[发明专利]一种以硅烷改性聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木粉/聚丙烯木塑复合材料及其制备方法，具体涉及以硅烷改性聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是利用不同组元形态的农林废弃木材原料与塑料或回收塑料通过重组、复合等技术手段形成的一种环境友好型的新材料。从上世纪90年代后木塑复合材料发展非常迅速，其主要应用于室外装修、回廊板、楼梯、护栏以及少量民用消费品。木塑复合材料可以充分利用废旧木质原料和难以降解的废弃塑料原料，对于缓解目前木材资源匮乏和废旧塑料回收利用的问题提供了新的解决途径。木塑复合材料选择的塑料原料时必须考虑木质纤维材料200℃以上加速热解的特性，塑料材料熔点不能太高。目前最常用的塑料品种包括高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)。除PVC外，木质纤维材料和其他三种塑料都属于易燃材料，不经阻燃处理不能达到建筑内部装修设计防火规范要求，用于室内存在一定的火灾隐患。木塑复合材料作为一种新兴而广泛使用的材料，研究其燃烧特性，合理进行阻燃处理是扩展其使用范围，使产品多样化的重要手段之一。

传统的卤系阻燃剂虽然阻燃效果较好，但由于其阻燃过程中释放出有毒和腐蚀性的卤化氢气体，对环境和人类的危害不容忽视，因而发展无卤阻燃技术成为阻燃研究领域的热点之一。在低烟、无卤素的磷系阻燃剂中尤其以聚磷酸铵(简称APP)的应用研究最为引人注目。因其含磷、含氮量高，磷-氮可发挥协同阻燃效应，阻燃效果优越，同时毒性低，使用安全，克服了含卤阻燃剂本身烟雾大、放出有毒的腐蚀性气体和燃烧多熔滴的缺陷，但研究表明由于APP为高极性的聚合物，在木塑复合材料中的分散性和结合性不好，所以加入APP后复合材料的力学性能下降，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都明显下降。同时研究表明APP对木塑复合材料进行阻燃，效果不佳，添加量高，对木塑复合材料加工和力学性能等有一定影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有以聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料的相容性差、力学性能低、阻燃性能差、耐热性能差的问题，本发明提供了一种以硅烷改性聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料及其制备方法，得到了同时具有良好的相容性、力学性能、耐热性能和阻燃性能的木塑复合材料。

本发明的以硅烷改性聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料，按重量份由50～70份木粉、30～50份聚丙烯、15～30份硅烷改性聚磷酸铵(M-APP)、3～6份m-异丙烯基-α，α-二甲基苄基异氰酸酯接枝聚丙烯(m-TMI-g-PP)偶联剂和0.1～1份抗氧剂制成，所述硅烷改性聚磷酸铵按重量份是由80～100份聚磷酸铵和0.5～2份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷制成。

本发明的以硅烷改性聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按重量份将80～100份聚磷酸铵、0.5～2份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇放入三口瓶中，在60℃下搅拌1h，然后抽滤，然后将滤饼置于烘箱中，在105℃条件下烘干3h，得硅烷改性聚磷酸铵(M-APP)，其中聚磷酸铵重量与无水乙醇体积的比例为80～100g∶150mL；二、按重量份称取如下原料：50～70份木粉、30～50份聚丙烯、15～30份步骤一制备的硅烷改性聚磷酸铵、3～6份m-异丙烯基-α，α-二甲基苄基异氰酸酯接枝聚丙烯偶联剂和0.1～1份抗氧剂；三、将步骤二称取的原料混合搅拌均匀得混合料，然后将混合料输入带有计量的喂料器中，调节喂料转速为5r·min^-1，然后再送入双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为160℃、170℃、170℃、180℃、180℃、175℃、165℃、160℃，螺杆转速为40r·min^-1，双螺杆挤出机的长径比为35∶1，混合料由双螺杆挤出机挤出后，冷却即得以硅烷改性聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料。

本发明以硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，KH-570)改性聚磷酸铵(简称为M-APP)为无卤阻燃剂，大幅度改进木粉/聚丙烯复合材料的阻燃性能、物理机械性能及耐热性能，提高了硅烷改性聚磷酸铵与木粉之间的相容性，使该新材料在各项性能方面都优于现有的阻燃型木粉/聚丙烯复合材料。

本发明以KH-570改性聚磷酸铵，KH-570改善了聚磷酸铵(APP)的界面相容性和分散性，提高了APP在复合材料中的分散能力和结合能力，从而提高了复合材料的力学性能。