)纖維素為模板合成功能性材料越來(lái)越受到關(guān)注。公開(kāi)號(hào)為CN105034108A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種利用納米晶態(tài)纖維素制備高分散性聚磷酸銨膠體的方法，可以極大的提高聚磷酸銨的分散性及與基體材料的相容性。
[0005]共擠技術(shù)是一種使用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上擠出機(jī)通過(guò)一個(gè)復(fù)合共擠機(jī)頭聯(lián)合在一起，擠出機(jī)分別供給不同的熔融物料，并在復(fù)合機(jī)頭內(nèi)匯合后連續(xù)擠出多層復(fù)合產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)不同的表層與芯層材料的融合，為木塑復(fù)合材料提供不同的性能。芯層往往提供力學(xué)性能，以普通木塑或高填充量木質(zhì)纖維的木塑為主，表層則通過(guò)添加不同的助劑賦予木塑復(fù)合材料不同的功能。通過(guò)表芯層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和組分的變化可以賦予木塑復(fù)合材料不同的功能。
[0006]目前國(guó)內(nèi)暫未見(jiàn)到通過(guò)木塑復(fù)合材料表芯層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及各層阻燃劑組分及重量百分比的調(diào)整來(lái)制備得到阻燃木塑復(fù)合材料的相關(guān)專(zhuān)利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的
[0008]本發(fā)明提供一種表芯層同步共擠阻燃木塑復(fù)合材料，克服納米材料協(xié)效聚磷酸銨阻燃木塑復(fù)合材料時(shí)存在的分散性不佳、與基體材料的界面相容性差以及阻燃劑流失引起的力學(xué)性能差、阻燃效率下降等缺陷。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案
[0010]本發(fā)明將原本添加到木塑復(fù)合材料整體中的納米材料和聚磷酸銨分別分散到納米晶態(tài)纖維素中，制成納米阻燃劑、納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨膠體，然后分別添加到表、芯層體系，再利用共擠技術(shù)同步擠出定型，制成阻燃木塑復(fù)合材料，其表層即外層，為納米阻燃劑阻燃的木塑復(fù)合材料層，厚度為1.0mm?3.5mm、芯層即內(nèi)層，為納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸錢(qián)膠體阻燃木塑復(fù)合材料層，厚度為3.5mm?25mm。
[0011 ] 一種表芯層同步共擠阻燃木塑復(fù)合材料的具體制備方法如下:
[0012](I)按照表層組分的重量百分比，稱(chēng)取聚烯烴塑料45?70%、木質(zhì)纖維5?25%、納米阻燃劑10?30%、潤(rùn)滑劑I?2%、偶聯(lián)劑2?3%，
[0013](2)按照芯層組分的重量百分比，稱(chēng)取聚烯烴塑料18?55%、木質(zhì)纖維30?65%、納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨膠體5?15%、潤(rùn)滑劑2?3%、偶聯(lián)劑2.5?6% ;
[0014](3)將上述稱(chēng)取好的納米阻燃劑噴涂到表層木質(zhì)纖維表面，再與上述步驟(I)稱(chēng)取好的聚烯烴塑料、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑分別進(jìn)行初混、干燥，干燥溫度為105°C，干燥時(shí)間為2h;
[0015](4)將上述稱(chēng)取好的納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨膠體噴涂到芯層木質(zhì)纖維表面，再與上述步驟(2)稱(chēng)取好的聚烯烴塑料、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑分別進(jìn)行初混、干燥，干燥溫度為105°C，干燥時(shí)間為2h;
[0016](5)將上述干燥好的混合物分別置于擠出機(jī)料斗中，其中，表層混合物置于單螺桿擠出機(jī)，機(jī)筒溫度為140?220°C，螺桿轉(zhuǎn)速為5?12r/min，芯層混合物置于雙螺桿擠出機(jī)，機(jī)筒溫度為155?195°C，螺桿轉(zhuǎn)速是4?6r/min，使得原料熔融塑化;然后單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)的熔融塑化產(chǎn)物同步通過(guò)模具，由模具擠出定型；
[0017](6)通過(guò)牽引方式冷卻、定型、切割，制成阻燃木塑復(fù)合材料。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0019]本發(fā)明所制備的表芯層同步共擠阻燃木塑復(fù)合材料具有較高的阻燃性能(氧指數(shù)> 25%，平均熱釋放速率< 140kW/m2)和較高的力學(xué)強(qiáng)度(彎曲強(qiáng)度2 25MPa，沖擊強(qiáng)度218kJ/m2)，同時(shí)由于表層為納米阻燃劑處理的木塑復(fù)合材料層，有利于提高阻燃木塑復(fù)合材料的硬度和耐摩擦性，并且阻止芯層納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨的流失，保持阻燃效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020]附圖1是阻燃木塑復(fù)合材料的表芯層結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]實(shí)施例1，(I)表層組分按重量百分比稱(chēng)取67 %的聚丙烯、10%的木質(zhì)纖維、20 %的納米晶態(tài)纖維素/二氧化硅膠體(膠體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35?60%)、1%的潤(rùn)滑劑、2%的偶聯(lián)劑；(2)芯層組分按重量百分比稱(chēng)取19.5%的聚乙烯、65%的木質(zhì)纖維、10%的納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨膠體(膠體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50?75% )、2%的潤(rùn)滑劑、3.5%的偶聯(lián)劑；(3)將稱(chēng)取好的納米晶態(tài)纖維素/ 二氧化硅膠體噴涂到表層木質(zhì)纖維表面，再與上述步驟(I)稱(chēng)取好的聚丙烯、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑分別進(jìn)行初混、干燥，干燥溫度為105°C，干燥時(shí)間為2h; (4)將上述的稱(chēng)取好的納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨膠體噴涂到芯層木質(zhì)纖維表面，再與上述步驟(2)稱(chēng)取好的聚乙烯、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑分別進(jìn)行初混、干燥，干燥溫度為1050C，干燥時(shí)間為2h;
(5)將上述干燥好的混合物分別置于擠出機(jī)料斗中，其中，表層混合物置于單螺桿擠出機(jī)，機(jī)筒溫度為200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為5?12r/min，芯層混合物置于雙螺桿擠出機(jī)，機(jī)筒溫度為155°C，螺桿轉(zhuǎn)速是4?6r/min，使得原料熔融塑化;然后單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)的熔融塑化產(chǎn)物同步通過(guò)模具，由模具擠出定型；(6)通過(guò)牽引方式冷卻、定型、切割，制成阻燃木塑復(fù)合材料。經(jīng)測(cè)試，制備得到的阻燃木塑復(fù)合材料氧指數(shù)為28.2%、熱釋放速率為138.1kW/m2、彎曲強(qiáng)度25.7MPa、沖擊強(qiáng)度19.6kJ/m2。
[0022]實(shí)施例2，(I)表層組分按重量百分比稱(chēng)取66%的聚苯乙烯、5%的木質(zhì)纖維、25%的納米晶態(tài)纖維素/納米氫氧化鎂膠體(膠體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35?60% )、I %的潤(rùn)滑劑、3%的偶聯(lián)劑；(2)芯層組分按重量百分比稱(chēng)取18%的聚乙烯、60%的木質(zhì)纖維、15%的納米晶態(tài)纖維素/聚磷酸銨膠體(膠體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50?75% )、2.5%的潤(rùn)滑劑、4.5%的偶聯(lián)劑；(3)將稱(chēng)取好的納米晶態(tài)纖維素/納米氫氧化鎂