一種木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種用木質纖維素增強的可生物降解復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]由于塑料制品具有成本低廉、易于加工、使用方便等優點，被廣泛應用于國民經濟的各個行業。但隨著白色污染、溫室效應和能源危機的日益加劇，傳統塑料替代品的研發和使用受到人們的廣泛關注，比如聚乳酸PLA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚羥基烷基酸酯PHA、聚碳酸亞丙酯PPC等可生物降解塑料的生產和使用已經實現規模化，在包裝、日化、醫藥衛生、農業薄膜等領域能夠部分替代傳統塑料的使用。
[0003]目前制約可生物降解塑料推廣使用的因素之一就是其相對高昂的價格，與傳統塑料聚乙烯PE、聚丙烯PP相比，生物降解塑料的售價是聚烯烴材料的兩倍以上。在實際生產中人們通過向生物降解塑料中填充填料的方式來降低成本，如碳酸鈣、蒙脫土、滑石粉等無機粉料，以及麻纖維、木纖維、竹纖維、淀粉等天然纖維。其中天然纖維因為具有來源廣泛、可再生、質量輕、比強度高等優點，是可生物降解塑料的理想填料，近年來國內外科研工作者對天然纖維增強可生物降解塑料領域開展了大量的工作，得到了很多性能優異的木塑復合材料。但是這些材料的基體和填料都是碳氫化合物，在明火或加熱的情況下容易燃燒，不能用于電子電器、裝飾材料等領域，限制了其應用。
[0004]日本NEC公司在PLA中添加大量無機阻燃劑制備得到阻燃PLA母料，與南非槿麻共混后用于硅芯片的封裝。國內的金迪化工科技有限公司將PLA、無機粉體和硅系阻燃劑共混也生產出阻燃級PLA母料。專利CN101260228B，CN101260228A, CN102746625A,CN102746626A提供了一種麻纖維填充的聚乳酸阻燃復合材料，其阻燃劑為9，10- 二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(D0P0)、聚磷酸銨、蜜胺、磷酸三苯酯、磷酸鹽、氰尿酸三聚氰胺或蒙脫土中一至幾種。而專利CN102241879A提供了用聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧樹脂包裹聚磷酸銨、硅氧烷包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨或三聚氰胺磷酸銨中的一種或或多種組合阻燃可生物降解塑料和竹纖維復合材料的方案。目前未發現有關木質纖維素增強阻燃生物降解塑料的相關報道。

【發明內容】

[0005]針對目前市場上缺少天然木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料的情況，本發明提供了一種可降解的、無鹵阻燃的、填充木質纖維素的、適合工業化生產的復合材料及其制備方法。
[0006]本發明提出的木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料由生物降解塑料、木質纖維素、無鹵磷氮阻燃劑、協效劑以及增容劑組成，其組分的質量百分比如下:生物降解塑料45?88%，木纖維1?30%，阻燃劑10?35%，協效劑0.5?5%，增容劑0.1?3%。
[0007]本發明中，所述可生物降解塑料其特征在于是聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯、聚己內酯、聚碳酸亞丙酯中的一種或幾種。
[0008]本發明中，所述木質纖維素其特征在于纖維素或微晶纖維素來源于所有木本植物中的一種或幾種。
[0009]本發明中，所述阻燃劑其特征在于是聚磷酸銨、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸鹽、三聚氰胺聚磷酸鹽中的一種或多種。
[0010]本發明中，所述協效劑其特征在于是A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩中的一種或幾種。
[0011 ] 本發明中，所述增容劑其特征在于是硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、PMMA中的一種或幾種。
[0012]木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料的制備工藝為:
[0013]一、將木質纖維素浸泡在增容劑溶液中0.5?2h，烘干備用；或直接將木質纖維素與增容劑混合；
[0014]二、將生物降解聚酯、步驟一得到的改性木質纖維素、阻燃劑以及協效劑按比例混合；
[0015]三、將經過步驟二得到的混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒。
[0016]步驟三中雙螺桿擠出機擠出溫度是125?190°C，螺桿轉速100?250rpm。
[0017]本發明提供的木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料，可以應用于家具、裝飾、電子電器、汽車、建筑等對防火阻燃有嚴格要求的領域，拓寬了天然纖維增強生物降解復合材料的應用范圍。
[0018]本發明不僅可滿足生物降解木塑復合材的需求,而且可以利用木屑、廢木板等回收資源制備的木質纖維素，具有重要的使用價值和社會效益。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]將0.2份PMMA溶解于丙酮中，再將25份樺木纖維素浸泡在PMMA的丙酮溶液中2h，烘干備用，按照下列配比與其他物料混合:
[0021]生物降解聚酯:聚乳酸50份
[0022]聚己內酯5份
[0023]聚碳酸亞丙酯2份
[0024]阻燃劑:聚磷酸銨13份
[0025]三聚氰胺氰尿酸鹽3份
[0026]協效劑:5A分子篩1.8份
[0027]將上述混合物料經過擠出機擠出造粒，加工溫度175°C，螺桿轉速250轉。
[0028]將樺木纖維素增強可生物降解阻燃復合材料母料注塑成標準試樣進行測試，性能如下:拉伸強度 35.5MPa，彎曲強度 60.9MPa，0.61kJ.m 2，UL-94V0 級，L0I 為 32%。
[0029]實施例2
[0030]將0.5份硅烷偶聯劑KH550溶解于乙醇中，再將17份落葉松纖維素浸泡在KH550的乙醇溶液中0.5h，烘干備用，按照下列配比與其他物料混合:
[0031]生物降解聚酯:聚丁二酸丁二醇酯44.5份
[0032]聚己二酸丁二醇酯15份
[0033]阻燃劑:聚磷酸銨12份
[0034]三聚氰胺5份
[0035]三聚氰胺聚磷酸鹽3份
[0036]協效劑:13X分子篩3份
[0037]將上述混合物料經過擠出機擠出造粒，加工溫度150°C，螺桿轉速200轉。
[0038]將落葉松纖維素增強可生物降解阻燃復合材料母料注塑成標準試樣進行測試，性能如下:拉伸強度 23.1MPa，彎曲強度 39.3MPa，1.37kJ.m 2，UL-94V0 級，L0I 為 38%。
[0039]實施例3
[0040]將20份落葉松微晶纖維素與2份異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯偶聯劑混合，再按照下列配比與其他物料混合:
[0041]生物降解聚酯:聚乳酸26份
[0042]聚丁二酸丁二醇酯20份
[0043]聚羥基丁酸酯10份
[0044]阻燃劑:聚磷酸銨13份
[0045]三聚氰胺氰尿酸鹽5份
[0046]三聚氰胺聚磷酸鹽3.5份
[0047]協效劑:Na_Y型分子篩0.5份
[0048]將上述混合物料經過擠出機擠出造粒，加工溫度165°C，螺桿轉速200轉。將落葉松纖維素增強可生物降解阻燃復合材料母料注塑成標準試樣進行測試，性能如下:拉伸強度 28.4MPa，彎曲強度 45.9MPa, 1.26kJ.m2，UL-94V0 級，L0I 為 42%。
[0049]實施例4
[0050]將10份樺木纖維素和15份落葉松微晶纖維素與3份硅烷偶聯劑KH550混合，再按照下列配比與其他物料混合:
[0051]聚乳酸52份
[0052]阻燃劑:聚磷酸銨12.5份
[0053]三聚氰胺氰尿酸鹽2.5份
[0054]協效劑:4A分子篩5份
[0055]將上述混合物料經過擠出機擠出造粒，加工溫度175°C，螺桿轉速250轉。
[0056]實施例5
[0057]將0.1份PMMA溶解于丙酮中，再將16.9份楊木微晶纖維素浸泡在PMMA的丙酮溶液中2h，烘干備用，按照下列配比與其他物料混合:
[0058]生物降解聚酯:聚丁二酸丁二醇酯65份
[0059]阻燃劑:聚磷酸銨10份
[0060]三聚氰胺氰尿酸鹽4份[0061 ]三聚氰胺聚磷酸鹽3份
[0062]協效劑:10X分子篩1份
[0063]將上述混合物料經過擠出機擠出造粒，加工溫度145°C，螺桿轉速150轉。
[0064]實施例6
[0065]將3份硅烷偶聯劑KH550溶解于乙醇中，再將30份落葉松微晶纖維素浸泡在KH550的乙醇溶液中0.5h，烘干備用，按照下列配比與其他物料混合:
[0066]生物降解聚酯:聚丁二酸丁二醇酯50份
[0067]阻燃劑:聚磷酸銨10份
[0068]三聚氰胺聚磷酸鹽6份
[0069]協效劑:4A分子篩1份
[0070]將上述混合物料經過擠出機擠出造粒，加工溫度150°C，螺桿轉速200轉。
【主權項】
1.一種木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料，其特征在于由生物降解塑料、木質纖維素、無齒磷氮阻燃劑、協效劑以及增容劑組成，其組分的質量百分比如下:生物降解塑料45?88%，木纖維1?30%，阻燃劑10?35%，協效劑0.5?5%，增容劑0.1?3%。2.根據權利要求1所述可生物降解塑料其特征在于是聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯、聚己內酯、聚碳酸亞丙酯中的一種或幾種。3.根據權利要求1所述木質纖維素其特征在于纖維素或微晶纖維素來源于所有木本植物中的一種或幾種。4.根據權利要求1所述阻燃劑其特征在于是聚磷酸銨、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸鹽、三聚氰胺聚磷酸鹽中的一種或多種。5.根據權利要求1所述協效劑其特征在于是A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩中的一種或幾種。6.根據權利要求1所述增容劑其特征在于是硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、PMMA中的一種或幾種。7.根據權利要求1木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料的制備工藝為: (1)將木質纖維素浸泡在增容劑溶液中0.5?2h，烘干備用；或直接將木質纖維素與增容劑混合； (2)將生物降解聚酯、步驟一得到的改性木質纖維素、阻燃劑以及協效劑按比例混合； (3)將經過步驟二得到的混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒。
【專利摘要】本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種用木質纖維素增強的可生物降解復合材料及其制備方法。其特征在于由生物降解塑料、木質纖維素、無鹵磷氮阻燃劑、協效劑以及增容劑組成。將木質纖維素浸泡增容劑溶液中，烘干后與生物降解聚酯、阻燃劑以及協效劑按比例混合，經雙螺桿擠出機造粒制備得到復合材料。本發明提供的木質纖維素增強可生物降解阻燃復合材料，可以應用于家具、裝飾、電子電器、汽車、建筑等對防火阻燃有嚴格要求的領域，拓寬了天然纖維增強生物降解復合材料的應用范圍。而且可以利用木屑、廢木板等回收資源制備的木質纖維素，具有重要的使用價值和社會效益。
【IPC分類】C08K3/32, B29C47/92, C08L97/02, C08L69/00, C08L67/02, C08L67/04, C08K13/02, C08K5/3492
【公開號】CN105273375
【申請號】CN201410350207
【發明人】張秀成, 沈曉婷, 張 廷, 楊學莉, 張志永, 董賀
【申請人】東北林業大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月23日