專利名稱：一種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于木塑復(fù)合材料及其制備エ藝技術(shù)方面，尤其是一種核桃殼粉阻燃木塑復(fù)合材料及其制備エ藝。
背景技術(shù)：
木塑材料中采用的木纖維主要包括廢木粉、刨花、鋸木，植物纖維為粉碎處理過的稻桿、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻、澤麻、黃麻、大麻等；熱塑性塑料主要為PE、PP、PS等聚烯烴和PVC，包括新料、回收料和二者混合料.木纖維和植物纖維最初作為低成本、提高塑料剛性的改性填充材料。木纖維和植物纖維來源豐富、價廉、質(zhì)輕，對設(shè)備磨損小，尺寸穩(wěn)定性良好，電絕緣性優(yōu)，無毒，可反復(fù)加工，能生物降解。我國作為ー個林業(yè)資源貧乏的國家，人均森林蓄積量不足10立方米，人均木材消 耗水平不足0. 22立方米/年，但我國的木材消耗量卻急劇上升，不得不從國外進(jìn)ロ大量木材。另ー方面，我國毎年由于木材加工余下的廢棄木粉量在幾百萬噸以上，其他天然纖維如稻糠等的產(chǎn)量上千萬噸。從這個角度而言，木塑材料的開發(fā)將有助于有效開發(fā)和利用這些資源，前景十分可觀。據(jù)分析,姆IOOg核桃殼中含灰分0. 663g、水分9. 59g、苯醇抽出物3. 71g、木質(zhì)素38. 05g、纖維素30. 88g、半纖維素27. 26g。過去核桃作為干果銷售，其果殼難以回收利用，而現(xiàn)在許多核桃被深加工利用，所產(chǎn)生的大量集中的核桃売卻被丟棄或焚燒，造成資源的極大浪費。因此，加強(qiáng)對核桃殼的綜合利用，避免核桃殼資源的浪費，生產(chǎn)附加值高的產(chǎn)品，不僅可以有效地處理固體廢棄物，而且能夠變廢為寶，提高經(jīng)濟(jì)收入。核桃殼的主要成分是木素、纖維素和半纖維素，與其他植物相比，冷、熱水抽出物、l%NaOH抽出物、酸不溶木素含量均較高，纖維素含量明顯較低，多戊聚糖含量與闊葉材相近。木塑復(fù)合材料是指利用廢棄木質(zhì)纖維資源和廢棄塑料資源，經(jīng)混煉加工制成的新型環(huán)境友好材料。該材料的特性集木材和塑料的優(yōu)點于一體，在エ業(yè)包裝、戶外景觀美化、化工海洋防腐等領(lǐng)域替代木材、鋼材和樹脂，有著獨特和廣泛的用途。該技術(shù)的研究開發(fā)對廢棄資源材料化利用、帶動農(nóng)副產(chǎn)品深加工以及為エ業(yè)和生活提供價廉物美的新材料具有重要意義，該技術(shù)也必將成為整個循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的ー個重要環(huán)節(jié)。雖然聚氯こ烯本身具有自熄性，但是為了改善材料的加工性能，配方中會大量使用增塑劑，造成產(chǎn)品的易燃性提高。同時，為了追求木質(zhì)效果和降低成本，也會不斷的提高木塑制品中木粉比例，這不僅造成PVC木塑的沖擊性能急劇下降，也加劇了木塑的易燃性和火災(zāi)危險性。燃燒時產(chǎn)生濃密的黑煙，會使人感到窒息和綜合辨別カ的下降，甚至發(fā)生癱軟、昏厥，直至窒息死亡；煙霧也給消防人員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場，進(jìn)行快速搶救帶來很大困難，カロ大了火災(zāi)的破壞性。可見，PVC木塑阻燃制品必需具備良好的抑煙性能。因此，對PVC木塑制品的阻燃與抑煙的研究引起我們的極大關(guān)注。世界各國都對高分子材料燃燒時的發(fā)煙性制定了嚴(yán)格的法規(guī)限制，抑煙已被列在阻燃技術(shù)的突出地位。對PVC木塑而言，“抑畑”比“阻燃”更為重要，成為必須解決的首要問題。解決此問題將會使PVC木塑在造價、節(jié)能、綠色環(huán)保、阻燃等方面都產(chǎn)生積極意義。本發(fā)明的目的是為了充分利用核桃種植加工余下的核桃殼，來制造強(qiáng)度高、成本低的阻燃木塑復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題，提供一種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明的基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，力學(xué)性能優(yōu)異，耐候性好，耐水，阻燃，尺寸穩(wěn)定性好，防蟲蛀，防霉，無重金屬、甲醛和有機(jī)揮發(fā)物，加工エ藝安全、環(huán)保、簡單、方便，制造成本低廉?！N基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，本發(fā)明包括核桃殼粉、熱塑性高分子樹脂和助劑，其中助劑由納米蒙脫石、高分子改性劑、表面改性劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、增塑劑、復(fù)合阻燃劑組成；各組分的重量比為，熱塑性高分子樹脂為100份，核桃殼粉為10-70份，納 米蒙脫石為1-20份，高分子改性劑為0-10份、表面改性劑為1-6份，熱穩(wěn)定劑為1-8份、潤滑劑為1-5份、增塑劑為1-5份、復(fù)合阻燃劑為1-5份。本發(fā)明所述核桃殼粉的水份含量小于2. 5%，粉碎細(xì)度為40-120目和經(jīng)過表面化學(xué)改性處理；該表面化學(xué)改性處理為用酒精溶解表面改性劑，濃度為5-10%，并在溫度為40-60°C，轉(zhuǎn)速為120-320轉(zhuǎn)每分鐘，把表面改性劑酒精溶液加入核桃殼粉中分散30-40分鐘。本發(fā)明熱塑性高分子樹脂選自聚氯こ烯樹脂、聚こ烯、聚丙烯或者是回收的聚氯こ烯樹脂、聚こ烯、聚丙烯中的單一物或者是幾種的混合物。本發(fā)明納米蒙脫石可為蒙脫石含量大于80%，水份含量小于3%，細(xì)度為1-8 iim。本發(fā)明高分子改性劑可為氯化聚こ烯(CPE)或馬來酸接枝聚こ烯或馬來酸接枝聚丙烯或聚丙烯酸酯(ACR)或全丙烯酸酯類(AM)或こ烯-醋酸こ烯共聚物(EVA)或丙烯酸甲酷-丁ニ烯-苯こ烯三元接技共聚物(MBS)或丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物(ABS)類抗沖高分子改性劑的ー種或幾種混合物中的單一物或多種混合物。本發(fā)明表面改性劑采用鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋯鋁酸酯或鋁酸酯或磷酸酯或硅烷偶聯(lián)劑或高級脂肪酸及其鹽或非離子型表面活性劑或雙(2—羥こ基)甲基牛脂基季銨鹽或十八烷基三溴化銨或氧化聚丙烯蠟和氧化聚こ烯蠟或聚こニ醇中的單一物或多種混合物。本發(fā)明熱穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑或稀土穩(wěn)定劑或鉛鹽穩(wěn)定劑，選自二月桂酸ニ丁基錫或二月桂酸ニ辛基錫或ニ烷基馬來酸ニ丁基錫或ニ(巰基こ酸異辛基酷)ニ丁基錫或月桂酸馬來酸ニ丁基錫或三堿式硫酸鉛或ニ堿式亞磷酸鉛或ニ堿式硬脂酸鉛或ニ堿式鄰苯ニ甲酸鉛或ニ堿式磷酸鉛或硬脂酸鉛中的ー種或幾種混合物。本發(fā)明潤滑劑為石蠟或硬脂酸或硬脂酸鋇或硬脂酸鈣或硬脂酸鋅或氧化聚こ烯蠟等中的ー種或幾種混合物。本發(fā)明增塑劑為苯ニ甲酸酯類或脂肪族ニ元酸酯類或磷酸酯類或多元醇酯類或苯多酸酯類或檸檬酸酯類或聚酯類或環(huán)氧類或氯化石蠟等中的ー種或幾種混合物。本發(fā)明復(fù)合阻燃劑為鋁-鎂系阻燃劑或磷系阻燃劑或納米粒子阻燃劑或膨脹型阻燃劑或晶須阻燃劑或ニ茂鐵等中的ー種或幾種混合物。
一種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法，其制造エ藝為(I)對核桃殼進(jìn)行粉碎，使細(xì)度達(dá)到40-120目，然后強(qiáng)制干燥，使含水量小于
2.5%,并對核桃殼粉進(jìn)行表面化學(xué)改性處理；(2)在高速混合機(jī)內(nèi)，將納米蒙脫石加入到經(jīng)步驟(I)表面改性劑處理后的核桃殼粉中，以600-900轉(zhuǎn)每分鐘高速攪拌處理10-40分鐘，制得納米蒙脫石包裹的核桃殼粉；(3)按上述配方重量比將熱塑性高分子樹脂、高分子改性劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、增塑劑、復(fù)合阻燃劑和納米蒙脫石包裹的核桃殼粉在高速捏合機(jī)中混合，到溫度為80-90°C后出料，然后在雙輥開煉機(jī)上于170-180°C下熔融共混2040分鐘。(4)所得熔融片經(jīng)冷卻破碎，投入螺桿擠出機(jī)中擠出成型。本發(fā)明的有益效果是(I)拓廣了廢棄核桃殼的使用范圍，提高核桃殼的綜合利用程度，即節(jié)約資源，又保護(hù)環(huán)境。(2)所用木質(zhì)纖維為核桃殼粉，制得的核桃殼木塑復(fù)合材料的環(huán)保性更加明顯。(3)在核桃殼纖維表面包覆納米蒙脫石可以減少復(fù)合材料擠出成型過程的流動阻力和核桃殼纖維受熱降解趨勢，達(dá)到改善加工エ藝、提高材料性能的效果。(4)由于添加了納米蒙脫石，降低了塑化粘度和提高了熔體流動性，降低能耗，堤高了材料的力學(xué)和耐侯、耐熱性能和阻燃性。(5)由于添加了納米蒙脫石，增加水汽阻隔性和射線阻隔性，從而增強(qiáng)了耐水性和耐紫外線性能。(6)由于添加了納米蒙脫石和阻燃劑，明顯增加了木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)和煙密度等級，提高了阻燃性能。
具體實施例方式下面的實施例僅為更方便的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例I、實施例2、實施例3 (見表I)將核桃殼進(jìn)行自然干燥，使含水量小于8%，用纖維粉碎機(jī)對核桃殼進(jìn)行粉碎，使細(xì)度為60-80目，強(qiáng)制干燥，使含水量小于2. 5%，并進(jìn)行核桃殼粉表面化學(xué)改性處理。在高速混合機(jī)內(nèi)將納米蒙脫石加入到表面改性處理好后的核桃殼粉中，高速攪拌處理10 — 40分鐘，制得納米蒙脫石包裹的核桃殼粉；按上述重量份比將聚氯こ烯樹脂、高分子改性劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑增塑劑、復(fù)合阻燃劑和改性納米蒙脫石在高速捏合機(jī)中混合，到溫度為80—90°C后出料，然后在雙輥開煉機(jī)上于170— 180°C下熔融共混20-40分鐘，所得熔融片經(jīng)冷卻炮碎，投入螺桿擠出機(jī)中擠出成型(配方見表I)。實施例按照國標(biāo)要求制樣、測試(結(jié)果見表2、表3及表4)。實施例4實施例5實施例6 (見表I)將核桃殼進(jìn)行自然干燥，使含水量小于8%，用纖維粉碎機(jī)對核桃殼進(jìn)行粉碎，使細(xì)度為60-80目，強(qiáng)制干燥，使含水量小于2. 5%，并進(jìn)行核桃殼粉表面化學(xué)改性處理。在高速混合機(jī)內(nèi)將納米蒙脫石加入到表面改性處理好后的核桃殼粉中，高速攪拌處理10 — 40分鐘，制得納米蒙脫石包裹的核桃殼粉；按上述重量份比將聚こ烯樹脂、高分子改性劑、潤滑劑增塑劑、復(fù)合阻燃劑和改性納米蒙脫石在高速捏合機(jī)中混合，到溫度為80—90°C后出料，然后在雙輥開煉機(jī)上于170-180°C下熔融共混2040分鐘，所得熔融片經(jīng)冷卻炮碎，投入螺桿擠出機(jī)中擠出成型(配方見表I)。實施例按照國標(biāo)要求制樣、測試(結(jié)果見表2、表3及表4)。表I基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料的配方(重量量份)

權(quán)利要求
1.一種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，包括核桃殼粉、熱塑性高分子樹脂和助劑，其中助劑由納米蒙脫石、高分子改性劑、表面改性劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、增塑齊U、復(fù)合阻燃劑組成；各組分的重量比為，熱塑性高分子樹脂為100份，核桃殼粉為10-70份，納米蒙脫石為1-20份，高分子改性劑為0-10份、表面改性劑為1-6份，熱穩(wěn)定劑為1-8份、潤滑劑為1-5份、增塑劑為1-5份、復(fù)合阻燃劑為1-5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述核桃殼粉的水份含量小于2. 5%，粉碎細(xì)度為40-120目和經(jīng)過表面化學(xué)改性處理；該表面化學(xué)改性處理為用酒精溶解表面改性劑，濃度為5-10%，并在溫度為40-60°C，轉(zhuǎn)速為120-320轉(zhuǎn)每分鐘，把表面改性劑酒精溶液加入核桃殼粉中分散30-40分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述熱塑性高分子樹脂為聚氯こ烯樹脂或聚こ烯或聚丙烯的ー種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述納米蒙脫石為蒙脫石含量大于80%，水份含量小于3%，細(xì)度為1-8 μ m ;所述高分子改性劑為氯化聚こ烯或馬來酸接枝聚こ烯或馬來酸接枝聚丙烯或聚丙烯酸酯或全丙烯酸酯類或こ烯-醋酸こ烯共聚物或丙烯酸甲酯-丁ニ烯-苯こ烯三元接技共聚物或丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物類抗沖高分子改性劑的ー種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述表面改性劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋯鋁酸酯或鋁酸酯或磷酸酯或硅烷偶聯(lián)劑或高級脂肪酸及其鹽或非離子型表面活性劑或雙甲基牛脂基季銨鹽或十八烷基三溴化銨或氧化聚丙烯蠟或氧化聚こ烯蠟或聚こニ醇中的ー種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述熱穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑或稀土穩(wěn)定劑或水滑石類穩(wěn)定劑或鉛鹽穩(wěn)定劑；熱穩(wěn)定劑為二月桂酸ニ丁基錫或二月桂酸ニ辛基錫或ニ烷基馬來酸ニ丁基錫或ニ(巰基こ酸異辛基酷)ニ丁基錫或月桂酸馬來酸ニ丁基錫、三堿式硫酸鉛或ニ堿式亞磷酸鉛或ニ堿式硬脂酸鉛或ニ堿式鄰苯ニ甲酸鉛或ニ堿式磷酸鉛或硬脂酸鉛中的ー種或幾種混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述潤滑劑為石蠟或硬脂酸或硬脂酸鋇或硬脂酸鈣或硬脂酸鋅或氧化聚こ烯蠟的ー種或幾種的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述增塑劑為苯ニ甲酸酯類或脂肪族ニ元酸酯類或磷酸酯類或多元醇酯類或苯多酸酯類或檸檬酸酯類或聚酯類或環(huán)氧類或氯化石蠟的ー種或幾種的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合阻燃劑為鋁-鎂系阻燃劑或磷系阻燃劑或納米粒子阻燃劑或膨脹型阻燃劑或晶須阻燃劑或ニ茂鐵的ー種或幾種混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟如下， (1)對核桃殼進(jìn)行粉碎，使細(xì)度達(dá)到40-120目，然后干燥，使含水量小于2.5%，并對核桃殼粉進(jìn)行表面化學(xué)改性處理； (2)在高速混合機(jī)內(nèi)，將納米蒙脫石加入到經(jīng)步驟(I)表面改性劑處理后的核桃殼粉中，以600-900轉(zhuǎn)每分鐘高速攪拌處理10-40分鐘，制得納米蒙脫石包裹的核桃殼粉； (3)按配方重量比將熱塑性高分子樹脂、高分子改性劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑剤、增塑劑、復(fù)合阻燃劑和納米蒙脫石包裹的核桃殼粉在高速捏合機(jī)中混合，到溫度為80-90°C后出料，然后在雙輥開煉機(jī)上于170-180°C下熔融共混20-40分鐘； (4)所得熔 融片經(jīng)冷卻破碎，投入螺桿擠出機(jī)中擠出成型。
全文摘要
一種基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料及其制備方法，本復(fù)合材料各組分的重量比為熱塑性高分子樹脂為100份，核桃殼粉為10-70份，納米蒙脫石為1-20份，高分子改性劑為0-10份、表面改性劑為1-6份，熱穩(wěn)定劑為1-8份、潤滑劑為1-5份、增塑劑為1-5份、復(fù)合阻燃劑為1-5份；制備方法為將核桃殼干燥粉碎，進(jìn)行表面化學(xué)改性處理，用納米蒙脫石對核桃殼粉進(jìn)行包裹；按配方重量比將原料在高速捏合機(jī)中混合，然后預(yù)塑化，所得熔融片經(jīng)冷卻破碎，然后擠出成型。本發(fā)明的基于核桃殼粉的阻燃木塑復(fù)合材料，力學(xué)性能優(yōu)異，耐候性好，耐水，阻燃，尺寸穩(wěn)定性好，防蟲蛀，防霉，無重金屬、甲醛和有機(jī)揮發(fā)物，加工工藝安全、環(huán)保、簡單、方便，制造成本低廉。
文檔編號C08L97/02GK102850695SQ20121031929
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者張志明, 楊利娟 申請人:云南熙樂科技有限公司